L-HV32低溫液壓油的研制

喬琦 吉祥

中海油氣（泰州）石化有限公司

本文采用泰州石化石蠟基高壓加氫基礎(chǔ)油為原料，對(duì)黏度指數(shù)改進(jìn)劑和復(fù)合添加劑進(jìn)行了篩選，研制出L-HV32低溫液壓油。研制產(chǎn)品具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性、剪切安定性以及卓越的低溫流動(dòng)性，符合GB 11118.1—2011質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可滿足低溫地區(qū)的用油需求。

隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展和其顯著的優(yōu)點(diǎn)，目前液壓油的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。液壓油作為液壓系統(tǒng)的重要組成部分之一，在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，除了實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制外，還起著系統(tǒng)的潤(rùn)滑、冷卻、防銹、防腐等作用。因此，當(dāng)人們把液壓泵看作是液壓系統(tǒng)的“心臟”時(shí)，液壓油就被喻為液壓系統(tǒng)的“血液”[1]。液壓油質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著液壓系統(tǒng)的靈活性、準(zhǔn)確性和可靠性，特別對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)以及特別嚴(yán)寒地區(qū)（-30 ℃以下），液壓系統(tǒng)工程機(jī)械、礦山機(jī)械、車輛和船舶等在野外作業(yè)時(shí)，由于環(huán)境溫度變化大，使用條件極其惡劣，因此在冬季液壓系統(tǒng)要求使用黏溫性能、低溫啟動(dòng)性和低溫泵送性很好的液壓油。設(shè)備可以在較寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行最佳狀態(tài)的操作，從而保證潤(rùn)滑油具有足夠的潤(rùn)滑性，盡可能避免干摩擦，減少磨損，確保液壓系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間地正常工作。

因此，低溫液壓油除了具有抗磨液壓油的性能之外，還需具有較低的傾點(diǎn)、較好的低溫流動(dòng)性、低溫穩(wěn)定性以及優(yōu)異的黏溫特性，同時(shí)需具有較好的剪切安定性。為了滿足以上要求，本文以中海油氣（泰州）石化有限公司石蠟基高壓加氫潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油為原料，加入抗剪切性能好的黏度指數(shù)改進(jìn)劑并加入相配伍的添加劑，研制出符合GB 11118.1—2011質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的低溫液壓油L-HV32，可滿足嚴(yán)寒地區(qū)設(shè)備用油要求。

L-HV32低溫液壓油的研制指標(biāo)

按照GB 11118.1—2011中[2]液壓油產(chǎn)品L-HV系列的技術(shù)要求進(jìn)行L-HV32低溫液壓油的研制，研制指標(biāo)見表1。

根據(jù)表1研制指標(biāo)，對(duì)L-HV32低溫液壓油提出了如下性能要求：

◇具有適宜的黏度和良好的黏溫性能，同時(shí)與不同功能劑有良好的配伍性，以確保低溫液壓油潤(rùn)滑性，以防止液壓元件出現(xiàn)邊界潤(rùn)滑、甚至發(fā)生干摩擦，加劇磨損。

◇具有良好的空氣釋放性、泡沫性。空氣污染是造成液壓油失效的原因，對(duì)移動(dòng)設(shè)備液壓系統(tǒng)而言，由于油箱體積的縮小，對(duì)油品此項(xiàng)性能的要求更加苛刻。

◇具有較好的氧化安定性和熱穩(wěn)定性。油品在高溫下運(yùn)行，在鋼、銅等金屬的催化作用下，會(huì)發(fā)生氧化，生成油泥等沉積物，過(guò)度的氧化會(huì)造成油品黏度和酸值的增長(zhǎng)，造成閥粘結(jié)、油泥堵塞和銅腐蝕等，損害液壓系統(tǒng)，同時(shí)使油品的壽命大大縮短。

◇具有優(yōu)良的剪切安定性。對(duì)于HV、HS等液壓油產(chǎn)品，為了提高其黏度指數(shù)，通常加入聚甲基丙烯酸酯、聚異丁烯等高分子聚合物作為黏度指數(shù)改進(jìn)劑，這些物質(zhì)的分子鏈較長(zhǎng)，油液流經(jīng)閥的小孔及環(huán)狀縫隙時(shí)受到很大的剪切作用，往往會(huì)使高分子斷鏈、油液黏溫特性下降[3]。

表1 L-HV32低溫液壓油的研制指標(biāo)

基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝及性質(zhì)分析

本文以石蠟基餾分油為原料，考察不同原料經(jīng)加氫工藝得到的加氫基礎(chǔ)油組分性質(zhì)。再通過(guò)組成優(yōu)化試驗(yàn)，評(píng)選出適宜用于生產(chǎn)L-HV低溫抗磨液壓油的基礎(chǔ)油組分和方案。

基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝

基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝過(guò)程見圖1。

基礎(chǔ)油主要性質(zhì)

以餾分油原料經(jīng)加氫組合工藝分別得到1號(hào)～4號(hào)基礎(chǔ)油和5號(hào)～7號(hào)基礎(chǔ)油，理化性質(zhì)分別見表2和表3。

