合成酯基礎(chǔ)油的性能及應(yīng)用

1、僅供個人參考合成酯在潤滑油中的性能與應(yīng)用隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展以及環(huán)境問題的日益突出，對潤滑劑的使用性能、運行可靠性與使用壽命、可生物降解性、低或無毒害性等 方面的要求越來越高，傳統(tǒng)的礦物基潤滑油已經(jīng)很難滿足這些苛刻的 要求。節(jié)能、環(huán)保、長壽命是潤滑油的發(fā)展趨勢，全合成半合成油 的應(yīng)用越來越廣泛，因此，PAO合成酯的合成基礎(chǔ)油越來越受到關(guān) 注。節(jié)能潤滑油主要通過三種方式來實現(xiàn)：一是低粘度油；二是高粘度指數(shù)油；三是含有摩擦改進劑的油。低粘度油粘度越大內(nèi)摩擦力越大，在應(yīng)用中能耗越高。國內(nèi)外實際經(jīng)驗證 明，在流體潤滑范圍內(nèi)，潤滑油在使用條件下粘度每差1mm2/s，能耗大約相差0.51%;粘度相差一個

2、級號，貝惟耗大約相差 15%。從 節(jié)能角度出發(fā)，在選用潤滑油時應(yīng)在保證設(shè)備潤滑的前提下， 盡量采 用低粘度潤滑油。For pers onal use only in study and research; not for commercial use不得用于商業(yè)用途僅供個人參考基準(zhǔn)詁度一新黏度 :燃油經(jīng)濟性提升0W-3O- 0W-20:0.5%SW*20- 0W-20;1,0%占VWQ *- 0W-20 : 1.5%10W-3Q*0W-20:3.0%10W-40-10W-301,0 %0W-20 :4.0%5W-40-10W*302.6 %-OW-20 :5.6%15W-50-10W-30X9

3、 %0W-20:0.9%20W1010W-304,5 %0W-20:7,5%20W-5010W-30:5.7 % 今0W-2O :8.7%-10W-3O4.5% -* s，B金OW-20 :75%#3015W-404 %#40-10W-307.0滄0W-2O :10.8%圖2不E鹽度發(fā)動機沖對燃油經(jīng)濟忤的提升效果多級油和高粘度指數(shù)油汽車工作時，受地區(qū)、季節(jié)、晝夜、負(fù)荷的影響，溫差變化很大， 有時相差數(shù)十度，而潤滑油粘度隨著溫度變化而變化，升降幅度的大 小和潤滑油的粘度指數(shù)有關(guān)，粘度指數(shù)高的，粘度隨溫度變化小，粘 度指數(shù)低的，粘度隨溫度的變化大。為盡量避免由于粘度變化太大所 造成的設(shè)備磨損和能耗

4、增多，在選用油品時，應(yīng)選用粘度指數(shù)高的油。 高粘度指數(shù)潤滑油是以高粘度指數(shù)基礎(chǔ)油或在基礎(chǔ)油中加粘度指數(shù) 改進劑組成，通稱為多級油；另一種是合成內(nèi)燃機油，如酯類、聚a烯烴發(fā)動機油等。For personal use only in study and research; not for commercial use含有摩擦改進劑的油潤滑油的低粘度化，有利于節(jié)約燃料，為了避免可能出現(xiàn)的邊界不得用于商業(yè)用途僅供個人參考摩擦所造成的磨損，往往在低粘度油中加入摩擦改進劑， 這種添加劑 可以和金屬表面形成堅固的吸附膜或滲透膜或金屬發(fā)生反應(yīng)生成化 學(xué)膜。這種膜摩擦系數(shù)很小，可以保證設(shè)備邊界磨擦?xí)r不發(fā)生擦傷和

5、 燒結(jié)，節(jié)能效果顯著，API 基皋st virS1NOCHEM-BASE OIL11CONFIDEHT1AL合成酯基礎(chǔ)油屬V類基礎(chǔ)油Forpers onal use only in study and research; not for commercial useFor pers onal use only in study and research; not for commercial use多元醇酯類型新戊二醇酯O )1 (理)2C(CH2OCR)5三羥甲基丙烷酯0IICH3CH2C(CH2OCR)3季戊四醇酯9c(ch2ocr)4一般的酯(如雙酯，單酯，B碳原子上有氫原子的醇酯)，因

