汽油機油高溫泡沫特性指標的改善

張澤超

中國石化潤滑油北京有限責任公司

本文針對汽油機油在實際生產(chǎn)過程中高溫泡沫特性易出現(xiàn)不合格的問題，從“人機料法環(huán)”五個方面進行分析，通過開展一系列的小樣調(diào)合試驗以及對實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，找到影響油品指標的主要因素，嚴格把控生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，改善產(chǎn)品高溫泡沫特性指標，保證產(chǎn)品質量。

高溫泡沫特性是汽油機油的一項重要指標。在汽油機油的使用過程中，當發(fā)動機運轉時，汽油機油受到激烈的攪動，使空氣進入油品中形成泡沫，產(chǎn)生的泡沫會帶來許多影響。它不但會降低油品的密封作用，影響汽油機油的高溫性能，使得潤滑油的冷卻效果變差，嚴重時會使油泵抽空、油路產(chǎn)生氣阻、造成供油中斷、致使運動部件得不到潤滑，發(fā)生破壞性事故[1]。因此，要求潤滑油具有良好的高溫泡沫性能，當出現(xiàn)泡沫時能夠及時消除，以保證潤滑系統(tǒng)的正常工作。

人機料法環(huán)的定義

人機料法環(huán)的定義如下：

◇人，是生產(chǎn)管理中最大的難點。是生產(chǎn)管理中最大的難點，也是目前所有管理理論中討論的重點。圍繞著“人”的因素，各種不同的企業(yè)有不同的管理方法。人的性格特點不一樣，那么生產(chǎn)的進度，對待工作的態(tài)度，對產(chǎn)品質量的理解就不一樣。

◇機，就是指生產(chǎn)中所使用的設備、工具等輔助生產(chǎn)用具。生產(chǎn)中，設備是否正常運作，工具的好壞都是影響生產(chǎn)進度、產(chǎn)品質量的又一要素。在調(diào)合生產(chǎn)過程中，油品輸送所用的泵、流量計、添加劑抽取時所用的電子秤、儀表以及自控系統(tǒng)等本身若存在問題，也會對產(chǎn)品指標造成影響。先進設備可以提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質量。

◇料，指物料、半成品、配件、原料等產(chǎn)品用料。工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，只有在嚴格把控原材料的入廠，保證原料質量的前提下，才能生產(chǎn)出高質量的產(chǎn)品。

☆法，指生產(chǎn)過程中所需遵循的規(guī)章制度。它包括：工藝指導書、標準工序指引、生產(chǎn)圖紙、生產(chǎn)計劃表、產(chǎn)品作業(yè)標準、檢驗標準、各種操作規(guī)程等。它們的作用是能及時準確地反映產(chǎn)品的生產(chǎn)和產(chǎn)品質量的要求。嚴格按照規(guī)程作業(yè)，是保證產(chǎn)品質量和生產(chǎn)進度的一個條件。

☆環(huán)，指環(huán)境。對于某些產(chǎn)品對儲存環(huán)境的要求很高。環(huán)境也會影響產(chǎn)品的質量。

要素分析

從“人機料法環(huán)”五個方面，分析汽油機油的每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中可能存在的高溫泡沫特性指標影響因素，并最終確立改進的方案。方案制定分解樹圖見圖1。

圖1 方案制定分解樹圖

試驗油品與高溫泡沫特性測定方法

在實驗室用復合抗泡劑調(diào)合了SM/GF-4 5W-20和SL 10W-40兩種汽油機油，兩種汽油機油的高溫泡沫特性滿足≤100/0（mL/mL）的質量指標要求。高溫泡沫特性的測定采用SH/T 0722—2002《潤滑油高溫泡沫特性測定法》。

高溫泡沫特性指標影響因素的考察與改進

工藝因素

首先對試驗方案涉及的原材料、小樣調(diào)合設備等相關環(huán)節(jié)進行檢查，確定正常。為考察增加脈沖攪拌時間是否會使抗泡劑更加充分均勻地分散到油品中，本文選擇配方較為固定的SM/GF-4 5W-20產(chǎn)品，采用控制變量法，使用相同批次的基礎油及添加劑，相同的調(diào)合溫度，固定其他調(diào)合條件后，對產(chǎn)品高溫泡沫特性結果進行統(tǒng)計分析。調(diào)合方案如下：

◇方案1：調(diào)合溫度50 ℃，脈沖攪拌60 min，，調(diào)合小樣10批。

◇方案2：調(diào)合溫度50 ℃，脈沖攪拌180 min，調(diào)合小樣10批。

不同脈沖攪拌時間下的高溫泡沫特性結果見圖2。

由圖2可見，適當延長脈沖攪拌時間后，產(chǎn)品高溫泡沫特性指標有一定的改善。結合實際生產(chǎn)的要求，將調(diào)合過程最終的混合過程，即脈沖攪拌時間確定為4 h。

圖2 不同脈沖攪拌時間下的高溫泡沫特性對比

原料因素

抗泡劑

潤滑油的抗泡劑為油溶性表面活性劑，它是由極性基團和非極性基團組成，一般具備以下特點：表面張力小，有較好的擴散性和滲透性，較小的加劑量下即具有較好的消泡能力，與油中其他添加劑有較好的配伍性，在起泡體系中有較好的溶解性等[2]。常用的潤滑油抗泡劑有3類：第一類是有機硅聚合物，最常用的是二甲基硅油；第二類是單獨使用的非有機硅聚合物抗泡劑，應用最多的是丙烯酸酯和烷基丙烯酸聚合物；第三類是復合抗泡劑，因前兩類抗泡劑的優(yōu)點和不足，因此發(fā)展了復合抗泡劑[3]。目前在生產(chǎn)中應用最多的為主要成分為二甲基硅油型抗泡劑和復合型抗泡劑[4]。本文根據(jù)實際試驗室小樣調(diào)合情況，使用的抗泡劑為2號復合抗泡劑。

