合成润滑油基础知识讲座之五

合成润滑油基础知识讲座之五 2000年6月 Jurl2000 信l伺I情l西,厍 润褙油 桶嗡 第15卷第3期 v.115.No3 @ 一 6 文章编号:1002.3119c2000)03—005906 合成润滑油基础知识讲座之五 唐俊杰?--___...._一 (中国石化石油化工科学研究院,北京100083) 中圈分类号:TE626.3文献标识码:A 7其它新型合成油 7.1聚苯醚合成油 聚苯醚类是以醚键连接苯环.苯环中间用氧连 接的称聚苯醚.由于对位和邻位连接的聚苯醚在常 温下是固体,只有问位的聚苯醚用作合成润滑油. 聚苯醚的粘度较高,40?粘度都在100?u/s以 上,粘温性能差,粘度指数为负值.聚苯醚的低温性 能极差.愤点大多在0?上,只有间四苯醚(m一 4P3E)的熔点为一5.6?.但聚苯醚的高温性能极 好,它们的热分辩温度都在400?以上,大多数都达 到450?,氧弹寿命都超过10000h.聚苯醚的最大 特点是抗辐射性能稳定,可耐l0”拉德/年的吸收剂 量. 苯环中间用硫连接的称聚苯硫醚.在许多物理 性质上聚苯硫醚与聚苯醚相似.聚苯硫醚也具有优 良的耐热性,抗氧化性和抗辐射性.聚苯硫醚的分 子中含有硫醚键,在氧化过程中能生成亚砜或砜,从 而抑制氧化自由基链锁反应.因此.聚苯硫醚本身 就是一种优良的抗氧剂. 7.2合成环烷烃油 合成环烷烃油主要指多烷基环戊烷(MAC),环 己烷衍生物和金刚烷衍生物.目前实际应用的是烷 基环戊烷一类,它具有较高的牵引系数,适宜做牵引 驱动油.牵引传动装置的特点是动力传递效率高, 噪声低,可无级变速,比齿轮传动简单.且传动平稳. 牵引传动装置的输出功率.主要由润滑油的牵引系 数来决定,牵引系数愈高,摩擦传动力愈大.传输的 功率就愈大.矿油润滑油及其它合成油的牵引系数 都较低.一般认为化合物中环己烷有较高的牵引系 数.表71列出了几种油品的牵引系数对比 68毛 表7-1几种油品的牵引系数对比 油品名称牵引系敫 环烷基矿物油 硅油 二’2.己基己基)娶二酸酯 季戊四醇(,酸)酯 2.4-二环己基一2一甲基戊烷 1.3-二环己基一1一甲基环戊烷 o058,0065 0075 0029,0046 0.035,0049 0I1l,0113 0075,0067 7.3多聚膦腈酯 多聚膦腈酯是一种磷氮相间的六元环化合物. 用作合成润滑油的主要是环状三聚膦腈酯,特别是 含氟烷氧基或含氟芳氧基的膦腈酯.前者是用氯化 环状三聚膦腈与含氟醇所得,后者则由氯化环状三 聚膦腈与含氟酚所得.含氟膦腈酯具有较高的热氧 化安定性,润滑性,难燃性和较低的倾点.此外.它 还具有抗活性气体,如磷化氢,四氯化硅,氯化氢,氧 气等. 7.4碳酸醅 碳酸酯又称二烷基碳酸酯,实际上也是一种酯 类油.只不过它的酸不是有机酸,而是无机碳酸,因 此,它与有机酯具有相类似的优良性能.碳酸酯有 更好的抗水解性,抗磨性,抗氧性和热安定性.它与 新型的F134A致冷剂有很好的相容性.目前主要 用于合成和半合成内燃机油,液压油,齿轮油的组 分,合成纤维精整油剂和新一代冷冻机油. 收稿日期:1999—03—03 作者简介:唐俊杰{1937年生).男,教授级高工.1961年毕业干前 苏联门捷列夫化工大学燃料系石袖化学台成专业,现在石油化工 科学研究院,长期从事工业润措油,合成润滑油产品及有机精细化 学品的开发.研制及应用.科研成果曾多趺获原中国石化总公司 科技进步奖享受政府特殊津贴,公开发表论文20采篇. 60澜滑油2000年第l5卷 8合成润滑油的应用 合成润滑油的性能有许多突出的优点,广泛用 于航空,宇航,原子能及其它军工部门,也大量推广 应用于交通,冶金,发电和金属加工等许多民用工 业.