幾種減摩劑在聚醚油中的性能評價

于 海，糜莉萍，梁依經

(中國石油蘭州潤滑油研究開發中心，蘭州 730060)

幾種減摩劑在聚醚油中的性能評價

于 海，糜莉萍，梁依經

(中國石油蘭州潤滑油研究開發中心，蘭州 730060)

對環氧油酸酯、苯三唑脂肪胺鹽、磷酸酯胺鹽、非活性硫化脂肪酸酯、硼化酰胺類油酸酯減摩劑與聚醚油的相容性及其摩擦學性能進行了考察。結果表明：磷酸酯胺鹽、環氧油酸酯和硼化酰胺類油酸酯與聚醚油的相容性良好，而苯三唑脂肪胺鹽和非活性硫化脂肪酸酯與聚醚油的相容性較差；磷酸酯胺鹽對聚醚油具有良好的減摩效果以及承載能力，引入磷酸酯胺鹽后的新配方產品相較于原配方產品，在承載能力、減摩性能以及摩擦因數、牽引系數方面均有較大的改善。

減摩劑 摩擦因數 承載能力 牽引系數

聚醚是由環氧化合物及其衍生物共聚或均聚而成的主鏈中含有醚鍵結構的高分子聚合物，其主要結構單元由環氧乙烷、環氧丙烷、環氧丁烷或四氫呋喃組成[1]。由于其獨特的結構特征，使聚醚相對于其它礦物油和合成油聚α-烯烴來說，在低溫性能、黏度指數、油泥控制、水容性、極壓特性、生物降解性等方面表現出色，已廣泛用于重負荷齒輪油、蝸輪蝸桿油、壓縮機油、液壓油、冷凍機油、金屬加工液等工業潤滑油領域[2-5]。但作為極性基礎油的聚醚也存在著諸多不足，其中較低的對添加劑的溶解性和感受性一直是制約聚醚產品開發的難題之一。對聚醚型蝸輪蝸桿油及齒輪油產品開發來說，減摩性能是該類型油品最重要的性能和特色，但由于其聚醚基礎油分子極性高，與添加劑中減摩劑存在競爭吸附問題，因此，減摩劑與聚醚油的適應性和相容性是聚醚型渦輪蝸桿油及齒輪油產品開發中的關注熱點。本課題對環氧油酸酯、苯三唑脂肪胺鹽、磷酸酯胺鹽、非活性硫化脂肪酸酯、硼化酰胺類油酸酯減摩劑與聚醚油的相容性及摩擦學性能進行考察和評價，為聚醚型蝸輪蝸桿油及齒輪油產品的開發提供指導和技術支持。

1 實 驗

1.1 原料及儀器

基礎油：鑒于聚醚型蝸輪蝸桿油及齒輪油產品中，多選用運動黏度(40 ℃)為220～460 mm2/s的油品，其中又以460號黏度級別的油品應用居多，故采用一種運動黏度(40 ℃)為460 mm/s2的水溶性聚醚基礎油A作為本試驗的基礎油，其主要理化性質見表1。

表1 聚醚基礎油A的主要理化性質

減摩劑：環氧油酸酯、苯三唑脂肪胺鹽、磷酸酯胺鹽、非活性硫化脂肪酸酯、硼化酰胺類油酸酯。

試驗儀器：MMW-1型四球機、MQ-12型四球機、MTM2型微牽引力試驗機。

1.2 試驗方法

相容性試驗：分別用基礎油A與一定量(質量分數小于1%)的各減摩劑調制成混合樣品，在60～65 ℃的溫度下加熱攪拌2 h，然后靜置觀察油品外觀是否均一透亮，如外觀均一透亮則表明其相容性良好，如外觀渾濁或有沉淀、分層等現象則表明其相容性差。

四球機試驗：使用四球機考察各減摩劑的承載能力和減摩效果，測定最大無卡咬負荷(PB)、磨斑直徑以及摩擦因數隨負荷的變化情況，其中PB的測定參考GB/T 3142—2004方法進行，磨斑直徑的測定參考SH/T 0189—1992方法進行，摩擦因數的測定參考SH/T 0762—2005方法進行。

