玉門市恒翔油脂有限公司坐落于中國(guó)第一個(gè)石油基地――玉門,是生產(chǎn)各類真空油脂和特種潤(rùn)滑脂的專業(yè)公司,集研究、開發(fā)、生產(chǎn)于一體的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)企業(yè),具有幾十年專業(yè)生產(chǎn)真空油脂和特種潤(rùn)滑脂的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

TECHNOLOGY

技術(shù)與應(yīng)用

粘度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)柴油機(jī)活塞沉積物影響的探討

2015-01-15 11:01 來(lái)源: 作者:

  粘度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)柴油機(jī)活塞沉積物影響的探討楊筱虹1,蘇雨2,徐玉芝( 1.中國(guó)石油大慶潤(rùn)滑油一廠,黑龍江大慶163711 2.中國(guó)石油大慶潤(rùn)滑油二廠,黑龍江大慶163711)積物的影響,闡明了粘度指數(shù)改進(jìn)劑的分子量、加入量及結(jié)構(gòu)組成和沉積物的生成關(guān)系。

  1前言目前,我國(guó)車用柴油機(jī)迫切需求優(yōu)質(zhì)節(jié)能型中高檔潤(rùn)滑油品。多級(jí)油具有四季通用、延長(zhǎng)換油期及機(jī)械的使用壽命、節(jié)省燃料和機(jī)油等特點(diǎn)。多級(jí)油是由兩個(gè)粘度級(jí)別構(gòu)成的,具有發(fā)動(dòng)機(jī)油SAE粘度級(jí)別中冬用油的低溫粘度特性和夏用油的高溫粘度特性,這個(gè)效果是由于加入了油溶性聚合物型的粘度指數(shù)改進(jìn)劑,但是粘度指數(shù)改進(jìn)劑的加入會(huì)促使發(fā)動(dòng)機(jī)沉積物的生成。目前,國(guó)內(nèi)外常用的粘度指數(shù)改進(jìn)劑類型有:聚甲基丙烯酸酯( PMA)、聚異丁烯( PIB)、乙丙共聚物( OCP)。本文闡述了這幾種粘度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)柴油機(jī)活塞沉積物的生成機(jī)理的影響,并論述了各種化學(xué)組成的粘度指數(shù)改進(jìn)劑在柴油機(jī)油里的使用,對(duì)研制中高檔柴油機(jī)油有一定的參考價(jià)值。

  2柴油機(jī)沉積物的生成在討論柴油機(jī)沉積物時(shí),核心問題是活塞環(huán)部積炭和漆膜沉積物影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作,它們使活塞環(huán)的密封作用變壞,引起卡環(huán),結(jié)果導(dǎo)致串漏氣增加,壓縮比降低、燃油耗增大。有關(guān)分析結(jié)果表明,生成物中各種元素的濃度為潤(rùn)滑油中元素濃度總平均的25倍。隨著潤(rùn)滑油中元素濃度的增加而頂環(huán)槽沉積物中的元素量也有增加的趨勢(shì),由此看出添加劑除有抑制沉積物生成的作用外,也是沉積物生大學(xué)化學(xué)工程專業(yè),多年從事潤(rùn)滑油研制和技術(shù)服務(wù)工作,獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)4項(xiàng),已公開發(fā)表論文5篇。

  潤(rùn)滑油成的直接原因。活塞沉積物的生成,在理論上可以認(rèn)為是由3個(gè)因素引起: ( 1)串漏氣 ( 2)潤(rùn)滑油自身氧化 ( 3)潤(rùn)滑油與串氣的復(fù)雜反應(yīng)。其生成機(jī)理如的頂環(huán)之間的界面等部位,導(dǎo)致黑色沉積物的生成,這些沉積物按其組成特點(diǎn)可劃分為:環(huán)槽積炭:煙炱膠質(zhì)活塞成漆:膠質(zhì)煙炱油泥:煙炱膠質(zhì)水分。

