国产与进口聚α-烯烃润滑油性能对比

吴 楠，费逸伟，张 昊，宗志敏

(1.中国矿业大学，江苏 徐州 221116； 2.空军勤务学院)

国产与进口聚α-烯烃润滑油性能对比

吴 楠1，2，费逸伟2，张 昊2，宗志敏1

(1.中国矿业大学，江苏 徐州 221116； 2.空军勤务学院)

以国产低黏度聚α-烯烃润滑油为研究对象，通过黏度、酸值、倾点等指标，结合差示扫描量热(DSC)技术，考察其理化性能品质，并与同规格进口产品相比较，分析二者在润滑性、腐蚀性、热氧化安定性等方面的差异。结果表明：国产聚α-烯烃润滑油的酸值和倾点受温度影响较小，而黏度受温度的影响较大，随着反应温度的升高，运动黏度逐渐降低，且进口产品的变化幅度明显大于国产产品；国产与进口聚α-烯烃润滑油基础油的热氧化安定性相差不大，对抗氧剂的感受性也差别不大，在较高的温度下，胺型抗氧剂的抗氧化性能均优于酚型抗氧剂。

聚α-烯烃润滑油 理化性能 氧化安定性 差示扫描量热法

聚α-烯烃(PAO)润滑油是一类重要的合成润滑油，与矿物基润滑油相比，具有良好的低温与黏温性能，较低的挥发损失，更高的热稳定性以及抗燃、耐辐射、优良的润滑抗磨损等优点，广泛应用于航空航天、军事、运输等行业[1-4]。随着对高品质合成润滑油需求的日益增大，PAO润滑油逐渐成为合成润滑油市场需求增长量最快的品种之一。但是由于原料来源、生产工艺、成本控制等因素的影响，国产PAO润滑油产品质量和产量与进口产品相比存在一定差距，高档润滑油产品基本依赖进口。据报道[5]，2008年我国润滑油市场的总需求量为5.50 Mt，从2008年至2013年，我国润滑油市场需求量以约3.5%的年增速增长，2015年我国润滑油市场消费总量达到7.0 Mt，但是其中超过90%的高档PAO润滑油来源于进口。因此，掌握目前国产PAO润滑油的性能品质现状，找出国产与进口PAO润滑油之间的差距，对于加快高档合成润滑油国产化进程，具有重要意义。本课题以国产低黏度PAO润滑油为研究对象，通过黏度、酸值、倾点等指标，结合差示扫描量热(DSC)技术，考察其理化性能品质，并与同规格进口产品相比较，分析得出二者在润滑性、腐蚀性、热氧化安定性等方面的差异。

1 实 验

1.1 主要材料及仪器

实验用油为南京孚科狮公司生产的PAO合成润滑油基础油和进口某品牌PAO合成润滑油基础油，两种基础油的理化性能见表1。实验用酚型抗氧剂为2，6-二叔丁基对甲酚(T501)，分析纯，廊坊市兴亚达化工有限公司生产；胺型抗氧剂为对，对’-二异辛基二苯胺(Tz516)和N-苯基-α-萘胺(T531)，均为分析纯，南通新长化学有限公司生产。

表1 国产和进口PAO润滑油基础油的理化性能

1.2 实验方法

1.2.1 高温氧化反应试验 将100 g国产和进口PAO合成润滑油基础油分别加入高压釜中，设定反应温度为170，200，230，250，270，300 ℃，搅拌速率为800 r/min，每个温度反应保持2 h。反应结束后，用冰水冷却高压釜至室温，取出样品，国产PAO合成润滑油反应前后得到样品编号为G0，G170，G200，G230，G250，G270，G300；进口PAO合成润滑油反应前后得到样品编号为J0，J170，J200，J230，J250，J270，J300。

1.2.2 高压差示扫描量热实验 采用程序升温法，实验条件为：升温速率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。

1.2.3 理化性能检测 工作性能良好的润滑油应具有良好的润滑性、流动性、抗氧化性、无腐蚀性、抗泡性、抗乳化性以及无水分、灰沙杂质等性能。其中，黏度是影响油品润滑性的重要参数，也是评价油品流动性的关键指标，是润滑油质量标准中的重要检测项目；酸值与倾点是用来评价润滑油腐蚀性与低温流动性的重要指标[6-7]。按照GB/T 265《石油产品运到黏度测定法和动力黏度计算法》、GB/T 264《石油产品酸值测定法》和GB/T 3535《石油倾点测定法》分别测定高温反应后各组油样的运动黏度、酸值和倾点。