微牽引力試驗：使用MTM2微牽引力試驗機測定油品牽引系數在恒定負荷、溫度和傳動比下隨時間的變化情況。試驗條件為：溫度70 ℃，傳動比50∶1，載荷35 N。

2 結果與討論

2.1 減摩劑對聚醚油的相容性

從聚醚基礎油的分子結構來看，其中含有大量的烷氧基官能團，在長的碳鏈末端還存在極性較強的羥基。這些官能團的存在，使得常用添加劑在聚醚基礎油與礦物油中的適應性存在較大的差異，大部分添加劑不能直接用于聚醚型的潤滑油配方中[6]。因此，對幾種減摩劑與聚醚基礎油A的相容性進行了考察，結果見表2。從表2可以看出：環氧油酸酯、磷酸酯胺鹽和硼化酰胺類油酸酯與聚醚油的相容性良好，而苯三唑脂肪胺鹽和非活性硫化脂肪酸酯與聚醚油的相容性則不佳。

表2 減摩劑與聚醚油的相容性

2.2 摩擦學性能

將相容性良好的環氧油酸酯、磷酸酯胺鹽和硼化酰胺類油酸酯減摩劑以一定量(質量分數小于1%)加入到基礎油A中，考察各油樣的摩擦學性能，結果如表3、圖1所示。

表3 各減摩劑的摩擦學性能考察結果

從表3可以看出：各減摩劑的加入對降低基礎油A的磨斑直徑、提高基礎油A的承載能力有明顯的作用；加入磷酸酯胺鹽時油品的PB值提升幅度最大，環氧油酸酯次之，硼化酰胺類油酸酯最低。對應實際工況，由于PB值可以表征油品的油膜強度，故磷酸酯胺鹽相較于其它減摩劑可有效防止油品油膜破裂所造成的軸承或齒面表面磨損；3種減摩劑作用下的鋼球磨斑直徑基本相當，這是由于在較低負荷下(196 N)，各減摩劑在摩擦副表面所形成的物理或化學吸附膜強度相差不大。

圖1 3種減摩劑作用下摩擦因數隨負荷的變化■—硼化酰胺類油酸酯；●—環氧油酸酯；▲—磷酸酯胺鹽；◆—基礎油A

從圖1可以看出：3種減摩劑中，磷酸酯胺鹽的加入對于摩擦因數的降低效果最為明顯，在負荷大于392 N時，摩擦因數隨著負荷的增加而平穩下降，表明該減摩劑在金屬表面能形成致密、穩定的吸附潤滑膜；環氧油酸酯的加入對較低負荷下的摩擦因數有一定的降低效果，但隨著負荷增大，其摩擦因數相對于基礎油A無明顯改善，說明此添加劑在較低負荷下能起到降低摩擦的作用，但在高負荷工況時對油品的潤滑性改善不大；而硼化酰胺類油酸酯對油品摩擦因數的改善效果較差，其摩擦因數隨著負荷的增加逐漸增大，表明該添加劑不能形成穩定的吸附膜，在摩擦過程中隨著載荷的增大所生成的吸附膜不斷經歷生成、破裂的循環過程，導致摩擦因數不斷增大[7]。

2.3 牽引系數

牽引系數是表征聚醚型產品摩擦學性能的重要指標之一，其中低的牽引系數可使軸承或齒輪等傳動設備的傳動效率提高、工作溫度下降，并減少功率輸出和能源消耗[8]。進行微牽引力試驗可以更貼近工況，對各減摩劑的潤滑性能評價結果也具有更好的參考價值。分別對3種減摩劑的牽引系數進行考察，結果見圖2。從圖2可以看出：磷酸酯胺鹽和環氧油酸酯的加入對于降低聚醚基礎油A的牽引系數效果明顯。對應實際工況，則可以提高傳動效率，降低工作溫度，并減少功率輸出和能源消耗；而硼化酰胺類油酸酯對于降低聚醚基礎油A的牽引系數效果不佳，其牽引系數隨時間延長而逐漸增大，不利于傳動效率的提高。

