L-HM22环境友好液压油的研制

李久盛,张梅,苏刚,续景

(中国石油兰州润滑油研究开发中心,甘肃兰州 730060)

L-HM22环境友好液压油的研制

李久盛,张梅,苏刚,续景

(中国石油兰州润滑油研究开发中心,甘肃兰州 730060)

以L-HM22环境友好液压油为研制目标,通过对不同类型基础油组分的氧化稳定性和水解安定性进行评价,确定了合适的基础油组成;添加剂配方研究中重点对抗氧剂、抗磨剂及其复配规律进行了研究,确定了复合剂配方。所研制的L-HM22环境友好液压油各项性能达到了指标要求,并通过了叶片泵台架试验和生物降解性试验。

环境友好液压油;合成酯;水解稳定性;氧化安定性

Abstract:To develop a kind ofL-HM 22 environm entally friendly hydraulic fluid,the oxidat ion stability and hydrolytic stability of different base oils w ere evaluated and a suitable composition w as determ ined.M eanw hile,an additive package w as designed based on the investigations of ant ioxidants,ant iw ear additives and their synergistic effects.The results indicated that the developed oilcan m easure up to the L-HM 22 specifications,and has passed vane pump bench test and the b iodegradable exper im ent.

Key words:environm entally friendly hydraulic fluid;synthetic ester;hydrolytic stability;oxidation stability

0 引言

随着润滑剂的广泛使用,润滑剂在使用过程中能通过各种途径进入环境中,从而造成环境污染。目前全世界使用的润滑剂中,除一部分由机械运转正常消耗掉或部分回收再生利用外,在装拆、灌注、机械运转过程中仍有 4%～10%的润滑剂流入环境[1-2]。

随着我国国民经济的迅速发展,环境保护问题已经越来越受到社会的重视,建设“环境友好型社会”已成为基本国策和现实需要。在这种情况下,市场上对于环境友好型润滑油需求必将有较大的增加,尽快开展环境友好型润滑剂的开发具有重要的现实意义和紧迫性。

在前期的工作中,兰州润滑油研究开发中心曾开展过改善环境友好润滑油基础油氧化稳定性的研究,工作的重点在于抗氧剂配方的设计和筛选。本文在对国内外技术进行文献调研的基础上,通过寻找合适的基础油组成,筛选性能适宜的添加剂形成复合剂配方,研制出了能够满足指标要求的 LHM22环境友好型液压油产品。

1 基础油

1.1 不同基础油的性质

环境友好润滑油基础油主要采用合成酯和植物油调合而成,其中植物油具有优良的润滑性能,粘度指数高,无毒,易生物降解,而且可再生,对环境没有不良影响,价格低廉;合成酯的热稳定性及低温性能突出,粘度指数高,粘温性能好,挥发性很低,而且具有优良的摩擦学性能,大多数易生物降解,毒性低[3-4]。

根据前期的工作可知,为了综合两类基础油的性能优点,同时降低所研制油品的成本,在研究中应重点考虑选用植物油与合成酯以一定比例进行调合作为研制油品的基础油。本试验中所选用的几种基 础油典型性质数据见表 1。

表1 基础油的性质参数

1.2 不同基础油复配性能考察

将所选择的植物油与不同合成酯按照一定比例进行调合,重点考察所得基础油的抗氧化性能 (PDSC氧化起始温度)、水解安定性和橡胶密封适应性指数,结果见表 2。

表 2 植物油与合成酯复配性能考察

从表 2中可以看到:植物油与合成酯 1复配,其氧化安定性要高于与其他 2种合成酯复配的油品;所调合的 3个基础油在水解安定性试验中性能相当;加入合成酯 1的油品橡胶密封适应性略差于其他油品。因为植物油主要的缺点是氧化安定性差,故选择合成酯 1与其复配作为研制油品的基础油。

2 添加剂

2.1 抗氧剂的筛选

采用 PDSC方法考察了几种常用抗氧添加剂T501(2,6-二叔丁基对甲基苯酚)、T531(N-苯基-α萘胺)、DNA(二壬基二苯胺)和 T531加入植物油后油品的起始氧化温度,在此基础上比较了不同抗氧剂的作用效果,结果见表 3。

表 3 不同抗氧剂对植物油氧化安定性的影响

从表 3中的数据可以看出,所选植物油在 173℃左右就开始发生氧化反应,182℃左右达到最大氧化反应速度。加入抗氧剂后,菜籽油的起始氧化温度和最快氧化温度均有不同程度的提高。其中T531的作用效果最好,将菜籽油的起始氧化温度提高了 15℃以上,最快氧化温度的提高幅度也超过了 10℃;DNA的抗氧化效果比 T531稍差,T501最差。

分析以上试验结果,因为植物油主要成分是脂肪酸甘油酯,与矿物油相比,在氧化过程中更容易因为水解、醇解等反应而生成脂肪酸,所以也就更需要胺类抗氧剂对酸性物质的催化作用进行抑制,这也是胺类抗氧剂效果较为明显的原因。

2.2 抗氧复合剂的确定

通过对抗氧剂单剂的筛选,初步确定了复合抗氧剂的大致组成,并对不同剂量复合剂配方的效果进行了考察,结果见表 4。从试验结果可知,复合抗氧剂 3在油品中的效果最佳,从而确定了研制油品的抗氧复合剂配方。

