460号油膜轴承油抗氧化性能的优化研究

李兴阳，揭斌华，邹小芸，龙宇臻，王鹏

(1.华南理工大学化学与化工学院，广东 广州 510630;2.中国石化润滑油有限公司茂名分公司，广东 茂名 525011)

0 引言

作为轧机的“心脏”，油膜轴承承受着高速、大转矩的负荷，且工作环境恶劣，在冷水飞溅、高温的条件下工作，外来污染(氧气、水等)不可避免地进入润滑系统使油膜轴承油氧化变质，直接影响油膜的形成，甚至损坏轴承，因此，作为油膜轴承安全运行“血液”的油膜轴承油，其润滑性能将会直接影响整个轧机机组的正常运转和使用寿命[1]。同时，随着高速线材轧机向高速、高精度、重载、连续、自动化的方向不断发展，对油膜轴承油的抗氧化、抗乳化性能也提出了更高的要求[2-3]。

油膜轴承油在金属氧化物催化、高温等条件下发生氧化是油品劣化变质的原因之一，氧化产生的极性物质会造成油品润滑性能、防锈性能、抗泡性能、破乳化性能下降，导致轴承润滑状态恶化，进而造成轴承磨损；油品氧化变质产生酸性物质，还将对轴承、齿轮等传动部件造成腐蚀[4]。因此，要求油膜轴承油具有优异的抗氧化性能，一般要求油膜轴承油的旋转氧弹(150 ℃)试验的氧化诱导期指标不小于200 min[5]。

多年生产实践统计，460号油膜轴承油产品的一次调成合格率较低，其中旋转氧弹(150 ℃)试验的氧化诱导期经常遇到卡边或不合格的现象，初步判断原因主要有：(1)炼厂为节能降本，开展生产工艺优化，工艺变化对基础油的精制深度有一定的影响，进而影响基础油的氧化安定性能。(2)基础油成分复杂，采用传统的二叔丁基对甲酚抗氧剂或二苯胺抗氧剂对氧化诱导期改善效果不明显，且当加入量超过一定量后，随着抗氧剂的加入，氧化诱导期反而下降。(3)为改善油膜轴承油的防锈性能，在油品中加入金属钝化剂，而氧化诱导期易受到金属钝化剂的干扰影响。

本文通过考察基础油、抗氧剂对460号油膜轴承油抗氧化性能的影响，对460号油膜轴承油配方进行优化，以提高油膜轴承油的抗氧化性能，延长油膜轴承油的使用寿命，同时，用于指导油膜轴承油的生产。

1 实验部分

1.1 实验原料

本实验所采用的原料见表1所示。

表1 主要原料

表1(续)

1.2 实验仪器

本实验所采用的实验仪器见表2所示。

表2 主要实验仪器

1.3 基础油的性质

本实验所采用基础油的主要理化数据如表3所示。

表3 基础油的主要理化性质

1.4 实验内容

参照SH/T 0193-2008《润滑油氧化安定性的测定 旋转氧弹法》[6]，将460号油膜轴承油、水和铜催化剂线圈放入盛样器中，置于充入620 kPa压力氧气的氧弹，放入150 ℃恒温油浴，以100 r/min 的速度与水平面成30°角轴向旋转，试验达到压力降为175 kPa时所需的时间，即表征油膜轴承油的氧化安定性。实验内容如下：

(1)分别在150BS光亮油-1、150BS光亮油-2、150BS光亮油-3、150BS光亮油-4、150BS光亮油-5中加入0.75%油膜轴承油复合剂、0.8%酚型抗氧剂F3制备得到460号油膜轴承油，考察不同基础油对油膜轴承油抗氧化性能的影响。

(2)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜轴承油复合剂，分别添加0.8%胺型抗氧剂A1、A2、A3、A4，考察不同胺型抗氧剂对460号油膜轴承油抗氧化性能的影响。

(3)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜轴承油复合剂，分别添加0.8%酚型抗氧剂F1、F2、F3，考察不同酚型抗氧剂对460号油膜轴承油抗氧化性能的影响。

(4)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜轴承油复合剂，且添加0.8%酚型F1与胺型A3复配抗氧剂，分别考察在复配比3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3下的460号油膜轴承油的抗氧化性能。

(5)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜轴承油复合剂，且添加0.8%酚型F3与胺型A4复配抗氧剂，分别考察在复配比3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3下的460号油膜轴承油的抗氧化性能。

(6)以酚型F3∶胺型A4的复配比为2∶1制备复配抗氧剂，加入150BS光亮油-5中，且添加0.75%油膜轴承油复合剂，考察复配抗氧剂的加入量对460号油膜轴承油的抗氧化性能的影响。

(7)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜轴承油复合剂，且添加0.8%酚型F3∶胺型A4为2∶1的复配抗氧剂，制备得到460号油膜轴承油，并与油膜轴承油的质量要求、优化前的油膜轴承油理化性质进行对比。

