L-HM22環境友好液壓油的研制

李久盛,張梅,蘇剛,續景

(中國石油蘭州潤滑油研究開發中心,甘肅蘭州 730060)

L-HM22環境友好液壓油的研制

李久盛,張梅,蘇剛,續景

(中國石油蘭州潤滑油研究開發中心,甘肅蘭州 730060)

以L-HM22環境友好液壓油為研制目標,通過對不同類型基礎油組分的氧化穩定性和水解安定性進行評價,確定了合適的基礎油組成;添加劑配方研究中重點對抗氧劑、抗磨劑及其復配規律進行了研究,確定了復合劑配方。所研制的L-HM22環境友好液壓油各項性能達到了指標要求,并通過了葉片泵臺架試驗和生物降解性試驗。

環境友好液壓油;合成酯;水解穩定性;氧化安定性

Abstract:To develop a kind ofL-HM 22 environm entally friendly hydraulic fluid,the oxidat ion stability and hydrolytic stability of different base oils w ere evaluated and a suitable composition w as determ ined.M eanw hile,an additive package w as designed based on the investigations of ant ioxidants,ant iw ear additives and their synergistic effects.The results indicated that the developed oilcan m easure up to the L-HM 22 specifications,and has passed vane pump bench test and the b iodegradable exper im ent.

Key words:environm entally friendly hydraulic fluid;synthetic ester;hydrolytic stability;oxidation stability

0 引言

隨著潤滑劑的廣泛使用,潤滑劑在使用過程中能通過各種途徑進入環境中,從而造成環境污染。目前全世界使用的潤滑劑中,除一部分由機械運轉正常消耗掉或部分回收再生利用外,在裝拆、灌注、機械運轉過程中仍有 4%～10%的潤滑劑流入環境[1-2]。

隨著我國國民經濟的迅速發展,環境保護問題已經越來越受到社會的重視,建設“環境友好型社會”已成為基本國策和現實需要。在這種情況下,市場上對于環境友好型潤滑油需求必將有較大的增加,盡快開展環境友好型潤滑劑的開發具有重要的現實意義和緊迫性。

在前期的工作中,蘭州潤滑油研究開發中心曾開展過改善環境友好潤滑油基礎油氧化穩定性的研究,工作的重點在于抗氧劑配方的設計和篩選。本文在對國內外技術進行文獻調研的基礎上,通過尋找合適的基礎油組成,篩選性能適宜的添加劑形成復合劑配方,研制出了能夠滿足指標要求的 LHM22環境友好型液壓油產品。

1 基礎油

1.1 不同基礎油的性質

環境友好潤滑油基礎油主要采用合成酯和植物油調合而成,其中植物油具有優良的潤滑性能,粘度指數高,無毒,易生物降解,而且可再生,對環境沒有不良影響,價格低廉;合成酯的熱穩定性及低溫性能突出,粘度指數高,粘溫性能好,揮發性很低,而且具有優良的摩擦學性能,大多數易生物降解,毒性低[3-4]。

根據前期的工作可知,為了綜合兩類基礎油的性能優點,同時降低所研制油品的成本,在研究中應重點考慮選用植物油與合成酯以一定比例進行調合作為研制油品的基礎油。本試驗中所選用的幾種基 礎油典型性質數據見表 1。

表1 基礎油的性質參數

1.2 不同基礎油復配性能考察

將所選擇的植物油與不同合成酯按照一定比例進行調合,重點考察所得基礎油的抗氧化性能 (PDSC氧化起始溫度)、水解安定性和橡膠密封適應性指數,結果見表 2。

表 2 植物油與合成酯復配性能考察

從表 2中可以看到:植物油與合成酯 1復配,其氧化安定性要高于與其他 2種合成酯復配的油品;所調合的 3個基礎油在水解安定性試驗中性能相當;加入合成酯 1的油品橡膠密封適應性略差于其他油品。因為植物油主要的缺點是氧化安定性差,故選擇合成酯 1與其復配作為研制油品的基礎油。

2 添加劑

2.1 抗氧劑的篩選

采用 PDSC方法考察了幾種常用抗氧添加劑T501(2,6-二叔丁基對甲基苯酚)、T531(N-苯基-α萘胺)、DNA(二壬基二苯胺)和 T531加入植物油后油品的起始氧化溫度,在此基礎上比較了不同抗氧劑的作用效果,結果見表 3。

表 3 不同抗氧劑對植物油氧化安定性的影響

從表 3中的數據可以看出,所選植物油在 173℃左右就開始發生氧化反應,182℃左右達到最大氧化反應速度。加入抗氧劑后,菜籽油的起始氧化溫度和最快氧化溫度均有不同程度的提高。其中T531的作用效果最好,將菜籽油的起始氧化溫度提高了 15℃以上,最快氧化溫度的提高幅度也超過了 10℃;DNA的抗氧化效果比 T531稍差,T501最差。

分析以上試驗結果,因為植物油主要成分是脂肪酸甘油酯,與礦物油相比,在氧化過程中更容易因為水解、醇解等反應而生成脂肪酸,所以也就更需要胺類抗氧劑對酸性物質的催化作用進行抑制,這也是胺類抗氧劑效果較為明顯的原因。

2.2 抗氧復合劑的確定

通過對抗氧劑單劑的篩選,初步確定了復合抗氧劑的大致組成,并對不同劑量復合劑配方的效果進行了考察,結果見表 4。從試驗結果可知,復合抗氧劑 3在油品中的效果最佳,從而確定了研制油品的抗氧復合劑配方。

