几种减摩剂在聚醚油中的性能评价

于 海，糜莉萍，梁依经

(中国石油兰州润滑油研究开发中心，兰州 730060)

几种减摩剂在聚醚油中的性能评价

于 海，糜莉萍，梁依经

(中国石油兰州润滑油研究开发中心，兰州 730060)

对环氧油酸酯、苯三唑脂肪胺盐、磷酸酯胺盐、非活性硫化脂肪酸酯、硼化酰胺类油酸酯减摩剂与聚醚油的相容性及其摩擦学性能进行了考察。结果表明：磷酸酯胺盐、环氧油酸酯和硼化酰胺类油酸酯与聚醚油的相容性良好，而苯三唑脂肪胺盐和非活性硫化脂肪酸酯与聚醚油的相容性较差；磷酸酯胺盐对聚醚油具有良好的减摩效果以及承载能力，引入磷酸酯胺盐后的新配方产品相较于原配方产品，在承载能力、减摩性能以及摩擦因数、牵引系数方面均有较大的改善。

减摩剂 摩擦因数 承载能力 牵引系数

聚醚是由环氧化合物及其衍生物共聚或均聚而成的主链中含有醚键结构的高分子聚合物，其主要结构单元由环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷或四氢呋喃组成[1]。由于其独特的结构特征，使聚醚相对于其它矿物油和合成油聚α-烯烃来说，在低温性能、黏度指数、油泥控制、水容性、极压特性、生物降解性等方面表现出色，已广泛用于重负荷齿轮油、蜗轮蜗杆油、压缩机油、液压油、冷冻机油、金属加工液等工业润滑油领域[2-5]。但作为极性基础油的聚醚也存在着诸多不足，其中较低的对添加剂的溶解性和感受性一直是制约聚醚产品开发的难题之一。对聚醚型蜗轮蜗杆油及齿轮油产品开发来说，减摩性能是该类型油品最重要的性能和特色，但由于其聚醚基础油分子极性高，与添加剂中减摩剂存在竞争吸附问题，因此，减摩剂与聚醚油的适应性和相容性是聚醚型涡轮蜗杆油及齿轮油产品开发中的关注热点。本课题对环氧油酸酯、苯三唑脂肪胺盐、磷酸酯胺盐、非活性硫化脂肪酸酯、硼化酰胺类油酸酯减摩剂与聚醚油的相容性及摩擦学性能进行考察和评价，为聚醚型蜗轮蜗杆油及齿轮油产品的开发提供指导和技术支持。

1 实 验

1.1 原料及仪器

基础油：鉴于聚醚型蜗轮蜗杆油及齿轮油产品中，多选用运动黏度(40 ℃)为220～460 mm2/s的油品，其中又以460号黏度级别的油品应用居多，故采用一种运动黏度(40 ℃)为460 mm/s2的水溶性聚醚基础油A作为本试验的基础油，其主要理化性质见表1。

表1 聚醚基础油A的主要理化性质

减摩剂：环氧油酸酯、苯三唑脂肪胺盐、磷酸酯胺盐、非活性硫化脂肪酸酯、硼化酰胺类油酸酯。

试验仪器：MMW-1型四球机、MQ-12型四球机、MTM2型微牵引力试验机。

1.2 试验方法

相容性试验：分别用基础油A与一定量(质量分数小于1%)的各减摩剂调制成混合样品，在60～65 ℃的温度下加热搅拌2 h，然后静置观察油品外观是否均一透亮，如外观均一透亮则表明其相容性良好，如外观浑浊或有沉淀、分层等现象则表明其相容性差。

四球机试验：使用四球机考察各减摩剂的承载能力和减摩效果，测定最大无卡咬负荷(PB)、磨斑直径以及摩擦因数随负荷的变化情况，其中PB的测定参考GB/T 3142—2004方法进行，磨斑直径的测定参考SH/T 0189—1992方法进行，摩擦因数的测定参考SH/T 0762—2005方法进行。