表 4 不同复合抗氧剂对油品性能的影响

2.3 抗磨剂性能的考察

为了减小机械运行时产生的磨损,延长机械使用寿命,液压油在使用过程中要求必须具有良好的抗磨性能,所以在油品研制过程中重点进行了不同类型抗磨剂的筛选工作。首先选择抗磨剂 1(ZDDP)、抗磨剂 2(酸性磷酸酯胺盐)、抗磨剂 3(二烷基二硫代磷酸酯)和抗磨剂 4(二烷基二硫代磷酸酯)等 4种常用抗磨剂进行了初步的性能考察,加剂量为 0.2%,结果见表 5。

表5 不同抗磨添加剂的性能考察

从表 5中的结果可知,在所选择的基础油中,结构类似的抗磨剂 3和抗磨剂 4极压抗磨性能明显优于其他 2种抗磨剂。分析其原因,是因为环境友好润滑油的基础油本身的极性较强,在摩擦过程中会与极压抗磨剂产生竞争吸附作用。抗磨剂 1的分子结构决定了其极性较弱,不能在金属表面产生有效的吸附,所以其抗磨性能较差;而抗磨剂 2由于单剂本身的酸值较大,会在摩擦过程中对金属表面产生腐蚀磨损,也导致了其抗磨性能不佳[5]。

2.4 复合抗磨剂的确定

在对不同抗磨剂进行单剂性能考察的基础上,初步确定了复合抗磨剂的组成,并对不同剂量的复合剂在油品中的性能进行了全面考察,结果见表6。

表 6 不同剂量复合抗磨剂对油品性能的影响

从表 6中可以看到:加入不同剂量单剂组成复合抗磨剂后,对油品的极压抗磨性能和水解安定性造成了不同的影响,从油品的综合性能考虑,选择复合抗磨剂 3作为研制油品的配方组成。

3 研制油的评价

3.1 氧化安定性考察

环境友好液压油与传统矿物油型液压油存在较大差别,基础油主要采用合成酯和植物油调合而成,其分子结构主要为脂肪酸酯,在水存在的情况下容易发生水解,生成游离的脂肪酸。而在进行AST M D943试验时,需要加入一定量的水,这就导致了油品很难达到原定的技术指标,所以在进行环境友好润滑油产品的开发工作时,原来最常用来评价液压液老化行为的 TOST(AST M D943)试验不适合用于环境友好液压油的性能评价。通过对国外同类产品进行考察,并参考相关的规格标准 (ISO/ D IS 15380-2000),采用加水 (TOST)和不加水(Dry TOST)试验 2种方法对油品氧化安定性进行了考察,并与国外同类产品进行了对比,结果见图1。

图1 研制油与参比油的性能对比

从图1中看到:加水后 TOST试验中油品的氧化时间为 300 h,而在不加水的Dry TOST试验中,油品的氧化时间大大提高,约为加水后氧化时间的 10倍,这就充分说明水解是造成此类油品酸值上升的主要原因。同时可以看到,所研制的环境友好液压油氧安定性要明显优于国外同类产品。

3.2 叶片泵台架试验

按照所确定的复合添加剂和基础油配方,调制了L-HM22环境友好液压油,进行 100 h的叶片泵试验,试验结果见表 7。

表7 L-HM22环境友好液压油叶片泵磨损试验结果

从台架试验结果可知:叶片泵试验中定子、叶片磨损量非常小,远远低于指标要求,说明所研制的油品通过了叶片泵台架试验,且表现出了优良的抗磨损性能。

3.3 研制油的性能评价

按照所确定配方调制了L-HM22环境友好液压油,对油品的性能进行了全面的分析评价,结果见表 8。从表中的数据可知,研制油的性能完全达到了指标要求。

表8 研制油的性能评定结果

4 结论

通过以上试验,可以得到以下结论:

(1)以植物油与合成酯为主作为基础油研制出的L-HM22环境友好液压油具有良好的抗氧化性能和水解安定性,达到并优于国外同类产品的水平。

(2)采用多种抗磨剂复配作为研制油的复合抗磨剂,使得油品表现出了优异的抗磨损能力,顺利通过了叶片泵台架试验。

(3)研制油的各项理化指标满足产品质量标准要求。

[1]赵兴中.国外生物降解润滑剂的现状及发展趋势 [J].润滑油,1994,9(1):24-26.

[2]Marc Jackson.Environmentally Compatible Lubricants:Focusing on the Long-ter m[J].NLGI,1993(9):233-239.

[3]Reigh C Gunderson,Hart.Sythetic Lubricants[M].New York:Reinhold Publishing Co,1962.

[4]李荡.生物降解性润滑剂基础液的种类与应用 [J].合成润滑材料,1997,24(2):28-32.

[5]张景河.现代润滑与燃料添加剂 [M].北京:中国石化出版社,1992:116-135.

D eve lopm en t of L-HM22Environm en ta lly F riend ly H yd rau lic F lu id

L I J iu-sheng,ZHANG M e i,SU Gang,XU J ing
(PetroChina Lanzhou Lubricating O ilR&D Institute,Lanzhou 730060,China)

TE626.38

A

2009-11-03。

李久盛(1974-),男,副教授,2002年毕业于上海交通大学,并获得材料科学博士学位,主要从事润滑油添加剂的合成、摩擦学机理研究和可生物降解润滑油的开发工作,已在国内外学术期刊公开发表论文40余篇。

1002-3119(2010)05-0014-04