聚α?烯烴基礎(chǔ)油黏度對(duì)防銹油防銹性能的影響

楊奔奔 *，付洪瑞，王本力，劉淑真，向飛飛

（1.軍械工程學(xué)院軍械技術(shù)研究所，河北 石家莊 050000；2.南疆軍區(qū)后勤部，新疆 喀什 844000）

在金屬表面涂抹一層防銹油是延緩金屬銹蝕最常用的方法之一[1]，雖然目前防銹油的種類很多，但是防銹油主要組成部分還是防銹添加劑和基礎(chǔ)油，防銹添加劑的添加量一般只有10%左右[2]，可見防銹油的主體部分是基礎(chǔ)油，因而基礎(chǔ)油的某些性質(zhì)對(duì)防銹油的防銹性能有很大影響。基礎(chǔ)油的一個(gè)重要參數(shù)是黏度，它反映了油品相鄰液層之間的摩擦阻力，即基礎(chǔ)油的黏稠程度[3]。因而基礎(chǔ)油的黏度在一定程度上決定了防銹油的使用條件和使用區(qū)域。本文主要研究基礎(chǔ)油的黏度對(duì)防銹油防銹性能的影響，并探討?zhàn)ざ扰c防銹油防銹性能之間的關(guān)系，為從事相關(guān)研究的技術(shù)人員提供一些參考，也可為下一步防銹油配方的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)。

本文選取了一種復(fù)合防銹添加劑TW742(上海唯路潤滑科技有限公司)，將其在PAO(聚α–烯烴)基礎(chǔ)油(上海孚科獅化工科技有限公司)中分別以1%、3%、5%、7%、9%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶解，配制所需的防銹油。

防銹添加劑TW742 是由氧化石油烴和磺酸鋇，以及極壓抗磨添加劑復(fù)合而成的油溶性潤滑型防銹復(fù)合劑，具有潤滑和防銹雙重功能，其防銹性能優(yōu)異，同時(shí)具有很強(qiáng)的水置換性。

PAO 是一類由α?烯烴在催化劑作用下聚合，再經(jīng)過加氫而獲得的基礎(chǔ)油[4]，其分子結(jié)構(gòu)有2種形式，如圖1[5]所示。這種分子結(jié)構(gòu)保證了PAO 在黏溫特性、低溫流動(dòng)性、蒸發(fā)損失及熱氧化安定性等方面的卓越性能，因此能更好地適應(yīng)當(dāng)代日益嚴(yán)格的節(jié)能環(huán)保等要求[6]，得到了廣泛的應(yīng)用。目前，PAO 基礎(chǔ)油主要依據(jù)其在100°C 下的運(yùn)動(dòng)黏度分類，而運(yùn)動(dòng)黏度與基礎(chǔ)油的成分有關(guān)。試驗(yàn)中所選用的PAO 基礎(chǔ)油分別是PAO2C、PAO4、PAO6和PAO8，這4種PAO 基礎(chǔ)油的黏度分布范圍較大，且是逐漸增大的，如表1 所示，因而是探究基礎(chǔ)油黏度與防銹油防銹性能關(guān)系的很好選擇。

圖1 PAO 基礎(chǔ)油的分子結(jié)構(gòu)Figure 1 Molecular structure of PAO base oil

表1 PAO 基礎(chǔ)油在40°C和100°C 下的黏度Table 1 Viscosities of PAO base stocks at 40°C and 100°C

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要儀器

CT-3 濕潤試驗(yàn)機(jī)，日本スガ試験機(jī)株式會(huì)社；符合GB/T 265–1988《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度測定法以及動(dòng)力粘度計(jì)算法》要求的DHF-005A 石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測定器，大連匯豐石油儀器有限公司；DK-98-1 型恒溫水浴槽，天津泰斯特儀器有限公司；黏度計(jì)，大連匯豐石油儀器有限公司。

