聚a-烯烴航空潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油黏度衰變機(jī)理分析

    作為“機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的血液”，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作與其使用壽命在很大程度上依賴于航空潤(rùn)滑油的性能。眾所周知，航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油經(jīng)常處于極高的溫度，在與空氣及金屬材料接觸的強(qiáng)氧化條件下工作，所以對(duì)航空潤(rùn)滑油而言，熱氧化安定性是其最重要也是最難解決的問題。航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油主要采用全合成基礎(chǔ)油，例如聚a-烯烴（PAO）合成潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，這類基礎(chǔ)油具有粘度指數(shù)高、傾點(diǎn)低、氧化安定性好、閃點(diǎn)高以及揮發(fā)度低等特點(diǎn)，基本滿足了現(xiàn)階段航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的苛刻要求。

　　隨著飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的升級(jí)換代，其內(nèi)部溫度也越來越高，其中渦輪軸承處溫度最高，可達(dá)到280°C，發(fā)動(dòng)機(jī)剛停車時(shí)溫度繼續(xù)升高，甚至超過400C，在這種情況下潤(rùn)滑油會(huì)發(fā)生一系列鏈反應(yīng)，生成過氧化物，過氧化物再進(jìn)一步反應(yīng)成低分子量產(chǎn)物，如醇類、醛類、酮類、羧酸類和內(nèi)酷類混合物等，它們氧化就會(huì)縮聚生成高分子量的聚合物，嚴(yán)重影響其潤(rùn)滑效果。為提高潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的抗氧化能力，人們選用的抗氧劑主要包括p，p‘-二異辛基二苯胺（Tz516）、N-苯基-a-萘胺（NPAN）和2，6-二叔丁基對(duì)甲酚（T501）等。

　　為了從分子水平上深人探究航空發(fā)動(dòng)機(jī)PA0合成航空潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油在實(shí)際使用條件下的熱氧化衰變規(guī)律，找出在用潤(rùn)滑油黏度衰變的原因，本文以PA0基礎(chǔ)油、PA0+T501和PA0+Tz516配方油樣為研究對(duì)象，借助高溫高壓反應(yīng)釜模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)工況條件，采用CC/MS聯(lián)用技術(shù)分析高溫反應(yīng)后配方油樣的結(jié)構(gòu)組成，據(jù)此推測(cè)PA0可能的黏度衰變機(jī)理，為實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油的全程品質(zhì)監(jiān)控和在用潤(rùn)滑油性能變化的監(jiān)測(cè)提供重要的科學(xué)依據(jù)。

　　與未添加抗氧劑的PAO相比，抗氧劑T501和Tz516加人后，高溫反應(yīng)后油樣中的產(chǎn)物類型及含量明顯減少，其中種類和含量降低幅度最大的是烯烴類物質(zhì)，由不添加抗氧劑的51種分別減少到添加有T501和添加有Tz516的45種和43種，相對(duì)含量由10.1 %分別降至9.72%和9.43%.可見，抗氧劑T501和Tz516能夠及時(shí)阻止基礎(chǔ)油的高溫裂解，特別是抑制烯烴的產(chǎn)生。添加不同抗氧劑，潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油也會(huì)發(fā)生不同程度的裂解反應(yīng)，衰變產(chǎn)物的種類和含量也存在區(qū)別。與添加有T501油樣高溫反應(yīng)相比，添加有Tz516油樣的正構(gòu)烷烴的種類和含量雖基本相同，但對(duì)于異構(gòu)烷烴和烯烴的種類數(shù)和相對(duì)含量，都顯著降低，可見Tz516的高溫抗裂解作用強(qiáng)于T501的作用。

