460號油膜軸承油抗氧化性能的優(yōu)化研究

李興陽，揭斌華，鄒小蕓，龍宇臻，王鵬

(1.華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，廣東 廣州 510630;2.中國石化潤滑油有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525011)

0 引言

作為軋機的“心臟”，油膜軸承承受著高速、大轉(zhuǎn)矩的負荷，且工作環(huán)境惡劣，在冷水飛濺、高溫的條件下工作，外來污染(氧氣、水等)不可避免地進入潤滑系統(tǒng)使油膜軸承油氧化變質(zhì)，直接影響油膜的形成，甚至損壞軸承，因此，作為油膜軸承安全運行“血液”的油膜軸承油，其潤滑性能將會直接影響整個軋機機組的正常運轉(zhuǎn)和使用壽命[1]。同時，隨著高速線材軋機向高速、高精度、重載、連續(xù)、自動化的方向不斷發(fā)展，對油膜軸承油的抗氧化、抗乳化性能也提出了更高的要求[2-3]。

油膜軸承油在金屬氧化物催化、高溫等條件下發(fā)生氧化是油品劣化變質(zhì)的原因之一，氧化產(chǎn)生的極性物質(zhì)會造成油品潤滑性能、防銹性能、抗泡性能、破乳化性能下降，導(dǎo)致軸承潤滑狀態(tài)惡化，進而造成軸承磨損；油品氧化變質(zhì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)，還將對軸承、齒輪等傳動部件造成腐蝕[4]。因此，要求油膜軸承油具有優(yōu)異的抗氧化性能，一般要求油膜軸承油的旋轉(zhuǎn)氧彈(150 ℃)試驗的氧化誘導(dǎo)期指標(biāo)不小于200 min[5]。

多年生產(chǎn)實踐統(tǒng)計，460號油膜軸承油產(chǎn)品的一次調(diào)成合格率較低，其中旋轉(zhuǎn)氧彈(150 ℃)試驗的氧化誘導(dǎo)期經(jīng)常遇到卡邊或不合格的現(xiàn)象，初步判斷原因主要有：(1)煉廠為節(jié)能降本，開展生產(chǎn)工藝優(yōu)化，工藝變化對基礎(chǔ)油的精制深度有一定的影響，進而影響基礎(chǔ)油的氧化安定性能。(2)基礎(chǔ)油成分復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的二叔丁基對甲酚抗氧劑或二苯胺抗氧劑對氧化誘導(dǎo)期改善效果不明顯，且當(dāng)加入量超過一定量后，隨著抗氧劑的加入，氧化誘導(dǎo)期反而下降。(3)為改善油膜軸承油的防銹性能，在油品中加入金屬鈍化劑，而氧化誘導(dǎo)期易受到金屬鈍化劑的干擾影響。

本文通過考察基礎(chǔ)油、抗氧劑對460號油膜軸承油抗氧化性能的影響，對460號油膜軸承油配方進行優(yōu)化，以提高油膜軸承油的抗氧化性能，延長油膜軸承油的使用壽命，同時，用于指導(dǎo)油膜軸承油的生產(chǎn)。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

本實驗所采用的原料見表1所示。

表1 主要原料

表1(續(xù))

1.2 實驗儀器

本實驗所采用的實驗儀器見表2所示。

表2 主要實驗儀器

1.3 基礎(chǔ)油的性質(zhì)

本實驗所采用基礎(chǔ)油的主要理化數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 基礎(chǔ)油的主要理化性質(zhì)

1.4 實驗內(nèi)容

參照SH/T 0193-2008《潤滑油氧化安定性的測定 旋轉(zhuǎn)氧彈法》[6]，將460號油膜軸承油、水和銅催化劑線圈放入盛樣器中，置于充入620 kPa壓力氧氣的氧彈，放入150 ℃恒溫油浴，以100 r/min 的速度與水平面成30°角軸向旋轉(zhuǎn)，試驗達到壓力降為175 kPa時所需的時間，即表征油膜軸承油的氧化安定性。實驗內(nèi)容如下：