1.2 方法

采用濕熱試驗(yàn)和鹽水浸漬試驗(yàn)來測試所配防銹油的防銹性能。

將準(zhǔn)備好的45鋼試片(濕熱試驗(yàn)用的尺寸為50 mm×50 mm×2 mm，鹽水浸漬用的尺寸為50 mm×20 mm×2 mm)分別浸入油樣1 min 后取出，放入木槽中靜置24 h 待用。

模擬濕熱氣候[(49 ± 1)°C，相對(duì)濕度>95%，壓力0.098 MPa]條件下的環(huán)境，按照GB/T 2361–1992《防銹油脂濕熱試驗(yàn)法》進(jìn)行濕熱實(shí)驗(yàn)。將準(zhǔn)備好的試片放入濕潤試驗(yàn)機(jī)中，觀察并記錄試片銹蝕達(dá)到B 級(jí)的時(shí)間。

按照SH/T 0025–1999《防銹油鹽水浸漬試驗(yàn)法》進(jìn)行鹽水浸漬試驗(yàn)。將試片浸入NaCl 溶液中，溫度控制在25°C，觀察并記錄試片銹蝕達(dá)到B 級(jí)的時(shí)間。

取同一油樣的3 塊試片銹蝕度的算數(shù)平均值，按照SH/T 0217–1998《防銹油脂試驗(yàn)試片銹蝕度評(píng)定法》判斷試片的銹蝕等級(jí)。

將所配油樣放置在陰涼室溫環(huán)境下，觀察并記錄基礎(chǔ)油與防銹添加劑的溶存狀態(tài)。

2 結(jié)果與討論

2.1 基礎(chǔ)油的黏度與防銹油黏度

表2和表3 是4種PAO 基礎(chǔ)油加入不同量的TW742 后40°C和50°C時(shí)的運(yùn)動(dòng)黏度。

表2 4種基礎(chǔ)油中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的防銹添加劑TW742 后在40°C時(shí)的黏度Table 2 Viscosities of four base stocks with different amounts of rust inhibitor TW742 at 40°C

表3 4種基礎(chǔ)油中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的防銹添加劑TW742 后在50°C時(shí)的黏度Table 3 Viscosities of four base stocks with different amounts of rust inhibitor TW742 at 50°C

