PAG基礎(chǔ)油在工業(yè)齒輪油的應(yīng)用

2018-01-05   來(lái)源：潤(rùn)滑油情報(bào)

摘要： 現(xiàn)在許多潤(rùn)滑油實(shí)驗(yàn)室正在研究新一代基礎(chǔ)油。不管它們是對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)油的化學(xué)特性進(jìn)行了改善之后的優(yōu)化型基礎(chǔ)油，還是完全創(chuàng)新的基礎(chǔ)油，它們都改變了整個(gè)潤(rùn)滑油行業(yè)....

    現(xiàn)在許多潤(rùn)滑油實(shí)驗(yàn)室正在研究新一代基礎(chǔ)油。不管它們是對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)油的化學(xué)特性進(jìn)行了改善之后的優(yōu)化型基礎(chǔ)油，還是完全創(chuàng)新的基礎(chǔ)油，它們都改變了整個(gè)潤(rùn)滑油行業(yè)。這些基礎(chǔ)油是什么？它們適合用來(lái)生產(chǎn)工業(yè)齒輪油嗎？新的化學(xué)性質(zhì)是怎么來(lái)的？高性能基礎(chǔ)油會(huì)不會(huì)對(duì)潤(rùn)滑油添加劑的使用和潤(rùn)滑油的生產(chǎn)發(fā)展造成影響？

基礎(chǔ)油供應(yīng)商正在響應(yīng)市場(chǎng)對(duì)潤(rùn)滑油性能的要求，尤其是那些用于大型工業(yè)和運(yùn)輸設(shè)備的潤(rùn)滑油。供應(yīng)商們表示，聚醚合成基礎(chǔ)油（PAG）具有優(yōu)越的抗磨性和氧化穩(wěn)定性，因此非常適合用于生產(chǎn)工業(yè)齒輪油。

市場(chǎng)的推力

位于美國(guó)北卡羅來(lái)納州的科萊恩公司展示了關(guān)于聚醚合成基礎(chǔ)油對(duì)工業(yè)齒輪油的益處的新測(cè)試結(jié)果。

印度海得拉巴的市場(chǎng)調(diào)查公司——IndustryARC的數(shù)據(jù)顯示，2014年，亞太地區(qū)滿足了全球工業(yè)齒輪油的46%需求，美國(guó)滿足了22%，歐洲滿足了21%，中東和非洲總共滿足了11%。全球的齒輪油主要用于普通制造業(yè)（按重量計(jì)算占27%）、不銹鋼業(yè)（占21%）、礦業(yè)（占19%）、建筑業(yè)（占10%）、農(nóng)業(yè)（占10%），以及能源業(yè)（占10%）。

根據(jù)IndustryARC的調(diào)查結(jié)果，2016年全球齒輪油總產(chǎn)量為85.9萬(wàn)噸，價(jià)值55.6億美元，而在2014年全球齒輪油總產(chǎn)量為89.15萬(wàn)噸，價(jià)值53億美元。IndustryARC的調(diào)查顯示，在2014年，使用傳統(tǒng)APIⅠ類和Ⅱ類礦物油生產(chǎn)的工業(yè)齒輪油有60.7萬(wàn)噸，價(jià)值25億美元；使用Ⅲ類油生產(chǎn)的工業(yè)齒輪油有2.6萬(wàn)噸，價(jià)值1.53億美元；使用Ⅳ類PAO油生產(chǎn)的工業(yè)齒輪油有13.9萬(wàn)噸，價(jià)值14.5億美元；使用Ⅴ類PAG油生產(chǎn)的工業(yè)齒輪油有7.1萬(wàn)噸，價(jià)值9.12億美元；使用酯類基礎(chǔ)油生產(chǎn)的工業(yè)齒輪油有4.8萬(wàn)噸，價(jià)值3.57億美元。

2016年到2021年，全球工業(yè)齒輪油需求的復(fù)合年均增長(zhǎng)率有望達(dá)到1.6%。照此看來(lái)，到了2021年，全球工業(yè)齒輪油的年產(chǎn)量將會(huì)超過(guò)93萬(wàn)噸，價(jià)值達(dá)60億美元。IndustryARC預(yù)測(cè)高價(jià)PAO、PAG和酯類齒輪油產(chǎn)品的需求將會(huì)增加。PAG基礎(chǔ)油主要用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑油、蝸桿齒輪油和極壓齒輪油。

油溶性PAG齒輪油

很多人認(rèn)為PAG基礎(chǔ)油只適合用于水基潤(rùn)滑劑�？迫R恩公司表示，一些親水性強(qiáng)的PAG可以用于水基潤(rùn)滑劑和金屬加工液，而油溶性PAG的親水性比較弱，只能穩(wěn)定存在于油基潤(rùn)滑液。PAG的ISO粘度等級(jí)在32到1000之間，因此很適合進(jìn)行商業(yè)化。

PAG是環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷或者它們的衍生物按不同比例共聚而成的。通過(guò)控制原料成分和反應(yīng)條件，可以合成均聚物、無(wú)規(guī)共聚物以及嵌段共聚物等具有不同結(jié)構(gòu)的聚合物；可以合成氧原子在主鏈，或者有丁醇末端基和乙二醇末端基等具有不同化學(xué)性質(zhì)的聚合物；也可以合成具有各種支鏈的聚合物；還可以合成具有不同物理性質(zhì)的聚合物。

