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现代润滑油五大添加剂之十:复合添加剂

作者:广西立铖钢业有限公司 浏览:

20世纪30年代以前,国外润滑油中很少使用添加剂。随着发动机技术的不断发展,对润滑油的使用性能提出了越来越高的要求,不添加任何添加剂的润滑油已无法满足这些要求,因此人们开始在润滑油中加入各种不同类型的添加剂,用于提高润滑油的各种不同性能,以满足发动机对润滑油的使用要求。在50~60年代,润滑油添加剂种类及性能得以迅速发展,润滑油的品种和数量也相应地得到了快速发展。60年代初,国外开发应用丁二酰亚胺无灰分散剂时,发现其与金属清净剂复合使用后,提高了油品性能并降低了添加剂总用量,具有明显的复合效应。70年代润滑油添加剂的发展基本上处于平稳发展时期,添加剂的发展主要是改进各种类型添加剂的结构、品种系列化、提高单剂性能,同时进一步研究各种添加剂的复合效应,同时,针对不同类型的润滑油将其所需各种添加剂预先混合,形成复合添加剂。80年代以后国际市场上润滑油添加剂主要以复合剂的形式出售。目前,最主要且用量最大的复合添加剂有内燃机油、齿轮油、液压油和自动传动液等的复合添加剂

国外润滑油调合厂基本上都采用添加剂大公司的各种名牌复合添加剂生产润滑油产品。由于复合剂质量有严格的复合工艺条件和单剂的质量保证,所以采用复合剂生产的润滑油质量易于符合规格标准。目前国外添加剂公司销售的单剂的品种越来越少,复合剂的品种则越来越多。


内燃机油复合添加剂

内燃机油用量占整个润滑油的半数以上,它包括汽油机油、柴油机油、通用车用发动机油、二冲程汽油机油、天然气发动机油、铁路机车用油、拖拉机发动机油和船用柴油机油。内燃机油所用添加剂占整个添加剂种类的 20%,而数量约占整个添加剂的 80%。它们所用的添加剂的类型有清净剂、分散剂、抗氧剂、黏度指数改进剂、降凝剂、抗磨剂及摩擦改进剂和抗泡剂等。


(1)汽油机油复合添加剂

汽油机油复合添加剂中都含有三种以上的功能添加剂,其中清净剂、分散剂、抗氧抗腐剂是必不可少的。一般清净剂常用磺酸钙、 磺酸镁、硫化烷基酚钙等,分散剂常用单丁二酰亚胺、高相对分子质量丁二酰亚胺;抗氧抗腐剂常用仲烷或伯仲烷二烷基二硫代磷酸锌、二烷基氨基甲酸锌,另外,还常用二烷基二苯胺、烷基酚和有机铜化合物等作为辅助抗氧剂,为了节能还要加酯类、硫磷酸钼和二烷基氨基甲酸钼等摩擦改进剂。汽油机油质量等级每升级一次,相应的复合添加剂都在原有的基础上得到改进,或是调整了配方或是用了新的添加剂来适应评定要求。


复合添加剂往往是几种不同类型或同一类型的几个不同品种的添加剂的复合使用,两个或两个以上添加剂复合时,可能产生增效(协同)或对抗作用。为了取得最佳而又最经济的效果,在添加剂复合时,一般应遵循以下原则:

优先考虑协同效应。两种或两种以上添加剂复合使用时,所带来的功效大于各添加剂单独使用的功效之和,这就是添加剂的协同效应,协同效应也叫超加合效应。一般清净剂与分散剂或抗氧剂与金属减活剂复合都有增效作用。

避免对抗作用。如极压剂和摩擦改进剂都是在接触表面上起作用的添加剂,发挥功效的第一步是在表面上吸附,摩擦改进剂的极性通常比极压剂强,由于竞争吸附作用,摩擦改进剂的分子优先吸附,会造成极压剂的作用不易发挥。