6、加熱會形成六元環(huán)結(jié)構(gòu)的中間體，在較低能量(0.19MJ/mol)下會熱分解多元醇酯的B位置上沒有氫原子，不能生成六元環(huán)結(jié)構(gòu)，在高溫 下主要發(fā)生自由基的熱分解(0.28MJ/mol)。多元醇酯的熱分解溫度 比雙酯50 C左右。不得用于商業(yè)用途烷基案粘度指數(shù)+低溫流動性+帶抑制劑的髙溫氧化穩(wěn)定性+/+水解穩(wěn)定性+l+馭水性=幣解能力+f+礦物油相濬性+=與當(dāng)+比躺大+比礦物油大得寧 17+比F物恤小溫度，吃ts合成基礎(chǔ)油與礦物基礎(chǔ)油相比可減少維護并提高可靠性1、合成酯在所有的基礎(chǔ)油中綜合性能最好 優(yōu)異的氧化安定性與熱穩(wěn)定性能良好的低溫流動性能高粘度指數(shù)良好的潤滑性與抗磨性能低蒸發(fā)損失極好的溶解性優(yōu)

7、良的生物降解性與可再生性能2、具有良好的低溫流動性能和高粘度指數(shù)多數(shù)酯類油的粘度指數(shù)都很高，具有很好的低溫性能，可在極寬的溫度范圍內(nèi)使用間秋工作獷物油1Tn聚a烯婭|烷基笨多元醉醋1 111I1受起動轉(zhuǎn)矩限制連續(xù)工作-60-40-200攝氏度100200300未按比例一作為示羸合成基礎(chǔ)油允許在礦物油不能工作的苛刻應(yīng)用領(lǐng)域使用/配方合適時合成基礎(chǔ)油可大大增加油品壽命（通常為3至5倍）o22酯類油的特點酯類油最大的特點是酯分子中含有多重酯鍵 （-COOR）賦予了酯 分子以極性，因而賦予酯類油許多比 PAO和II、山類加氫基礎(chǔ)油更加 優(yōu)越的性能和應(yīng)用特點。1、極佳的潤滑性能極性結(jié)構(gòu)賦予酯類油特殊的潤

8、滑表現(xiàn)，獨特的分子吸附作用，容易吸 附在界面上形成穩(wěn)定的油膜，類似摩擦改進劑，因而能提高油品的潤 滑性，即使冷車狀態(tài)也不至于完全回流，提供很好的低溫保護。減少 啟動時的磨損（啟動時磨損占總磨損的 75%）。潤滑性的提高可以改 善燃油經(jīng)濟性，減少摩擦動力損失，減少引發(fā)動機的噪音，增強發(fā)動 機的動力。摩擦系數(shù)耐荷重力/0.1MPa磨痕直徑/mm多兀醇酯0.155.50.64雙酯0.205.00.83150N0.244.50.90PAO0.304.00.91曾田式擺動摩擦試驗機曾田式四球試驗機高速四球試驗機邊界潤滑的潤滑性可以從靜摩擦 卩s和動摩擦系數(shù)的比值來 推斷，當(dāng)數(shù)值小于1時，發(fā)生滑動。脂肪酸

9、酯的邊界潤滑特性見表， 直鏈脂肪酸的多元醇酯油良好的潤滑性，脂肪酸碳原子數(shù)的增加潤滑 性稍有提高，直鏈脂肪酸酯比支鏈脂肪酸酯潤滑性好。酯醇酸a sa ka s/ a k僅供個人參考多兀醇酯新戊二醇癸酸0.1200.1370.88異辛酸0.1830.1811.01異癸酸0.1880.1841.02多兀醇酯三羥基甲己酸0.1120.1350.83基丙烷辛酸0.1130.1130.86癸酸0.0920.0920.70異辛酸0.1860.1831.02異癸酸0.1810.1771.01多兀醇酯季戊四醇壬酸0.0890.1220.73異辛酸0.1710.1691.01異壬酸0.1900.1761.08異

10、癸酸0.1740.1721.01雙酯異辛醇己二酸0.2620.1741.51辛醇0.2110.1531.38癸醇0.2000.1641.22PAO中加入酯類油能顯著減少摩擦系數(shù)。PAO中加入酯類油對HFRR試驗結(jié)果的影響*不得用于商業(yè)用途僅供個人參考試油摩擦系數(shù)成膜性/%PAO 2mm2/s0.23014PAO 2mm2/s+20% 元醇酯0.11570PAO 4mm2/s0.15720PAO 4mm2/s+20% 元醇酯0.10285注:* HFRR式驗:高頻往復(fù)臺架試驗2、酯與添加劑有良好的相容性和對油泥積炭有良好的溶解性項目PAO合成酯I類基礎(chǔ)油V1005.55.24苯胺點1192010