在合成润滑油各品种中,聚烯烃油和酯类油 的性能比较全面,应用面也最广,是最有发展前途的 品种.其它合成油品种亦各有特点,适用于特种的 应用场合.下面分别叙述合成润滑油在航空,汽车 及其它民用工业中的应用. 8.1合成航空润滑油 用于合成航空润滑油的合成油主要是酯类油. 它是为满足燃气涡轮喷气发动机的润滑要求而发展 起来的.早期的航空发动机主要是活塞式发动机, 润滑油的使用温度一般不超过95?,采用矿物润滑 油就能满足要求.美国从40年代就开始发展超音 速喷气式战斗机,采用涡轮喷气发动机,润滑油的工 作温度提高到175?,同时又要求低温启动性能良 好.因此,对航空润滑油提出苛刻的高,低温性能 要求.1951年12月美军发表了第一个埚轮喷气发 动机用合成航空润滑油规格MII一I,7808.是由双酯 组成.后经13次修订,至1982年5月已发展到 MIIM,7808J,规格指标要求不断全面和严格.接 98.9?粘度的大小,台成航空润滑油分为低,中,高 3种类型.根据使用温度不同,又可分为I型,? 型,?型和?型油.低粘度合成航空润滑油的98.9 ?粘度为3mm2/s,代表性的规格是MII一I一7808. 使用温度为一54,175?,属I型油.由双酯类基础 油组成.中粘度合成航空润滑油的98,9?粘度为 5mr/8,代表性的规格是MII,I一23699和r).E.R. D2497.使用温度为一40,204?.属?型油.由新 戊基多元醇酯或多元醇酯加复酯组成.高粘度合成 航空润滑油的98.9?粘度为7.5mn/s,代表性的 规格是D.E.R.D2487,使用温度为一40,140?, 由聚醚类基础油组成.?型和?型油的使用温度分 别要求一l8,316?和4.4,370?,目前尚处于研 究发展阶段.1972年美军发表了MII一I,27502规 格.使用温度要求一40,260?,称1I1/2型油,没 有一个能完全符合此规格要求的产品.1984年3 月美军放弃了MII一I一27502规格,转而发展一种低 温启动性能介于7808与23699之间.高温性能与 MII,I,27502规格相当的新油品.要求98.9?粘 度为4mm2/s,使用温度范围为一50,205?.表 8-1列出了酯类合成航空润滑油规格的主要指标要 求. 衰8-1?娄合成札空润滑油规格的主要指标要求 我国酯类合成航空润糈油的研究起始于6o年 代初期.目前已研制成燕投入应用的产品有符合 GJB135-86国军标的4109号合成航空润滑油.是低 粘度油,主要由双酯组成,属I型油.符合中粘度油 第3期唐悭杰合成润滑油基础知识讲座之五6l GJB126391国军标的有4050和4106号合成航空 润滑油.主要由多元醇酯或多元醇酯加复酯组成. 70--80年代间曾生产过4104号高粘度合成航空润 滑油.在”子爵号”客机应用过.随着该机种的退役, 目前已不生产.近年来,我国又研制成4010号合成 航空润滑油.性能完全符合MII一I,一7808J规格指标 要求,是第二代低粘度合成航空润滑油产品. 用聚烯烃做合成航空润滑油基础油在国外未 见报导.为了改进矿油型喷气发动机润滑油的低温 性能,以满足我国严寒区冬季启动的要求.用软蜡裂 解烯烃合成加工制成了合成烃型航空润滑油,在军 队获得良好的应用.表8—2是矿油型和合成烃型航 空润滑油的规格指标对比.8A为天然石油加工制 得的产品;8B为软蜡裂解烯烃合成加工制得的产 品. 寰8-2矿油型和台威烃型航空润滑油的规格指标对比 嘎 SA 壁 (t~ 瞳方 )8台戚烃) 8.2含成汽车淘滑荆 汽车润滑剂主要是车用发动机油.是润滑油中 用量晟大的品种.约占全都润滑油销售量的一半. 目前虽然大多数汽车还都用矿油型润滑油.但随着 汽车工业的发展,发动机及传动箱的工作条件日益 苛刻,加上节能,环保要求的提出合成润滑油在汽 车润滑剂方面的应用有着广阔的前景. 