不搞单项冠军,配方中某一项指标特别好,可能会牺牲其他性能,甚至影响配方的全面性能。

全面平衡复合添加剂之间性能,达到规格要求。

(2)柴油机油复合添加剂

柴油机与汽油机不同,柴油机是压燃式,而汽油机是点燃式,两者有所差异。一是柴油燃烧后的烟灰比汽油多,烟灰多容易在顶环槽内沉积;二是柴油中含硫量比汽油多,燃烧后生成的酸性物质多,生成的酸易导致环和缸套的腐蚀磨损;三是柴油机比汽油机的热负荷大,汽缸区的温度高,高温易使润滑油氧化变质。从以上三个特点可看出,柴油机油应具有良好的高温清净性,酸中和性能,热氧化安定性以及其他性能。汽油机油与柴油机油所用的功能添加剂虽然都是清净剂、分散剂和抗氧抗腐剂,但由于解决问题的侧重点不同,因此各功能添加剂在复合剂中的比例和种类也有所差异。汽油机低温油泥比较突出,故其复合添加剂中分散剂的比例较大;相反柴油机的高温清净性和抗氧问题突出,其复合添加剂中清净剂的比例较大特别是热负荷大的 CD 级以上的柴油机油复合添加剂中还要加入热稳定性好的硫化烷基酚盐来解决高温抗氧问题,分散剂要用热稳定性好的双或多丁二酰亚胺和高相对分子质量丁二酰亚胺,而抗氧剂的 ZDDP 也要用热稳定性更好的长链二烷基二硫代磷酸锌;目前为了解决尾气三元转化器中催化剂中毒问题,逐步在减少ZDDP的用量,并采用一些二烷基苯胺或酚酯型抗氧剂作为补充。


(3)通用汽柴油机油复合添加剂

西方国家的汽车运输队一般是汽油机和柴油机两种汽车所组成的混合车队。如果分别用汽油机油和柴油机油两种润滑油来满足要求,往往会出现错用油的现象而造成事故。通用油就是为了适应这种情况而产生的,它的出现能简化发动机油品种,方便用户,又解决了错用油问题

通用油复合添加剂为了兼顾汽油机和柴油机对润滑油的要求,一般在 CC/SD 级以下的通用油的复合添加剂中多采用分散剂、清净剂((磺酸盐)和 ZDDP 三组分进行复合配制就能满足其性能要求(不少公司 CC 级油中也加入硫化烷基酚盐);而在配制 CD/SE 级以上通用油时,其复合添加剂的组分非常复杂,分散剂中常采用两种以上的复合,清净剂中除磺酸盐(其中包括磺酸钙及磺酸镁盐复合)外,还要加热稳定性好的清净剂,如烷基水杨酸盐或硫化烷基酚盐,在抗氧抗腐剂中的 ZDDP,除伯烷基外还有仲烷基及长链伯烷基等抗磨及热稳性好的 ZDDP 之间的复合。因此,通用油中添加剂的加入量比非通用油多一些,成本也较高,这是其缺点,但通用油的换油期比非通用油长,润滑油油耗也低,二者相抵销,用通用油在经济上仍然是合理的,所以很受欢迎,特别是在西欧。


中国在发展汽油机油和柴油机油复合添加剂的同时,也发展了通用油复合添加剂。根据国内车辆情况,已经开发出 SC/CC、SD/CC、 SE/CC、 SF/CC、SF/CD 等汽/柴油机油通用油复合添加剂。


内燃机油复合添加剂除汽柴机油复合添加剂外还有二冲程和四冲程摩托车汽油机油复合添加剂、天然气发动机油复合添加剂、铁路机车发动机油复合添加剂、拖拉机油复合添加剂、船舶柴油机油复合添加剂等,因其润滑油所处环境不同,各发动机的技术发展过程也不尽相同,所以其润滑油质量等级的发展过程、各种添加剂的加量及复合添加剂的研发也存在差异,但复合添加剂的更新换代同样是应发动机的技术进步及环保方面的要求进行的。