2 实验结果与讨论

2.1 基础油对抗氧化性能的影响

不同基础油对油膜轴承油抗氧化性能的考察结果见图1所示。

图1 不同基础油对抗氧化性能的影响

从图1不同基础油制备的460号油膜轴承油的抗氧化性能来看，不同的150BS光亮油对抗氧剂的感受性存在差异，其中150BS光亮油-5制备的460号油膜轴承油抗氧化性能最佳，旋转氧弹试验的氧化诱导期为1290 min，而150BS光亮油-1制备的460号油膜轴承油抗氧化性能最差，氧化诱导期为394 min，这是由于不同的150BS光亮油的氧化安定性与结构组成密切相关[7]，且从表3基础油的理化数据可看出，150BS光亮油-5的饱和烃含量、黏度指数最高，而饱和烃含量越高，抗氧化性能更优异[8]。

2.2 抗氧剂类型对抗氧化性能的影响

基础油在热、氧、金属催化作用下氧化产生自由基，这些自由基进一步与烃反应生成醇、醛、酮和水等物质，而随着抗氧剂的加入，抗氧剂与自由基发生反应，从而抑制基础油的进一步氧化反应。目前，常用的抗氧剂主要有胺型抗氧剂和酚型抗氧剂[9-10]。

2.2.1 胺型抗氧剂对氧化性能的影响

不同胺型抗氧剂对抗氧化性能的影响考察结果见图2所示。

图2 胺型抗氧剂对抗氧化性能的影响

从图2不同胺型抗氧剂对460号油膜轴承油的抗氧化性能的影响来看，加入胺型抗氧剂后，油膜轴承油的氧化诱导期指标改善不明显，这可能是由于150BS光亮油-5在氧化过程中生成的酸性物质较少，胺型抗氧剂的抑制效果不明显。而加入A2抗氧剂的油膜轴承油旋转氧弹仅为14 min，可能是由于A2抗氧剂与油膜轴承油复合剂中的金属钝化剂在金属表面产生竞争吸附作用，从而影响了油膜轴承油的抗氧化性能[11]。

2.2.2 酚型抗氧剂对抗氧化性能的影响

不同酚型抗氧剂对抗氧化性能的影响考察结果如图3所示。

图3 酚型抗氧剂对抗氧化性能的影响

从图3可知，不同的酚型抗氧剂对460号油膜轴承油抗氧化性能的改善情况不同，其中加入F3抗氧剂的油膜轴承油氧化诱导期指标最好，说明F3抗氧剂对中断自由基链反应效果更好。

2.3 抗氧剂复配对抗氧化性能的影响

酚型抗氧剂与胺型抗氧剂具有协同作用，两类抗氧剂复配使用既有强的捕获自由基的能力，又能生成更稳定的自由基，从而中断链反应的进行，抑制油品的氧化[12-13]。

2.3.1 酚型F1与胺型A3抗氧剂复配对抗氧化性能的影响

酚型F1与胺型A3抗氧剂复配对抗氧化性能的影响考察结果见图4所示。

图4 酚型F1与胺型A3抗氧剂复配对抗氧化性能的影响

由图4可知，酚型F1与胺型A3的复配抗氧剂在3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3不同的复配比下的抗氧化效果均优于单一F1抗氧剂、A3抗氧剂[14]，但在不同复配比下制备的油膜轴承油的氧化诱导期相差不大，在复配比为1∶1时略优。

2.3.2 酚型F3与胺型A4抗氧剂复配对抗氧化性能的影响

酚型F3与胺型A4抗氧剂复配对抗氧化性能的影响考察结果见图5所示。

图5 酚型F3与胺型A4抗氧剂复配对抗氧化性能的影响

由图5可知，酚型F3与胺型A4的复配抗氧剂在3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3不同的复配比下的抗氧化效果不同，在复配比为2∶1时协同效果最佳，能够有效地提高油品的抗氧化性能[15]，制备的油膜轴承油氧化诱导期为1588 min。

2.4 复配抗氧剂加入量对抗氧化性能的影响

复配抗氧剂的加入量对抗氧化性能的影响考察结果见图6所示。

图6 复配抗氧剂加入量对抗氧化性能的影响

从图6复配抗氧剂的加入量对油膜轴承油抗氧化性能的影响来看，随着抗氧剂加入量的增加，旋转氧弹先迅速增加，后增加趋势变缓。在加入量为0.8%时，氧化诱导期为1588 min，远高于指标要求，考虑到抗氧剂的成本较高，因此，在实际生产中的实际加入量为0.8%。

2.5 油膜轴承油的性能分析

460油膜轴承油优化前后性能指标分析结果见表4。

表4 优化后的460号油膜轴承油

从表4可知，优化后的460号油膜轴承油的旋转氧弹试验的氧化诱导期较优化前有大幅提高，同时，由于使用饱和烃含量更高的基础油，优化后的油膜轴承油破乳化性能也得到一定的改善。

3 结论

以150BS光亮油-5为基础油，加入0.75%油膜轴承油复合剂、0.8%酚型F3∶胺型A4为2∶1的复配抗氧剂，制备的460号油膜轴承油旋转氧弹试验的氧化诱导期为1588 min，远高于指标要求，且较优化前有大幅提高，同时破乳化性能也得到一定的改善。