8.2.1车用内撩机油 目前虽然全矿油的内燃机油可以满足大多数车 用发动机的要求,但近年来合成车用内燃机油由于 其优越的性能愈来愈受到重视.合成车用内燃机油 具有下列优点: (1)可改善发动机的清净性.汽车在一定周期运 行后.发动机内部比用矿油型发动机油清洁得多. 【2)改善燃料经济性.采用合成车用内燃机油 后.平均可节省燃料4.2%. (3)改善润滑油经济性.采用合成车用内燃机油 后,平均润滑油单耗可节约55.9%. (4)优良的冷启动性.采用合成车用内燃机油 SAE5w/2O后.在一4O?下可直接启动.采用相 同粘度级别的矿物油时,最低冷启动温度为一34 ?. (5)优良的低温流动性.合成车用内燃机油 SAE5w/2o的倾点为一54?,而相同粘度级别的 矿物油的倾点为一38.3?. (6】在实际使用中合成车用内燃机油的换油期可 比矿油内燃机油长一倍以上. (7)高温氧化安定性好.用SAE10W/50内燃 机油在2I”Renault”发动机上,油箱温度为150? 下运行64h.采用合成车用内燃机油时,粘度仅增 加l0%.而采用矿物油时则增加135%. (8】优良的发动机台架试验结果.采用台成车用 内燃机油进行程序台架试验时,可延长试验时间,甚 至延长一倍时间亦能满足全部指标要求. 用于合成车用内燃机油的基础油主要是合成烃 油,特别是聚a.烯烃油.酯类油有良好的润滑性和 溶解性.除单独调配成发动机油外.亦常常加入到矿 油和聚a.烯烃油中,以改善内燃机油的低温性,粘温 性,清净性和聚n.烯烃油对橡胶的收缩性能.80年 代.西欧销售的20种全合成车用内燃机油中.有l7 种含聚a一烯烃油.25种半合成车用内燃机油中,有 l6种含聚a.烯烃油,9种含酯类油. 为了改善高,低温启动性能,一般都采用多级车 用内燃机油.常用的多级油有5w/30,10w/30, 10W/40,15w/40和20w/40等.由于多级油具有 优良的低温性能,冬季发动机容易启动,节约燃料和 机油.夏季也不会粘度太小而发生漏油.因此,美 国82%的汽油机油和85%的柴油机油都是多级油. 日本多级车用汽油机油的用量占汽油机油总量的 97%.用矿物油来嗣备多级油.一一般采用低牯度基 础油加稠化剂.以达到高,低温粘度的要求.这样调 制的油品,蒸发损失大.影响高温性能,使用中稠化 剂被剪切.粘度叉会下降.同时.大跨度粘度级的多 级油也不可能用这种 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 调制.用聚a.烯烃油,酯 润滑油2000年第15卷 类油或其两者的混合油,由于粘度指数高,倾点低, 低温粘度小,高温热氧化安定性好,不加稠化剂就能 调制出多级油,或加入少量的稠化剂,可以调和出大 跨度粘度级别的多级内燃机油.例如MobilISH/ CD全合成车用内燃机油就是用聚a.烯烃油加双酯 调制的5W/50粘度级的多级油表8-3是合成与 矿物油型车用内燃机油的性能比较. 衰8.3合成与矿物油型车用内燃机油的性能比较 8.2.2汽车齿轮油 汽车齿轮油的功能是保证车辆传动机构和变速 装置的正常运行.由于汽车齿轮的工作条件十分苛 刻,工作温度变化大.因此,对汽车齿轮油不但要求 粘温性能好,使用时牯度稳定,而且要求具有良好的 极压性和耐磨损性能.选用合适的汽车齿轮油对降 低汽车燃料的消耗和防止齿轮的磨损,擦伤,疲劳和 烧结以及延长油料的使用寿命都有很大的影响.目 前,国外在近代汽车上大量应用的是多级节能型汽 车齿轮油.按美军MIL广I,2105D的规格要求,汽车 齿轮油分为75W,80W/90,85w/l40共3种粘度级 别.