2 结果与讨论

2.1 国产和进口PAO润滑油样品的运动黏度

国产与进口PAO润滑油高温氧化反应前后样品的运动黏度见表2。从表2可以看出：①当反应温度低于250 ℃时，随着反应温度的升高，国产PAO样品40 ℃运动黏度略有降低，但变化不大，当温度继续升高，运动黏度逐渐降低，250 ℃氧化试验后样品的运动黏度为18.44 mm2/s，300 ℃氧化试验后，高温试验样品的运动黏度为15.59 mm2/s，比氧化前的运动黏度减少3.11 mm2/s，降幅16.6 %，100 ℃的运动黏度与40 ℃的运动黏度变化趋势相吻合，在300 ℃氧化后，运动黏度为3.722 mm2/s，相比氧化前降幅为9.7%；②进口PAO样品的运动黏度变化相对较大，40 ℃和100 ℃运动黏度在200 ℃以下氧化后几乎没有变化，当温度升高，运动黏度降低明显，当温度升至300 ℃时，高温试验样品的40 ℃运动黏度相比氧化前降幅为53.9 %，100 ℃运动黏度相比氧化前降幅为38.0%，变化幅度均明显高于国产PAO润滑油。

2.2 国产和进口PAO润滑油样品的酸值

酸值是用来衡量润滑油腐蚀性的一项重要指标。润滑油对金属的腐蚀主要是酸的腐蚀，腐蚀对设备的寿命会带来严重的威胁，其中相对分子质量较小的酸的腐蚀性更强。润滑油在储存和使用过程中，由于受到热、氧和光线等因素的作用，会发生氧化和分解，生成酸性物质，从而使油品酸值不断增大。当油品酸值小于0.5 mgKOH/g时，一般不会对金属产生严重的腐蚀，而当酸值大于0.5 mgKOH/g时腐蚀就会渐趋严重[8]。国产与进口PAO润滑油高温反应前后样品的酸值见表3。从表3可以看出，随着反应温度的升高，国产PAO润滑油的酸值逐渐增大，170 ℃反应后，酸值为0.015 mgKOH/g；200 ℃反应后，酸值为0.143 mgKOH/g，相比于氧化前酸值增大近10倍；230 ℃反应后，酸值为0.212 mgKOH/g，相比于170 ℃反应后的酸值增幅为49%；250 ℃反应后，酸值为0.282 mgKOH/g，酸值增幅为33%；270 ℃反应后，酸值增幅为17%；300 ℃反应后，酸值增幅为30%。可见，当温度高于200 ℃，酸值急剧增加，随着温度的升高酸值变化幅度趋于平缓。相同条件下，进口油品的酸值变化幅度略高于国产油品。虽然反应温度会影响酸值，但国产和进口PAO润滑油及其高温反应油样的酸值总体较小，小于0.5 mgKOH/g，说明经过高温氧化实验后，两种试验油样的酸值均无明显的变化，温度对PAO润滑油的酸值影响不大，油样中酸性化合物较少，腐蚀性较小。可见两种PAO油样在高温下均没有发生深度的氧化反应，只是发生了热裂解，酸值变化不大。

表2 国产与进口PAO润滑油高温反应前后样品的运动黏度

表3 国产与进口PAO润滑油高温反应前后样品的酸值

2.3 国产和进口PAO润滑油样品的倾点

倾点是润滑油低温流动性的一个重要质量指标[8]。国产与进口PAO润滑油高温反应前后样品的倾点见表4。从表4可以看出，当反应温度为170 ℃时，国产PAO润滑油反应后样品的倾点为-61 ℃，进口PAO润滑油反应后样品的倾点为-66 ℃；当反应温度为250 ℃时，国产PAO润滑油反应后样品的倾点基本不变，进口PAO润滑油反应后样品的倾点略有升高；当反应温度为300 ℃时，国产PAO润滑油反应后样品的倾点为-52 ℃，相比于初始样品，升高幅度为15%，进口PAO润滑油反应后样品的倾点为-24 ℃，相比于初始样品，升高幅度为64%。由此可见，随着反应温度的升高，国产和进口PAO润滑油高温反应后样品的倾点均有所升高，但总体变化不大，只有当反应温度高于270 ℃时，二者才发生较大变化。高温的工作环境会使PAO润滑油基础油的低温流动性能变差，但国产PAO润滑油基础油在低温条件下性能更稳定。

