郭 鵬，黃 卿，徐小紅，李 濤，安文杰

(中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，蘭州 730060)

含芳胺煙炱無灰分散劑的性能研究

郭 鵬，黃 卿，徐小紅，李 濤，安文杰

(中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，蘭州 730060)

介紹了一種含芳胺結(jié)構(gòu)的煙炱無灰分散劑，模擬評(píng)定和發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)表明該劑不僅具有很好的抗氧化性能和油泥分散性能，還具有優(yōu)異的煙炱分散性能，該劑的研制對(duì)于高級(jí)別柴油機(jī)油配方開發(fā)具有積極意義。

煙炱無灰分散劑 煙炱分散 柴油機(jī)油

柴油機(jī)擁有功率大、熱效率高和燃油經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種車輛中。隨著排放法規(guī)對(duì)柴油機(jī)氮氧化物排放量的限制越來越嚴(yán)格，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商普遍采取了活塞頂環(huán)位置提高、發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣再循環(huán)等一系列新技術(shù)來降低氮氧化物的排放，使其達(dá)到尾氣排放要求。雖然這些技術(shù)的應(yīng)用降低了燃燒室的峰值溫度，也減少了氮氧化物的生成和排放，但同時(shí)加劇了柴油不完全燃燒的程度，導(dǎo)致重負(fù)荷柴油機(jī)油中煙炱污染物的含量增加，從而引起油品黏度增長過快、油品氧化加速等問題，因此減少煙炱污染對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能所造成的這些負(fù)面影響至關(guān)重要[1-4]。

目前減少煙炱污染對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成危害的主要途徑是提高潤滑油對(duì)煙炱的分散能力，而提高油品對(duì)煙炱的分散性能，通常的方法是加大分散劑用量。但使用過多的分散劑將影響油品的低溫流動(dòng)性和耐磨性等性能。為了改善柴油機(jī)油的煙炱分散性能，國外已研究出新結(jié)構(gòu)的煙炱無灰分散劑[5-10]，但目前國內(nèi)還沒有相關(guān)產(chǎn)品，主要還是用T161等丁二酰亞胺類無灰分散劑。蘭州潤滑油研究開發(fā)中心在實(shí)驗(yàn)室成功研制出一類含芳胺結(jié)構(gòu)的煙炱分散劑，通過模擬評(píng)定和發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)研究，表明這種煙炱分散劑具有良好的油泥分散性能、抗氧化性能和優(yōu)異的煙炱分散性能。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 煙炱無灰分散劑的制備

煙炱無灰分散劑T-1，T-2，T-3，T-4均為深棕色黏狀液體，以聚異丁烯馬來酸酐，多烯多胺和芳胺等試劑為主要原料在實(shí)驗(yàn)室自行制備，對(duì)比分散劑T161為無錫南方添加劑公司生產(chǎn)。煙炱分散劑的主要性質(zhì)見表1。

表1 煙炱分散劑的主要性質(zhì)

1.2 評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 油泥分散性能測試 分散劑的油泥分散能力通常用油泥斑點(diǎn)分散值SDT表征[11]，具體實(shí)驗(yàn)方法如下：將1 g無灰分散劑、9 g油泥和10 g基礎(chǔ)油一起放入50 mL燒杯中，150 ℃恒溫加熱攪拌1.5 h，趁熱取一滴上述試驗(yàn)油滴于濾紙上，放入烘箱恒溫80 ℃保持2 h，測量擴(kuò)散圈與油圈的比值(SDT)，比值越大，表明油泥分散性越好。本試驗(yàn)所用油泥來自發(fā)動(dòng)機(jī)1105臺(tái)架試驗(yàn)。

1.2.2 抗氧化性能測試 將各煙炱分散劑以6.0%(w)的劑量加入到基礎(chǔ)油Yubase4中，利用旋轉(zhuǎn)氧彈方法和PDSC方法考察分散劑的抗氧化性能，對(duì)比試驗(yàn)用6.0%(w)的T161和0.3%(w)的L57(胺型抗氧劑，汽巴公司生產(chǎn))復(fù)配后加入到基礎(chǔ)油Yubase4中進(jìn)行。其中旋轉(zhuǎn)氧彈測試按SHT 0193方法進(jìn)行，PDSC測試按SHT 0719方法進(jìn)行。

1.2.3 煙炱分散性能模擬評(píng)價(jià) 將各分散劑以1.1%(w)的劑量加入到煙炱含量為4.6%的廢機(jī)油中，通過測定油品黏度的變化考察其對(duì)煙炱的分散性能。本試驗(yàn)所用廢油來自Mack T-8E臺(tái)架試驗(yàn)，其100 ℃黏度為106.00 mm2s。

1.2.4 煙炱分散性能發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測試 分別將煙炱分散劑T-2與對(duì)比分散劑T161調(diào)制成15W/40 CH-4級(jí)別的柴油機(jī)油，利用CA6DL2-35發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)考察其煙炱分散性能。CA6DL2-35發(fā)動(dòng)機(jī)為一汽無錫柴油機(jī)廠生產(chǎn)，該發(fā)動(dòng)機(jī)為直列、六缸、增壓柴油機(jī)。其額定功率為258 kW、額定轉(zhuǎn)速為2 100 r/min，最大扭矩為1 450 N·m，噴油提前角為26°。試驗(yàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)全負(fù)荷工況下運(yùn)行125 h，試驗(yàn)期間不換油，時(shí)隔25 h取樣一次，對(duì)所取油樣測定其煙炱含量和100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度[12]。

