《润滑油及其工艺教学 第四章 润滑油的分类、性能要求及添加剂二》由会员分享，可在线阅读，更多相关《润滑油及其工艺教学 第四章 润滑油的分类、性能要求及添加剂二（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 润滑油添加剂（Lube oil additives),概述 4.1 清净分散剂 4.2 抗氧化添加剂 4.3 载荷添加剂 4.4 粘度指数改进剂 4.5 降凝剂 4.6 防锈剂 4.7 抗泡沫剂 4.8 纳米润滑油添加剂,概述,基础油具备润滑油的基本特性和某些使用性能 受化学组成、族组成限制，基础油不可能具备商品润滑油所要求的各种性能 解决办法：基础油添加剂 影响润滑油产品质量的因素： 1）基础油的组成及性能 2）添加剂的品种与质量 3）它们之间的配伍性能。,概述,添加剂大多是有机化合物，能很好地溶于(或分散于)油中，储存及使用时稳定，不易发生变化，并且不损坏润滑油的其它性能。 一般一
2、种添加剂只能解决某一方面的性能，所以添加剂的品种很多。 我国分类是按添加剂所起的作用划分的，主要分为以下10组：,添加剂的分类,1、清净剂与分散剂（ditergent and dispersant) 2、抗氧抗腐剂（anti-oxidation and corrosion additive) 3、极压抗磨剂（extreme pressure additive) 4、油性剂和摩擦改进剂（oiliness additive and friction modifier) 5、抗氧剂和金属减活剂（anti-oxidant,metal deactivator) 6、粘度指数改进剂（viscosity i
3、ndex improver) 7、防锈剂(antirust additive) 8、降凝剂（pour point depressant) 9、抗泡沫剂（anti-foam additive) 10、抗乳化剂（anti-emulsifying additive),添加剂的基本作用,1) 改变润滑油的物理性质 例如，粘度指数改进剂、降凝剂、油性剂、抗泡剂等使润滑油分子变形、吸附、增溶而改变其物理性能。 2) 改变润滑油的化学性质 抗氧抗腐剂、极压抗磨剂、防锈剂、清净分散剂等使润滑油增加或增强了某些化学性能。,4.1 清净分散剂,发动机在工作过程中，其内部总会出现一些污垢。 污垢来源： 燃料不完全燃
4、烧产物。主要来源，燃料(包括部分进入燃烧室的发动机油)不完全燃烧产物，以窜气形式通过活塞环及缸壁的间隙，进入曲轴箱和发动机油箱； 润滑油氧化产物。润滑油在发动机内苛刻的工况条件下生成的氧化产物。 污垢吸附在活塞上，或粘附、沉积于曲轴箱和机油箱，导致磨蚀、磨损加剧、密封不严、油路和滤网堵塞等。,污垢分类：,氧化、缩合产物和燃料燃烧产物形成的沉积物分3类： 积炭：高温分解产物、棕色和黑色固体，H/C0.70 部位活塞顶部、燃烧室壁、阀门等高温部位。 漆膜：氧化缩合产物，棕色到黑色薄而坚固的膜 H/C1.2 部位活塞环槽及活塞裙部。 油泥：由水、润滑油及固态杂质形成的乳状沉积物， 灰色到黑色凝块 部
5、位曲轴箱及输油管部低温部位。,沉积物形成的原因,沉积物形成的原因,一、清净分散剂的种类 T1,最主要的润滑油添加剂之一，用量占润滑油添加剂的50%左右。 主要用于内燃机油中保持发动机清洁。 包括清净剂和分散剂两大类 清净剂在高温运转条件下能够防止或抑制机油氧化而生成沉积物，并且能够把在活塞及气缸壁上形成的漆膜和积炭“洗涤”下来，从而使发动机内部表面保持清洁。 清净剂多是金属有机化合物，具有表面活性。,一、清净分散剂的种类 T1,分散剂能够吸附在较低的运转温度下形成的油泥，防止其凝聚成油泥沉积物，并使其分散开来，悬浮于机油中。这时虽然机油的颜色会变深(黑)，但却不会堵塞机油管路和滤清器，也不会使
