基于均勻設(shè)計的潤滑油復(fù)合基礎(chǔ)油體系研究

徐金龍,熊春華

(總后油料研究所,北京 102300)

基于均勻設(shè)計的潤滑油復(fù)合基礎(chǔ)油體系研究

徐金龍,熊春華

(總后油料研究所,北京 102300)

基礎(chǔ)油體系是影響潤滑油粘溫性能非常重要的因素。文章運用均勻設(shè)計法對 0W-40高級別潤滑油基礎(chǔ)油體系進行了試驗設(shè)計,并對粘溫性能的三個指標(biāo) 100℃運動粘度、高溫高剪切粘度和 -35℃低溫動力粘度的試驗結(jié)果用逐步回歸技術(shù)進行處理,得出上述三個指標(biāo)對基礎(chǔ)油的數(shù)學(xué)模型,最終對回歸模型進行最優(yōu)化求解,得出的實測值與預(yù)報值基本一致,并達到了 0W-40的粘溫性能要求。

0W-40;潤滑油;發(fā)動機油;基礎(chǔ)油;均勻設(shè)計

Abstract:The base o il system is the important factorof affecting viscosity-temperature perform ance of lubricating oil.The base o il system of 0W-40 advanced lubricating oilw as form ulated w ith uniform-design in this paper.Based on the m easured results,three m athem atic models of kinem atic visco sity at 100℃,HTHS and CCS at-35℃w ere deduced by regression.By op t im ization w ith the above models,the m easured values accord w ith the predicted ones.

Key words:0W-40;lubricating oil;engine oil;base oil;uniform design

0 引言

在潤滑油配方研究中,通常需要經(jīng)過如下步驟:①復(fù)合基礎(chǔ)油體系的確定;②添加劑復(fù)合規(guī)律考察以及配方篩選;③標(biāo)準(zhǔn)臺架的評定。其中,復(fù)合基礎(chǔ)油體系對于潤滑油的高低溫粘度及其他相關(guān)性能具有重要的影響。因此,在研究過程中,首先是根據(jù)經(jīng)驗在配方中加入一定量的復(fù)合功能添加劑,然后加入 2～4種基礎(chǔ)油、粘度指數(shù)改進劑以及降凝劑作為復(fù)合基礎(chǔ)油體系,在滿足低溫性能的前提下盡量提高高溫性能,為了能夠最佳地平衡上述高低溫性能,需盡量減少輕組分基礎(chǔ)油、粘度指數(shù)改進劑以及降凝劑的用量并增加重組分基礎(chǔ)油的用量,正常情況下需幾十次試驗才能完成,而通過均勻設(shè)計法只需用較少的實驗即能摸清基礎(chǔ)油體系中各組分之間的相互關(guān)系以及對高低溫粘度的影響并確定出復(fù)合基礎(chǔ)油體系中各組分的最佳比例。

本文利用均勻設(shè)計軟件包將均勻設(shè)計運用于0W-40高級別潤滑油復(fù)合基礎(chǔ)油體系的研究,在短時間內(nèi)就達到了上述研究目的,節(jié)省了試驗時間,加快了研究進度,為下一步配方研究奠定了基礎(chǔ)。

1 結(jié)果與討論

1.1 單一基礎(chǔ)油的篩選

潤滑油基礎(chǔ)油復(fù)合體系的研究,首先是單一基礎(chǔ)油的篩選,表 1是擬選基礎(chǔ)油的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

項 目 合成油1 合成油2 合成油3 加氫礦物油1加氫礦物油2 酯類油1 酯類油2

表1 擬選基礎(chǔ)油基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

根據(jù) 0W-40對高低溫粘度(見表 2)以及高溫抗氧化性能的要求,初步篩選了以合成油 1、合成油3和酯類油 1作為該復(fù)合體系的基礎(chǔ)油。

表2 0W-40潤滑油粘溫性能要求

1.2 粘度指數(shù)改進劑的篩選

為了改善潤滑油的粘溫性能,通常在多級油中需要添加粘度指數(shù)改進劑,尤其對 0W-40的高級別潤滑油來說更是如此,由于該潤滑油品的粘度級別跨度非常大,因此所篩選的粘度指數(shù)改進劑應(yīng)具有非常好的抗剪切性能、良好的增粘性能、小的低溫動力粘度以及小的結(jié)焦性能,本項目從市場上挑選了 4種粘度指數(shù)改進劑對其進行了粘度增長率、永久剪切穩(wěn)定指數(shù)(柴油噴嘴法)、-35℃低溫動力粘度以及成焦板焦重四個方面性能的考察,數(shù)據(jù)見表3。

表3 粘度指數(shù)改進劑的篩選

從表 3中可以看出,與其他粘度指數(shù)改進劑相比 3#具有非常好的抗剪切性能 (PSSI=5,最小),良好的增粘性能 (粘度增長率為 45%,適中),小的低溫動力粘度 (為 1810,比較小),小的結(jié)焦性能 (成焦板焦重為 8mg),因此選擇 3#粘度指數(shù)改進劑用于 0W-40高級別潤滑油基礎(chǔ)油復(fù)合體系的研究。

1.3 復(fù)合基礎(chǔ)油體系的研究

1.3.1 實驗設(shè)計

根據(jù)研究篩選出的合成油 1(X1)、合成油3(X2)、酯類油 1(X3)、粘度指數(shù)改進劑 3(X4),以及選定的國外 CI-4功能復(fù)合劑 (X5=常數(shù)),采用均勻設(shè)計包選用有約束配方設(shè)計確定出 4因素 8水平的U8(8