　　表2油樣在300 oC下反應(yīng)所得產(chǎn)物的分布及相對(duì)含量物種油樣類數(shù)含量物種油樣類數(shù)含量物種油樣類數(shù)含量正構(gòu)烷烴異構(gòu)烷烴烯烴3PAO黏度衰變機(jī)理分析根據(jù)聚合物結(jié)構(gòu)與黏度的關(guān)系可知，在其分子鏈結(jié)構(gòu)中，直鏈骨架使PAO具有良好的黏溫特性。而在高溫環(huán)境中，PAO高溫裂解產(chǎn)生小分子正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴和烯烴，進(jìn)而導(dǎo)致黏度衰變。正構(gòu)烷烴與油品的熔點(diǎn)、黏度及傾點(diǎn)等理化指標(biāo)有關(guān)，大量小分子的正構(gòu)烷烴的生成，造成油液黏度的降低。

　　異構(gòu)烷烴多是單甲基異構(gòu)烷烴，而且甲基基本上全居于主鏈骨架的兩端，與大分子多側(cè)鏈的PAO相比，異構(gòu)烷烴主鏈長(zhǎng)度較短，且含較少的短側(cè)鏈，其黏度亦小，因此，異構(gòu)烷烴的生成同樣致使PAO黏度的下降。綜上，PAO在高溫作用下的熱裂解反應(yīng)是油品黏度衰變的主要原因，尤其是一定量小分子烷烴的生成，導(dǎo)致PAO黏度急劇減小，而伴隨發(fā)生的熱氧化反應(yīng)，是PAO潤(rùn)滑基礎(chǔ)油酸值發(fā)生變化的主要原因，雖然其過程中生成的小分子酮、醛、酸、醇和酷也影響基礎(chǔ)油黏度的變化，但相比于相對(duì)含量較高的烴類物質(zhì)，作用甚微。

　　在PAO+T501反應(yīng)油樣中，烷烴主要包括正十七碳烷、正十八碳烷、正十九碳烷、正二十碳烷、2-甲基十二碳烷、3-甲基十二碳烷、3-甲基十三碳烷、5-甲基十三碳烷、3-乙基十三烷、6-甲基十五碳烷，烯烴主要含有3，3-二甲基-1-十一碳烯、2-乙基-1-十一碳烯、（E）-3-二十碳烯、（Z）-3-十九碳烯、2-乙基十七碳烯，據(jù)此可以推測(cè)提出以下裂解機(jī)理：同理，對(duì)于PW反應(yīng)油樣，由裂解反應(yīng)后生成小分子化合物的種類及相對(duì)含量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出，正十五碳烷、正十六碳烷、正十八碳烷、正十九碳烷、正二十碳烷、正二十一碳烷、3-甲基十二碳烷、4-甲基十三碳烷、2，6-二甲基十二烷、3-乙基十三烷、6-甲基十五碳烷、3，3-二甲基-1-十一碳烯、2-乙基-1-十一碳烯、8-十六碳烯、2-乙基十七碳烯、（Z）-7-十六碳烯是主要裂解產(chǎn)物，因此可定性描述在此條件下的具體裂解方程為：綜上，對(duì)于本實(shí)驗(yàn)條件下，不論是添加抗氧劑以寫成如下方程式：T501還是添加抗氧劑Tz516，PAO高溫裂解反應(yīng)可十乓。一CH3 4結(jié)束語為試驗(yàn)油樣，運(yùn)用高溫高壓反應(yīng)釜裝置，模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境，測(cè)定不同溫度反應(yīng)后的油樣40oC運(yùn)動(dòng)黏度，借助GC/MS現(xiàn)代檢測(cè)手段，依據(jù)產(chǎn)物種類和含量分布，從分子水平推測(cè)PAO基礎(chǔ)油的黏度衰變機(jī)理。高溫環(huán)境中，基礎(chǔ)油主要發(fā)生了熱裂解、熱氧化等反應(yīng)，其中分子鏈的斷裂是最主要的反應(yīng)，產(chǎn)生鏈長(zhǎng)較短的正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴和烯烴，使分子間作用力減弱，進(jìn)而降低油樣的運(yùn)動(dòng)黏度?？寡鮿㏕501和Tz516的加人，極大地延緩了基礎(chǔ)油的黏度降解，在一定溫度范圍內(nèi)能夠阻礙分子鏈的斷裂和含氧化合物的生成。

--------------------------------------全文摘自《中國(guó)潤(rùn)滑油網(wǎng)》資訊。