添加劑的添加方式及添加量對燃?xì)獍l(fā)動機潤滑油性能的影響

母晶秋，韓鳳蘭，王亞光

（北方民族大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

潤滑油被譽為“維持機械正常運轉(zhuǎn)的血液”，是現(xiàn)代工業(yè)重要的支撐材料之一［1-2］。潤滑油中約70%～90%（w）是基礎(chǔ)油，其余為添加劑，添加劑對潤滑油的理化性能有著重要的影響［3-4］。添加劑種類繁多，添加工藝更是復(fù)雜。在添加過程中，并不是將各種添加劑簡單地混合在一起，因為各添加劑的濃度較高，添加劑自身的理化特性會大大影響復(fù)合劑的應(yīng)用效果［5］，而且在添加劑調(diào)和工藝中存在兩種效應(yīng)：協(xié)同效應(yīng)及抑制效應(yīng)［6］。協(xié)同效應(yīng)指不低于兩種的同類型或不同類型的添加劑復(fù)合在一起使用時，各方面效果明顯優(yōu)于單劑獨自使用的效果；抑制效應(yīng)指一些添加劑由于酸堿性質(zhì)、化學(xué)活性等不同而產(chǎn)生有害反應(yīng)，造成添加劑的效果減弱甚至失效。充分利用添加劑之間的協(xié)同作用，是研制經(jīng)濟高效的潤滑油的關(guān)鍵，也是加速潤滑油升級換代的有效方法之一［7-8］。

添加劑之間的協(xié)同、抑制效應(yīng)一直是人們研究的重點。馬雁聲等［9］探究了潤滑油極壓抗磨添加劑的復(fù)合效應(yīng)及其與固體潤滑劑的協(xié)同作用。喬玉林等［10］對極壓抗磨減摩添加劑的協(xié)同效應(yīng)進行了研究。胡丹等［11］考察了單乙醇胺與堿性添加劑復(fù)配前后對環(huán)丁砜熱穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明，當(dāng)單乙醇胺與堿性添加劑復(fù)配后，復(fù)合添加劑抑制環(huán)丁砜受熱分解的效果優(yōu)于單獨添加單乙醇胺的效果。

與以上研究不同，本工作未針對某單一種類添加劑，而是研究了多種添加劑的添加方式及添加量對燃?xì)獍l(fā)動機潤滑油性能的影響，探索了最優(yōu)添加方案，為燃?xì)獍l(fā)動機潤滑油的性能優(yōu)化提供了參考。

1 實驗部分

1.1 試劑

150BS光亮油、400SN基礎(chǔ)油：深圳中潤通化工有限公司；250N加氫精制基礎(chǔ)油：韓國雙龍有限公司；黏度指數(shù)改進劑T613（乙丙共聚物）、降凝劑T803B（聚甲基丙烯酸脂）、清凈劑T106A（超高堿值合成磺酸鈣）和T115B（硫化烷基酚鈣）、抗氧抗磨劑T203（雙辛基硫代磷酸鋅鹽）、分散劑T154B（硼化聚異丁烯雙丁二酰亞胺）、防銹劑T702（磺酸鈉）和T705（堿性二壬基萘磺酸鋇）：錦州百特化工有限公司。

采用150BS、400SN、250N基礎(chǔ)油以及黏度指數(shù)改進劑T613、降凝劑T803B共同調(diào)和本實驗所用基礎(chǔ)油。兩種不同的基礎(chǔ)油配方：250N，150BS，400SN按質(zhì)量比數(shù)8∶1∶1配置，再添加0.25%（w）T803B+5.5%（w）T613調(diào)節(jié)基本理化性能得基礎(chǔ)油A1；250N，150BS，400SN按照質(zhì)量比6∶3∶1配置，再添加0.25%（w）T803B+5.5%（w）T613調(diào)節(jié)基本理化性能得基礎(chǔ)油A2。兩種調(diào)和基礎(chǔ)油的性能指標(biāo)如表1所示。

表1 調(diào)和基礎(chǔ)油A1和A2的性能指標(biāo)Table 1 Performance indexes of basic oils A1 and A2

