第四章 合成润滑油介绍
根据合成润滑油基础油的化学结构,美国材料试验学会(ASTM) 特设委员会制定了一个合成润滑油基础油的试行分类法,将合成润滑油基础油分为三大类:
表1 合成润滑油基础油的分类
第一类：合成烃润滑第二类：有机酯 第三类：其它合成油 聚α-烯烃油 烷基苯 聚丁烯 合成环烷烃
制备合成润滑油的原料主要来自石油、煤、页岩和天然气,例如制备合成烃润滑油和聚醚所需的乙烯、丙烯、异丁烯、苯和环氧乙烷、环氧丙烷等都可以从石油中得到。磷酸酯、硅油、硅酸酯和氟油还需要矿石或非金属矿为原料。制备酯类所需的脂肪酸和二元酸也可从动植物油中获得。
下面介绍合成润滑油主要特性。
双酯 多元醇酯 聚酯 聚醚 磷酸酯 硅油 油 硅酸酯 卤代烃 聚苯醚
4.1具有优良的耐高温性能
合成润滑油一般比矿物油热安定性好、热分解温度高、闪点及自燃点高、对添加剂的感受性好,加入一定抗氧化添加剂后,其氧化安定性好,使用温度高。因此,合成油比矿物油具有更为优良的耐高温性能。表2列出了各类合成油的热分解温度和整体极限工作温度范围。从表中可以看出,对粘度相近的油品来说,合成油比矿物油的使用温度要高。
表2 各类合成油与矿物油的热分解温度及整体极限工作温度范围
热分解温度
类别
/℃
矿物油 聚α-烯烃油
双酯 多元醇酯 聚醚 磷酸酯 硅油 硅酸酯 聚苯醚 全氟碳化合物 聚全氟烷基醚
长期工作温度
短期工作温度/℃
/℃ 93～121 177～232 175 177～199 163～177 93～177 218～274 191～218 316～371 288～343 232～260
135～149 316～343 200～220 218～232 204～218 135～232 316～343 260～288 427～482 399～454 288～343
250～340 338 283 316 279 194～421 388 340～450 454
4.2具有好的低温性能及粘温性能
大多数合成润滑油比矿物油粘度指数高,粘度随温度的变化小。在高温粘度相同时,大多数合成润滑油比矿物油的凝点低、低温粘度小,这就保证了合成润滑油可在较低的温度下使用。表2 列出了各类合成润滑油的粘度指数及凝点的范围。
从表3可以看出,聚α-烯烃油、双酯、多元醇酯、硅油、硅酸酯、聚醚和聚全氟烷基醚都比矿物油的粘度指数高,倾点低,因此它们都具有低温性能及粘温性能好的特点,同时它们的高温性能也比矿物油好,所以它们比矿物油的使用温度范围要宽。
表3 各类合成润滑油与矿物润滑油的粘度指数以及凝点范围
类别 矿物油 聚α-烯烃油
双酯 多元醇酯 聚醚 磷酸酯 硅油 硅酸酯
粘度指数 50～130 80～150 110～190 60～190 90～280 30～60 100～500 110～300
凝点/℃ -45～-6 -40 <-80～-40 <-80～-15 -65～5 <-50～-15 <-90～10 <-60
聚苯醚 全氟碳化合物 聚全氟烷基醚
4.3具有低的挥发损失
-100～10 -240～10 23～355
-15～20 <-60～16 -77～-40
一般合成油与相同粘度的矿物油相比挥发性要低。这是因为合成油大多数是一种单一的化合物,其沸点范围较窄,而矿物油是一段馏分油,在一定蒸发温度下,其轻馏分易挥发。图1 画出了相近粘度的矿物油、聚α-烯烃油、双酯及聚酯馏出温度与馏出量的比较 油品的挥发性是油品在使用过程中的一项重要性能。在使用过程中,由于温度高,挥发性大的油品不但耗油量增加和需要经常补油,而且由于轻组分的挥发会使油品变粘,造成油品基本性能发生变化,因而影响油品的使用寿命。合成油与同粘度的矿物油相比在高温下挥发损失要小得多。用矿物油调制的SAE 40内燃机油比用合成油调制的SAE 20内燃机油的挥发损失大一倍以上。
图1 合成油与矿物油的馏出量的比较 1- 矿物油，40℃粘度为20.59mm2/s 2- 聚α-烯烃油，40℃粘度为33.07mm2/s 3- 双酯，40℃粘度为14.42mm2/s 4- 聚酯，40℃粘度为20.59mm2/s
4.4合成油具有难燃性
矿物润滑油遇火会燃烧。在许多靠近热源的部位,常常由于矿物油的泄漏着火造成重大事故。目前还没有找到靠加入添加剂的办法来改善矿物油的着火性能。而某些合成油却具有优良的难燃性能。例如,磷酸酯虽然本身闪点并不高,但是由于没有易燃和维持燃烧的分解产物,因此不会造成延续燃烧。芳基磷酸酯在700 ℃以上遇明火会发生燃烧,但它不传播火焰,一旦火源切断,燃烧立即停止。所以磷酸酯其本身具有难燃性。聚醚是水- 乙二醇难燃液的重要组分,主要用来增加粘度。聚醚和乙二醇都能燃烧,但水- 乙二醇难燃液中含40 %～60 %的水,在着火情况下,由于水大量蒸发,水蒸汽隔绝了空气,从而达到阻止燃烧的目的。全氟碳润滑油在空气中根本不燃烧,而全氟烷基醚油甚至于在氧气中亦不能燃烧。表4 列出了合成油的难燃性能。 合成油的难燃性能对航空、冶金和发电等工业部门具有极重要的使用价值。
表4 合成油的难燃性能
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