圖2 3種減摩劑的牽引系數隨時間的變化—基礎油A; —環氧油酸酯; —硼化酰胺類油酸酯; —磷酸酯胺鹽

2.4 在產品配方中性能評價

從上述幾種減摩劑在聚醚基礎油A中的摩擦學性能表現結果來看，磷酸酯胺鹽的加入對于提升油品的摩擦學性能效果最佳。為了進一步驗證該減摩劑在產品配方中是否同樣具有良好的摩擦學性能，將一定量(質量分數小于1%)的磷酸酯胺鹽引入到460號聚醚蝸輪蝸桿油產品配方中，進行四球機試驗以及微牽引力試驗，并與原配方產品進行對比，結果分別見表4、圖3和圖4。從表4、圖3、圖4可以看出，引入磷酸酯胺鹽后的新配方產品相較于原配方產品，在承載能力、減摩性能以及摩擦因數、牽引系數方面均有較大的改善，說明磷酸酯胺鹽應用于聚醚油的產品配方中能表現出良好的摩擦學性能。

表4 新配方與原配方產品的摩擦學性能

圖3 新配方與原配方產品的摩擦因數對比◆—原配方；■—新配方

圖4 新配方與原配方產品的牽引系數對比—原配方; —新配方

3 結 論

(1) 環氧油酸酯、磷酸酯胺鹽和硼化酰胺類油酸酯與聚醚油的相容性良好，而苯三唑脂肪胺鹽和非活性硫化脂肪酸酯與聚醚油的相容性則較差。

(2) 在四球機試驗以及微牽引力試驗中，磷酸酯胺鹽對聚醚油均表現出良好的減摩效果以及承載能力；環氧油酸酯的減摩效果次之，在較低負荷下對降低油品摩擦因數有一定的效果，但隨著負荷增大，減摩效果不明顯；而硼化酰胺類油酸酯的減摩效果較差。

(3) 引入磷酸酯胺鹽后的新配方產品相較于原配方產品，在承載能力、減摩性能以及摩擦因數、牽引系數方面均有較大的改善。

[1] 程亮.聚亞烷基二醇制備方法概述[J].潤滑油，2012，27(2)：35-42

[2] 茍連杰.聚醚潤滑劑的特點及應用[J].合成潤滑材料，2002，29(3)：9-16

[3] 程亮，王力軍，張東桓，等.聚醚的制備及摩擦特性研究[J].潤滑油，2013，28(1)：19-22

[4] 李慶忠，于秀坤，趙民，等.幾種復合添加劑在聚醚中的摩擦學行為研究[J].潤滑與密封，2004，166(6)：15-17

[5] 羅時輝.聚亞烷基二醇-全合成高性能工業潤滑劑基礎油[J].潤滑油，2013，28(5)：6-12

[6] 陶氏環球技術有限責任公司.可用作Ⅰ-Ⅳ類烴油用潤滑劑添加劑的聚亞烷基二醇：中國，CN102471720A[P].2012-05-23

[7] 祁有麗，蘇剛，陳馥婧，等.水溶性聚醚酯摩擦學性能的研究[J].摩擦學學報，2011，31(3)：249-254

[8] 程亮.聚亞烷基二醇結構與性能的關系概述[J].潤滑油，2014，29(4)：8-1

PERFORMANCE EVALUATION OF FRICTION REDUCERS IN POLYETHER (PAG) OIL

Yu Hai，Mi Liping，Liang Yijing

(PetroChinaLanzhouLubricatingOilR&DInstitute，Lanzhou730060)

The compatibility and tribological properties of friction reducers (epoxy oleate，benzotriazole aliphatic amine，amine phosphate，inactive sulfurized fatty acid ester，and boride oleic acid ester amides) in polyether (PAG) oil were investigated by four-ball test and MTM2 test machine. The results indicate that three kinds of friction reducers have a good compatibility and tribological properties with PAG，except benzotriazole aliphatic amine and inactive sulfurized fatty acid ester. The addition of amine phosphate has good effects on bearing capacity and the friction reduction for polyether. Great improvement in bearing capacity and friction reduction，friction factor，and traction coefficient of the PAG are observed after addition of amine phosphate.

friction reducer additives；friction factor；bearing capacity；traction coefficient

2015-12-14；修改稿收到日期：2016-03-02。

于海，工程師，從事工業用油的研究工作，公開發表論文5篇。

于海，E-mail：yuhai_rhy@petrochina.com.cn。