表 4 不同復合抗氧劑對油品性能的影響

2.3 抗磨劑性能的考察

為了減小機械運行時產生的磨損,延長機械使用壽命,液壓油在使用過程中要求必須具有良好的抗磨性能,所以在油品研制過程中重點進行了不同類型抗磨劑的篩選工作。首先選擇抗磨劑 1(ZDDP)、抗磨劑 2(酸性磷酸酯胺鹽)、抗磨劑 3(二烷基二硫代磷酸酯)和抗磨劑 4(二烷基二硫代磷酸酯)等 4種常用抗磨劑進行了初步的性能考察,加劑量為 0.2%,結果見表 5。

表5 不同抗磨添加劑的性能考察

從表 5中的結果可知,在所選擇的基礎油中,結構類似的抗磨劑 3和抗磨劑 4極壓抗磨性能明顯優于其他 2種抗磨劑。分析其原因,是因為環境友好潤滑油的基礎油本身的極性較強,在摩擦過程中會與極壓抗磨劑產生競爭吸附作用。抗磨劑 1的分子結構決定了其極性較弱,不能在金屬表面產生有效的吸附,所以其抗磨性能較差;而抗磨劑 2由于單劑本身的酸值較大,會在摩擦過程中對金屬表面產生腐蝕磨損,也導致了其抗磨性能不佳[5]。

2.4 復合抗磨劑的確定

在對不同抗磨劑進行單劑性能考察的基礎上,初步確定了復合抗磨劑的組成,并對不同劑量的復合劑在油品中的性能進行了全面考察,結果見表6。

表 6 不同劑量復合抗磨劑對油品性能的影響

從表 6中可以看到:加入不同劑量單劑組成復合抗磨劑后,對油品的極壓抗磨性能和水解安定性造成了不同的影響,從油品的綜合性能考慮,選擇復合抗磨劑 3作為研制油品的配方組成。

3 研制油的評價

3.1 氧化安定性考察

環境友好液壓油與傳統礦物油型液壓油存在較大差別,基礎油主要采用合成酯和植物油調合而成,其分子結構主要為脂肪酸酯,在水存在的情況下容易發生水解,生成游離的脂肪酸。而在進行AST M D943試驗時,需要加入一定量的水,這就導致了油品很難達到原定的技術指標,所以在進行環境友好潤滑油產品的開發工作時,原來最常用來評價液壓液老化行為的 TOST(AST M D943)試驗不適合用于環境友好液壓油的性能評價。通過對國外同類產品進行考察,并參考相關的規格標準 (ISO/ D IS 15380-2000),采用加水 (TOST)和不加水(Dry TOST)試驗 2種方法對油品氧化安定性進行了考察,并與國外同類產品進行了對比,結果見圖1。

圖1 研制油與參比油的性能對比

從圖1中看到:加水后 TOST試驗中油品的氧化時間為 300 h,而在不加水的Dry TOST試驗中,油品的氧化時間大大提高,約為加水后氧化時間的 10倍,這就充分說明水解是造成此類油品酸值上升的主要原因。同時可以看到,所研制的環境友好液壓油氧安定性要明顯優于國外同類產品。

3.2 葉片泵臺架試驗

按照所確定的復合添加劑和基礎油配方,調制了L-HM22環境友好液壓油,進行 100 h的葉片泵試驗,試驗結果見表 7。

表7 L-HM22環境友好液壓油葉片泵磨損試驗結果

從臺架試驗結果可知:葉片泵試驗中定子、葉片磨損量非常小,遠遠低于指標要求,說明所研制的油品通過了葉片泵臺架試驗,且表現出了優良的抗磨損性能。

3.3 研制油的性能評價

按照所確定配方調制了L-HM22環境友好液壓油,對油品的性能進行了全面的分析評價,結果見表 8。從表中的數據可知,研制油的性能完全達到了指標要求。

表8 研制油的性能評定結果

4 結論

通過以上試驗,可以得到以下結論:

(1)以植物油與合成酯為主作為基礎油研制出的L-HM22環境友好液壓油具有良好的抗氧化性能和水解安定性,達到并優于國外同類產品的水平。

(2)采用多種抗磨劑復配作為研制油的復合抗磨劑,使得油品表現出了優異的抗磨損能力,順利通過了葉片泵臺架試驗。

(3)研制油的各項理化指標滿足產品質量標準要求。

[1]趙興中.國外生物降解潤滑劑的現狀及發展趨勢 [J].潤滑油,1994,9(1):24-26.

[2]Marc Jackson.Environmentally Compatible Lubricants:Focusing on the Long-ter m[J].NLGI,1993(9):233-239.

[3]Reigh C Gunderson,Hart.Sythetic Lubricants[M].New York:Reinhold Publishing Co,1962.

[4]李蕩.生物降解性潤滑劑基礎液的種類與應用 [J].合成潤滑材料,1997,24(2):28-32.

[5]張景河.現代潤滑與燃料添加劑 [M].北京:中國石化出版社,1992:116-135.

D eve lopm en t of L-HM22Environm en ta lly F riend ly H yd rau lic F lu id

L I J iu-sheng,ZHANG M e i,SU Gang,XU J ing
(PetroChina Lanzhou Lubricating O ilR&D Institute,Lanzhou 730060,China)

TE626.38

A

2009-11-03。

李久盛(1974-),男,副教授,2002年畢業于上海交通大學,并獲得材料科學博士學位,主要從事潤滑油添加劑的合成、摩擦學機理研究和可生物降解潤滑油的開發工作,已在國內外學術期刊公開發表論文40余篇。

1002-3119(2010)05-0014-04