6、油的粘度上升。 分散剂多是不含金属的有机聚合物（无灰分散剂） 清净分散剂属于油溶性表面活性剂： 非极性的尾，极性的头 离子型：磺基、羧基或酚基；非离子型：多胺,一、清净分散剂的种类 T1,主要有以下5种： 1、磺酸盐型金属清净剂（T101T105） 包括磺酸钙、磺酸镁，通常为钙剂 应用最广的清净剂 具有很好的清净性与一定的分散性及防锈性,一、清净分散剂的种类 T1,磺酸盐实际上是一胶束分散体系。 制备： 油溶性烷基磺酸 氢氧化钙中和 磺酸钙 通入CO2 CaCO3微粒（被磺酸钙胶束包围） 含CaCO3越多其中和性能越好 中和性能表示：总碱值（mg KOH/g） 它的技术发展史可以说是不断追求高
7、碱值的历史,一、清净分散剂的种类 T1,按碱值的大小分类： 1）正盐 2）低碱度盐（碱值100 mg KOH/g） 3）中碱度盐（碱值约150 mg KOH/g） 4）高碱度盐（碱值约300 mg KOH/g） 5）超碱度盐（碱值约400 mg KOH/g） 目前最常用的为低碱度盐与高碱度盐,一、清净分散剂的种类 T1,磺酸盐一般是必加的清净剂，加量约为25%，与其它清净剂复合使用时，其用量为12%。 清净分散剂一般复合使用，需视基础油与添加剂的性质而定。 效果不是简单的加和，存在相互协合与相互对抗 实践证明，有灰剂与无灰剂复合，在有灰剂中采用磺酸钙与硫化烷基酚钙或烷基水杨酸钙的复合，往往可以
8、得到协合的效果。,2、烷基酚盐和硫化烷基酚盐（T115）,常用的是硫化烷基酚的钙盐。 清净剂中位居第二，仅次于磺酸盐。,3、烷基水杨酸盐（T109）,烷基水杨酸 烷基水杨酸钙,4、磷酸盐和硫代磷酸盐（T108）,以上四种清净剂均含有金属 燃烧后均残留一定的灰分，所以称为有灰清净剂,5、无灰分散剂（T151155）,主要有四种类型：丁二酰亚胺；丁二酸酯； 曼尼施（Manich）型；含磷型。 具有优良的分散性能，但其它性能不佳。 目前使用最多的是：丁二酰亚胺型，有单丁二酰亚胺，双丁二酰亚胺和多丁二酰亚胺类。,二、清净分散剂作用机理,1、分散作用 把固体以极小微粒分散到液体中形成悬浮体 表面活性剂有
9、促进固体分散形成稳定悬浊液的作用。悬浮在油中的微小固体颗粒有非油溶性的烟灰、积炭、胶质等，而且它们具有很大的比表面积，处于不稳定状态。当表面活性剂的极性基通过物理吸附、氢键结合、形成离子键等形式吸附在固体颗粒表面，而亲油基一端伸向油中将固体颗粒包围，并且定向排列形成一层亲油的分子膜时，使固体颗粒与油之间的界面张力降低，并且由于形成的分子膜有空间阻碍作用或静电斥力作用而减少固体颗粒间的相互吸引力，从而防止固体颗粒相互聚集而沉积到金属表面，这是清净分散剂最基本的功能。,二、清净分散剂作用机理,2、增溶作用 不能溶解的物质，因加入少量表面活性剂而溶解 表面活性剂胶团的增溶作用 3、洗涤作用 润湿、乳
10、化、分散、增溶多种功能共同作用。吸附于金属表面有效阻止氧化产物在金属表面的沉积，也阻碍了金属对油品氧化的催化作用。,二、清净分散剂作用机理,4、中和作用 含有的金属氧化物、氢氧化物、或碳酸盐等碱性物，可中和含硫燃料燃烧产生的SO2、硫酸、以及润滑油氧化生成的酸性氧化物或酸性胶质，防止它们的进一步缩合形成漆膜和积炭。 分散性能的评定 测定清净分散剂溶液从铁粉表面洗掉吸附沉积物的能力,4.2 抗氧化添加剂（抗氧抗腐剂T201205、抗氧剂T5）,一、烃类的氧化 高温缩聚反应加剧 解决方法： 去除烷基自由基、烷基过氧基自由基和氢过氧化物 使用：自由基捕获剂、过氧化物分解剂,二、抗氧剂的类型,类型多：
11、酚型、胺型、硫磷酸盐型、硼酸酯型、嗪型等 按作用机理：自由基捕获型、过氧化物分解型 按使用温度：一般抗氧剂、高温抗氧剂 按应用： 抗氧防胶剂防止油品在厚油层条件下的氧化 抗氧防腐剂防止油品在薄油层条件下的氧化 我国的抗氧剂是按应用分类的,1抗氧防胶剂,屏蔽酚型抗氧剂 主要是2,6-二叔丁基对甲酚(T501) 最高使用温度120左右，过高温度即分解失效 双酚型：4,4-亚甲基双（2,6-二叔丁基）酚(T511) 使用温度较高，可用于内燃机油与压缩机油,1抗氧防胶剂,芳胺型抗氧剂 N-苯基-奈胺(T531) 工作温度较受阻酚型高，抗氧耐久性也比酚型好 毒性较大，易使油品变色，应用受到一定限制,2抗
