吳 楠，費(fèi)逸偉，張 昊，宗志敏

(1.中國礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221116； 2.空軍勤務(wù)學(xué)院)

國產(chǎn)與進(jìn)口聚α-烯烴潤滑油性能對比

吳 楠1，2，費(fèi)逸偉2，張 昊2，宗志敏1

(1.中國礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221116； 2.空軍勤務(wù)學(xué)院)

以國產(chǎn)低黏度聚α-烯烴潤滑油為研究對象，通過黏度、酸值、傾點(diǎn)等指標(biāo)，結(jié)合差示掃描量熱(DSC)技術(shù)，考察其理化性能品質(zhì)，并與同規(guī)格進(jìn)口產(chǎn)品相比較，分析二者在潤滑性、腐蝕性、熱氧化安定性等方面的差異。結(jié)果表明：國產(chǎn)聚α-烯烴潤滑油的酸值和傾點(diǎn)受溫度影響較小，而黏度受溫度的影響較大，隨著反應(yīng)溫度的升高，運(yùn)動黏度逐漸降低，且進(jìn)口產(chǎn)品的變化幅度明顯大于國產(chǎn)產(chǎn)品；國產(chǎn)與進(jìn)口聚α-烯烴潤滑油基礎(chǔ)油的熱氧化安定性相差不大，對抗氧劑的感受性也差別不大，在較高的溫度下，胺型抗氧劑的抗氧化性能均優(yōu)于酚型抗氧劑。

聚α-烯烴潤滑油 理化性能 氧化安定性 差示掃描量熱法

聚α-烯烴(PAO)潤滑油是一類重要的合成潤滑油，與礦物基潤滑油相比，具有良好的低溫與黏溫性能，較低的揮發(fā)損失，更高的熱穩(wěn)定性以及抗燃、耐輻射、優(yōu)良的潤滑抗磨損等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)[1-4]。隨著對高品質(zhì)合成潤滑油需求的日益增大，PAO潤滑油逐漸成為合成潤滑油市場需求增長量最快的品種之一。但是由于原料來源、生產(chǎn)工藝、成本控制等因素的影響，國產(chǎn)PAO潤滑油產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量與進(jìn)口產(chǎn)品相比存在一定差距，高檔潤滑油產(chǎn)品基本依賴進(jìn)口。據(jù)報道[5]，2008年我國潤滑油市場的總需求量為5.50 Mt，從2008年至2013年，我國潤滑油市場需求量以約3.5%的年增速增長，2015年我國潤滑油市場消費(fèi)總量達(dá)到7.0 Mt，但是其中超過90%的高檔PAO潤滑油來源于進(jìn)口。因此，掌握目前國產(chǎn)PAO潤滑油的性能品質(zhì)現(xiàn)狀，找出國產(chǎn)與進(jìn)口PAO潤滑油之間的差距，對于加快高檔合成潤滑油國產(chǎn)化進(jìn)程，具有重要意義。本課題以國產(chǎn)低黏度PAO潤滑油為研究對象，通過黏度、酸值、傾點(diǎn)等指標(biāo)，結(jié)合差示掃描量熱(DSC)技術(shù)，考察其理化性能品質(zhì)，并與同規(guī)格進(jìn)口產(chǎn)品相比較，分析得出二者在潤滑性、腐蝕性、熱氧化安定性等方面的差異。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要材料及儀器

實(shí)驗(yàn)用油為南京孚科獅公司生產(chǎn)的PAO合成潤滑油基礎(chǔ)油和進(jìn)口某品牌PAO合成潤滑油基礎(chǔ)油，兩種基礎(chǔ)油的理化性能見表1。實(shí)驗(yàn)用酚型抗氧劑為2，6-二叔丁基對甲酚(T501)，分析純，廊坊市興亞達(dá)化工有限公司生產(chǎn)；胺型抗氧劑為對，對’-二異辛基二苯胺(Tz516)和N-苯基-α-萘胺(T531)，均為分析純，南通新長化學(xué)有限公司生產(chǎn)。

表1 國產(chǎn)和進(jìn)口PAO潤滑油基礎(chǔ)油的理化性能

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 高溫氧化反應(yīng)試驗(yàn) 將100 g國產(chǎn)和進(jìn)口PAO合成潤滑油基礎(chǔ)油分別加入高壓釜中，設(shè)定反應(yīng)溫度為170，200，230，250，270，300 ℃，攪拌速率為800 r/min，每個溫度反應(yīng)保持2 h。反應(yīng)結(jié)束后，用冰水冷卻高壓釜至室溫，取出樣品，國產(chǎn)PAO合成潤滑油反應(yīng)前后得到樣品編號為G0，G170，G200，G230，G250，G270，G300；進(jìn)口PAO合成潤滑油反應(yīng)前后得到樣品編號為J0，J170，J200，J230，J250，J270，J300。