国内内燃机油复合添加剂配方在近年来发展是比较快的,在各个领城内都开展了工作,也取得了相当大的进展。汽油机油已经有 SC 至 SL 级油复合添加剂,柴油机油有 CC 至 CH-4 级油复合添加剂,通用汽柴油机油复合添加剂有 SC/CC、SD/CC、SE/CC、SF/CC、SF/CD 级等。在铁路机车用油方面国内已经达到第三代和第四代油复合添加剂的质量水平,基本满足了国内机车用油的要求。拖拉机油大多用柴油机油来满足,二冲程汽油机油有Ⅱ档和档质量水平的复合添加剂和船用发动机油的汽缸润滑油、系统润滑油和曲轴箱润滑油三种类型的复合添加剂。


齿轮油复合添加剂

齿轮油复合添加剂包括汽车齿轮油复合添加剂、工业齿轮油复合添加剂和通用齿轮油复合添加剂。齿轮油复合添加剂一般用极压抗磨剂、摩擦改进剂、抗氧剂、抗乳化剂、防锈剂、防腐剂、降凝剂、黏度指数改进剂和抗泡剂等复合而成。


(1)车辆齿轮油复合添加剂

车辆齿轮油所用添加剂要保证油品应具有优良的承载能力,在低速高扭矩和高速冲击载荷条件下都能保护齿面。不同的添加剂在双曲线齿轮油中作用也不同,硫化烯烃在高速冲击载荷条件下有效,低活性硫化脂肪酸酯在高扭矩条件下有效,低活性硫化脂肪酸、酸性亚磷酸酯和中性硫代磷酸酯在两种情况下皆有效。脂肪酸和脂肪酸酯摩擦改进剂在高扭矩条件下有效,但在高速冲击载荷条件下有害。

目前最先进的第四代 硫-磷 型车辆齿轮油一般为无灰型的车辆齿轮油。硫-磷 型齿轮油复合添加剂主要以硫化烯烃和磷酸酯(磷酸酯胺盐或硫代磷酸酯胺盐)为主,再加上抗氧剂、防锈剂及抗泡剂等添加剂复配而成。无灰硫-磷型 车辆齿轮油具有颜色浅、 热安定性、耐久性、储存稳定性及相溶性好等优点。因此,无灰第四代 硫-磷 型齿轮油是目前车辆齿轮油及其添加剂的研究方向,含磷添加剂的合成技术及其复配技术是车辆齿轮油及其添加剂研究的关键。

随着基础油质量的提高和添加剂技术的进步,在车辆齿轮油中的添加剂的量也在逐步减少,经济性不断改善,目前国外各大齿轮油复合添加剂生产商相继推出自己的低剂量产品。


(2)工业齿轮油复合添加剂

对工业齿轮油要求具有较高的热安定性、抗乳化性和极压抗磨性,所用添加剂与车辆齿轮油相似,但有的工业齿轮油要求引人热稳定性好的油性剂。目前工业齿轮油复合添加利主要以 硫-磷 型为主。

(3)通用齿轮油复合添加剂

由于车辆齿轮油和工业齿轮油所要求的含磷和含硫极压抗磨剂基本上大同小异,就为发展通用齿轮油复合添加剂奠定了基础。通用齿轮油复合添加剂既方便用户,又减少了错用油的可能性,故发展速度很快。目前单独用于车辆齿轮油或工业齿轮油的复合添加剂越来越少,更多的是使用通用型的复合添加剂。在发展这类配方时,考虑到车辆齿轮油和工业齿轮油两方面的性能要求,只要改变复合添加剂中各功能单剂的配比,就可满足不同类型和不同质量水平的齿轮油的要求。

通用齿轮油复合添加剂不仅具有性能稳定、使用方便,也可减少调合误差、方便储存,可以避免储存多种单功能添加剂的麻烦,对生产添加剂的公司或厂家来说,可以把若干添加剂配套销售。

