船舶合成磁羅經(jīng)油研制

宋敏，謝宇，王建華

(1.海軍后勤技術(shù)裝備研究所，北京100072;2.中國(guó)石化潤(rùn)滑油重慶分公司，重慶400039)

船舶合成磁羅經(jīng)油研制

宋敏1，謝宇2，王建華1

(1.海軍后勤技術(shù)裝備研究所，北京100072;2.中國(guó)石化潤(rùn)滑油重慶分公司，重慶400039)

進(jìn)口船舶磁羅經(jīng)中使用了低黏度的聚甲基硅氧烷磁羅經(jīng)油，國(guó)內(nèi)無成熟產(chǎn)品可替代，為了滿足該類型磁羅經(jīng)的用油需求，必須對(duì)該油進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化研制。文章研制了能夠替代俄ПМС－5聚甲基硅氧烷的船舶合成磁羅經(jīng)油，通過理化性能試驗(yàn)、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)和長(zhǎng)期使用試驗(yàn)證明，研制產(chǎn)品具有良好的高低溫性能，性能穩(wěn)定，能夠滿足相關(guān)設(shè)備的使用要求。

船舶;低黏度;磁羅經(jīng)油

Abstract:Low viscosity polymethylsilioxane is used in the imported vessel magnetic compass.There is no similar product in domestic market.So it is important to develop domestic substitute to meet the demand of imported magnetic compass.A kind of silicone oil was developed to replace the Russian＇s ПМС－5 polymethylsilioxane.It was shown by a series of experiments that the developed oil has excellent high－low temperature performances and stability.Actual application test indicated that the developed oil can meet the requirements of imported magnetic compass.

Key words:vessel;low viscosity;magnetic compass oil

0 引言

磁羅經(jīng)屬于高靈敏度、高精度和高穩(wěn)定性儀表，其用于支撐羅盤、起懸浮和阻尼作用的潤(rùn)滑劑要求具有優(yōu)良的黏溫性能、電絕緣性、穩(wěn)定性，以及合適的黏度、密度和低的凝點(diǎn)。硅油合成油具有優(yōu)良的黏溫性能，優(yōu)異的熱氧化穩(wěn)定性、電絕緣性、耐候性及能耐較大壓力和剪切力等性能，常作為儀表油用于精密、靈敏、準(zhǔn)確的儀器儀表。我國(guó)從俄羅斯引進(jìn)某型船舶的磁羅經(jīng)中使用了低黏度的ПМС－5聚甲基硅氧烷，而目前國(guó)內(nèi)常用的陀螺儀表油黏度都較高，不能滿足該型磁羅經(jīng)用油的黏度要求。本文通過對(duì)甲基硅油的聚合和后處理工藝條件研究，研制了能夠替代俄ПМС－5聚甲基硅氧烷的船舶合成磁羅經(jīng)油。

1 技術(shù)指標(biāo)

引進(jìn)船舶磁羅經(jīng)中使用的ПМС－5聚甲基硅氧烷，是一種線性聚合物與支化聚合物的混合液，燃爆溫度不低于200，可在－60～200的溫度內(nèi)使用，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為俄羅斯ГОСТ 13032－77，具體技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 ПМС－5聚甲基硅氧烷技術(shù)指標(biāo)［1］

船舶合成磁羅經(jīng)油技術(shù)指標(biāo)的制定，在參照俄產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，還參考了美國(guó)同類產(chǎn)品軍用規(guī)范VV－D－1078B中的相關(guān)規(guī)定(見表2)，其中研制產(chǎn)品采用了美軍標(biāo)中的“酸值”指標(biāo)替代俄標(biāo)準(zhǔn)中的“介質(zhì)的反應(yīng)”指標(biāo)，另外還采用了美軍標(biāo)中的“折光指數(shù)”和“介電常數(shù)”指標(biāo);為了提高產(chǎn)品的防腐蝕性能，增加了“銅片腐蝕”指標(biāo)。船舶合成磁羅經(jīng)油的技術(shù)指標(biāo)見表3。

表2 美國(guó)二甲基聚硅氧烷減震液軍用規(guī)范VV－D－1078B［2］

表3 船舶合成磁羅經(jīng)油的技術(shù)指標(biāo)

2 產(chǎn)品研制

2.1 甲基硅油的結(jié)構(gòu)

甲基硅油是線性聚二甲基硅氧烷的簡(jiǎn)稱，結(jié)構(gòu)通式為:

式中:n=0，則為六甲基二硅氧烷;

n=1、2、3…，則為聚合度為n的甲基硅油。

甲基硅油由于分子間作用力小，分子呈螺旋狀結(jié)構(gòu)，甲基朝外排列并可自由旋轉(zhuǎn)，因而具有一系列特性，如無色透明液體、黏度范圍寬、黏度指數(shù)高、膨脹系數(shù)大、低蒸氣壓、高閃點(diǎn)、耐高溫、耐低溫、耐候、耐輻射、低表面張力、高壓縮率、高絕緣性、抗剪切、憎水、消泡、脫模、高光澤、對(duì)材料惰性、化學(xué)惰性、生理惰性等［3］，因此研制產(chǎn)品船舶合成磁羅經(jīng)油采用低黏度的甲基硅油。

2.2 甲基硅油的合成方法

工業(yè)上普遍采用的生產(chǎn)方法是由低摩爾質(zhì)量的二甲基環(huán)硅氧烷(D4或DMC)與三甲基硅氧烷封端的低摩爾質(zhì)量的二甲基聚硅氧烷(MDnM)經(jīng)平衡化反應(yīng)制取。其他的合成方法還有:

二甲基二氯硅烷與三甲基氯硅烷共水解縮合法;

二甲基二氯硅烷的水解物與低摩爾質(zhì)量的二甲基聚硅氧烷(MDnM)經(jīng)平衡化反應(yīng)制取;

低摩爾質(zhì)量的聚二甲基硅氧烷二醇與三甲基硅醇或低摩爾質(zhì)量的二甲基聚硅氧烷(MDnM)經(jīng)平衡化反應(yīng)制?。?］。

本文選用了第一種工業(yè)上普遍采用的生產(chǎn)方法合成滿足要求的甲基硅油。

2.3 船舶合成磁羅經(jīng)油合成工藝條件的考察

2.3.1 封端劑與主鏈劑加量比例的確定

甲基硅油的黏度主要取決于其分子的平均摩爾質(zhì)量，而在甲基硅油的聚合過程中，主要通過調(diào)節(jié)封端劑與主鏈劑加量比例來控制甲基硅油的黏度，為了滿足技術(shù)指標(biāo)中黏度的要求，需調(diào)整封端劑與主鏈劑加量比例。研究中通過對(duì)封端劑與主鏈劑的加量比例和產(chǎn)品黏度之間的關(guān)系進(jìn)行考察，確定出聚合反應(yīng)后產(chǎn)品黏度滿足要求的封端劑與主鏈劑的加量比例為1∶4.5。

2.3.2 催化劑用量對(duì)產(chǎn)品酸值的影響

由于產(chǎn)品對(duì)酸值有嚴(yán)格的要求，而低黏度甲基硅油的聚合需要用到酸性催化劑，因此需要考察催化劑加量對(duì)產(chǎn)品酸值的影響?？疾旆椒?封端劑與主鏈劑的加量比例為1∶4.5，將聚合溫度和時(shí)間保持不變，改變催化劑的用量，聚合產(chǎn)物采用相同后處理方式，測(cè)定各產(chǎn)品的黏度和酸值。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)催化劑加量較小時(shí)，催化劑的催化活性小，產(chǎn)品聚合反應(yīng)不完全，制得的產(chǎn)品黏度小;而催化劑用量過大時(shí)，產(chǎn)品經(jīng)后處理后酸值會(huì)超過0.05 mgKOH/g的指標(biāo)要求。最終研究確定催化劑的加入量為2.5%。

2.3.3 蒸餾拔頂溫度對(duì)產(chǎn)品閃點(diǎn)的影響

甲基硅油在聚合反應(yīng)后，仍然有10%左右的低沸物留在產(chǎn)物中，因此必須通過減壓蒸餾的方法來脫除揮發(fā)組分，而蒸餾拔頂?shù)臏囟葲Q定了最終產(chǎn)品的閃點(diǎn)，因此研究中考察了不同蒸餾拔頂溫度對(duì)產(chǎn)品的黏度和閃點(diǎn)的影響。

當(dāng)拔頂溫度較低時(shí)，由于輕餾分沒有被完全拔出，使得產(chǎn)品的閃點(diǎn)偏低;當(dāng)拔頂溫度過高時(shí)，又因?yàn)檫^多的拔除了餾分，使得產(chǎn)品的黏度增大，超出了產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)中對(duì)黏度的要求范圍。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)蒸餾拔頂溫度為125時(shí)，產(chǎn)品的黏度及閃點(diǎn)都能滿足技術(shù)指標(biāo)要求，因此確定蒸餾拔頂溫度為125。

2.4 船舶合成磁羅經(jīng)油的性能評(píng)定

通過以上基礎(chǔ)油合成工藝條件的考察，確定了甲基硅油聚合反應(yīng)及后處理的相關(guān)試驗(yàn)條件及物料比例，按以上確定的工藝條件制備了船舶合成磁羅經(jīng)油產(chǎn)品，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了性能評(píng)定，評(píng)定結(jié)果見表4。