1.2.2 高壓差示掃描量熱實(shí)驗(yàn) 采用程序升溫法，實(shí)驗(yàn)條件為：升溫速率10 ℃/min，氧氣壓力1.0～1.5 MPa，氧氣流速100 mL/min，6 mm開口鋁皿，樣品用量0.6 μL。

1.2.3 理化性能檢測 工作性能良好的潤滑油應(yīng)具有良好的潤滑性、流動性、抗氧化性、無腐蝕性、抗泡性、抗乳化性以及無水分、灰沙雜質(zhì)等性能。其中，黏度是影響油品潤滑性的重要參數(shù)，也是評價油品流動性的關(guān)鍵指標(biāo)，是潤滑油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的重要檢測項(xiàng)目；酸值與傾點(diǎn)是用來評價潤滑油腐蝕性與低溫流動性的重要指標(biāo)[6-7]。按照GB/T 265《石油產(chǎn)品運(yùn)到黏度測定法和動力黏度計算法》、GB/T 264《石油產(chǎn)品酸值測定法》和GB/T 3535《石油傾點(diǎn)測定法》分別測定高溫反應(yīng)后各組油樣的運(yùn)動黏度、酸值和傾點(diǎn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 國產(chǎn)和進(jìn)口PAO潤滑油樣品的運(yùn)動黏度

國產(chǎn)與進(jìn)口PAO潤滑油高溫氧化反應(yīng)前后樣品的運(yùn)動黏度見表2。從表2可以看出：①當(dāng)反應(yīng)溫度低于250 ℃時，隨著反應(yīng)溫度的升高，國產(chǎn)PAO樣品40 ℃運(yùn)動黏度略有降低，但變化不大，當(dāng)溫度繼續(xù)升高，運(yùn)動黏度逐漸降低，250 ℃氧化試驗(yàn)后樣品的運(yùn)動黏度為18.44 mm2/s，300 ℃氧化試驗(yàn)后，高溫試驗(yàn)樣品的運(yùn)動黏度為15.59 mm2/s，比氧化前的運(yùn)動黏度減少3.11 mm2/s，降幅16.6 %，100 ℃的運(yùn)動黏度與40 ℃的運(yùn)動黏度變化趨勢相吻合，在300 ℃氧化后，運(yùn)動黏度為3.722 mm2/s，相比氧化前降幅為9.7%；②進(jìn)口PAO樣品的運(yùn)動黏度變化相對較大，40 ℃和100 ℃運(yùn)動黏度在200 ℃以下氧化后幾乎沒有變化，當(dāng)溫度升高，運(yùn)動黏度降低明顯，當(dāng)溫度升至300 ℃時，高溫試驗(yàn)樣品的40 ℃運(yùn)動黏度相比氧化前降幅為53.9 %，100 ℃運(yùn)動黏度相比氧化前降幅為38.0%，變化幅度均明顯高于國產(chǎn)PAO潤滑油。