表4 国产与进口PAO润滑油高温反应前后样品的倾点

2.4 国产和进口PAO润滑油样品的氧化安定性能

基础油的氧化是放热反应，在氧气存在条件下对其加热，当基础油开始氧化时，就会在DSC曲线上出现明显的放热峰，而且放热的速率与氧化反应的速率相对应。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[9-10]。在国产和进口PAO润滑油基础油中分别加入体积分数为0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%的抗氧剂T501，T531，Tz516，根据最快氧化温度和最高热焓值比较两种润滑油样品的氧化安定性差异，结果见表5；根据起始氧化温度比较两种润滑油对不同抗氧剂的感受性，加入抗氧剂后两种润滑油样品的起始氧化温度见图1。从表5可以看出，国产PAO润滑油在202.79 ℃开始发生氧化反应，218.80 ℃达到最大氧化反应速度；而进口PAO润滑油在205.99 ℃才开始发生氧化反应，226.61 ℃达到最大氧化反应速度。由此可见，国产PAO润滑油的氧化安定性略低于进口PAO润滑油，但相差不大。从图1可以看出：①当加入抗氧剂T501时，两种样品的起始氧化温度略有升高，随着抗氧剂含量的增大，油品的起始氧化温度逐渐升高，但上升趋势不明显，变化温度在5 ℃左右；②当加入抗氧剂T531时，两种样品的起始氧化温度都有大幅升高，当抗氧剂加入量超过1.5%时，温度升高趋于平缓；与润滑油原料相比，当T531添加量为2.0%时，国产PAO润滑油样品的起始氧化温度升高39 ℃，进口PAO润滑油样品的起始氧化温度升高35 ℃；③当加入抗氧剂Tz516时，两种样品的起始氧化温度有相似的变化趋势，随着抗氧剂添加量的增大，起始氧化温度提高，当抗氧剂加入量超过1.5%时，温度升高趋于平缓；与润滑油原料相比，当Tz516添加量为2.0%时，国产PAO润滑油样品的起始氧化温度升高46 ℃，进口PAO润滑油样品的起始氧化温度升高45 ℃。由此可见，当添加抗氧剂后，国产与进口PAO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。对于国产与进口PAO润滑油，在较高的温度下，胺型抗氧剂的抗氧化性能均优于酚型抗氧剂。

表5 国产与进口PAO润滑油的DSC实验结果

图1 加入抗氧剂后国产PAO和进口PAO润滑油的起始氧化温度■—Tz516； ▲—T501； ●—T531

3 结 论

通过分析国产和进口PAO润滑油基础油使用性能的优异，比较黏度、酸值、倾点等多项技术

指标，发现国产PAO润滑油品与同规格的进口产品相比，润滑性、腐蚀性和低温流动性等理化性能相差不大；通过比较起始氧化温度高低，发现国产和进口PAO润滑油基础油的氧化安定性相差不大，加入抗氧剂后可以显著提高两种油品的氧化安定性，油品对抗氧剂的感受性也基本一致。

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PERFORMANCE COMPARISON OF DOMESTIC AND IMPORTED PAO LUBRICATING BASE OIL

Wu Nan1，2，Fei Yiwei2，Zhang Hao2，Zong Zhimin1

(1.ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou，Jiangsu221116；2.AirForceLogisticsInstitute)

The performance comparison of domestic low viscosity PAO lubricating oil and imported PAO with similar specification in lubricity，corrosivity and thermal oxidation stability was conducted by measuring the acid value，pour point and viscosity index，combined with differential scanning calorimetry (DSC) technique.It is found that temperature has a little influence on acid value and pour point，different from viscosity.The viscosity of domestic PAO decreases with increasing temperature，but with less variation range compared with the imported oil.The differential scanning calorimetry (DSC) indicates that the thermal stability and the sensitivity to anti-oxidation agent are close to each other.At higher temperature，the amine type antioxidant shows better anti-oxidation ability compared with the phenol antioxidant.

poly α-olefin lubricating base oil； physico-chemical property； oxidation stability； differential scanning calorimetry

2016-09-07； 修改稿收到日期： 2016-10-30。

吴楠，副教授，研究方向为航空油料应用技术。

宗志敏，E-mail：zong_zhimin@163.com。

江苏省自然科学基金项目(BK20161187)。