  其中加下劃線的為主要成分。

  由此可見,無(wú)膠質(zhì)不成沉積物,此處的膠質(zhì)是指油品高溫氧化催化作用后聚合的含氧烴或高分子量的聚酯,所以說(shuō)粘度指數(shù)改進(jìn)劑是沉積物生成的一個(gè)組成部分。

  3粘度指數(shù)改進(jìn)劑的作用多級(jí)油中粘度指數(shù)改進(jìn)劑的高聚物分子因溫度不同而具有不同的形態(tài),當(dāng)油中的溫度升高時(shí),高聚物的油溶性增大,長(zhǎng)鏈高聚物伸展,體積和表面積增大,給溶液分子運(yùn)動(dòng)造成較大的內(nèi)摩擦,使液體粘度不至于因溫度升高而下降很快,反之,在溫度降低時(shí)高聚物在油中的溶解度變小,分子鏈逐漸收縮卷曲,體積變小,對(duì)溶液內(nèi)摩擦的影響減小。因而粘度增加不多,正是基于粘度指數(shù)改進(jìn)劑在不同溫度下具有不同的油溶性才起到改善潤(rùn)滑油粘溫性的作用。

  在通常情況下,由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷都很高,特別是柴油機(jī)工作條件比較苛刻,其活塞頂部溫度可達(dá)300左右。當(dāng)油品長(zhǎng)期在這樣的高溫、機(jī)械剪切速率下,油中粘度指數(shù)改進(jìn)劑分子過(guò)度伸展,并發(fā)生分子鏈斷裂生產(chǎn)大自由基,在大分子的弱處最易破裂,含過(guò)氧基、支鏈及位置雙鍵的大分子,所形成的大自由基又可能進(jìn)一步分裂成單體分X,從而造成粘度指數(shù)改進(jìn)劑機(jī)械解聚和熱解聚。與此同時(shí),在強(qiáng)酸和氧的存在下,發(fā)生了氧化和其它化學(xué)反應(yīng),結(jié)果生成了漆膜和積炭。

  4粘度指數(shù)改進(jìn)劑分子量及濃度的影響在配制多級(jí)油時(shí),為滿足其低溫性能的要求,需選用低粘度的基礎(chǔ)油,但多級(jí)油還要求具有一定的高溫粘度,這就需要加入一定量的粘度指數(shù)改進(jìn)劑,以提高油品的粘溫性能,彌補(bǔ)基礎(chǔ)油粘度的不足。

  尤其是對(duì)一些粘度跨度大的油品,其粘度指數(shù)改進(jìn)劑的添加量就較多,隨著粘度指數(shù)改進(jìn)劑濃度的增加,就會(huì)導(dǎo)致沉積物的生成量增加。另外,活塞壁溫的升高及粘度指數(shù)改進(jìn)劑分子量對(duì)沉積物的生成也潤(rùn)滑油有一定的影響。如圖2、圖3所示。

  從圖2、圖3可以看出:以聚異丁烯為例,隨著其分子量和濃度的增大以及活塞壁溫的升高,漆膜和積炭的生成量逐漸增加。

  機(jī)油漆膜和積炭生成的影響卡特皮勒1G發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)證明,對(duì)某些類型的粘度指數(shù)改進(jìn)劑來(lái)說(shuō),抗剪切性能越好稠化能力越低,而所需添加量也越多,頂環(huán)槽的沉積物及漆膜評(píng)分是隨著粘度指數(shù)改進(jìn)劑加入量的增加而變壞的,聚合物化學(xué)組成相同時(shí),隨加入量的增加其沉積物生成量至少也是成比例的增加,但對(duì)化學(xué)組成不同的聚合物,還需進(jìn)一步探討。

  5不同化學(xué)結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)改進(jìn)劑的影響內(nèi)燃機(jī)油在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,高溫會(huì)引起油中的粘度指數(shù)改進(jìn)劑解聚、裂解而自身氧化并促進(jìn)油品的氧化,加速油品衰敗,因此使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)積炭和粘環(huán)等現(xiàn)象,這一現(xiàn)象的出現(xiàn)取決于粘度指數(shù)改進(jìn)劑本身的化學(xué)結(jié)構(gòu),我們對(duì)不同結(jié)構(gòu)的粘度指數(shù)改進(jìn)劑: PMA、PIB和OCP,采用差熱分析方法( TGA)進(jìn)行熱氧化安定性測(cè)試,結(jié)果見圖4.