2.2 國產(chǎn)和進(jìn)口PAO潤滑油樣品的酸值

酸值是用來衡量潤滑油腐蝕性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。潤滑油對金屬的腐蝕主要是酸的腐蝕，腐蝕對設(shè)備的壽命會帶來嚴(yán)重的威脅，其中相對分子質(zhì)量較小的酸的腐蝕性更強(qiáng)。潤滑油在儲存和使用過程中，由于受到熱、氧和光線等因素的作用，會發(fā)生氧化和分解，生成酸性物質(zhì)，從而使油品酸值不斷增大。當(dāng)油品酸值小于0.5 mgKOH/g時，一般不會對金屬產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，而當(dāng)酸值大于0.5 mgKOH/g時腐蝕就會漸趨嚴(yán)重[8]。國產(chǎn)與進(jìn)口PAO潤滑油高溫反應(yīng)前后樣品的酸值見表3。從表3可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，國產(chǎn)PAO潤滑油的酸值逐漸增大，170 ℃反應(yīng)后，酸值為0.015 mgKOH/g；200 ℃反應(yīng)后，酸值為0.143 mgKOH/g，相比于氧化前酸值增大近10倍；230 ℃反應(yīng)后，酸值為0.212 mgKOH/g，相比于170 ℃反應(yīng)后的酸值增幅為49%；250 ℃反應(yīng)后，酸值為0.282 mgKOH/g，酸值增幅為33%；270 ℃反應(yīng)后，酸值增幅為17%；300 ℃反應(yīng)后，酸值增幅為30%?？梢?，當(dāng)溫度高于200 ℃，酸值急劇增加，隨著溫度的升高酸值變化幅度趨于平緩。相同條件下，進(jìn)口油品的酸值變化幅度略高于國產(chǎn)油品。雖然反應(yīng)溫度會影響酸值，但國產(chǎn)和進(jìn)口PAO潤滑油及其高溫反應(yīng)油樣的酸值總體較小，小于0.5 mgKOH/g，說明經(jīng)過高溫氧化實(shí)驗(yàn)后，兩種試驗(yàn)油樣的酸值均無明顯的變化，溫度對PAO潤滑油的酸值影響不大，油樣中酸性化合物較少，腐蝕性較小?？梢妰煞NPAO油樣在高溫下均沒有發(fā)生深度的氧化反應(yīng)，只是發(fā)生了熱裂解，酸值變化不大。

表2 國產(chǎn)與進(jìn)口PAO潤滑油高溫反應(yīng)前后樣品的運(yùn)動黏度

表3 國產(chǎn)與進(jìn)口PAO潤滑油高溫反應(yīng)前后樣品的酸值

2.3 國產(chǎn)和進(jìn)口PAO潤滑油樣品的傾點(diǎn)

傾點(diǎn)是潤滑油低溫流動性的一個重要質(zhì)量指標(biāo)[8]。國產(chǎn)與進(jìn)口PAO潤滑油高溫反應(yīng)前后樣品的傾點(diǎn)見表4。從表4可以看出，當(dāng)反應(yīng)溫度為170 ℃時，國產(chǎn)PAO潤滑油反應(yīng)后樣品的傾點(diǎn)為-61 ℃，進(jìn)口PAO潤滑油反應(yīng)后樣品的傾點(diǎn)為-66 ℃；當(dāng)反應(yīng)溫度為250 ℃時，國產(chǎn)PAO潤滑油反應(yīng)后樣品的傾點(diǎn)基本不變，進(jìn)口PAO潤滑油反應(yīng)后樣品的傾點(diǎn)略有升高；當(dāng)反應(yīng)溫度為300 ℃時，國產(chǎn)PAO潤滑油反應(yīng)后樣品的傾點(diǎn)為-52 ℃，相比于初始樣品，升高幅度為15%，進(jìn)口PAO潤滑油反應(yīng)后樣品的傾點(diǎn)為-24 ℃，相比于初始樣品，升高幅度為64%。由此可見，隨著反應(yīng)溫度的升高，國產(chǎn)和進(jìn)口PAO潤滑油高溫反應(yīng)后樣品的傾點(diǎn)均有所升高，但總體變化不大，只有當(dāng)反應(yīng)溫度高于270 ℃時，二者才發(fā)生較大變化。高溫的工作環(huán)境會使PAO潤滑油基礎(chǔ)油的低溫流動性能變差，但國產(chǎn)PAO潤滑油基礎(chǔ)油在低溫條件下性能更穩(wěn)定。

表4 國產(chǎn)與進(jìn)口PAO潤滑油高溫反應(yīng)前后樣品的傾點(diǎn)

