PDSC法分析聚α-烯烃航空润滑油基础油的氧化安定性研究

吴　楠，费逸伟，马　军，彭显才

(空军勤务学院，江苏　徐州　221000)



PDSC法分析聚α-烯烃航空润滑油基础油的氧化安定性研究

吴楠，费逸伟，马军，彭显才

(空军勤务学院，江苏徐州221000)

利用高压差示扫描量热法(PDSC)，通过测定国产和进口聚烯烃航空润滑油基础油的起始氧化温度，比较两种基础油的氧化安定性，同时考察了两种基础油对三种不同类型的抗氧剂的感受性，确定了抗氧剂最佳配比。从实验结果来看，国产PAO航空润滑油的氧化安定性略低于进口PAO航空润滑油，但二者的氧化安定性相差不大，而对于PAO航空润滑油来说，胺型抗氧剂的抗氧化性能优于酚型抗氧剂。

聚α-烯烃航空润滑油；氧化安定性；高压差示扫描量热法

聚α-烯烃(PAO)航空润滑油具有粘温性能好、倾点低、闪点高、低温流动性好、工作温度范围宽、抗水解能力强、与石油加工基础油相容性好等优点[1-2]，可适应极端的工作环境，确保机械设备能在苟刻的条件下发挥优异的性能。在发动机运转过程中，航空润滑油工作温度较高，油箱温度可达160 ℃，摩擦副间润滑油的温度会更高。在如此高温环境下，润滑油与空气接触，在铜、铁等金属的催化作用下，到一定程度会发生氧化衰变，导致润滑油黏度增加，酸值升高[3]，甚至会发生沉积物或积炭[4-6]，最终导致润滑油失效，影响飞机发动机工作，严重时会导致抱轴等灾难性故障。因此，氧化安定性能的好坏直接影响润滑油的使用性能，决定着换油周期的长短，是润滑油品质高低的重要指标。

评价润滑油氧化安定性的方法多种多样，如旋转氧弹试验、开口试管氧化试验等。这些方法大多存在样品用量大、操作繁琐、测定时间长、重复性较差等缺点。初期的差示扫描量热法(DSC)模拟边界润滑条件下润滑油的氧化过程，但在高温条件下，由于润滑油大量蒸发而吸收热量，会造成很大的分析误差[7-10]。近年来，在DSC法的基础上发展起来的高压差示扫描量热法(PDSC法)是在加压条件下分析润滑油的氧化安定性，可以克服DSC的缺点，是评价润滑油氧化安定性的一种十分有效的方法[11]，具有微量、快速、准确等优点。

本文利用PDSC法考察国产和进口聚α-烯烃航空润滑油的氧化安定性，同时考察这两种润滑油基础油对三种常用抗氧剂的感受性。

1　实　验

1.1主要材料及仪器

实验所用的国产PAO航空润滑油是南京孚科狮公司生产的PAO4，进口PAO航空润滑油是某油料研究所提供的进口PAO4。实验所用的高压差示扫描量热仪是上海珀金埃尔默公司生产的PDSC8000。

1.2实验方法

实验使用程序升温法，在一定压力的氧气氛围中，使油品匀速升温，测定油品的起始氧化温度(IOT)，表征该试样的氧化安定性。起始氧化温度越高，表明油品的氧化安定性越好。实验测定条件为：升温速度10 ℃/min，氧气压力1.0～1.5 MPa，氧气流速100 mL/min，6 mm开口铝皿，样品用量0.6 μL。

2　结果与讨论

2.1两种航空润滑油基础油的氧化安定性比较

分别测定国产和进口聚α-烯烃航空润滑油基础油的起始氧化温度，结果如表1所示。

表1　两种聚α-烯烃航空润滑油基础油的PDSC实验结果Table 1　PDSC results of two PAO aviation lubricating base oil

基础油的氧化是一个放热反应，在氧气存在条件下对其加热，当基础油开始氧化时，就会在PDSC曲线上出现明显的放热峰，而且放热的速度与氧化反应的速度有对应关系。基础油的起始氧化温度和最快氧化温度越低，说明该油品的氧化安定性越差。从表3数据可以看出，国产PAO航空润滑油在202 ℃左右就开始发生氧化反应，218 ℃左右达到最大氧化反应速度；而进口PAO航空润滑油在205 ℃左右才开始发生氧化反应，226 ℃左右达到最大氧化反应速度。由此可见，国产PAO航空润滑油的氧化安定性略低于进口PAO航空润滑油，但相差不大。

2.2两种基础油对氧化剂T501的感受性研究

在国产和进口PAO航空润滑油基础油中，按体积比0.5%，1.0%，1.5%，2.0%分别加入抗氧剂T501，比较这两种基础油对抗氧剂T501的感受性，实验结果见表2所示。

表2　加入抗氧剂T501后两种基础油的起始氧化温度Table 2　The IOT of two PAO aviation lubricating base oil added T501

从表2数据可以看出，当在两种PAO基础油中加入抗氧剂T501后，基础油的起始氧化温度略有升高，且随着抗氧剂含量的增大，基础油的起始氧化温度也逐渐升高，但上升趋势不明显，变化温度均在5 ℃左右，当抗氧剂含量超过1.5%时，温度升高趋于平缓。

