國產與進口聚α-烯烴潤滑油性能對比

吳 楠，費逸偉，張 昊，宗志敏

(1.中國礦業大學，江蘇 徐州 221116； 2.空軍勤務學院)

國產與進口聚α-烯烴潤滑油性能對比

吳 楠1，2，費逸偉2，張 昊2，宗志敏1

(1.中國礦業大學，江蘇 徐州 221116； 2.空軍勤務學院)

以國產低黏度聚α-烯烴潤滑油為研究對象，通過黏度、酸值、傾點等指標，結合差示掃描量熱(DSC)技術，考察其理化性能品質，并與同規格進口產品相比較，分析二者在潤滑性、腐蝕性、熱氧化安定性等方面的差異。結果表明：國產聚α-烯烴潤滑油的酸值和傾點受溫度影響較小，而黏度受溫度的影響較大，隨著反應溫度的升高，運動黏度逐漸降低，且進口產品的變化幅度明顯大于國產產品；國產與進口聚α-烯烴潤滑油基礎油的熱氧化安定性相差不大，對抗氧劑的感受性也差別不大，在較高的溫度下，胺型抗氧劑的抗氧化性能均優于酚型抗氧劑。

聚α-烯烴潤滑油 理化性能 氧化安定性 差示掃描量熱法

聚α-烯烴(PAO)潤滑油是一類重要的合成潤滑油，與礦物基潤滑油相比，具有良好的低溫與黏溫性能，較低的揮發損失，更高的熱穩定性以及抗燃、耐輻射、優良的潤滑抗磨損等優點，廣泛應用于航空航天、軍事、運輸等行業[1-4]。隨著對高品質合成潤滑油需求的日益增大，PAO潤滑油逐漸成為合成潤滑油市場需求增長量最快的品種之一。但是由于原料來源、生產工藝、成本控制等因素的影響，國產PAO潤滑油產品質量和產量與進口產品相比存在一定差距，高檔潤滑油產品基本依賴進口。據報道[5]，2008年我國潤滑油市場的總需求量為5.50 Mt，從2008年至2013年，我國潤滑油市場需求量以約3.5%的年增速增長，2015年我國潤滑油市場消費總量達到7.0 Mt，但是其中超過90%的高檔PAO潤滑油來源于進口。因此，掌握目前國產PAO潤滑油的性能品質現狀，找出國產與進口PAO潤滑油之間的差距，對于加快高檔合成潤滑油國產化進程，具有重要意義。本課題以國產低黏度PAO潤滑油為研究對象，通過黏度、酸值、傾點等指標，結合差示掃描量熱(DSC)技術，考察其理化性能品質，并與同規格進口產品相比較，分析得出二者在潤滑性、腐蝕性、熱氧化安定性等方面的差異。

1 實 驗

1.1 主要材料及儀器

實驗用油為南京孚科獅公司生產的PAO合成潤滑油基礎油和進口某品牌PAO合成潤滑油基礎油，兩種基礎油的理化性能見表1。實驗用酚型抗氧劑為2，6-二叔丁基對甲酚(T501)，分析純，廊坊市興亞達化工有限公司生產；胺型抗氧劑為對，對’-二異辛基二苯胺(Tz516)和N-苯基-α-萘胺(T531)，均為分析純，南通新長化學有限公司生產。

表1 國產和進口PAO潤滑油基礎油的理化性能

1.2 實驗方法

1.2.1 高溫氧化反應試驗 將100 g國產和進口PAO合成潤滑油基礎油分別加入高壓釜中，設定反應溫度為170，200，230，250，270，300 ℃，攪拌速率為800 r/min，每個溫度反應保持2 h。反應結束后，用冰水冷卻高壓釜至室溫，取出樣品，國產PAO合成潤滑油反應前后得到樣品編號為G0，G170，G200，G230，G250，G270，G300；進口PAO合成潤滑油反應前后得到樣品編號為J0，J170，J200，J230，J250，J270，J300。

1.2.2 高壓差示掃描量熱實驗 采用程序升溫法，實驗條件為：升溫速率10 ℃/min，氧氣壓力1.0～1.5 MPa，氧氣流速100 mL/min，6 mm開口鋁皿，樣品用量0.6 μL。

1.2.3 理化性能檢測 工作性能良好的潤滑油應具有良好的潤滑性、流動性、抗氧化性、無腐蝕性、抗泡性、抗乳化性以及無水分、灰沙雜質等性能。其中，黏度是影響油品潤滑性的重要參數，也是評價油品流動性的關鍵指標，是潤滑油質量標準中的重要檢測項目；酸值與傾點是用來評價潤滑油腐蝕性與低溫流動性的重要指標[6-7]。按照GB/T 265《石油產品運到黏度測定法和動力黏度計算法》、GB/T 264《石油產品酸值測定法》和GB/T 3535《石油傾點測定法》分別測定高溫反應后各組油樣的運動黏度、酸值和傾點。