表4 船舶合成磁羅經(jīng)油的性能評(píng)價(jià)結(jié)果

續(xù)表

表4的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，研制的船舶合成磁羅經(jīng)油的性能能夠很好地滿足產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)要求。

3 實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)

新研制的船舶合成磁羅經(jīng)油在引進(jìn)船舶某型磁羅經(jīng)的國(guó)產(chǎn)研仿復(fù)示磁羅經(jīng)上進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)。

3.1 環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)

對(duì)使用了船舶合成磁羅經(jīng)油的復(fù)示磁羅經(jīng)，進(jìn)行了－30～50條件下的高低溫環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)，表5為高低溫試驗(yàn)結(jié)果。

表5 高低溫環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果

測(cè)試結(jié)果表明，試驗(yàn)設(shè)備使用船舶合成磁羅經(jīng)油后，在苛刻的環(huán)境條件下，其性能參數(shù)均能滿足設(shè)備技術(shù)條件的要求，而且油品的性能穩(wěn)定，能夠滿足相關(guān)設(shè)備的使用要求。

3.2 長(zhǎng)期使用試驗(yàn)

研制的船舶合成磁羅經(jīng)油在復(fù)示磁羅經(jīng)上進(jìn)行了一年多的長(zhǎng)期使用試驗(yàn)。經(jīng)過長(zhǎng)期浸泡使用后，船舶合成磁羅經(jīng)油外觀保持透明清澈，無明顯變化，所接觸部件表面及密封材料無異常變化。表6是使用前后試驗(yàn)油料的主要性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果，圖1是使用前和使用一年后試驗(yàn)油料的紅外光譜圖，表7是使用一年后試驗(yàn)油料的ICP元素分析結(jié)果。

表6 試驗(yàn)油料主要性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

續(xù)表

圖1 使用前和使用一年后試驗(yàn)油料的紅外光譜圖

表7 使用后試驗(yàn)油料的ICP元素分析結(jié)果

從表6中數(shù)據(jù)可以看出，使用一年后產(chǎn)品的酸值幾乎未出現(xiàn)變化，紅外光譜圖中未出現(xiàn)氧化產(chǎn)物，說明未發(fā)生氧化變質(zhì);黏度稍有增加，主要是由于裝置中的原用油料未沖洗干凈造成的，使用一年半后的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表明，黏度和酸值的變化不大，說明產(chǎn)品的性能穩(wěn)定，沒有發(fā)生氧化變質(zhì)。從表7可以看出，使用后油樣中的元素含量無異常增加的情況，說明沒有對(duì)設(shè)備造成腐蝕及磨損。

4 結(jié)論

(1)通過對(duì)甲基硅油的聚合和后處理工藝條件進(jìn)行考察研究，確定了船舶合成磁羅經(jīng)油的合成反應(yīng)配比和工藝條件，研制產(chǎn)品達(dá)到了戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)要求，總體技術(shù)性能達(dá)到了俄ПМС－5聚甲基硅氧烷的指標(biāo)要求，部分性能超過了俄產(chǎn)品。

(2)通過環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)和長(zhǎng)期使用試驗(yàn)證明，研制產(chǎn)品具有良好的高低溫性能，性能穩(wěn)定，能夠滿足相關(guān)設(shè)備的使用要求。

［1］俄羅斯ГОСТ標(biāo)準(zhǔn).ГОСТ 13032－77聚甲基硅氧烷液體技術(shù)條件［S］.

［2］美國(guó)軍用油料規(guī)范匯編(上冊(cè))［M］.北京:中國(guó)人民解放軍總后勤部物資油料部，2003:336－341.

［3］幸松民，王一璐.有機(jī)硅合成工藝及產(chǎn)品應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000:391－393.

［4］顏志光，楊振宇.合成潤(rùn)滑劑［M］.北京:中國(guó)石化出版社，1996:227－229.

Development of Vessel Synthetic Magnetic Compass Oil

SONG Min1，XIE Yu2，WANG Jian－h(huán)ua1
(1.Navy Institute of Logistical Technology＆Equipment，Beijing 100072，China; 2.Chongqing Branch，Lubricant Company，Sinopec Corp.，Chongqing 400039，China)

TE626.3

A

2012－05－03。

宋敏(1965－)，女，高級(jí)工程師，1991年畢業(yè)于解放軍后勤工程學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事艦船油料研發(fā)與應(yīng)用、油料評(píng)定及快速檢測(cè)技術(shù)研究。

1002-3119(2012)05-0020-04