2 結(jié)果與討論

2.1 油泥分散性能測試

分散劑的主要作用是將油泥、漆膜和積炭的前體分散在油中，阻止其形成油泥、漆膜和積炭，延長換油期，從而延長內(nèi)燃機(jī)的使用壽命。無灰分散劑分散油泥的能力是評(píng)價(jià)其使用性能優(yōu)劣與否的主要指標(biāo)。利用油泥斑點(diǎn)試驗(yàn)方法考察各煙炱分散劑的分散性能，結(jié)果見表2。由表2可以看出，實(shí)驗(yàn)室制備的煙炱分散劑具有很好的油泥分散性能，其油泥分散性能都好于市售產(chǎn)品T161，其中T-4的油泥分散性能最好。

表2 煙炱分散劑的油泥斑點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果

2.2 抗氧化性能測試

延長換油周期是潤滑油油品的發(fā)展趨勢，這就意味著油品要有更強(qiáng)的抗氧化性能。若配方中的各單劑能提高其自身的抗氧化性能，這對(duì)于提高整個(gè)油品的抗氧化性能也具有積極作用。各煙炱分散劑的抗氧化性能評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。由表3可以看出，含芳胺煙炱分散劑T-2，T-3，T-4的氧化誘導(dǎo)試驗(yàn)結(jié)果比T161與L57復(fù)配后的結(jié)果好，T-1、T-3的旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)結(jié)果比T161與L57復(fù)配后的結(jié)果好。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)無灰分散劑的結(jié)構(gòu)中引入芳胺后其抗氧化性能明顯提升，有利于分散劑在苛刻的工況下保持自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而保證油品的分散性能，延長油品的使用周期。

表3 煙炱分散劑的抗氧化性能評(píng)價(jià)結(jié)果

2.3 煙炱分散性能的模擬評(píng)價(jià)

高級(jí)別的柴油機(jī)油要求油品具有高煙炱含量下出色的黏度控制能力，這就意味著油品配方中必須有性能優(yōu)異的煙炱分散劑。評(píng)價(jià)分散劑的煙炱分散性能，主要是通過考察其是否能夠很好地控制油品的黏度。在煙炱含量為4.6%的臺(tái)架試驗(yàn)廢機(jī)油中，分別加入1.1%(w)的分散劑，通過測定油品黏度的變化考察煙炱分散劑的分散性能，結(jié)果見表4。從表4可以看出，加入分散劑T-4的油品黏度最小，說明其對(duì)煙炱的分散能力最好，幾種分散劑的煙炱分散能力由大到小的排列順序是T-4>T-1>T-3>T-2>T161。

表4 煙炱分散劑的煙炱分散性能模擬試驗(yàn)結(jié)果

2.4 煙炱分散性能的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)

CA6DL2-35發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)方法是一汽無錫柴油機(jī)廠與中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心合作建立的，主要用于評(píng)價(jià)重負(fù)荷柴油機(jī)油的煙炱分散性能，該臺(tái)架試驗(yàn)方法具有很好的重復(fù)性和區(qū)分性[13]。前面的模擬評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，幾種煙炱分散劑中T-2的各項(xiàng)性能較差，選擇T-2和對(duì)比分散劑T161進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)。將煙炱分散劑T-2、對(duì)比分散劑T161分別調(diào)制成15W/40 CH-4級(jí)別的柴油機(jī)油，然后在CA6DL2-35發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行試驗(yàn)，考察油品黏度與煙炱含量的關(guān)系，結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出：對(duì)于T161油樣，油品中煙炱含量超過3%后，油品黏度急劇增大；而對(duì)于T-2油樣，隨著油品中煙炱含量增加，油品黏度基本保持不變，當(dāng)煙炱含量超過4.0%時(shí)，油品黏度隨著煙炱含量增加趨勢明顯。臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明，煙炱分散劑T-2能夠很好地控制油品的黏度增長，表明其具有優(yōu)異的煙炱分散性能。同理，性能更好的T-3、T-4煙炱分散效果會(huì)更好。

圖1 煙炱分散劑T-2與T161的CA6DL2-35臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 論

含芳胺的煙炱無灰分散劑，不僅具有很好的油泥分散性能和抗氧化性能，還具有優(yōu)異的煙炱分散性能，能夠很好地控制油品黏度的增長。該煙炱分散劑的研制解決了重負(fù)荷柴油機(jī)油的煙炱分散問題，對(duì)于高級(jí)別柴油機(jī)油配方研究具有積極意義。

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PERFORMANCE STUDY OF AROMATIC AMINE SOOT ASHLESS DISPERSANT

Guo Peng，Huang Qing，Xu Xiaohong，Li Tao，An Wenjie

(PetroChinaLanzhouLubricatingOilR&DInstitute，Lanzhou730060)

Improving the performance of soot dispersant is the key to solve the diesel engine oil viscosity increase and wear caused by soot.In this paper we developed a new type of soot ashless dispersant with aromatic amine structure.Simulation evaluation and engine bench test studies show that the agent not only has good anti-oxidation and sludge dispersion properties，but also excellent soot dispersion ability.The development of this agent has a positive significance for the development of the advanced diesel engine oil formulations.

soot ashless dispersant； soot dispersancy； diesel engine oil

2016-09-09; 修改稿收到日期：2016-11-16。

郭鵬，碩士，工程師，主要從事潤滑油添加劑和油品配方的研究工作。

郭鵬，E-mail：guop_999@163.com。