11、0可以在PAO和加氫油中加入雙酯或多元醇酯來提高對添加劑的 溶解能力，對添加劑的感受性較強，可以很好的與抗氧，抗磨，清凈 等添加劑融合，協(xié)同，充分發(fā)揮添加劑的功效。酯的極性有助于增加油中初級氧化產(chǎn)物及油泥的溶解度，有優(yōu)異的清潔能力，有效防止油泥和積碳的形成。PAO與酯類油的清凈能力比較（1G2試驗）PAO/%14多兀醇酯/%14第環(huán)槽沉積/%4513評分17261清潔的好處機油能迅速地保護到發(fā)動機的關(guān)鍵部分；減少雜質(zhì)，使?jié)櫥偷钠渌δ芨玫陌l(fā)揮;有效減少磨損；保持良好的粘度穩(wěn)定性；減少亮紅燈的發(fā)生；順暢安靜的駕駛感受。3、低的蒸發(fā)損失和優(yōu)良的的熱氧化安定性蒸發(fā)損失比PAO和加氫基礎(chǔ)油都低。化

12、驗項目V100V40CCS -30 CVIFP蒸發(fā)損失執(zhí)管PA043.99918.0134312022611.37.0不得用于商業(yè)用途僅供個人參考TRS08124.61721.4713921342523.94.0100N （II類油）4.27720.53137911421615.05.0PAO雙酯和多元醇酯熱氧安定性比較由于在多元醇酯的醇基之B碳原子上沒有氫原子，因而多元醇酯比雙酯熱穩(wěn)定性更好，其氧化安定性也比雙酯高。由于在多元醇酯的醇基之B碳原子上沒有氫原子，因而多元醇酯比雙酯熱穩(wěn)定性更好，其氧化安定性也比雙酯高。PAO雙酯和多元醇酯熱安定性比較項目PAO雙酯多兀醇酯100 C粘度損失，%9

13、.109.200.10總酸值，mg KOH/g0.2253.908.10質(zhì)量損失，%1.1623.101.09注：熱安定性試驗條件為基礎(chǔ)油在氮氣中被加熱到287.78C (550 F),并持續(xù)72 h。PAO和酯類油的抗氧化性能比較不得用于商業(yè)用途僅供個人參考不得用于商業(yè)用途項目PAO雙酯多元醇酯100C粘度5.85.34.3旋轉(zhuǎn)氧彈試驗， min、八r. r r (. rK r 1770差式掃描熱分析， min2.55.060+氧化腐蝕試驗后總酸值， mg KOH/g7.11.3酯類油的氧化安定性及其與礦物油的對比成漆板試驗結(jié)果3.952.501.070.040.500.180.57各種酯類

14、油及礦物油礦物油雙酯苯二甲酸酯偏苯三酸酯三羥甲基丙烷酯注:*成漆板試驗條件：275C , 22 h通空氣，樣品均含1%胺型抗氧劑成焦板試驗熱安定性清潔度基礎(chǔ)油4.0mm2/s 的礦物油4.0mm2/s 的 PAO8.05.0mm2/s 的烷基芳烴2.05.4mm2/s 的雙酯8.04.0mm2/s 的多元醇酯9.5試驗條件：成焦板溫度310 C槽溫：121C操作：濺油6min,烘烤1.5min評分條件：10=清潔熱氧化穩(wěn)定性PAO和酯的熱氧化穩(wěn)定性均優(yōu)于礦物油，最高使用溫度見表2 表 2 基礎(chǔ)油的最高使用溫度基礎(chǔ)油最高使用溫度/ C礦物油121.1PAO121.1176.6雙酯148.8176

15、.6多元醇酯176.6218.34. 粘壓特性在彈性流體潤滑，油的粘度隨壓力的增加而上升。如在齒輪的齒面， 壓延時的輥筒面等，潤滑油所承受的壓力從數(shù)千千帕到 10 萬千帕。 一般潤滑油的粘度 -壓力近似如下關(guān)系：n = n Oexp（ 3 ?p）多元醇酯的粘度壓力系數(shù)3為1.45-1.55,而石蠟基礦物油3為1.7-1.8，環(huán)烷基礦物油 3為 2.2-2.3，所以隨壓力的增加多元醇酯的粘 度上升比較小,可以在很寬的壓力范圍進行流體潤滑, 所以能耗就小。5. 環(huán)保性能酯鍵為微生物攻擊酯分子提供了活化點, 因而酯是可生物降解的, 因而酯類油可用于“對環(huán)境友好潤滑油”的配方不同酯類油的可生物降解性酯