2.3两种基础油对氧化剂T531的感受性研究

在国产和进口PAO航空润滑油基础油中，按体积比0.5%，1.0%，1.5%，2.0%分别加入抗氧剂T531，比较这两种基础油对抗氧剂T531的感受性，实验结果见表3所示。

从表3数据可以看出，当在两种PAO基础油中加入抗氧剂T531后，基础油的起始氧化温度大幅升高，国产PAO航空润滑油升高近39 ℃，进口PAO航空润滑油升高近35 ℃，国产PAO航空润滑油中抗氧剂含量越大，基础油的起始氧化温度越高，进口PAO航空润滑油的起始氧化温度也随着抗氧剂含量的增大而升高，但当抗氧剂含量超过1.5%时，基本保持一致。

表3　加入抗氧剂T531后两种基础油的起始氧化温度Table 3　The IOT of two PAO aviation lubricating base oil added T531

2.4两种基础油对氧化剂Tz516的感受性研究

在国产和进口PAO航空润滑油基础油中，按体积比0.5%，1.0%，1.5%，2.0%分别加入抗氧剂Tz516，比较这两种基础油对抗氧剂Tz516的感受性，实验结果见表4所示。

表4　加入抗氧剂Tz516后两种基础油的起始氧化温度Table 4　The IOT of two PAO aviation lubricating base oil added Tz516

从表4数据可以看出，当在两种PAO基础油中加入抗氧剂Tz516后，基础油的起始氧化温度也有大幅升高，国产PAO航空润滑油升高46 ℃，进口PAO航空润滑油升高近45 ℃，且随着抗氧剂含量的增大，基础油的起始氧化温度也逐渐升高，但当抗氧剂含量超过1.5%时，温度升高趋于平缓。

2.5讨论

润滑油的氧化是一个自由基的链反应，在反应过程中会产生脂肪酸、醛和酮等酸性物质，而这些酸性物质又进一步对润滑油的氧化起到催化作用[12]。从分子结构上来说，T531和Tz516都属于胺类抗氧剂，T501是酚类抗氧剂。酚类抗氧剂的作用机理是与链反应过程中生成的自由基进行反应，生成较为稳定的化学物质，从而中断链反应的进行，延缓氧化速度；胺类抗氧剂是通过与氧化反应过程中生成的酸性物质反应，减少这类化合物在润滑油氧化过程中的催化作用，降低氧化反应速度，进而提高润滑油的氧化安定性。通常酚型抗氧剂的使用温度范围相对较低，胺类抗氧剂的使用温度较高，而PAO航空润滑油的氧化温度要达到200 ℃以上，因此当添加高温条件下稳定性较好的胺型抗氧剂时，PAO航空润滑油的起始氧化温度升高幅度较大，抗氧化性能明显。

3　结　论

(1)从PDSC的实验结果来看，国产PAO航空润滑油在202 ℃左右开始氧化，在218 ℃左右加速氧化；进口PAO航空润滑油在206 ℃左右开始氧化，在227 ℃左右加速氧化，由此可见，国产PAO航空润滑油的氧化安定性略低于进口PAO航空润滑油，但二者的氧化安定性相差不大。

(2)添加抗氧剂时，国产与进口PAO航空润滑油的氧化安定性增强，二者的变化趋势相一致，但对不同抗氧剂的感受性不同。当加入抗氧剂T501时，两种基础油的起始氧化温度略有升高，且随着抗氧剂含量的增大，基础油的起始氧化温度也逐渐升高，但上升趋势不明显；当加入抗氧剂T531和Tz516时，两种基础油的起始氧化温度都有大幅升高，且随着抗氧剂含量的增大，基础油的起始氧化温度提高明显，但当抗氧剂含量超过1.5%时，温度升高趋于平缓。由此可见，对于PAO航空润滑油来说，胺型抗氧剂的抗氧化性能要优于酚型抗氧剂。

(3)通过利用PDSC法测定国产和进口聚α-烯烃航空润滑油基础油的起始氧化温度，我们发现两种基础油的氧化安定性相差不大，对抗氧剂的感受性也基本一致，鉴于当抗氧剂含量大于1.5%时，基础油的氧化安定性不会因为抗氧剂含量的增加产生较大变化，因此我们考虑可以在聚α-烯烃航空润滑油基础油添加1.5%的抗氧剂，这样既能最大限度的发挥抗氧剂的抗氧化性能，又能保证经济节约。

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Study on Oxidative Stability of Poly α-olefin Aviation Lubricating Base Oil Using Pressurized Differential Scanning Calorimetry Method

WUNan,FEIYi-wei,MAJun,PENGXian-cai

(Air Force Logistics Institute, Jiangsu Xuzhou 221000, China)

The oxidation stability of the domestic and import PAO aviation lubricating base oil was studied by the method of pressurized differential scanning calorimetry testing the initial oxidation temperature. The effects of antioxidants were investigated, and the best ratio of antioxidants was determined. The experimental results showed that the oxidation stability of domestic PAO aviation lubricating oil was slightly below those imported, but the difference was small. And the antioxidant properties of phenolic antioxidants were better than amine antioxidants.

poly α-olefin aviation lubricating base oil; oxidative stability; pressurized differential scanning calorimetry method

吴楠(1980-)，女，副教授，主要研究方向为油料应用。

TE626

A

1001-9677(2016)018-0110-03