矿物型重负荷车辆齿轮油GL-5 75W-90的研制

2020-01-01王月慧

润滑油 2019年6期

王月慧

(中海油气(泰州)石化有限公司，江苏泰州 225300)

0 引言

据统计，目前中国市场重负荷车辆齿轮油占主流的级别依然是GL-5 85W-90，而北美市场85W-90已经缩窄到1%，75W-90则占到了35%的份额。两个市场间的差异程度与OEM油品发展阶段密切相关，但是足以预见中国市场的发展趋势很大可能将沿袭北美，75W-90黏度级别具有巨大的市场增长潜力[1]。

推动75W-90黏度级别齿轮油增长的动力显而易见。首先，当前司机对于换挡舒适性的要求越来越高，低温流动性能对换挡舒适性有着直接影响，这让变速箱及主机厂开始在商用车的手动变速箱中引入75W-90；其次，OEM用户对燃油经济性的要求也在日益提升，而降低黏度和提升黏度指数是提高燃油经济性的有效手段，相比于85W-90，75W-90这一黏度级别的齿轮油更适合这些技术要求。

GB 13895-2018在这样的背景下应运而生，该标准的内容于2019年2月正式生效，主要质量标准如表1所示。

表1 GL-5 75W-90 质量指标要求

表1(续)

GB 13895-2018增加了GL-5 75W-90黏度级别，应对市场对更高性能齿轮油的需求。同时，GB 13895-2018还增添了20 h KRL剪切稳定试验测试[2]。而目前国内市场上剪切不稳定的齿轮油非常普遍，据调查，市场上16种产品有一半KRL(20 h)剪切后不符合保持同黏度要求。

当换油周期延长到一定程度时，对原料的要求也会更高，这就需要更高性能的基础油和添加剂来调配润滑油，以达到更好的硬件保护。为满足市场巨大需求潜力，并充分发挥泰州石化自产高黏度指数Ⅱ+和Ⅲ类基础油的优势，开发出矿物型车辆齿轮油GL-5 75W-90，并实现产品的工业转化与应用。

1 实验部分

1.1 基础油体系

泰州石化40万t/a石蜡基润滑油高压加氢装置，以三段高压加氢工艺生产出不同黏度级别的优质Ⅱ+和Ⅲ类基础油[3]，其理化性质如表2所示。

表2 泰州石化石蜡基基础油分析数据

由表2可以看出，2cst 、4cst、6cst、8cst黏度指数均能达到Ⅲ类油标准，但从闪点来看，2cst闪点过低不利于高温储存的安全性，其余基础油闪点均比较理想。从倾点来看，4cst、6cst作为基础油组分其低温性能要优于8cst。综上考虑选择4cst、6cst作为基础油组分较为理想。

1.2 黏度指数改进剂筛选

GL-5 75W-90重负荷齿轮油为四季通用油，虽黏度指数为报告值，但市售油品黏度指数均不低于150，所以需加入一定量的黏度指数改进剂来改善基础油的黏温性能。实验室选用聚甲基丙烯酸酯(PMA)类黏度指数改进剂A和B，乙烯丙烯共聚物(OCP)类型黏度指数改进剂C。通过考察黏度指数改进剂的增黏效果及剪切安定性，选择理想黏度指数改进剂[4]，见表3和表4。

表3 黏度指数改进剂评选试验 %

表4 黏度指数改进剂评选关键性质分析

表4(续)

表4数据显示，100 ℃运动黏度增黏幅度，黏度指数改进剂C性能优于A和B。抗剪切性能上，柴油喷嘴剪切30次后，100 ℃运动黏度损失率分别为5.71%，7.15%，10.07%，从黏度损失率来看，黏度指数改进剂A的损失率最低。从成焦性能来看，都评级为2～3级，焦重尚可接受。综合各方面考虑，以4cst和6cst为基础油组分，选择聚甲基丙烯酸酯(PMA)类黏度指数改进剂A为方案优选。

1.3 功能剂筛选

在齿轮油配方中，功能剂主要作用是增强基础油性能，使油品具有良好的润滑性、抗氧化性、抗磨性、防腐性、防锈性及破乳性，防止齿轮在高温、高负荷下出现摩擦、磨损及烧结等异常状况[5]。实验室筛选了三家复合功能剂，以4cst和6cst基础油为原料，添加相同剂量(a%)的三种功能剂(见表5)，从现有实验室设备出发，筛选出最优功能剂(见表6)。

表5 功能剂筛选 %

表6 功能剂筛选关键性分析

方案2、方案3使用的功能剂G1和G2为含硫烯功能剂，方案4功能剂 G3为非硫烯功能剂。根据表6所示，非硫烯功能剂G3调合的方案4，其极压性能267 N级别未通过。四球磨斑直径方面，方案1与方案2、方案3、方案4相比，添加功能剂确实能够改善磨斑直径大小。方案2、方案3磨斑均比较理想。铜片腐蚀方面来看，方案4略差，其余方案均比较理想。功能剂在破乳性能方面及旋转氧弹抗氧化方面都表现出优越的性能。考虑到环保方面的要求，方案3及方案4的气味较小，方案2气味略大。综合考虑，方案3为最优方案，含硫烯功能剂G2为最优选择。

1.4 GL-5 75W-90调合方案筛选(见表7、表8)

表7 GL-5 75W-90调合方案 %

表8 GL-5 75W-90关键性能分析

由表8可以看出，方案1至5 的100 ℃运动黏度都在要求范围内，但方案1、方案2、方案4布氏黏度过大，均超过允许最大值150000 mPa·s，只有方案3和5最为理想。研究表明，布氏表观黏度与后桥齿轮的低温流动性有关，布氏黏度过低会影响后桥齿轮的油膜强度，故布氏黏度值并非越低越好。综合考虑方案5最佳。

1.5 GL-5 75W-90全分析

实验室确定了基础油体系以及黏度指数改进剂、复合添加剂最佳配比后，对GL-5 75W-90方案进行了较为全面的分析。数据分析如表9所示。

表9 全数据分析

表9(续)

由表9可以看出，75W-90经过20 h KRL剪切后100 ℃的运动黏度仍在黏度等级范围内，损失率为4.96%，体现出良好的抗剪切安定性。承载能力测试以及氧化稳定性测试指标均在要求范围内。考虑到车辆齿轮油使用工况比较苛刻，增加了四球机试验及Timken试验机试验考察油品在摩擦磨损及极压工况下对设备的保护情况，由试验数据来看，均比较理想。与此同时，该方案油品通过了台架L-42抗擦伤试验、L-37承载能力试验、L-33锈蚀试验及L-60热氧化稳定性试验。其各方面性能均符合标准要求。所有的指标均在控制范围内，油品性能较理想。