抗泡劑加劑量

以SL 10W-40產(chǎn)品進行實驗室小樣調(diào)合，采用控制變量法，考察了抗泡劑加劑量對產(chǎn)品高溫泡沫特性的影響。調(diào)合方案為：調(diào)合溫度50 ℃，脈沖攪拌3 h，調(diào)合小樣10批。在不同的抗泡劑加劑量下，同一樣品測定2次，結果見表1。

表1 不同抗泡劑加劑量下的高溫泡沫特性結果

從表1可以看出，抗泡劑加劑量為200 mg/kg和600 mg/kg時，產(chǎn)品的高溫泡沫特性最好。隨著抗泡劑加劑量的增加，產(chǎn)品高溫泡沫特性呈現(xiàn)先變差后變好，最終變差的趨勢。但考慮到實際生產(chǎn)中的成本問題，因此確定抗泡劑加劑量為200 mg/kg。

基礎油

基礎油作為成品潤滑油的重要組成部分，其抗泡性能對成品潤滑油的抗泡性能有直接影響。用泡沫性能較差的基礎油調(diào)合的產(chǎn)品泡沫性能相對較差，基礎油的高溫泡沫性能對產(chǎn)品的高溫泡沫性能有較大的影響[5]。

統(tǒng)計了實際生產(chǎn)的SM/GF-4 5W-20和SL 10W-40兩種產(chǎn)品的高溫泡沫特性數(shù)據(jù)，見表2、表3。生產(chǎn)過程中調(diào)合溫度均控制在50 ℃，脈沖攪拌時間4 h，抗泡劑加劑量200 mg/kg。

由表2、表3可以看出，使用高溫泡沫特性越好的基礎油，產(chǎn)品的高溫泡沫特性越好。在實際生產(chǎn)中，將入廠基礎油的高溫泡沫特性嚴格控制在100/0（mL/mL）以內(nèi)，很好地改善了產(chǎn)品的高溫泡沫特性。

環(huán)境因素

產(chǎn)品的高溫泡沫特性較易受到外界環(huán)境的影響。實際生產(chǎn)中的經(jīng)驗表明，油品在遭到污染的情況下，會使高溫泡沫特性變差。因此，各原料及成品的儲存和運輸環(huán)境是保證高溫泡沫特性指標合格的必要條件。為此在實際生產(chǎn)中，對基礎油、添加劑和成品均實行專罐專線，并按照規(guī)定定期對儲罐進行清理。避免因品種切換導致的其他環(huán)境干擾對產(chǎn)品高溫泡沫特性指標產(chǎn)生影響。同時對運輸車輛進行檢查，最大限度地減少儲存環(huán)境對高溫泡沫特性指標的影響。

設備因素

在實際生產(chǎn)中，設備的改進能夠很好地起到改善產(chǎn)品指標的作用，提高產(chǎn)品質量。

統(tǒng)計了采用機械攪拌和脈沖攪拌生產(chǎn)的SM/GF-4 5W-20產(chǎn)品的高溫泡沫特性數(shù)據(jù)，見表4。生產(chǎn)過程中使用同一批基礎油和添加劑，調(diào)合溫度控制在50 ℃，控制脈沖攪拌和機械攪拌時間均為4 h，抗泡劑的加劑量均為200 mg/kg。

由表4可以看出，脈沖攪拌的效果優(yōu)于傳統(tǒng)的機械攪拌。在儲罐中加設脈沖裝置，可以使各組分更好地均勻混合，使抗泡劑更好地分散到油品中，從而有利于改善產(chǎn)品的高溫泡沫特性指標。

表2 SM/GF-4 5W-20產(chǎn)品的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)

表3 SL 10W-40產(chǎn)品的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)

表4 采用機械攪拌和脈沖攪拌生產(chǎn)的SM/GF-4 5W-20產(chǎn)品的高溫泡沫特性對比

人員因素

在質量管理中，除了控制好工藝、設備、原料以及環(huán)境等因素之外，人員因素也至關重要。操作人員對操作規(guī)程的熟悉程度，對設備操作的熟練程度，對整個生產(chǎn)流程的把控，其中的每個細節(jié)都會影響到最后的產(chǎn)品指標，導致指標出現(xiàn)卡邊情況，所謂細微之處見真章。為此要做好人員的培訓工作，對于每次的工藝變更，都要確保操作人員熟知掌握，可定期進行考核。

結論

☆在生產(chǎn)中可通過嚴格控制基礎油的高溫泡沫特性指標、延長調(diào)合過程中的攪拌時間、合理的抗泡劑加入量、改進調(diào)合設備，均會對產(chǎn)品的高溫泡沫特性指標起到改善作用，提高產(chǎn)品質量。

☆通過對汽油機油產(chǎn)品高溫泡沫特性影響因素進行分析，并制定相應的改進措施，對潤滑油生產(chǎn)工藝及設備進行了一次較為全面的檢查和改進，為提高生產(chǎn)管理水平做了很好的鋪墊。