微牵引力试验：使用MTM2微牵引力试验机测定油品牵引系数在恒定负荷、温度和传动比下随时间的变化情况。试验条件为：温度70 ℃，传动比50∶1，载荷35 N。

2 结果与讨论

2.1 减摩剂对聚醚油的相容性

从聚醚基础油的分子结构来看，其中含有大量的烷氧基官能团，在长的碳链末端还存在极性较强的羟基。这些官能团的存在，使得常用添加剂在聚醚基础油与矿物油中的适应性存在较大的差异，大部分添加剂不能直接用于聚醚型的润滑油配方中[6]。因此，对几种减摩剂与聚醚基础油A的相容性进行了考察，结果见表2。从表2可以看出：环氧油酸酯、磷酸酯胺盐和硼化酰胺类油酸酯与聚醚油的相容性良好，而苯三唑脂肪胺盐和非活性硫化脂肪酸酯与聚醚油的相容性则不佳。

表2 减摩剂与聚醚油的相容性

2.2 摩擦学性能

将相容性良好的环氧油酸酯、磷酸酯胺盐和硼化酰胺类油酸酯减摩剂以一定量(质量分数小于1%)加入到基础油A中，考察各油样的摩擦学性能，结果如表3、图1所示。

表3 各减摩剂的摩擦学性能考察结果

从表3可以看出：各减摩剂的加入对降低基础油A的磨斑直径、提高基础油A的承载能力有明显的作用；加入磷酸酯胺盐时油品的PB值提升幅度最大，环氧油酸酯次之，硼化酰胺类油酸酯最低。对应实际工况，由于PB值可以表征油品的油膜强度，故磷酸酯胺盐相较于其它减摩剂可有效防止油品油膜破裂所造成的轴承或齿面表面磨损；3种减摩剂作用下的钢球磨斑直径基本相当，这是由于在较低负荷下(196 N)，各减摩剂在摩擦副表面所形成的物理或化学吸附膜强度相差不大。

图1 3种减摩剂作用下摩擦因数随负荷的变化■—硼化酰胺类油酸酯；●—环氧油酸酯；▲—磷酸酯胺盐；◆—基础油A

从图1可以看出：3种减摩剂中，磷酸酯胺盐的加入对于摩擦因数的降低效果最为明显，在负荷大于392 N时，摩擦因数随着负荷的增加而平稳下降，表明该减摩剂在金属表面能形成致密、稳定的吸附润滑膜；环氧油酸酯的加入对较低负荷下的摩擦因数有一定的降低效果，但随着负荷增大，其摩擦因数相对于基础油A无明显改善，说明此添加剂在较低负荷下能起到降低摩擦的作用，但在高负荷工况时对油品的润滑性改善不大；而硼化酰胺类油酸酯对油品摩擦因数的改善效果较差，其摩擦因数随着负荷的增加逐渐增大，表明该添加剂不能形成稳定的吸附膜，在摩擦过程中随着载荷的增大所生成的吸附膜不断经历生成、破裂的循环过程，导致摩擦因数不断增大[7]。

2.3 牵引系数

牵引系数是表征聚醚型产品摩擦学性能的重要指标之一，其中低的牵引系数可使轴承或齿轮等传动设备的传动效率提高、工作温度下降，并减少功率输出和能源消耗[8]。进行微牵引力试验可以更贴近工况，对各减摩剂的润滑性能评价结果也具有更好的参考价值。分别对3种减摩剂的牵引系数进行考察，结果见图2。从图2可以看出：磷酸酯胺盐和环氧油酸酯的加入对于降低聚醚基础油A的牵引系数效果明显。对应实际工况，则可以提高传动效率，降低工作温度，并减少功率输出和能源消耗；而硼化酰胺类油酸酯对于降低聚醚基础油A的牵引系数效果不佳，其牵引系数随时间延长而逐渐增大，不利于传动效率的提高。