人們對(duì)齒輪油適應(yīng)高速、極高負(fù)荷以及高溫工況的能力越來(lái)越看重。終端用戶的需求增加，生產(chǎn)率也不斷增加，齒輪油產(chǎn)品需要適應(yīng)各種工作條件也是必然之路。同時(shí)，終端用戶還嘗試通過(guò)減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間，降低能源消耗以及延長(zhǎng)換油周期來(lái)減少維修費(fèi)用。

雖然這些趨勢(shì)都為大眾所知，但是科學(xué)文獻(xiàn)上關(guān)于基礎(chǔ)油種類對(duì)齒輪油的性能影響的例子和數(shù)據(jù)極少。因此，科萊恩進(jìn)行了一項(xiàng)研究，比較了礦物油基礎(chǔ)油、酯類基礎(chǔ)油、PAO基礎(chǔ)油和PAG基礎(chǔ)油，所有基礎(chǔ)油的等級(jí)都是一般適用于工業(yè)齒輪油的ISO VG220。PAG產(chǎn)品在粘度、防銹、耐水方面表現(xiàn)優(yōu)越（ 圖表1）。

研究中觀察到即使不含添加劑，PAG產(chǎn)品也具有極優(yōu)的抗磨性。環(huán)氧乙烷的含量越高，粘度越大，PAG在潤(rùn)滑油測(cè)試中表現(xiàn)出來(lái)的抗膠合能力越強(qiáng)。”

科萊恩的B11 PAG產(chǎn)品具有丁醇末端基，EO/PO比例為1:1；科萊恩的D21 PAG產(chǎn)品具有乙二醇末端基，EO/PO比例為2:1，在不含添加劑的情況下，進(jìn)行DIN ISO 14635-1標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，能夠承受FZG齒輪油測(cè)試A/8.3/90的最高負(fù)荷等級(jí)——第12級(jí)。一種具有同樣粘度的PAO產(chǎn)品不能承受第9級(jí)負(fù)荷，同時(shí)，一種礦物油產(chǎn)品不能承受第7級(jí)負(fù)荷。

雖然PAG產(chǎn)品不使用添加劑也具有超強(qiáng)潤(rùn)滑性，但是這可能會(huì)引起潤(rùn)滑油起泡、防腐性弱等副作用。

完美的PAG

PAG產(chǎn)品的完美源于自身的條件，還是添加劑的扶持？

科萊恩公司表示，極壓劑能夠優(yōu)化PAG工業(yè)齒輪油的性能，比方說(shuō)科萊恩的添加劑1655N。在FZG測(cè)試中，當(dāng)施加第12級(jí)到第14級(jí)負(fù)荷時(shí)，加入濃度為4%的添加劑就能提高科萊恩的ISO VG150等級(jí)基礎(chǔ)油——PAG B01/150的負(fù)載能力。

在四球磨損測(cè)試（DIN 51350-3標(biāo)準(zhǔn)）中，加入濃度為4%的1655N添加劑就可以讓ISO VG150等級(jí)的PAG D21/150的磨斑直徑減少0.34到0.5毫米；在四球極壓測(cè)試（DIN 51350-4標(biāo)準(zhǔn)）中，加入濃度為4%的添加劑可以增加300磅的卡咬負(fù)荷和燒結(jié)負(fù)荷。

此外，進(jìn)行ISO 6247起泡測(cè)試時(shí)，在PAG D21/150基礎(chǔ)油中加入濃度為4%的添加劑能夠減少起泡，加入濃度為20%的添加劑能夠避免起泡。在渦輪油穩(wěn)定測(cè)試（DIN EN ISO 4263-4標(biāo)準(zhǔn)）與內(nèi)控測(cè)試中，加入濃度為4%的添加劑可以避免基礎(chǔ)油在120℃出現(xiàn)發(fā)熱和氧化降解，加入濃度為8%的添加劑能夠讓基礎(chǔ)油在150℃下仍然保持穩(wěn)定。

在科萊恩的內(nèi)控氧化穩(wěn)定測(cè)試中，在一個(gè)開口玻璃瓶里加入15克油和一些銅絲、鐵絲作為氧化催化劑。當(dāng)溫度變成120℃時(shí)，PAG油的顏色變暗，但是依然保持清澈，在接下來(lái)的四周里沒(méi)有出現(xiàn)油泥，這是因?yàn)榉纸猱a(chǎn)物可溶于PAG。

在實(shí)地實(shí)驗(yàn)中，PAG產(chǎn)品表現(xiàn)出比礦物油產(chǎn)品更加優(yōu)秀的性能，在正齒輪、錐齒輪，尤其是蝸桿齒輪中，PAG產(chǎn)品壽命更長(zhǎng)、用量更省�？傊�，這項(xiàng)針對(duì)無(wú)添加劑的ISO VG220基礎(chǔ)油的正面對(duì)比研究清晰地展現(xiàn)了PAG油能夠讓齒輪油具有更加優(yōu)越的性能。

 （節(jié)選自《潤(rùn)滑油情報(bào)》雜志2017年12月刊）
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