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基础油对润滑脂氧化安定性的影响
来源:www.znrhy.com 发表时间:2019-07-22

基础油对润滑脂氧化安定性的影响叶小娟1赵锁奇1刘庆廉2吴宝杰2(1中国石油大学,北京102249;2中国石化润滑油分公司天津分公司,天津300480)和含硫化合物的质量分数能够提高基础油和润滑脂的氧化安定性,可以通过改变基础油的组成来改善润滑脂的氧化安定性。

  润滑脂是以其特殊的性质和用途,在生产和生活中应用广泛。在润滑脂的组成中,基础油的质量分数在80%以上,基础油的各项指标对润滑脂的使用性能有显著的影响。随着经济的持续发展,人们对润滑脂的需求不仅数量增加,而且还要求质量高、性能好和使用寿命长。单纯靠添加剂来改变润滑脂的性能已不能满足要求,因此,基础油本身的性能正日益受到关注。氧化安定性是评价润滑脂质量的重要指标,也是影响润滑脂使用寿命的重要因素,研究基础油的氧化安定性对开发长寿命润滑脂非常重要。

  与国外基础油相比,我国基础油存在着氮含量较高,硫含量较低(约为国外基础油的10%)的问题,呈现出高氮低硫的特征。氮化物在基础油中是一种氧化促进剂,而含硫化合物在基础油中是一种天然抗氧剂,2,这就导致国内基础油在氧化安定性上与国外基础油有很大的差别,进而影响到润滑脂的质量。

  从研究基础油的组成入手,考察基础油组成对其氧化安定性的影响,通过改变基础油的组成来改善润滑脂的氧化安定性。

  1实验部分1.1基础油选用两种基础油,一种为工业上普遍应用的中性油150BS,一种是应用较少的橡胶填充油BS料,表1基础油理化性能项目BS料40*C运动粘度/粘度指数凝点/°c闪点/°c水质量分数,%1.2基础油组成分析实验采用硅胶色谱柱,用液固吸附色谱法对基础油进行四组分分离,分离出的各组分用红外光谱(FT-IR)进行结构分析。

  硫的质量分数用Lab-X3000X射线荧光光谱分析仪测定。

  1.3氧化安定性评价用差示扫描量热法(DSC)和润滑脂氧化安定性测定法(旋转氧弹法SH/T0325- 92)来评定润滑脂的氧化程度。

  1.4锂基润滑脂的制备将硬脂酸和氢氧化锂的水溶液进行皂化反应,反应2h~3h后,升温脱水,加入部分基础油帮助化学工艺专业在读研究生,现在中石化润滑油天津分公司研究生站两种基础油的理化性能见表1.工作,从事润滑脂基础油组成对其性能影响的研究。

  从中可以看出,饱和烃的抗氧化性能明显表3中各组分的硫质量分数是指该组分中的硫占总硫的百分比。BS料中的硫较高,是150BS的5倍多,且主要集中在芳香烃中,其次是胶质。

  从中可以in基础油硫笕是以C噻吩比芳g香!*.在18§左右就开始氧化v它们在低etbookmark2脱水,继续升温到220 *C左右,停止加热,加入基础油急冷,使温度降到160*C左右,冷却,经三辊研磨机研磨均化得到成品锂基润滑脂。

  2结果与讨论2.1基础油组成分析将两种基础油进行四组分分离,分离结果见表2.表2基础油组成组分BS料饱和烃,%芳香烃胶质,%沥青质从表2中可以看出,BS料中芳香烃的质量分数较高,为68.97%,其次是饱和烃,再次是胶质,胶质的质量分数与其他基础油相比偏高,说明这种油的精制程度不高。150BS中饱和烃的质量分数较高,其次是芳香烃,胶质的质量分数较低。BS料的饱和烃在室温下呈固体状,说明含有一定量的蜡,该油没有经过脱蜡处理,因此在室温下呈现粘稠状态,并且粘温性能不好。150BS则比较干净透亮,流动性好,粘温性能也比较好,因此广泛用于润滑脂的制备。

  用红外光谱对分离过的组分进行大致的结构分析,饱和烃中含有直链烃、支链烃和环烷烃,其中150BS的饱和烃中的环烷烃较多,而BS料饱和烃的支链烷烃较多;芳香烃中含有直链烃,支链烃和苯环,苯环取代基多为3个以上。

  用X射线荧光光谱测定仪对油品及各组分的硫含量进行了测定,结果见表3.表3硫的测定结果组分料总硫质量分数饱和烃硫质量分数芳香烃硫质量分数胶质硫质量分数硫醚的形式存在,大多为环状结构,它们的分子极性和化学活性与芳烃极为相似,所以大部分含硫化合物存在于芳香烃中。150BS的硫较低,这是两种基础油最显著的差别。基础油组分的不同和硫质量分数的差异导致了两种基础油氧化安定性的差别。

  2.2基础油的氧化安定性米用差示扫描量热法(DSC)评价基础油的氧化安定性,当温度升高,基础油开始氧化时,放热曲线就开始下降,曲线下降越早,表明基础油的抗氧化性能越差,高温性能越差。是两种基础油的DSC曲线。