(1)分別在150BS光亮油-1、150BS光亮油-2、150BS光亮油-3、150BS光亮油-4、150BS光亮油-5中加入0.75%油膜軸承油復(fù)合劑、0.8%酚型抗氧劑F3制備得到460號油膜軸承油，考察不同基礎(chǔ)油對油膜軸承油抗氧化性能的影響。

(2)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜軸承油復(fù)合劑，分別添加0.8%胺型抗氧劑A1、A2、A3、A4，考察不同胺型抗氧劑對460號油膜軸承油抗氧化性能的影響。

(3)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜軸承油復(fù)合劑，分別添加0.8%酚型抗氧劑F1、F2、F3，考察不同酚型抗氧劑對460號油膜軸承油抗氧化性能的影響。

(4)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜軸承油復(fù)合劑，且添加0.8%酚型F1與胺型A3復(fù)配抗氧劑，分別考察在復(fù)配比3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3下的460號油膜軸承油的抗氧化性能。

(5)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜軸承油復(fù)合劑，且添加0.8%酚型F3與胺型A4復(fù)配抗氧劑，分別考察在復(fù)配比3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3下的460號油膜軸承油的抗氧化性能。

(6)以酚型F3∶胺型A4的復(fù)配比為2∶1制備復(fù)配抗氧劑，加入150BS光亮油-5中，且添加0.75%油膜軸承油復(fù)合劑，考察復(fù)配抗氧劑的加入量對460號油膜軸承油的抗氧化性能的影響。

(7)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜軸承油復(fù)合劑，且添加0.8%酚型F3∶胺型A4為2∶1的復(fù)配抗氧劑，制備得到460號油膜軸承油，并與油膜軸承油的質(zhì)量要求、優(yōu)化前的油膜軸承油理化性質(zhì)進行對比。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 基礎(chǔ)油對抗氧化性能的影響

不同基礎(chǔ)油對油膜軸承油抗氧化性能的考察結(jié)果見圖1所示。

圖1 不同基礎(chǔ)油對抗氧化性能的影響

從圖1不同基礎(chǔ)油制備的460號油膜軸承油的抗氧化性能來看，不同的150BS光亮油對抗氧劑的感受性存在差異，其中150BS光亮油-5制備的460號油膜軸承油抗氧化性能最佳，旋轉(zhuǎn)氧彈試驗的氧化誘導(dǎo)期為1290 min，而150BS光亮油-1制備的460號油膜軸承油抗氧化性能最差，氧化誘導(dǎo)期為394 min，這是由于不同的150BS光亮油的氧化安定性與結(jié)構(gòu)組成密切相關(guān)[7]，且從表3基礎(chǔ)油的理化數(shù)據(jù)可看出，150BS光亮油-5的飽和烴含量、黏度指數(shù)最高，而飽和烴含量越高，抗氧化性能更優(yōu)異[8]。

2.2 抗氧劑類型對抗氧化性能的影響

基礎(chǔ)油在熱、氧、金屬催化作用下氧化產(chǎn)生自由基，這些自由基進一步與烴反應(yīng)生成醇、醛、酮和水等物質(zhì)，而隨著抗氧劑的加入，抗氧劑與自由基發(fā)生反應(yīng)，從而抑制基礎(chǔ)油的進一步氧化反應(yīng)。目前，常用的抗氧劑主要有胺型抗氧劑和酚型抗氧劑[9-10]。

2.2.1 胺型抗氧劑對氧化性能的影響

不同胺型抗氧劑對抗氧化性能的影響考察結(jié)果見圖2所示。

圖2 胺型抗氧劑對抗氧化性能的影響

從圖2不同胺型抗氧劑對460號油膜軸承油的抗氧化性能的影響來看，加入胺型抗氧劑后，油膜軸承油的氧化誘導(dǎo)期指標(biāo)改善不明顯，這可能是由于150BS光亮油-5在氧化過程中生成的酸性物質(zhì)較少，胺型抗氧劑的抑制效果不明顯。而加入A2抗氧劑的油膜軸承油旋轉(zhuǎn)氧彈僅為14 min，可能是由于A2抗氧劑與油膜軸承油復(fù)合劑中的金屬鈍化劑在金屬表面產(chǎn)生競爭吸附作用，從而影響了油膜軸承油的抗氧化性能[11]。