由表可見，隨著防銹添加劑加入量的增加，所配防銹油的黏度雖然有所增大，但仍然近似于其基礎(chǔ)油的黏度，因此防銹油的黏度主要由基礎(chǔ)油的黏度決定。

2.2 基礎(chǔ)油的黏度與防銹油防銹性能

圖2和圖3 是4種基礎(chǔ)油加入不同量的TW742 后濕熱試驗(yàn)防銹時(shí)間和鹽水浸漬防銹時(shí)間的變化曲線。由圖可見，防銹添加劑加入量較少時(shí)，所有油樣的防銹效果都不是很好，原因可能是在金屬表面形成的保護(hù)膜不夠完整致密，無法有效地保護(hù)金屬，因而油樣防銹性能差異不大。但隨TW742 加入量增加，無論是濕熱試驗(yàn)還是鹽水浸漬試驗(yàn)，以PAO2C為基礎(chǔ)油的防銹油效果明顯優(yōu)于其他3種，而且基礎(chǔ)油的黏度越大，所配制防銹油的防銹效果越差。對(duì)此，筆者解釋為這類防銹油在金屬表面的吸附主要是一種物理吸附。TW742 是由氧化石油烴和磺酸鋇，以及極壓抗磨添加劑復(fù)合而成的一類防銹劑。由于單純的石油磺酸鹽在基礎(chǔ)油中的溶解性并不是很好[7]，加入氧化石油烴復(fù)合后，根據(jù)“相似相容”原理，可以改善這類復(fù)合防銹添加劑在PAO 基礎(chǔ)油中的溶解性。此外，這類防銹添加劑在金屬表面吸附時(shí)，氧化石油烴與基礎(chǔ)油烴基之間可以產(chǎn)生引力，這種引力占總吸附能的40%[8]，使這類防銹添加劑與基礎(chǔ)油能夠更好地結(jié)合。當(dāng)所配防銹油在金屬表面進(jìn)行保護(hù)時(shí)，一部分防銹添加劑分子先是在金屬表面形成一種吸附性保護(hù)膜，分子的親油基在油中是朝外排向，極性基朝里排向，而基礎(chǔ)油則在吸附少的地方進(jìn)行物理吸附，并深入到吸附防銹添加劑之間，借油分子的范德華引力與添加劑分子共同堵塞孔隙，使吸附膜更加完整[7]；另一部分防銹添加劑分子聚集在一起形成膠束或膠團(tuán)溶存于油中，捕捉并溶化水分子使其分散于油中，從而防止水和氧氣侵蝕金屬，而這些膠束或膠團(tuán)的聚集度由基礎(chǔ)油所決定。在鹽水浸漬試驗(yàn)中，雖然Cl?具有很強(qiáng)的穿透效果[9]，可使保護(hù)膜形成“腐蝕通道”，從而讓其他腐蝕物質(zhì)進(jìn)入，但這層物理保護(hù)膜可通過自身修復(fù)能力進(jìn)行恢復(fù)[10]，此外基礎(chǔ)油分子也可進(jìn)行填補(bǔ)，從而阻斷腐蝕通道，繼續(xù)保護(hù)金屬。

圖2 加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的防銹添加劑TW742 后4種基礎(chǔ)油的濕熱試驗(yàn)結(jié)果Figure 2 Damp-heat test results for four base stocks with different amounts of rust inhibitor TW742

由圖1 可知，PAO 基礎(chǔ)油的分子100%都是烷烴[4]，從表4[11]可見，PAO2C 的主要成分是二聚物，PAO4以三聚物為主，PAO6 主要是三聚物和四聚物，PAO8中四聚物和五聚物最多，都是以癸烯–1為原料生產(chǎn)的，平均相對(duì)分子量PAO2C

表4 4種PAO 基礎(chǔ)油的組成成分Table 4 Compositions of different PAO base stocks

2.3 基礎(chǔ)油與防銹添加劑的相容性

表5 是不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的TW742 在4種PAO 基礎(chǔ)油中10 d 內(nèi)的溶存狀況?？梢?，TW742 與基礎(chǔ)油都存在一定的溶存穩(wěn)定性問題。隨著基礎(chǔ)油黏度的增大和防銹添加劑加入量的增加，所配制的防銹油都會(huì)出現(xiàn)渾濁、沉淀等現(xiàn)象。但相比較而言，基礎(chǔ)油PAO2C 與TW742 的相容性要優(yōu)于其他3種，所配制的油樣比較穩(wěn)定。這也從相容性方面證實(shí)了TW742 在黏度較小的基礎(chǔ)油PAO2C 中溶解性較好，使得TW742 分子形成膠束或膠團(tuán)的聚集度相對(duì)較小，因而防銹效果較好。

表5 油樣溶存穩(wěn)定性(10 d)Table 5 Compatible stability of the base stocks with the rust inhibitor TW740 (10 d)

3 結(jié)論

(1)防銹油的黏度由其基礎(chǔ)油的黏度決定，近似于基礎(chǔ)油的黏度。

(2)試驗(yàn)選取的4種PAO 基礎(chǔ)油中，當(dāng)TW742的加入量達(dá)到一定時(shí)，黏度最小的PAO2C 基礎(chǔ)油所配制的防銹油性能最好，防銹油的溶存穩(wěn)定性也最好。

(3)隨著TW742 加入量的增加，基礎(chǔ)油的黏度越小，所配制的防銹油效果越好，油品的溶存穩(wěn)定性也越好。

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