2.4 國產(chǎn)和進(jìn)口PAO潤滑油樣品的氧化安定性能

基礎(chǔ)油的氧化是放熱反應(yīng)，在氧氣存在條件下對其加熱，當(dāng)基礎(chǔ)油開始氧化時，就會在DSC曲線上出現(xiàn)明顯的放熱峰，而且放熱的速率與氧化反應(yīng)的速率相對應(yīng)。基礎(chǔ)油的起始氧化溫度和最快氧化溫度越低，說明該油品的氧化安定性越差[9-10]。在國產(chǎn)和進(jìn)口PAO潤滑油基礎(chǔ)油中分別加入體積分?jǐn)?shù)為0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%的抗氧劑T501，T531，Tz516，根據(jù)最快氧化溫度和最高熱焓值比較兩種潤滑油樣品的氧化安定性差異，結(jié)果見表5；根據(jù)起始氧化溫度比較兩種潤滑油對不同抗氧劑的感受性，加入抗氧劑后兩種潤滑油樣品的起始氧化溫度見圖1。從表5可以看出，國產(chǎn)PAO潤滑油在202.79 ℃開始發(fā)生氧化反應(yīng)，218.80 ℃達(dá)到最大氧化反應(yīng)速度；而進(jìn)口PAO潤滑油在205.99 ℃才開始發(fā)生氧化反應(yīng)，226.61 ℃達(dá)到最大氧化反應(yīng)速度。由此可見，國產(chǎn)PAO潤滑油的氧化安定性略低于進(jìn)口PAO潤滑油，但相差不大。從圖1可以看出：①當(dāng)加入抗氧劑T501時，兩種樣品的起始氧化溫度略有升高，隨著抗氧劑含量的增大，油品的起始氧化溫度逐漸升高，但上升趨勢不明顯，變化溫度在5 ℃左右；②當(dāng)加入抗氧劑T531時，兩種樣品的起始氧化溫度都有大幅升高，當(dāng)抗氧劑加入量超過1.5%時，溫度升高趨于平緩；與潤滑油原料相比，當(dāng)T531添加量為2.0%時，國產(chǎn)PAO潤滑油樣品的起始氧化溫度升高39 ℃，進(jìn)口PAO潤滑油樣品的起始氧化溫度升高35 ℃；③當(dāng)加入抗氧劑Tz516時，兩種樣品的起始氧化溫度有相似的變化趨勢，隨著抗氧劑添加量的增大，起始氧化溫度提高，當(dāng)抗氧劑加入量超過1.5%時，溫度升高趨于平緩；與潤滑油原料相比，當(dāng)Tz516添加量為2.0%時，國產(chǎn)PAO潤滑油樣品的起始氧化溫度升高46 ℃，進(jìn)口PAO潤滑油樣品的起始氧化溫度升高45 ℃。由此可見，當(dāng)添加抗氧劑后，國產(chǎn)與進(jìn)口PAO潤滑油的氧化安定性增強(qiáng)，二者的變化趨勢相一致，但對不同抗氧劑的感受性不同。對于國產(chǎn)與進(jìn)口PAO潤滑油，在較高的溫度下，胺型抗氧劑的抗氧化性能均優(yōu)于酚型抗氧劑。

表5 國產(chǎn)與進(jìn)口PAO潤滑油的DSC實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1 加入抗氧劑后國產(chǎn)PAO和進(jìn)口PAO潤滑油的起始氧化溫度■—Tz516； ▲—T501； ●—T531

3 結(jié) 論

通過分析國產(chǎn)和進(jìn)口PAO潤滑油基礎(chǔ)油使用性能的優(yōu)異，比較黏度、酸值、傾點(diǎn)等多項(xiàng)技術(shù)

指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)PAO潤滑油品與同規(guī)格的進(jìn)口產(chǎn)品相比，潤滑性、腐蝕性和低溫流動性等理化性能相差不大；通過比較起始氧化溫度高低，發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)和進(jìn)口PAO潤滑油基礎(chǔ)油的氧化安定性相差不大，加入抗氧劑后可以顯著提高兩種油品的氧化安定性，油品對抗氧劑的感受性也基本一致。

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PERFORMANCE COMPARISON OF DOMESTIC AND IMPORTED PAO LUBRICATING BASE OIL

Wu Nan1，2，F(xiàn)ei Yiwei2，Zhang Hao2，Zong Zhimin1

(1.ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou，Jiangsu221116；2.AirForceLogisticsInstitute)

The performance comparison of domestic low viscosity PAO lubricating oil and imported PAO with similar specification in lubricity，corrosivity and thermal oxidation stability was conducted by measuring the acid value，pour point and viscosity index，combined with differential scanning calorimetry (DSC) technique.It is found that temperature has a little influence on acid value and pour point，different from viscosity.The viscosity of domestic PAO decreases with increasing temperature，but with less variation range compared with the imported oil.The differential scanning calorimetry (DSC) indicates that the thermal stability and the sensitivity to anti-oxidation agent are close to each other.At higher temperature，the amine type antioxidant shows better anti-oxidation ability compared with the phenol antioxidant.

poly α-olefin lubricating base oil； physico-chemical property； oxidation stability； differential scanning calorimetry

2016-09-07； 修改稿收到日期： 2016-10-30。

吳楠，副教授，研究方向?yàn)楹娇沼土蠎?yīng)用技術(shù)。

宗志敏，E-mail：zong_zhimin@163.com。

江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20161187)。