圖1 石蠟基潤(rùn)滑油加氫工藝路線

表2 石蠟基加氫基礎(chǔ)油性質(zhì)分析Ⅰ

表3 石蠟基加氫基礎(chǔ)油性質(zhì)分析Ⅱ

從表2、表3分析數(shù)據(jù)可知，表2中的石蠟基加氫基礎(chǔ)油的性質(zhì)均符合指標(biāo)要求，且優(yōu)于表3中基礎(chǔ)油性質(zhì)，且表2中1號(hào)、2號(hào)基礎(chǔ)油黏度適宜、閃點(diǎn)高、傾點(diǎn)低且蒸發(fā)損失低，基礎(chǔ)油的低溫流動(dòng)性良好、安全性高并且不易蒸發(fā)，可選表2中1號(hào)、2號(hào)基礎(chǔ)油用于調(diào)合L-HV 32低溫液壓油。

添加劑配方的評(píng)選

黏度指數(shù)改進(jìn)劑的選擇

黏度指數(shù)改進(jìn)劑是低溫液壓油配方體系中的關(guān)鍵，它不僅影響目標(biāo)產(chǎn)品的黏溫特性、低溫性能，還直接影響著目標(biāo)產(chǎn)品的抗剪切性能。本文選擇烯烴共聚物類黏度指數(shù)改進(jìn)劑A、聚甲基丙烯酸酯類黏度指數(shù)改進(jìn)劑B、聚異丁烯類黏度指數(shù)改進(jìn)劑C進(jìn)行黏度指數(shù)改進(jìn)劑的評(píng)定，不同黏度指數(shù)改進(jìn)劑的基礎(chǔ)油方案及油品性質(zhì)分別見表4～表6。

表4 L-HV32低溫液壓油基礎(chǔ)油方案(A1～A6)及油品性質(zhì)

表5 L-HV32低溫液壓油基礎(chǔ)油方案(B1～B6)及油品性質(zhì)

由表4～表6可以看出，

◇A4方案在黏度指數(shù)改進(jìn)劑A加劑量為5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，基礎(chǔ)油的運(yùn)動(dòng)黏度及黏度指數(shù)均能達(dá)到指標(biāo)要求，但是低溫黏度對(duì)比指標(biāo)明顯不富余；

◇B3方案在黏度指數(shù)改進(jìn)劑B加劑量為4.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，基礎(chǔ)油的各項(xiàng)指標(biāo)的典型數(shù)值均能符合并優(yōu)于指標(biāo)要求；

◇C4方案在黏度指數(shù)改進(jìn)劑C加劑量為5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)的各項(xiàng)分析數(shù)值均能夠達(dá)到指標(biāo)要求。

由于黏度指數(shù)改進(jìn)劑的分子鏈較長(zhǎng)，油液流經(jīng)閥的小孔及環(huán)狀縫隙時(shí)受到很大的剪切作用，使得高分子斷鏈，油液黏溫特性下降[4]，故本文針對(duì)以上方案A4、B3、C4，對(duì)不同黏度指數(shù)改進(jìn)劑的剪切安定性進(jìn)行了考察，結(jié)果見表7。

由表7可以看出，不同黏度指數(shù)改進(jìn)劑的抗剪切能力由小到大的排序?yàn)锳＜C＜B，其中在使用黏度指數(shù)改進(jìn)劑方案A4時(shí)，基礎(chǔ)油的剪切安定性不能滿足指標(biāo)要求；在使用黏度指數(shù)改進(jìn)劑方案B3和C4時(shí)，基礎(chǔ)油的剪切安定性能夠達(dá)到指標(biāo)要求。

表6 L-HV32低溫液壓油基礎(chǔ)油方案(C1～C4)及油品質(zhì)

表7 不同黏度指數(shù)改進(jìn)劑剪切安定性的考察

復(fù)合配方的選擇

HV低溫液壓油不僅要求具有常用液壓油的抗磨性能，并且要求同時(shí)兼具卓越的低溫性能。本文采用上述滿足剪切安定性要求的方案，選擇四大添加劑公司的復(fù)合添加劑進(jìn)行復(fù)合配方的篩選，其相同配方的目標(biāo)產(chǎn)品性能見表8。

由表8可以看出，黏度指數(shù)改進(jìn)劑C的低溫性能不如黏度指數(shù)改進(jìn)劑B，并且黏度指數(shù)改進(jìn)劑C與復(fù)合添加劑的配伍性不如黏度指數(shù)改進(jìn)劑B。采用1號(hào)復(fù)合添加劑時(shí)，目標(biāo)產(chǎn)品的酸值、氧化安定性、空氣釋放性、抗乳化性、旋轉(zhuǎn)氧彈、水解安定性以及磨斑直徑等性能都優(yōu)于2號(hào)復(fù)合添加劑。

綜上所述，確定L-HV32低溫液壓油的黏度指數(shù)改進(jìn)劑優(yōu)選B劑，復(fù)合添加劑優(yōu)選1號(hào)。

結(jié)論

☆以石蠟基加氫基礎(chǔ)油添加適宜的黏度指數(shù)改進(jìn)劑和液壓油復(fù)合劑，可以調(diào)制出滿足GB 11118.1—2011標(biāo)準(zhǔn)的L-HV32低溫液壓油。

☆經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，得出黏度指數(shù)改進(jìn)劑的剪切安定性由小到大依序?yàn)锳＜C＜B。

☆經(jīng)過(guò)添加劑復(fù)配試驗(yàn)，得出采用黏度指數(shù)改進(jìn)劑B與1號(hào)復(fù)合添加劑的復(fù)配效果最好，目標(biāo)產(chǎn)品滿足并優(yōu)于研制指標(biāo)要求。

表8 低溫液壓油L-HV32與復(fù)合添加劑的配伍性