12、氧防腐剂,硫磷型抗氧抗腐剂(T201205) 主要有：二烷基二硫代磷酸锌 二芳基二硫代磷酸锌,2抗氧防腐剂,硫磷型抗氧抗腐剂(T201205) 主要用于内燃机油等高温与氧接触的润滑油。 提高润滑油的热氧化安定性，防止金属摩擦面的腐蚀，延长润滑油和机器的使用寿命。 优良的抗氧化能力，还具有优良的防腐蚀、抗磨损性能，是一种多效添加剂，广泛用于内燃机油、抗磨液压油、及齿轮油中。 与清静分散剂复合使用，可配制高质量内燃机油,三、抗氧机理,1、自由基捕获 酚型、芳胺型（自由基）,三、抗氧机理,2、过氧化物分解 硫磷型抗氧抗腐剂(T201205) 虽然使用已经半个多世纪了，但是，其抑制氧化的机理一直没有一
13、个成熟的看法，有人认为： 高温下发生复杂的分解反应，分解产物能捕捉自由基，同时又能使过氧化物分解。 分解后的硫磷化合物又可以与金属表面形成保护膜，从而抑制酸性物质对金属的腐蚀，也可抑制金属对氧化的催化作用。,四、影响抗氧剂作用的因素,1、基础油的感受性 基础油的化学组成及结构，加工深度，尽量去掉含硫含氮化合物 2、添加剂用量 一般，抗氧剂浓度 油品抗氧性 浓度较大时，自身氧化，诱导期不再增长反而降低，因而，有一最佳浓度,五、抗氧剂及抗氧抗腐剂的评定,1、抗氧性 1）旋转氧弹法 2）高温变稠试验 100oC下，钢丝与铁丝作催化剂，以100ml/min的速度通入氧气40hr，粘度变大小于400%为
14、合格。 3）热安定性试验 一定温度、一定速度通入空气4-8hr，测定氧化后的酸值 2、腐蚀性评价 将浸入一定温度试油中的金属片，提升到空气中，1min15-16次，50hr，腐蚀度以g/m2来评价。,4.3 载荷添加剂,一般油膜厚度足够；负荷较大或相对运动速度较低时，油膜变薄，出现边界润滑。 油膜强度不够，会造成磨损，甚至烧结。因而，必须设法增加油膜的强度，使它在高负荷下也能存在于金属摩擦件之间，而不被挤掉。 使用添加剂的目的：将摩擦部件分开，以润滑油的内摩擦代替金属间的干摩擦。 载荷添加剂：在边界润滑状态下，能在金属表面形成吸附膜和反应膜，从而减少摩擦及降低磨损的添加剂。 按所起作用分为：极
15、压抗磨剂、油性剂和摩擦改进剂,一、油性剂和摩擦改进剂 T4,适合较缓和的条件，在摩擦面上形成物理或化学吸附膜，隔开金属的直接摩擦，减少摩擦系数 油性剂一般只能在载荷和冲击振动不很大、温度不很高的条件下有效果。而当摩擦部件的温度达到150、载荷接近25MPa时会脱附而失去油性作用，因此应采用极压抗磨剂解决问题。 油性剂多是一些长链脂肪酸、脂肪醇、脂肪酸皂，酯类、硫化动植物油、苯并三氮唑、脂肪铵盐(T406)等。,一、油性剂和摩擦改进剂 T4,油性剂在金属表面定向吸附排列示意图,二、极压抗磨剂 T3,能在油性剂已失效的苛刻条件下起润滑作用的添加剂 一般极压抗磨剂在高温、高速、高载荷或低速、高载荷、
16、冲击载荷时，能放出活性元素与金属表面起化学反应，生成化学反应膜或极压抗磨剂的活性物质与金属反应生成金属的硫化物、氯化物、磷化物等构成极压无极固体润滑膜。化学反应膜防止了金属的直接接触，而固体润滑膜熔点低于基体金属的熔点，在接触点的温度条件下处于熔融状态，可以起到平滑金属表面的作用，从而减小摩擦系数，防止烧结和擦伤。 常用极压抗磨剂主要是含硫、磷、氯的有机极性化合物,4.4 粘度指数改进剂 T6,增加油品的粘度，改善油品的粘温性能 添加粘度指数改进剂的润滑油称稠化油 属于油溶性高分子聚合物：(1)单体多半只有一个双键；(2)线型而不是网型；(3)主链长度有5001000个碳原子。 衡量标准：1）粘温性能 2）增粘能力、剪切稳定性、 热稳定性、低温泵送能力等。,一、种类,1) 聚乙烯基正丁基醚(T601) 热稳定性较差，一般用于温度不高的润滑油。 2) 聚甲基丙烯酸酯(T602，polymethacrylate，PAM) 增粘能