  由圖4可以看出,聚甲基丙烯酸酯熱氧化安定性最差,乙丙共聚物最好,聚異丁烯居中。不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的粘度指數(shù)改進(jìn)劑熱穩(wěn)定性及熱氧化安定性不同,它們對(duì)油品的清凈性以及柴油機(jī)活塞沉積物的生成情況影響也不同,如表1、表2所示。

  油品名稱粘指劑類型成焦板焦重/ mg成漆板/級(jí)熱管氧化/級(jí)注:成焦板試驗(yàn)條件:油溫100 ,板溫 ,時(shí)間3h,開15s,停成漆板試驗(yàn)條件:油溫100 ,板溫330 ,時(shí)間6h,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)熱管氧化試驗(yàn)條件:溫度、時(shí)間4h、氧氣流量1. 6mL/發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果SAE粘度級(jí)增粘劑類型頂環(huán)槽充炭率/ 加權(quán)總評(píng)分/分由表1、表2可知,幾種粘度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)油品清凈性以及柴油機(jī)活塞沉積物的生成影響由大到小順序?yàn)椋?PMA、PIB、OCP.在油品清凈性影響方面,性能相當(dāng)。即熱氧化安定性好的粘度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)楊筱虹等。粘度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)柴油機(jī)活塞沉積物影響的探討沉積物生成的影響小,而熱氧化安定性差的粘度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)沉積物生成的影響較大。

  6不同種類的OCP對(duì)油品清凈性的影響通過(guò)以上探討, OCP的熱氧化安定性、成焦傾向性以及對(duì)柴油機(jī)活塞沉積物的生成影響最好。另外, OCP具有較強(qiáng)的稠化能力,較好的粘溫性、剪切安定性和經(jīng)濟(jì)性。OCP按其性能可分為兩類:一種是分散型OCP,如EXXON公司的ECA8358和石油化工科學(xué)研究院研制的低氮分散性乙丙共聚物同廠家生產(chǎn)的OCP熱氧化性能不盡相同。因此,我們對(duì)各種OCP熱氧化性能和清凈性能進(jìn)行了研究,結(jié)果見表3.

  OCP類型成焦板/ mg熱管氧化/級(jí)評(píng)定頂環(huán)槽充炭率/ 加權(quán)評(píng)分/分分散型OCP1分散型OCP2非分散型OCP1非分散型OCP2非分散型OCP3非分散型OCP4由表3可以看出:分散型OCP1和非分散型OCP2在熱管、成焦板以及5 D發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)定表現(xiàn)均較好。非分散型OCP1、非分散型OCP4和分散型OCP2次之,非分散型OCP3最差。根據(jù)不同粘度、質(zhì)量等級(jí)油品的需要,以及對(duì)其它性能的要求,可選用不同種類的OCP.

  7結(jié)論( 1)粘度指數(shù)改進(jìn)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與柴油機(jī)活塞沉積物有關(guān),使用化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的粘度指數(shù)改進(jìn)劑結(jié)果有所不同,其中以乙丙共聚物為最好。

  ( 2)活塞沉積物還和所探討的粘度指數(shù)改進(jìn)劑的分子量和濃度有關(guān),在調(diào)試多級(jí)油時(shí),應(yīng)選擇稠化能力強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好的粘度指數(shù)改進(jìn)劑,并適當(dāng)增加清凈分散劑和抗氧抗腐劑的用量,以克服粘度指數(shù)改進(jìn)劑帶來(lái)的不利影響,調(diào)配出滿足中、高檔柴油機(jī)油性能要求的油品。

作者:佚名  來(lái)源:中國(guó)潤(rùn)滑油網(wǎng)