  基础油的DSC曲线从中可以看出,150BS的放热曲线比BS料的放热曲线下降得早,在200*C左右就开始下降,也就是开始氧化,并且下降趋势比较快;而BS料是在250*C以后才开始缓慢的氧化,下降趋势也比较缓和,说明BS料的抗氧化性能较150BS好。

  为了找出两种基础油氧化安定性差别的具体原因,考察了各个组分的抗氧化性能,是各组分的DSC曲线。

  叶小娟等。基础油对润滑脂氧化安定性的影响温下比较稳定,但在高温条件下抗氧化性能很差;芳香烃在220°C以上才开始缓慢氧化,温度越高,氧化速度越快。从中还可以看出,BS料的芳香烃比150BS的芳香烃的高温性能要稍好些,曲线下降的速度较之更为缓慢,因为BS料中硫的质量分数较高,且主要集中在芳香烃中,使得芳香烃的抗氧化性能较好。

  由此可知,芳香烃质量分数多和硫质量分数高是BS料氧化安定性比150BS好的主要原因。为进一步说明各组分对氧化安定性的影响,将饱和烃和芳香烃按不同比例加入到基础油中,考察组分的改变对基础油氧化安定性的影响。

  实验发现,往150BS中加入饱和烃和芳香烃都能产生较大的影响。其中加入饱和烃之后,初始氧化温度改变不大,因为饱和烃在高温下的抗氧化性能不好,但饱和烃的增多会延缓氧化时间,使曲线趋于高温,在加入质量分数大于30%以后,抗氧化性能会随着加入量的增加而降低。加入芳香烃则显著地增加了150BS的抗氧化性能,提高了初始氧化温度,说明芳香烃成分增多能改善基础油的氧化安定性。

  我们知道含硫化合物和芳香烃是天然的抗氧剂,含硫化合物可作为过氧化物分解剂,芳烃氧化后的酚类可作为链终止剂15,6,因此将BS料中的芳香烃加入到150BS中,观察其DSC曲线。实验结果表明,150BS的抗氧化性能随BS料中的芳香烃加入量的增加而增强,增幅比加入相同质量分数的自身的芳香烃要大。说明含硫化合物和芳香烃同时增加能使抗氧化性能增强幅度加大,它们之间产生了协同效应,共同提高基础油的氧化安定性,见和。

  当芳香烃的质量分数为40%时,效果最好,通过计算,此时各组分的质量分数为:饱和烃49.22%,芳香烃50.16%,胶质0.61%,含硫化合物氧化后的油品用红外光谱分析发现,在1700cm- 1附近有明显的吸收峰,这是醛和酮的特征吸收峰,说明氧化后的主要产物是醛和酮。

  3基础油氧化安定性对润滑脂的影响基础油是决定润滑脂抗氧化性能的主要因素。

  润滑脂由基础油、稠化剂和各种添加剂组成,除基础油会在使用过程中氧化外,稠化剂中的金属皂也会氧化,有时还起到促进氧化的作用,因此要求基础油有较好的氧化安定性。

  将两种基础油用于制备锂基润滑脂(锥入度为22010'mm~250 10-!),不添加任何添加剂,比较两种锂基润滑脂的氧化安定性,见。

  从中可以看出,用150BS作基础油的润滑脂氧化安定性较差,与基础油的抗氧化性能相当,在180°C左右就开始氧化,而且氧化的速率非常快,曲线陡降;而用BS料作基础油的润滑脂,抗氧化性能较好,氧化速率较慢。ishil%基础油的化性能与润滑脂致性,因此iet可以通过改变基础油的组分来改善润滑脂的氧化安定性。用从BS料中分离出的芳香烃按不同质量分数加入到润滑脂中(150BS为基础油),考察抗氧化性能的改变,见。

  基础油组分对润滑脂抗氧化性能的影响从中可以看出,加入芳香烃之后,润滑脂的抗氧化性能显著提高,且变化趋势和基础油的变化趋势相似,加入40%质量分数时,氧化安定性最好。

  DSC测定的是润滑脂或基础油在动态升温过程中的氧化安定性,而氧弹法测定的是静态恒温条件下润滑脂的氧化安定性。将上述几种加入了不同BS料芳香烃质量分数的润滑脂用氧弹法测定其吸氧量,看是否在存在与动态相同的规律,实验结果见。

  从可以看出,润滑脂吸氧量随着芳香烃加入质量分数的增加而降低,氧化安定性逐渐增强,其结果与动态升温实验相吻合。

  3结论增加芳烃的质量分数能够提高基础油的氧化安定性,芳烃和含硫化合物具有协同作用。

  基础油氧化主要产物是醛和酮。

  BS料芳香烃质量分数,*氧弹法测定润滑脂的氧化安定性润滑脂的氧化性能与基础油具有一致性,可通过改变基础油的组成来改善润滑脂的氧化安定性。

  

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