采用矿物油作为基础油时,与多级车用内燃机 油一样,采用低粘度的基础油,加入桔度添加剂,以 满足油品高低温性能的要求.而齿轮油的工作条件 苛刻,高分子量的增牯剂在齿轮的强剪切力作用下 授易破剪断,造成油品使用中牯度降低.同样用聚 烯烃油,酯类油或其两者的混合油调制的合成车 用齿轮油.由于粘度指数高,低温性能好,不需加任 何稠化剂就能达到75w/90和85w/l40的粘度级 别.表8_4列出了合成车用齿轮油与矿油型车用齿 轮油的性能对比.从表中可以明显看出:合成车用 齿轮油具有较低的倾点及低温牯度,因此在低温下 能顺利启动,使齿轮啮合,同时在车辆升温后具有良 好的润滑性.16000km客车道路行车试验表明.与 齿轮箱中用SAE90矿物型齿轮油相比,使作7sw/ 90合成车用齿轮油的动力传动装置可节能约1%. 可以延长齿轮便用时间约6O%. 裹8-4合成车甩齿轮油与矿油型车甩齿轮油的性镌对比 项目矿油}轮台喜油 , 8.2.3汽车自动传动液 汽车自动传动液(ATF)是一种多功能,多用途 的液体.它主要用于轿车和轻型卡车的自动变速系 统,也用于大型装载车的变速传动箱,动力转向系统r 及农用机械的分动箱.在工业上,广泛用做各种扭 矩转换器,液力偶合器,功率调节泵,手动齿轮箱及 动力转向器的工作介质.由于自动变速装置能使汽 车自动适应行驶阻力的变化,提高汽车的动力性能, 起步无冲击,变速时震动小,乘坐舒适,驾驶方便,并 可使发动机处于最佳工况,过载时还能起保护作用, 充分利用发动机功率,并有利于消除排气污染,因 此,汽车自动变速系统的采用在国外较普遍,目前美 国轿车的安装率超过9o%,每年需求ATF约45万 t.全世界对ATF的总需求量约78万t,成交额超 过5亿美元.自1949年出现.r自动变速箱,美国通 第3期唐役杰.合成润惜油基础知识讲座之五 用汽车公司就提出了第一个汽车自动传动液规格 TypeA.以后,随着汽车性能的提高及自动变速装 置的改进,对汽车自动传动液的质量要求亦不断提 高.自动传动液的规格也不断更新.1993年4月发 布了Dexronnl最新规格.并于1997年开始全面取 代Dexron?E.Dexronnl规格与?D,?E相比.在 氧化安定性,摩擦特性,油品的闪点,燃点等方面的 要求都有明显提高.目的是为了满足新一代汽车传 动装置趋向小型化,高传递功率和长寿命的需要. 据报导,到2000年将提出Dexron?规格.1987年 福特公司公布了自己的ATF规格Mercon.最近又 修订为NewMer~n规格,在低温,氧化性能方面有 了较大的提高.1996年2月1日福特公司又推出 MerconV规格.对油品的低温要求更加苛刻. 基础油的性能直接决定ATF成品油的高,低温 粘度性能.同时也影响其氧化安定性.因此.在试制 性能优良的ATF时,首先要选用性能较好的基础 油.表8.5列出了新一代汽车自动传动液对高,低 温粘度的要求. 表8-5折一代汽车自动传动液对高,低沮粘鏖的要求 适用于做ATF的基础油主要有4种类型:石蜡 基油,环烷基油,加氢处理的矿物油和合成油,合成 油主要是指聚烯烃油,酯类油或其两者的混合油. 石蜡基油具有好的粘度指数和氧化安定性.但低温 性能差,只能调制性能符合DexroN?D规格要求的 ATF油.环烷基油的低温性能虽好.但氧化安定性 差,在调制DexronIID规格要求的ATF油时也其 能少量采用.加氢处理的矿物油低温性能及对抗氧 剂的感受性都好,能用来调制DexronIIE规格的 ATF油.对于新一代的ATF油,其低温及氧化安 定性都有明显提高,尤其是Dexron1V规格,只有用 合成油才能满足指标要求.表8-6是不同基础油配 制的ATF油低温和氧化安定性的比较. 表8-6不同基础油制的ATF油低沮和t化安定性的比较 润滑油2000年第15卷 8.2.4制动液 汽车制动液又称刹车油,是用于汽车液压制动 系统的液体.