2.2.2 酚型抗氧劑對抗氧化性能的影響

不同酚型抗氧劑對抗氧化性能的影響考察結(jié)果如圖3所示。

圖3 酚型抗氧劑對抗氧化性能的影響

從圖3可知，不同的酚型抗氧劑對460號油膜軸承油抗氧化性能的改善情況不同，其中加入F3抗氧劑的油膜軸承油氧化誘導(dǎo)期指標(biāo)最好，說明F3抗氧劑對中斷自由基鏈反應(yīng)效果更好。

2.3 抗氧劑復(fù)配對抗氧化性能的影響

酚型抗氧劑與胺型抗氧劑具有協(xié)同作用，兩類抗氧劑復(fù)配使用既有強的捕獲自由基的能力，又能生成更穩(wěn)定的自由基，從而中斷鏈反應(yīng)的進行，抑制油品的氧化[12-13]。

2.3.1 酚型F1與胺型A3抗氧劑復(fù)配對抗氧化性能的影響

酚型F1與胺型A3抗氧劑復(fù)配對抗氧化性能的影響考察結(jié)果見圖4所示。

圖4 酚型F1與胺型A3抗氧劑復(fù)配對抗氧化性能的影響

由圖4可知，酚型F1與胺型A3的復(fù)配抗氧劑在3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3不同的復(fù)配比下的抗氧化效果均優(yōu)于單一F1抗氧劑、A3抗氧劑[14]，但在不同復(fù)配比下制備的油膜軸承油的氧化誘導(dǎo)期相差不大，在復(fù)配比為1∶1時略優(yōu)。

2.3.2 酚型F3與胺型A4抗氧劑復(fù)配對抗氧化性能的影響

酚型F3與胺型A4抗氧劑復(fù)配對抗氧化性能的影響考察結(jié)果見圖5所示。

圖5 酚型F3與胺型A4抗氧劑復(fù)配對抗氧化性能的影響

由圖5可知，酚型F3與胺型A4的復(fù)配抗氧劑在3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3不同的復(fù)配比下的抗氧化效果不同，在復(fù)配比為2∶1時協(xié)同效果最佳，能夠有效地提高油品的抗氧化性能[15]，制備的油膜軸承油氧化誘導(dǎo)期為1588 min。

2.4 復(fù)配抗氧劑加入量對抗氧化性能的影響

復(fù)配抗氧劑的加入量對抗氧化性能的影響考察結(jié)果見圖6所示。

圖6 復(fù)配抗氧劑加入量對抗氧化性能的影響

從圖6復(fù)配抗氧劑的加入量對油膜軸承油抗氧化性能的影響來看，隨著抗氧劑加入量的增加，旋轉(zhuǎn)氧彈先迅速增加，后增加趨勢變緩。在加入量為0.8%時，氧化誘導(dǎo)期為1588 min，遠高于指標(biāo)要求，考慮到抗氧劑的成本較高，因此，在實際生產(chǎn)中的實際加入量為0.8%。

2.5 油膜軸承油的性能分析

460油膜軸承油優(yōu)化前后性能指標(biāo)分析結(jié)果見表4。

表4 優(yōu)化后的460號油膜軸承油

從表4可知，優(yōu)化后的460號油膜軸承油的旋轉(zhuǎn)氧彈試驗的氧化誘導(dǎo)期較優(yōu)化前有大幅提高，同時，由于使用飽和烴含量更高的基礎(chǔ)油，優(yōu)化后的油膜軸承油破乳化性能也得到一定的改善。

3 結(jié)論

以150BS光亮油-5為基礎(chǔ)油，加入0.75%油膜軸承油復(fù)合劑、0.8%酚型F3∶胺型A4為2∶1的復(fù)配抗氧劑，制備的460號油膜軸承油旋轉(zhuǎn)氧彈試驗的氧化誘導(dǎo)期為1588 min，遠高于指標(biāo)要求，且較優(yōu)化前有大幅提高，同時破乳化性能也得到一定的改善。