實驗所用添加劑種類、添加量及功能如表2所示。

表2 添加劑的種類、添加量及功能Table 2 Types，adding amounts and functions of the additives

1.2 調(diào)和順序

潤滑油的性能受添加劑調(diào)和工藝中諸多因素的影響，如添加方式、攪拌時間、攪拌溫度等。本實驗添加劑的添加方式分為以下3種：

1）清凈劑之間、分散劑之間有協(xié)同效應(yīng)，因此，在設(shè)置添加方式時，依據(jù)添加劑之間已知的協(xié)同效應(yīng)，先將單劑進行分組調(diào)和。將添加劑分為兩組：T106A +T115B+T154B（Ⅰ組）和T702+T705+T203（Ⅱ組）。將Ⅰ組和Ⅱ組添加劑分別混合，攪拌均勻，依照Ⅰ、Ⅱ的順序加入到基礎(chǔ)油250N中，在55 ℃下攪拌30 min，得到復(fù)合劑1#。將8%（w）的復(fù)合劑1#加入到基礎(chǔ)油A1和A2中，得成品潤滑油B1-1和 B2-1。

2） 將 添 加 劑 按 T106A，T115B，T154B，T702，T705，T203的順序依次加入到基礎(chǔ)油250N中，在55 ℃下攪拌30 min，得到復(fù)合劑2#。將8%（w）的復(fù)合劑2#加入到基礎(chǔ)油A1和A2中，得成品潤滑油C1-1和C2-1。

3）添加劑種類越多，調(diào)和過程中的添加方式越多。為探究抗氧抗磨劑T203與清凈劑T106A和T115B之間的協(xié)同抑制作用，并與復(fù)合劑1#進行對比，將添加劑分為不同于復(fù)合劑1#的兩組：T106A+T115B+T203（Ⅰ組）和T702+T705+T154B（Ⅱ組），按照復(fù)合劑1#的制備方法制得復(fù)合劑3#。將8%（w）的復(fù)合劑3#加入到基礎(chǔ)油A1和A2中，得成品潤滑油D1-1和D2-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 添加方式對燃?xì)獍l(fā)動機潤滑油性能的影響

檢測B1-1，B2-1，C1-1，C2-1，D1-1，D2-1六種成品潤滑油的理化性能（100 ℃運動黏度、黏度指數(shù)、傾點、閃點、摩擦系數(shù)、磨斑直徑），考察添加劑的添加方式對燃?xì)獍l(fā)動機潤滑油性能的影響，檢測結(jié)果見表3。

表3 添加劑的添加方式對燃?xì)獍l(fā)動機潤滑油性能的影響Table 3 Influence of adding ways of additives on lubricating oil performance of gas engine

由表3可知，添加復(fù)合劑2#和3#的成品潤滑油較添加復(fù)合劑1#的成品潤滑油的傾點低，低溫流動性較好，且以A1和A2為基礎(chǔ)油配制的潤滑油均有此規(guī)律。添加三種復(fù)合劑的成品潤滑油的閃點相差不大，添加復(fù)合劑3#的成品潤滑油閃點略高。以A1和A2為基礎(chǔ)油，添加復(fù)合劑2#的成品潤滑油運動黏度過高，已超出燃?xì)獍l(fā)動機油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，添加復(fù)合劑1#與3#的成品潤滑油運動黏度相差不大；添加復(fù)合劑3#的成品潤滑油黏度指數(shù)均較高，即成品潤滑油的黏度隨溫度變化的程度較小，具有較好的黏溫性。表3中六種成品潤滑油的摩擦系數(shù)相差不大，磨斑直徑大小順序為：B1-1＞C1-1＞D1-1，B2-1＞C2-1＞D2-1，即添加復(fù)合劑3#的成品潤滑油的抗磨性能最優(yōu)，其次為添加復(fù)合劑2#的成品潤滑油，最差的是添加復(fù)合劑1#的成品潤滑油，說明復(fù)合劑3#中抗氧抗磨劑T203與清凈劑T106A、T115B起到了很好的協(xié)同作用。