2 結果與討論

2.1 國產和進口PAO潤滑油樣品的運動黏度

國產與進口PAO潤滑油高溫氧化反應前后樣品的運動黏度見表2。從表2可以看出：①當反應溫度低于250 ℃時，隨著反應溫度的升高，國產PAO樣品40 ℃運動黏度略有降低，但變化不大，當溫度繼續升高，運動黏度逐漸降低，250 ℃氧化試驗后樣品的運動黏度為18.44 mm2/s，300 ℃氧化試驗后，高溫試驗樣品的運動黏度為15.59 mm2/s，比氧化前的運動黏度減少3.11 mm2/s，降幅16.6 %，100 ℃的運動黏度與40 ℃的運動黏度變化趨勢相吻合，在300 ℃氧化后，運動黏度為3.722 mm2/s，相比氧化前降幅為9.7%；②進口PAO樣品的運動黏度變化相對較大，40 ℃和100 ℃運動黏度在200 ℃以下氧化后幾乎沒有變化，當溫度升高，運動黏度降低明顯，當溫度升至300 ℃時，高溫試驗樣品的40 ℃運動黏度相比氧化前降幅為53.9 %，100 ℃運動黏度相比氧化前降幅為38.0%，變化幅度均明顯高于國產PAO潤滑油。

2.2 國產和進口PAO潤滑油樣品的酸值

酸值是用來衡量潤滑油腐蝕性的一項重要指標。潤滑油對金屬的腐蝕主要是酸的腐蝕，腐蝕對設備的壽命會帶來嚴重的威脅，其中相對分子質量較小的酸的腐蝕性更強。潤滑油在儲存和使用過程中，由于受到熱、氧和光線等因素的作用，會發生氧化和分解，生成酸性物質，從而使油品酸值不斷增大。當油品酸值小于0.5 mgKOH/g時，一般不會對金屬產生嚴重的腐蝕，而當酸值大于0.5 mgKOH/g時腐蝕就會漸趨嚴重[8]。國產與進口PAO潤滑油高溫反應前后樣品的酸值見表3。從表3可以看出，隨著反應溫度的升高，國產PAO潤滑油的酸值逐漸增大，170 ℃反應后，酸值為0.015 mgKOH/g；200 ℃反應后，酸值為0.143 mgKOH/g，相比于氧化前酸值增大近10倍；230 ℃反應后，酸值為0.212 mgKOH/g，相比于170 ℃反應后的酸值增幅為49%；250 ℃反應后，酸值為0.282 mgKOH/g，酸值增幅為33%；270 ℃反應后，酸值增幅為17%；300 ℃反應后，酸值增幅為30%。可見，當溫度高于200 ℃，酸值急劇增加，隨著溫度的升高酸值變化幅度趨于平緩。相同條件下，進口油品的酸值變化幅度略高于國產油品。雖然反應溫度會影響酸值，但國產和進口PAO潤滑油及其高溫反應油樣的酸值總體較小，小于0.5 mgKOH/g，說明經過高溫氧化實驗后，兩種試驗油樣的酸值均無明顯的變化，溫度對PAO潤滑油的酸值影響不大，油樣中酸性化合物較少，腐蝕性較小。可見兩種PAO油樣在高溫下均沒有發生深度的氧化反應，只是發生了熱裂解，酸值變化不大。

表2 國產與進口PAO潤滑油高溫反應前后樣品的運動黏度

表3 國產與進口PAO潤滑油高溫反應前后樣品的酸值

2.3 國產和進口PAO潤滑油樣品的傾點

傾點是潤滑油低溫流動性的一個重要質量指標[8]。國產與進口PAO潤滑油高溫反應前后樣品的傾點見表4。從表4可以看出，當反應溫度為170 ℃時，國產PAO潤滑油反應后樣品的傾點為-61 ℃，進口PAO潤滑油反應后樣品的傾點為-66 ℃；當反應溫度為250 ℃時，國產PAO潤滑油反應后樣品的傾點基本不變，進口PAO潤滑油反應后樣品的傾點略有升高；當反應溫度為300 ℃時，國產PAO潤滑油反應后樣品的傾點為-52 ℃，相比于初始樣品，升高幅度為15%，進口PAO潤滑油反應后樣品的傾點為-24 ℃，相比于初始樣品，升高幅度為64%。由此可見，隨著反應溫度的升高，國產和進口PAO潤滑油高溫反應后樣品的傾點均有所升高，但總體變化不大，只有當反應溫度高于270 ℃時，二者才發生較大變化。高溫的工作環境會使PAO潤滑油基礎油的低溫流動性能變差，但國產PAO潤滑油基礎油在低溫條件下性能更穩定。