4)均勻設(shè)計表,對各個樣品進行了 100℃運動粘度、高溫高剪切粘度和 -35℃低溫動力粘度 的測定,試驗設(shè)計和結(jié)果見表 4。

表4 試驗設(shè)計和結(jié)果

1.3.2 試驗數(shù)據(jù)處理與分析

對均勻?qū)嶒炘O(shè)計試驗結(jié)果通常采用多元線性回歸方法進行處理[1],由于本試驗涉及四個變量,變量之間的相互影響是客觀存在的,為了解析不同變量之間的相互影響,采用逐步多元線性回歸法處理試驗結(jié)果。數(shù)學(xué)處理過程中根據(jù)方差分析選擇上側(cè)概率值小、相關(guān)系數(shù)高、自由度小的模型。由于采用了有約束配方設(shè)計,因此 X1+X2+X3+X4=1,所以在回歸分析中只使用 3個變量 X2、X3、X4。

(1)運動粘度 (100℃)(Y1)

運動粘度(100℃)數(shù)學(xué)模型的建立采用逐步回歸法,檢驗閾值 F1=F2=1.2,其結(jié)果表達式等如下:

方差分析見表5。

表5 方差分析

從回歸方程及方差分析表 5可以看出,該方程顯著性非常明顯(p=0.000001),相關(guān)系數(shù)較高 (R2=0.9994),方程可信;且粘度指數(shù)改進劑 (X4)對粘度的影響最大,隨著粘度指數(shù)改進劑的增加,粘度將會急劇增加,這與經(jīng)驗配方的結(jié)果是相一致的。在試驗范圍內(nèi)對回歸方程求最優(yōu)解:X2=0.1276、X3= 0.0930、X4=0.2731、X1=0.5063,Y(運動粘度最大) =36.5902。

(2)高溫高剪切粘度 (Y2)

高溫高剪切粘度數(shù)學(xué)模型的建立采用逐步回歸法,檢驗閾值 F1=F2=1.2,其結(jié)果表達式等如下:

方差分析見表6。

表6 方差分析

從回歸方程及方差分析表可以看出,該方程顯著性非常明顯 (p=0.000002),相關(guān)系數(shù)較高(R2=0.9946),方程可信;且粘度指數(shù)改進劑(X4)對低溫動力粘度的影響最大,隨著粘度指數(shù)改進劑的增加,粘度將會急劇增加,這與經(jīng)驗配方的結(jié)果是相一致的。在試驗范圍內(nèi)對回歸方程求最優(yōu)解:X2=0.1276、X3=0.093、X4= 0.2731、X1=0.5063,Y(高溫高剪切粘度最大) =6.1059。

(3)低溫動力粘度 (-35℃)(Y3)

低溫動力粘度 (-35℃)數(shù)學(xué)模型的建立采用逐步回歸法,檢驗閾值 F1=F2=7.3,其結(jié)果表達式等如下:方差分析見表7。

表7 方差分析

從回歸方程及方差分析表 7可以看出,該方程顯著性非常明顯(p=0.000483),相關(guān)系數(shù)較高 (R2=0.9967),方程可信;且 X2、X3、X4對低溫動力粘度均有影響。在試驗范圍內(nèi)對回歸方程求最優(yōu)解:X2=0.0151、X3=0.1159、X4=0.0139、X1=0.8551,Y (-35℃低溫動力粘度最小)=2851。

(4)綜合最優(yōu)解預(yù)測與實測值

通過均勻設(shè)計方法得到了不同因子對 0W-40高級別潤滑油基礎(chǔ)油體系三個指標(biāo) 100℃運動粘度、高溫高剪切粘度以及 -35℃低溫動力粘度數(shù)學(xué)模型,根據(jù)該數(shù)學(xué)模型設(shè)計出滿足 0W-40質(zhì)量指標(biāo)要求的綜合解:當(dāng) X1=0.5750、X2=0.085、X3= 0.0850、X4=0.1150時,得到的預(yù)測結(jié)果能夠滿足0W-40質(zhì)量指標(biāo)要求,預(yù)測值與對應(yīng)的實測值見表8,從表 8中可以看出根據(jù)預(yù)測的最優(yōu)解得出的實測值與預(yù)測值基本一致,得出的 0W-40高級別潤滑油的基礎(chǔ)油體系可用于后續(xù)的功能單劑配方技術(shù)研究。

表8 均勻設(shè)計模型預(yù)測與實測值驗證

2 結(jié)論

(1)運用均勻設(shè)計進行復(fù)合基礎(chǔ)油體系的研究,可以明顯減少試驗次數(shù),降低研究成本,得出基礎(chǔ)油各組分間的相互關(guān)系,根據(jù)該模型可預(yù)測出不同粘溫要求的最優(yōu)配方。

(2)得出的復(fù)合基礎(chǔ)油體系,完全符合 0W-40粘溫性能要求,可用于后續(xù)功能單劑配方技術(shù)研究。

[1]杜明亮,方開泰.多種建模方法用于均勻設(shè)計試驗的思考[C]∥均勻試驗設(shè)計學(xué)術(shù)交流會論文集,北京,2007: 112-125.

S tudy on B ase O il System of L ub rica ting O il w ith U n iform-D esign

XU J in-long,X IONG Chun-hua
(POL Research Institute of GeneralLogistics Dep t,PLA,Beijing 102300,China)

TE626.3

A

2010-04-06。

徐金龍(1976-),碩士研究生,工程師,2002年畢業(yè)于北京化工大學(xué)工業(yè)催化專業(yè),主要從事潤滑油品的論證、研制及應(yīng)用研究工作,已公開發(fā)表文章數(shù)篇。

1002-3119(2010)05-0053-04