我国车辆齿轮油的生产开始于20世纪60年代初,目前国内已经有工业齿轮油、车辆齿轮油和通用齿轮油复合添加剂,其加剂量与国外相当,完全能满足现行齿轮油规格的要求。


液压油复合添加剂

液压油主要有防锈抗氧液压油、抗磨液压油、低温液压油和抗燃液压油,并且国内外都有相应能满足其性能要求的液压油复合添加剂。


(1)防锈抗氧液压油复合添加剂

防锈抗氧液压油复合添加剂主要是以抗氧剂、防锈剂为主配制而成的复合添加剂,其具有优良的防锈性和氧化安定性能,适用于通用机床的液压系统。


(2)抗磨液压油复合添加剂

抗磨液压油是在防锈抗氧液压油的基础上发展而来的,其复合添加剂是以抗磨剂、防锈剂和抗氧剂为主,并加有金属减活剂、抗乳化剂和抗泡剂配制而成。与防锈抗氧液压油相比,抗磨液压油在中、高压系统中使用时不仅具有良好的防锈、抗氧性,而且抗磨性更为突出,可提高液压油泵(叶片泵、活塞泵、齿轮泵、凸轮泵、螺杆泵)的寿命,一般比普通防锈抗氧液压油延长数十倍。

目前,抗磨液压油复合添加剂有含锌型(有灰型)和无锌型(无灰型)两类型。含锌型复合添加剂使用的抗磨剂主要是仲烷基的 ZDDP,这类 ZDDP 具有良好的抗磨、抗氧性能,抗乳化及水解安定性也不错,成本也低,唯一缺点是热稳定性差。使用的防锈剂多为烯基丁二酸和中性石油磺酸钡;其抗氧剂为 2, 6-二叔丁基对甲酚和蔡胺等;金属减活剂为噻二唑衍生物和苯三唑衍生物;此外还使用有抗乳化剂、降凝剂和抗泡等。无锌型抗磨液压油复合添加剂与含锌型复合添加剂的不同之处在于用烃类硫化物、磷酸酯、亚磷酸酯等或把它们与硫代磷酸酯(或其胺盐)复合作为抗磨剂来代替 ZDDP,因此,无锌型抗磨液压油复合添加剂具有灰分低、水溶稳定性强、抗氧化性好、腐蚀性低等优点。无灰型抗磨液压油已得到应用,但价格较贵,目前国外仍以含锌型抗磨液压油为主,无灰型占少数。

(3)低温液压油复合添加剂

低温液压油主要性能是凝点低、黏度指数高、低温黏度小、油膜强度大和稳定性好等。为保证低温液压油的性能,在低温液压油复合添加剂中除含有抗磨剂、抗氧剂、防锈剂和抗泡剂等功能添加剂外,所使用的黏度指数改进剂为抗剪切性和低温性能都较好的聚甲基丙烯酸酯,也有用聚异丁烯、聚烷基苯乙烯。


(4)抗燃液压油复合添加剂

抗燃液压油的介质不是油而是水或磷酸酯,它所用的添加剂有些差异,乳化型的一定要用乳化剂使油水乳化,然后添加一些防锈、抗氧和抗磨剂等,有的是水溶性的,这是与前面所用添加剂的不同之处。


目前国内生产液压油所用的添加剂,如 ZDDP 抗磨剂,酚类和胺类抗氧剂,石油磺酸盐和烯基丁二酸防锈剂,用作乳化剂的表面活性剂,苯三唑衍生物和噻二唑衍生物型金属减活剂,硅型和非硅型抗泡剂和降凝剂等国内均有工业生产。国内防锈抗氧液压油和抗磨液压油复合添加剂(无灰和有灰型抗磨液压油复合添加剂)均有工业生产。国内生产的由各类单剂复合配制的高压抗磨液压油复合添加剂可满足现行液压油的规格要求。