表4 國產與進口PAO潤滑油高溫反應前后樣品的傾點

2.4 國產和進口PAO潤滑油樣品的氧化安定性能

基礎油的氧化是放熱反應，在氧氣存在條件下對其加熱，當基礎油開始氧化時，就會在DSC曲線上出現明顯的放熱峰，而且放熱的速率與氧化反應的速率相對應。基礎油的起始氧化溫度和最快氧化溫度越低，說明該油品的氧化安定性越差[9-10]。在國產和進口PAO潤滑油基礎油中分別加入體積分數為0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%的抗氧劑T501，T531，Tz516，根據最快氧化溫度和最高熱焓值比較兩種潤滑油樣品的氧化安定性差異，結果見表5；根據起始氧化溫度比較兩種潤滑油對不同抗氧劑的感受性，加入抗氧劑后兩種潤滑油樣品的起始氧化溫度見圖1。從表5可以看出，國產PAO潤滑油在202.79 ℃開始發生氧化反應，218.80 ℃達到最大氧化反應速度；而進口PAO潤滑油在205.99 ℃才開始發生氧化反應，226.61 ℃達到最大氧化反應速度。由此可見，國產PAO潤滑油的氧化安定性略低于進口PAO潤滑油，但相差不大。從圖1可以看出：①當加入抗氧劑T501時，兩種樣品的起始氧化溫度略有升高，隨著抗氧劑含量的增大，油品的起始氧化溫度逐漸升高，但上升趨勢不明顯，變化溫度在5 ℃左右；②當加入抗氧劑T531時，兩種樣品的起始氧化溫度都有大幅升高，當抗氧劑加入量超過1.5%時，溫度升高趨于平緩；與潤滑油原料相比，當T531添加量為2.0%時，國產PAO潤滑油樣品的起始氧化溫度升高39 ℃，進口PAO潤滑油樣品的起始氧化溫度升高35 ℃；③當加入抗氧劑Tz516時，兩種樣品的起始氧化溫度有相似的變化趨勢，隨著抗氧劑添加量的增大，起始氧化溫度提高，當抗氧劑加入量超過1.5%時，溫度升高趨于平緩；與潤滑油原料相比，當Tz516添加量為2.0%時，國產PAO潤滑油樣品的起始氧化溫度升高46 ℃，進口PAO潤滑油樣品的起始氧化溫度升高45 ℃。由此可見，當添加抗氧劑后，國產與進口PAO潤滑油的氧化安定性增強，二者的變化趨勢相一致，但對不同抗氧劑的感受性不同。對于國產與進口PAO潤滑油，在較高的溫度下，胺型抗氧劑的抗氧化性能均優于酚型抗氧劑。

表5 國產與進口PAO潤滑油的DSC實驗結果

圖1 加入抗氧劑后國產PAO和進口PAO潤滑油的起始氧化溫度■—Tz516； ▲—T501； ●—T531

3 結 論

通過分析國產和進口PAO潤滑油基礎油使用性能的優異，比較黏度、酸值、傾點等多項技術

指標，發現國產PAO潤滑油品與同規格的進口產品相比，潤滑性、腐蝕性和低溫流動性等理化性能相差不大；通過比較起始氧化溫度高低，發現國產和進口PAO潤滑油基礎油的氧化安定性相差不大，加入抗氧劑后可以顯著提高兩種油品的氧化安定性，油品對抗氧劑的感受性也基本一致。

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PERFORMANCE COMPARISON OF DOMESTIC AND IMPORTED PAO LUBRICATING BASE OIL

Wu Nan1，2，Fei Yiwei2，Zhang Hao2，Zong Zhimin1

(1.ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou，Jiangsu221116；2.AirForceLogisticsInstitute)

The performance comparison of domestic low viscosity PAO lubricating oil and imported PAO with similar specification in lubricity，corrosivity and thermal oxidation stability was conducted by measuring the acid value，pour point and viscosity index，combined with differential scanning calorimetry (DSC) technique.It is found that temperature has a little influence on acid value and pour point，different from viscosity.The viscosity of domestic PAO decreases with increasing temperature，but with less variation range compared with the imported oil.The differential scanning calorimetry (DSC) indicates that the thermal stability and the sensitivity to anti-oxidation agent are close to each other.At higher temperature，the amine type antioxidant shows better anti-oxidation ability compared with the phenol antioxidant.

poly α-olefin lubricating base oil； physico-chemical property； oxidation stability； differential scanning calorimetry

2016-09-07； 修改稿收到日期： 2016-10-30。

吳楠，副教授，研究方向為航空油料應用技術。

宗志敏，E-mail：zong_zhimin@163.com。

江蘇省自然科學基金項目(BK20161187)。