總體來看，添加復(fù)合劑3#的成品潤滑油的性能最優(yōu)，其次是添加復(fù)合劑1#的成品潤滑油，最后是添加復(fù)合劑2#的成品潤滑油。究其原因，可能是因為復(fù)合劑3#中抗氧抗磨劑T203為雙辛基硫代磷酸鋅鹽、清凈劑T115B為硫化烷基酚鈣，兩種硫鹽單劑復(fù)合后起到了明顯的增效互補作用。T106A為超高堿值合成磺酸鈣，與雙辛基硫代磷酸鋅鹽以任何比例混合均無沉淀生成，可混合使用。且就抗磨性而言，由于不同種類的添加劑作用的起始溫度不同，當(dāng)較低溫度下起作用的添加劑與摩擦表面反應(yīng)生成邊界潤滑膜時，所放出的熱量能夠有效降低在較高溫度下才起作用的添加劑的反應(yīng)活化能，使其更容易與摩擦表面反應(yīng)生成邊界潤滑膜，從而起到增效作用。清凈劑T106A為超高堿值合成磺酸鈣，分散劑T154B為硼化聚異丁烯雙丁二酰亞胺，在非極性溶劑中表面活性劑膠束是以反相膠束形式存在的，膠束的形成過程是一個連續(xù)的聚集過程。在某特定濃度下，非極性溶劑中膠束的聚集數(shù)有一連續(xù)分布，磺酸鈣分子膠束聚集數(shù)分布較窄，當(dāng)增加單分子濃度時，體系中膠束數(shù)量增大，膠束聚集數(shù)維持不變，表現(xiàn)出典型的膠體行為，有一臨界膠束濃度。在復(fù)合劑1#中，雖然清凈劑T106A、T115B與分散劑T154B也起到了一定的協(xié)同作用但效果不是很明顯，可能是因為潤滑油清凈劑中游離的表面活性劑、表面活性劑膠束及載荷膠團存在動平衡。在復(fù)合劑2#中，由于各種添加劑酸堿性質(zhì)、化學(xué)活性均不同，因此一起加入時會引起抑制作用，造成成品潤滑油的黏度過大，性能不理想。

2.2 添加量對燃?xì)獍l(fā)動機潤滑油性能的影響

由添加劑的添加方式對燃?xì)獍l(fā)動機潤滑油性能的影響結(jié)果可知，以A1為基礎(chǔ)油調(diào)和的成品潤滑油的性能普遍優(yōu)于以A2為基礎(chǔ)油調(diào)和的成品潤滑油，因此研究添加劑的添加量對燃?xì)獍l(fā)動機潤滑油性能的影響時選取A1為基礎(chǔ)油。添加劑的添加方式選用第3種，即復(fù)合劑3#。將復(fù)合劑3#按不同添加量加入到基礎(chǔ)油A1中，得到5種成品潤滑油，對其進行相關(guān)理化性能檢測，考察復(fù)合劑的添加量對燃?xì)獍l(fā)動機潤滑油性能的影響，結(jié)果見表4。

表4 復(fù)合劑的添加量對燃?xì)獍l(fā)動機潤滑油性能的影響Table 4 Influence of adding amounts of compound additives on lubricating oil performance of gas engine

從表4可看出，隨添加量的增加，成品潤滑油的傾點呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，由-24 ℃降至-27 ℃后又升至-24 ℃；閃點及黏度指數(shù)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，閃點由240 ℃升至248 ℃后又降至242 ℃，黏度指數(shù)由143升至150后又降至138；五種成品油的運動黏度、磨斑直徑與摩擦系數(shù)均相差不大。綜合考慮添加量對成品潤滑油性能的影響、燃?xì)鈨?nèi)燃機潤滑油使用標(biāo)準(zhǔn)及經(jīng)濟效應(yīng)，選出復(fù)合劑最優(yōu)添加量為10%（w）。

T154B為硼化聚異丁烯雙丁二酰亞胺、T203為雙辛基硫代磷酸鋅鹽，胺鹽T154B與T203復(fù)合使用時，相對于一定量的T203，胺的加入量存在一個臨界值，在低于和高于這個值時，T203的添加作用分別得到加強和明顯的減弱，本實驗中T203的添加作用在添加量為10%（w）時最優(yōu)。

3 結(jié)論

1）添加劑的添加方式對燃?xì)獍l(fā)動機潤滑油的性能有一定的影響。添加復(fù)合劑3#的成品潤滑油的性能最優(yōu)，即添加劑的最優(yōu)添加方式為先添加T106A+T115B+T203，再添加T702+T705+T154B。

2）調(diào)和燃?xì)獍l(fā)動機潤滑油時，基礎(chǔ)油的最優(yōu)配方為250N，150BS，400SN按質(zhì)量比8∶1∶1配置基礎(chǔ)油，再添加0.25%（w）T803B+5.5%（w）T613調(diào)節(jié)基礎(chǔ)油性能，復(fù)合劑的最優(yōu)添加量為10%（w）。

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