合成醚型低气味工业齿轮油的研究

赵之玉 陈斌 姬传波 刘珍珍 巩莉萍

卡松科技股份有限公司 山东 济宁 272000

工业齿轮油常用于冶金、煤炭、水泥、化工等行业齿轮装置的润滑，主要分为闭式齿轮油和开式齿轮油两大类。工业齿轮负荷一般在490MPa以上，双曲线齿面负荷更高达2942MPa，为防止油膜破裂造成齿面磨损和擦伤，工业齿轮油对极压抗磨性能要求极高，为提高工业齿轮油的极压抗磨能力，需要在润滑油中添加极压抗磨剂，常见的极压抗磨剂有硫型、硫-磷型、硫-烯烃型等，其中硫化烯烃类因其改善极压抗磨性能优异是目前应用最为广泛的极压抗磨剂。含硫添加剂中的活性硫成分会产生恶臭气体释放到空气中引起不适，受热后会加速释放。普通工业齿轮油中含有大量的活性硫成分，在生产、使用过程中往往会散发恶臭刺激性气味，加之工业齿轮油使用环境温度较高，空间较为封闭，更加剧了恶臭程度，长期在此条件下作业对人体健康十分不利。

低气味工业齿轮油是工业齿轮油的发展趋势，国内外齿轮油添加剂供应商均有不同程度的探索，形成了几种不同种类的低气味齿轮油复合剂，但价格相对昂贵，仅在小范围内有所应用。研究了一种合成醚型低气味工业齿轮油制备方法，实现了规模生产，产品成功推向市场。

1 技术标准

目前我国工业闭式齿轮油性能检测执行标准为GB 5903-2011，该标准中规定了轻负荷工业闭式齿轮油（L-CKB）、中负荷工业闭式齿轮油（L-CKC）、重负荷工业闭式齿轮油（L-CKD）的性能指标要求，适用于以深度精制矿物油或合成馏分为基础油，加入添加剂调制而成的工业闭式齿轮油。合成醚型齿轮油因其特殊的性能指标要求，并不完全适用于该标准，在现有的齿轮油标准体系中，合成醚型齿轮油性能检测标准仍以企业标准为主，因此我司参考现有的齿轮油标准，结合市场对合成醚齿轮油需求情况以及合成醚齿轮油未来发展走向，制定了相应的企业标准。

2 气味等级评定

2.1 气味评价等级

气味程度由气味等级评定决定，为准确衡量工业齿轮油气味程度，参照汽车气味评定方法制定工业齿轮油气味评定标准，根据润滑油有无异味以及异味刺激性程度将气味等级分为5级，见表1。

表1 工业齿轮油气味评价等级

2.2 人员要求

气味等级评价由检测员完成，检测员要求如下：选至少5名人员进行气味评测实验，要求年龄在18～35周岁，无嗅觉方面疾病的健康男性或女性[1]，无吸烟史。

2.3 实验方案

气体的扩散速度与温度有关，温度越高气体扩散速率越快，气味越明显，因此通常工业齿轮油开口闪点实验中常闻到恶臭气体。为评价工业齿轮油的气味等级，需设计一种气味等级评价方法，具体为：将5份100g待测油样分别放入1000mL具塞广口瓶中，调节恒温箱至60℃（工业齿轮油的生产调和温度约为40～60℃），将盛有待测样品的具塞广口瓶置于恒温箱中，保持恒温60℃，24h后进行由评价人员进行气味等级打分评价。气味评价实验应在密闭不通风的室内进行，辨识人员逐个进入房间后，打开广口瓶塞子，在距离瓶口0.5m正上方辨识气味，辨识时长不低于10S，辨识结束后重新密封广口瓶。在下一位辨识人员入场前需对房间充分通风，确保无异味，并更换盛有待测样品的广口瓶。在全体辨识人员完成工作前，辨识人员之间不得交流，辨识时间以上午较好，上午人体感觉相对较为灵敏[2]。

对同一样品，气味评定等级差超过两级的，需要重新更换5人小组进行重新辨别；去掉气味评定等级中的最高等级和最低等级，其余结果做算术平均值，作为最终结果。

表2表示了常见闭式矿物型齿轮油（新油）的气味评定结果汇总，评定等级为3.5级。

表2 常见矿物型齿轮油（新油）的气味评定结果

使用一年后的齿轮油气味评定等级均为6级，部分辨识人员在辨识过程中感到恶心、有呕吐感。 综上可以看出普通工业闭式齿轮油（新油）在温度较高的情况下，散发较重的刺激性气味；使用一年后的工业齿轮油，在较高温度下散发刺激性气味更难以让人忍受，长时间处于这种作业条件下对身心健康是一种损害。

