液壓油抗泡失效的情形及其解決辦法

李耿輝(中國石化潤滑油有限公司，北京 100085)

0 引言

泡沫是氣液共存的一種現象，其中液相是連續相，氣相是非連續相。油品中的泡沫浮在油品的表面，分散在油液中的氣體不屬于泡沫，而是分散氣泡。泡沫生成的難易程度及穩定性通常用泡沫傾向性和泡沫穩定性來表示。

泡沫的產生與油液的表面張力具有很大的關系。表面張力越小，越容易產生氣泡[1]。液壓油是一種混合物，除基礎油外，還含有各種功能添加劑。其中許多的添加劑是表面活性物質，從而降低了油品的表面張力，導致泡沫傾向性顯著增強。液壓油在使用過程中的一些氧化產物也會對表面張力產生影響，導致泡沫傾向性變強。

液壓系統被廣泛應用于工業生產、工程機械等設備。液壓系統的主要功能是將機械能轉換為壓力能，對外輸出做功。液壓油作為液壓系統做功過程中的能量傳遞介質，液壓油的性能對傳動的效率及狀態具有直接影響，而液壓油起泡則是危害液壓系統正常運行的重要因素之一。

液壓油運行過程中產生泡沫會對液壓系統造成以下危害：

(1)傳動過程不平穩：液壓介質在傳遞能量的過程中，通常處于高壓的狀態，因此要求液壓介質不可壓縮。當液壓油中混入氣泡時，隨著壓力的變化，氣泡體積迅速變化，導致動力傳遞過程不平穩，進而引發其他故障；

(2)加速油品氧化：液壓油中的氣泡增大了油品與空氣的接觸面積，空氣中的氧氣會加速油品的氧化；

(3)油品無法吸入：當油品中混入大量空氣時，液壓泵無法有效吸入液壓流體，無法對外做功；

(4)造成液壓泵磨損：油品中混入的氣泡在液壓泵高速運轉的過程中對液壓泵的活動部件造成沖擊，從而造成磨損。

綜上，液壓系統中產生氣泡會對設備、油品、操作造成不良影響，因此控制液壓油中泡沫的產生及快速消除泡沫十分必要。

1 液壓油配方開發時的抗泡問題

液壓油由基礎油與各種功能添加劑組成。在未添加抗泡劑時，液壓油的抗泡性能通常較差。通過加入抗泡劑，可以有效增強液壓油的抗泡性能。抗泡劑的消泡效果與抗泡劑的類型、抗泡劑粘度、加劑量等因素相關，并且會受到液壓油基礎油以及其他添加劑的影響[2]。

液壓油中使用的抗泡劑一般分為硅型、非硅型和復合型三類。從消泡效果的角度來看，在相同的加劑量下，硅型抗泡劑的消泡效果比非硅型抗泡劑更好[3]。但是，硅型抗泡劑的消泡效果受加入方式的影響較大，并且在長時間儲存后，消泡效果下降明顯[4]。非硅型抗泡劑在油品中不容易析出，在長時間儲存后抗泡效果依舊較好，并且對加入方式不敏感。復合型抗泡劑則結合了硅型與非硅型抗泡劑各自的特點，適用效果更好。

在液壓油中添加抗泡劑時，不僅需要考慮抗泡劑的抗泡效果，同時需要注意抗泡劑對液壓油空氣釋放性能的影響。液壓油中如果存在較多的空氣不能及時釋放，會導致在使用過程中，液壓系統能量傳遞不平穩。研究表明，硅型抗泡劑的加入會導致液壓油空氣釋放性能變差，非硅型抗泡劑和復合抗泡劑對空氣釋放值的影響較小[5]。因此，液壓油成品如果空氣釋放性較差，可以考慮選擇使用非硅型抗泡劑或復合抗泡劑。

在選用抗泡劑時，還需要考慮抗泡劑與其他添加劑的配伍性問題。硅型抗泡劑與各種添加劑的配伍性能較好。非硅型抗泡劑在與T601、T109、T705 這三種添加劑復合使用時，對油品的起泡甚至產生了促進作用[6]。

基礎油的粘度對抗泡效果也會產生影響[7]。在高粘度的基礎油中使用低粘度的抗泡劑、低粘度的基礎油中使用高粘度的抗泡劑能夠取得較好的抗泡效果。液壓油具有多種粘度等級，因此最好結合液壓油的粘度進行抗泡劑的選擇，以達到最好的消泡效果。

2 液壓油長時間儲存后抗泡失效

使用硅型抗泡劑或復合抗泡劑的液壓油在存儲較長時間后，抗泡性能通常會變差。硅型抗泡劑是聚硅氧烷(硅油)，化學性質穩定，并且揮發性低，黏度為20～10000mm2/s(25℃)，表面張力21～25mN/m(35℃)。硅型抗泡劑在潤滑油中的溶解度很小，以細微顆粒的形式存在，在長時間靜置儲存過程中，硅型抗泡劑顆粒不斷聚集，逐漸沉降，油液中分散的抗泡劑減少，從而導致抗泡效果變差[7]。

抗泡劑的沉降速度與抗泡劑在油品中的分散狀態相關，影響抗泡劑分散狀態的因素包括抗泡劑的分子量、抗泡劑稀釋方式、抗泡劑加入方式及油品調和工藝條件等。小分子量的硅油在液壓油中的分散狀態更為穩定。為提升分散的效果，通常使用煤油將硅油抗泡劑預分散，并且油品調和加入抗泡劑時，通過加大攪拌強度、逐滴加入的方式可以提升抗泡劑的分散度，以取得更好的抗泡效果及儲存穩定性。通過調節上述變量，可以延緩油品中硅型抗泡劑在存儲過程中的沉降速率。

對于儲存時間較長的液壓油品，建議在使用前采樣，對抗泡性能進行測試。在抗泡性能不符合標準要求時，可以通過攪拌、晃動等方式，重新分散沉降的抗泡劑，以改善抗泡性能。

3 液壓油使用過程中抗泡失效

液壓油在使用的過程中，因為工況的原因，液壓系統中可能進入各種污染物[8]。這些污染物可大致分為機件殘留污染物、外界侵入污染物、再生污染物。其中一些污染物具有一定的表面活性，從而導致液壓油的起泡性增強。此外，液壓油使用過程中生成的某些氧化產物表面張力較小，也會導致液壓油抗泡性變差。液壓系統對液壓油的清潔度要求較高，液壓油中的一些添加劑包括抗泡劑有可能被液壓系統中的過濾器件濾出，導致抗泡性能變差。

液壓油在使用的過程中應當定期檢測油品的抗泡性能，在液壓油的抗泡性能較差時，可以向液壓油箱中添加一定劑量的抗泡劑，并檢測液壓油抗泡性能的改善狀況是否符合標準要求。在補充一定的抗泡劑后如果抗泡性能依然不合格，則需要更換液壓油。

不同情形下液壓油抗泡失效時可采取的部分措施見圖1。

圖1

4 結語

液壓油新油、液壓油在長期儲存后、使用過程中均可能出現抗泡失效的情形，通過選擇合適的抗泡劑類型、添加適量的抗泡劑可以有效改善液壓油的抗泡性能。在液壓油調和過程中，應當通過控制工藝條件使抗泡劑達到較好的分散狀態。長期儲存后的液壓油，在使用前應當對抗泡性能進行檢測，并在發現油品抗泡性能變差時采取適當的措施以改善抗泡性能。在用油過程中，應當對液壓油的抗泡性能進行定期監測，在發現異常時及時采取合適的處理措施。