尽管刹车系统的机构不断改进,但在 刹车系统里担任制动的刹车油的工作原理却是不变 的.汽车制动液要保证车辆在严寒和酷暑的气温条 件下.在高速,重负荷,大功率及频繁制动的操作条 件下都能有效,可靠地保证汽车制动灵活.确保行驶 安全.随着汽车性能的提高.对汽车制动液的要求 亦愈来愈高.现代的汽车制动液应具备下列性能: ?高沸点现代汽车刹车系统,由于汽车平均 速度的增加及密闭式车轮设计导致空气流动不好. 使刹车油要承受较高的温度,因此刹车油的沸点要 高.以防刹车油因汽化而产生气阻,使刹车失灵.汽 车制动液规格指标中的平衡回流沸点就是用来 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 刹车油的高温抗气阻性能.平衡回流沸点越高,高 温抗气阻性能越好. ?适宜的粘度和高的稳定性由于汽车制动液 的工作条件,要求在高温和低温时都有适宜的粘度. 使制动液在高温时不会因粘度太低而造成机械磨损 及从总泵或分泵处泄漏,在低温时也不会因粘度过 大导致传动不良及刹车失灵. ?良好的金属保护性汽车制动系统中有各种 金属零部件,制动液中的组分不应对零部件产生腐 蚀.否则会使制动泵中的活塞和缸壁间隙增大.产生 泄漏,导致压力下降,制动失灵. ?与橡胶的配伍性好制动液不能使系统中的 橡胶密封件及皮碗产生软化,溶胀,溶解,固化和紧 缩.一般要求刹车油能使橡胶件有一定的膨胀性. 以提供适当的轴封,有效的润滑与抗磨损性能. ?较高的水分容纳性刹车系统的设计.无法 完全阻止水分进入刹车系统.而水_分的进入会使刹 车油的沸点及粘度下降,影响刹车性能.因此刹车 油要评定湿平衡回流沸点,与干平衡回流沸点愈接 近则性能愈好. @oH值呈微碱性要求刹车油呈微碱性是因 为刹车油呈酸性时会加速对制动系统金属零部件腐 蚀. 目前,国际上通用的汽车制动液有3个 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 :联 邦发动机车辆安全委员会制订的FMVSSNol16 (?yr一3,DOT-4,DOT-5);美国汽车工程师协会制 订的SAE标准(SAEj1703,SAEJ1703OCT88, J1705—88);国际标准化组织制订的ISO4925.中国 有两个汽车制动液的规格,GB10830—89汽车制动 液使用技术条件和GB12981—91HZY2,HZY3, HZY4合成制动液. 制动液的综合性能要靠基础油,稀释剂和添加 剂3个组分的协合来满足.用矿物油做基础油时. 不但低温性能差.而且由于矿物油对丁腈皮碗的作 用,一直未能广泛使用.醇型制动液是由蓖麻油加 乙醇或丁醇组成,平衡回流沸点温度分别为80?和 ll5?,在使用中容易造成气阻.在现代的制动液 配方中,除少数用硅油做基础油外,基础油和稀释荆 几乎全部使用聚醚及其衍生物.表8—7列出了欧iIIf 使用的DOT-3和DOT一4汽车制动液的组成. 裹8-7殴洲使用的DOT-3和DOT-4汽车制动液的组成 硅油具有良好的疏水性,化学惰性和电绝缘性. 适于做汽车制动液.和醇醚型制动液相比.硅油的 吸水性小.吸湿后.其沸点和粘度几乎不变,可防止 水分积聚而腐蚀金属部件;硅油的非导电性也不会 引起电化学腐蚀;硅油的沸点高,低温性能优越,可 防止高温气阻和适用于严寒地区及湿热等恶劣环境 工作硅油对制动系统的所有金属,非金属材料都有 较好的适应性,不会像聚醚型制动液对油漆有溶解 作用.但硅油对刹车系统皮碗溶胀性较差.一般在 硅油中加入硼酸酯,癸二酸酯,新戊基二元醇酯等酯 类油和必要的添加荆,或制成聚醚基,酯基的改性硅 油可以得到DOT-5等高性能的汽车制动液. (来完待续)