3 基础油的选择

聚醚液体具有许多优良的性能，其中包括良好的润滑性能，高闪点和高黏度指数，低挥发度和低倾点，对金属和橡胶的腐蚀作用很小，在高温下使用，所生成的氧化产物完全溶解于液体中，或者完全挥发掉，设备中不留沉积物。

涉及的环保低气味齿轮油基础油原料主要来源于聚醚基础油。在确定了聚醚液体符合预期基础油指标后，为进一步强化基础油体系润滑性，尝试在聚醚液体中加入一定量的合成酯，但配方样品静置七天后，留样出现微浑，留样表现出现较小的油花，随着留样时长的增加，留样外观浑浊度逐渐增加，表面油花逐渐扩大，直至连成片。将外观浑浊的留样，重新加热搅拌留样会恢复清澈透明。说明该酯类物质在聚醚液体中溶解性非常差，该聚醚基础油体系中不适宜加入酯类物质，因此基础油体系中仅含聚醚液体。

4 添加剂的选择

4.1 复合剂的选择

现代高级齿轮油很多都是将硫系添加剂和磷系添加剂进行合理的复配来改善性能。其中硫化异丁烯的硫（包括活性硫）含量高，是常用的抗磨极压剂。但活性硫的腐蚀性强，增加齿轮油的刺激性气味，是齿轮油产生刺鼻性气味的主要原因。因此在极压抗磨剂的选择上优选一种低硫份的硫-磷系添加剂作为主要的齿轮油复合剂使用，该极压抗磨剂硫含量约为5.3%，磷含量约为8%。

常见的工业闭式齿轮油复合剂因确保具有足够的极压能力，往往添加有大量的硫份，以某国外进口品牌的高效齿轮油复合剂为例，该复合剂中磷含量为0.5%，硫含量高达23%，同等加剂量下是添加剂硫含量的4～5倍，且在实际添加过程中该国外进口高效齿轮油加剂量与所选添加剂加剂量相差不大。依托聚醚基础油自身较好的抗磨润滑性，选用低硫份复合型添加剂，依然能起到较好的极压抗磨效果。但极压抗磨性能仍有进一步提升空间。

4.2 消泡剂选择

在聚醚工业齿轮油的研制过程中，尝试用消泡剂A+消泡剂B的组合方式强化产品消泡性能，具体方式为在聚醚基础油中添加15×10-6的消泡剂A，同时添加50×10-6的消泡剂B，在实验室条件下加热搅拌溶解可以得到无色澄清透明液体，室温静置观察一周后，样品出现浑浊现象且随时间的推移浑浊现象会越发明显，说明至少有一种消泡剂在该体系中溶解性较差。为探究不同消泡剂的溶解性，在聚醚基础油中分别加入含硅消泡剂A、非硅消泡剂B以及消泡剂A+B的组合物，同步置于室温观察稳定性，一周后三种方案稳定性表现出较大差异，结果见表3。

表3 不同消泡剂在聚醚基础油中的稳定性情况

含硅消泡剂A和消泡剂A+B组合物，在稳定性观察期间现象表现一致，可以得出稀释剂为脂肪烃或芳香烃类溶剂的含硅消泡剂在聚醚基础油体系中溶解稳定性较差，所以聚醚基础油中可以使用稀释剂为40%的丙烯酸聚合物在石油溶剂中的溶液的非硅类消泡剂。

4.3 补强剂选择

工业齿轮油产品对极压抗磨性能要求较高，GB/T5903—2011工业闭式齿轮油标准中要求L-CKD系列产品烧结负荷（PD）不小于2450N。为进一步提高合成醚型工业齿轮油的极压性能，在配方设计过程中聚醚基础油体系除添加一定量的复合剂外，还需添加一定量的极压抗磨剂，选取一种二羟基二硫代磷酸盐衍生物作为极压抗磨性能补强剂，该补强剂含有较高的硫含量，为降低该补强剂对气味的影响，实验中该补强剂的添加量控制在不超过300×10-6。此外，涉及的方案中还添加有含量为0.2%～1%的抗氧剂，以防齿轮油在高温作用下加速氧化。

5 产品典型指标

在聚醚基础油体系中加入一定量的磷系齿轮油复合剂配合高效补强剂可以得到一款环保低气味工业齿轮油，其主要技术指标见表4。

表4 320#环保低气味工业齿轮油典型指标

6 结束语

聚醚基础油是一种环保易分解材料，在高温作业环境下表现出易挥发、无残留等性能，是一种理想的环保型润滑油基础油原料，在聚醚基础油中添加非硫齿轮油复合剂以及补强剂，得到的一种环保低气味工业齿轮油可以广泛用于采用循环式或者飞溅式润滑方式的各类封闭齿轮箱，目前产品已在部分客户中试用，效果良好。