图2 3种减摩剂的牵引系数随时间的变化—基础油A; —环氧油酸酯; —硼化酰胺类油酸酯; —磷酸酯胺盐

2.4 在产品配方中性能评价

从上述几种减摩剂在聚醚基础油A中的摩擦学性能表现结果来看，磷酸酯胺盐的加入对于提升油品的摩擦学性能效果最佳。为了进一步验证该减摩剂在产品配方中是否同样具有良好的摩擦学性能，将一定量(质量分数小于1%)的磷酸酯胺盐引入到460号聚醚蜗轮蜗杆油产品配方中，进行四球机试验以及微牵引力试验，并与原配方产品进行对比，结果分别见表4、图3和图4。从表4、图3、图4可以看出，引入磷酸酯胺盐后的新配方产品相较于原配方产品，在承载能力、减摩性能以及摩擦因数、牵引系数方面均有较大的改善，说明磷酸酯胺盐应用于聚醚油的产品配方中能表现出良好的摩擦学性能。

表4 新配方与原配方产品的摩擦学性能

图3 新配方与原配方产品的摩擦因数对比◆—原配方；■—新配方

图4 新配方与原配方产品的牵引系数对比—原配方; —新配方

3 结 论

(1) 环氧油酸酯、磷酸酯胺盐和硼化酰胺类油酸酯与聚醚油的相容性良好，而苯三唑脂肪胺盐和非活性硫化脂肪酸酯与聚醚油的相容性则较差。

(2) 在四球机试验以及微牵引力试验中，磷酸酯胺盐对聚醚油均表现出良好的减摩效果以及承载能力；环氧油酸酯的减摩效果次之，在较低负荷下对降低油品摩擦因数有一定的效果，但随着负荷增大，减摩效果不明显；而硼化酰胺类油酸酯的减摩效果较差。

(3) 引入磷酸酯胺盐后的新配方产品相较于原配方产品，在承载能力、减摩性能以及摩擦因数、牵引系数方面均有较大的改善。

[1] 程亮.聚亚烷基二醇制备方法概述[J].润滑油，2012，27(2)：35-42

[2] 苟连杰.聚醚润滑剂的特点及应用[J].合成润滑材料，2002，29(3)：9-16

[3] 程亮，王力军，张东桓，等.聚醚的制备及摩擦特性研究[J].润滑油，2013，28(1)：19-22

[4] 李庆忠，于秀坤，赵民，等.几种复合添加剂在聚醚中的摩擦学行为研究[J].润滑与密封，2004，166(6)：15-17

[5] 罗时辉.聚亚烷基二醇-全合成高性能工业润滑剂基础油[J].润滑油，2013，28(5)：6-12

[6] 陶氏环球技术有限责任公司.可用作Ⅰ-Ⅳ类烃油用润滑剂添加剂的聚亚烷基二醇：中国，CN102471720A[P].2012-05-23

[7] 祁有丽，苏刚，陈馥婧，等.水溶性聚醚酯摩擦学性能的研究[J].摩擦学学报，2011，31(3)：249-254

[8] 程亮.聚亚烷基二醇结构与性能的关系概述[J].润滑油，2014，29(4)：8-1

PERFORMANCE EVALUATION OF FRICTION REDUCERS IN POLYETHER (PAG) OIL

Yu Hai，Mi Liping，Liang Yijing

(PetroChinaLanzhouLubricatingOilR&DInstitute，Lanzhou730060)

The compatibility and tribological properties of friction reducers (epoxy oleate，benzotriazole aliphatic amine，amine phosphate，inactive sulfurized fatty acid ester，and boride oleic acid ester amides) in polyether (PAG) oil were investigated by four-ball test and MTM2 test machine. The results indicate that three kinds of friction reducers have a good compatibility and tribological properties with PAG，except benzotriazole aliphatic amine and inactive sulfurized fatty acid ester. The addition of amine phosphate has good effects on bearing capacity and the friction reduction for polyether. Great improvement in bearing capacity and friction reduction，friction factor，and traction coefficient of the PAG are observed after addition of amine phosphate.

friction reducer additives；friction factor；bearing capacity；traction coefficient

2015-12-14；修改稿收到日期：2016-03-02。

于海，工程师，从事工业用油的研究工作，公开发表论文5篇。

于海，E-mail：yuhai_rhy@petrochina.com.cn。