自动传动液复合添加剂

自动传动液(ATF)是一种多功能、多用途的液体。它主要用于轿车和轻型卡车的自动变速系统,也用于大型装载车的变速传动箱、动力转向系统,农用机械的分动箱。在工业上广泛用作各种扭矩转换器、液力偶合器、功率调节泵、手动齿轮箱及动力转向器的工作介质。自动传动液通常应具有良好的低温流动性、清净分散性、氧化安定性、抗泡性、防橡胶膨胀性和防锈性能等。针对这些要求,自动传动液复合添加剂一般都含有黏度指数改进剂、降凝剂、清净剂、分散剂、抗氧剂、抗磨剂、防锈剂、金属减活剂、摩擦改进剂、抗泡剂、密封材料溶胀剂等多种添加剂。自动传动液中总加剂量高达10%~15%,其中约一半为黏度指数改进剂。

现代自动传动液复合添加剂中,无灰分散剂占大部分,主要是烯基丁二酰亚胺抗氧剂中胺型或酚型品种非常重要,可控制氧化延长油品的使用寿命抗磨剂以磷为基础,从烷基磷酸酯或亚磷酸酯直到含有锌或无锌的二硫代磷酸酯,防止金属之间的磨损特殊类型的黏度指数改进剂可以达到好的低温流动性,也是复合添加剂中添加量最大的组分之一,主要类型有聚甲基丙烯酸酯和聚烷基苯乙烯等;密封膨胀剂用来防止橡胶膨胀、收缩和硬化以保证密封性好不泄漏,主要有磷酸酯、芳香族化合物和氯化烃;抗泡剂用来抑制自动传动液在狭小油路里高速循环时起泡,以保证油压稳定和防止烧结,主要是硅油或非硅抗泡剂;摩擦改进剂主要是由长链极性物质组成,如脂肪酸、酰胺类、高相对分子质量的磷酸酯或亚磷酸酯和硫化鲸鱼代用品等,使自动传动液有适当油性,保证有相匹配的静摩擦系数和动摩擦系数


我国汽车自动传动液经过科技攻关,研制的无锋和低锋两种复合添加制产品,达到了国外同类产品的质量水平,可以应用到一些进口汽车自动传动液。


其他复合添加剂

除了前述的几种复合添加剂以外,还有一些复合添加剂,其中用得较多的有补充复合添加剂导轨油复合添加剂液压导轨油复合添加剂汽轮机油复合添加剂压缩机油复合添加剂链条油复合添加剂蜗轮蜗杆油复合添加剂导热油复合添加剂油膜轴承油复合添加剂变压器油复合添加剂、针织油乳化复合添加剂防锈油复合添加剂等。除补充复合添加剂不能单独使用外,其他都可单独使用

补充复合添加剂通常是与主复合添加剂配合后起作用,一般可提高主复合添加剂的性能或等级。如有的补充复合添加剂可与主复合剂复配后提高原复合添加剂的等级,有的可通过调节与主复合剂的比例来满足不同等级润滑油的要求;也有作为成品油增强剂使用的,在一定质量水平的油品中补加这种成品油加强剂就可提高原成品油的等级。


复合添加剂的发展是润滑油生产的一大进步, 也是今后润滑油生产的方向。


现代润滑油五大添加剂之十:复合添加剂
0世纪30年代以前,国外润滑油中很少使用添加剂。随着发动机技术的不断发展,对润滑油的使用性能提出了越来越高的要求,不添加任何添加剂的润滑油已无法满足这些要求,因此人们开始在润滑油中加入各种不同类型的添加剂,用于提高润滑油的各种不同性能,以满足发动机对润滑油的使用要求。在50~60年代,润滑油添加剂种类及性能得以迅速发展,润滑油的品种和数量也相应地得到了快速发展。60年代初,国外开发应用丁二酰亚胺无
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