16、類油類型OECD 301B（20d）/% CEC L 33A 9（3 21d）/%單酯30 9070 100雙酯10 8070 100苯二甲酸酯5 7040 100偏苯三酸酯0 400 70直鏈多元醇酯50 9080 100支鏈多元醇酯0 400 40復(fù)合酯609070100概括起來，相對于PAO和加氫油，合成酯的好處就在于：潤滑性好， 蒸發(fā)損失小，溶解能力大（對添加劑和油泥積炭），積炭小，清潔性 好，導(dǎo)熱系數(shù)高，比熱容大。潤滑油的許多問題是同油的溫度相關(guān)的， 合成酯摩擦磨損小了， 摩擦 熱也就少；導(dǎo)熱系數(shù)高和機件清潔干凈，容易散熱；熱容大，同樣熱 量溫度低，等等因素是使得使用酯類油的油溫要比

17、不加酯類油的要 低。油溫度低，油的氧化程度也就小了，油的壽命延長。酯類合成油的用途1 、發(fā)動機油： 主要是雙酯和多元醇酯，其他包括二聚酸酯、聚 酯、單酯、鄰苯二甲酸酯。市場驅(qū)動力是延長換油期，趨向使用低粘 度油，節(jié)省燃油耗和降低排放。 1.合成酯獨特的分子極性，使油膜牢 固地吸附在發(fā)動機件表面， 解決冷車啟動干摩擦 2.合成酯油的潤滑性 極其優(yōu)秀，揮發(fā)性大大低于同粘度礦物油和 PAO同時優(yōu)秀的熱穩(wěn)定 性使得用低粘度酯時沉積物少而且低溫流動性好。 節(jié)省燃料， 增加機 油壓力，提升動力性能；降低尾氣排放，減少發(fā)動機噪音。 3.天然的 溶解能力，充分發(fā)揮添加劑的功能，防止油泥和沉積物形成，優(yōu)越的 分

18、散清潔能力，保持發(fā)動機件表面清潔。因而全合成發(fā)動機油用酯類油與聚 a 一烯烴的調(diào)和基礎(chǔ)油是最 佳的選擇。為降低成本 ,也可將酯類油摻合礦物油制成半合成油 ,以改善發(fā)動機油的各方面性能 ,所以半合成發(fā)動機油發(fā)展很快。2、二沖程油：用于二沖程油的酯為二聚酸酯和多元醇酯，另外 還有偏苯三酸酯和復(fù)酯， 其市場受低排放發(fā)動機清潔性和生物降解性 所驅(qū)動。二沖程油用酯比礦物油的優(yōu)點在于是發(fā)動機清潔， 減少粘環(huán)， 沉積物在環(huán)槽、裙部、內(nèi)腔的堆積，改善著火點性能和火花塞壽命。 由于極性酯的存在， 增加了在金屬表面的粘著， 使酯的潤滑性比烴類 好。3、壓縮機油：用作合成壓縮機油的酯類主要有多元醇酯和雙酯 以及芳香

19、酯。合成酯型壓縮機油適用于工作溫度高于93C，連續(xù)重負(fù)荷的多級高壓螺桿式空氣壓縮機，使用壽命可比PAO 型油延長一倍。合成酯油另一主要特點是殘?zhí)康?，使用中抑制油泥、沉淀和積炭 的產(chǎn)生，提高了曲軸箱及油品的清潔度，使傳熱良好 、減少磨擦和 運動部件的阻力， 從而減少維修和停工時間， 可減少動力耗費用 7.2 節(jié)省動力 3。而合成酯用于往復(fù)式空氣壓縮機，其高閃點和良好的 氧化安定性更顯出其優(yōu)越性。合成酯型壓縮機油適用于工作溫度高于93 C,連續(xù)重負(fù)荷的多級高壓螺桿式空氣壓縮機，使用壽命可比 PAO 型油延長一倍。合成 酯油另一主要特點是殘?zhí)康?，使用中抑制油泥、沉淀和積炭的產(chǎn)生， 提高了曲軸箱及油品

20、的清潔度，使傳熱良好 、減少磨擦和運動部件 的阻力，從而減少維修和停工時間，可減少動力耗費用7.2節(jié)省動力 3。而合成酯用于往復(fù)式空氣壓縮機，其高閃點和良好的氧化安僅供個人參考定性更顯出其優(yōu)越性，對于大型往復(fù)式空氣壓縮機的單程氣缸潤滑， 常見的問題是在氣缸和排氣閥中形成殘?zhí)亢陀湍?，引起頻繁的維修和停車，更嚴(yán)重的是原用礦物油時，由于殘?zhí)?、銹蝕潤滑劑的過量和高 壓作用使壓縮系統(tǒng)在低于149 C的情況下自動起火，甚至引起爆炸。項目起動運轉(zhuǎn)溫度連續(xù)運轉(zhuǎn)溫度間啟運轉(zhuǎn)溫度礦物油-35-12-12105105160t:PAO 58“-43七43“ 1侃1752901加H半合成曲4832 七3爲(wèi)伯眈168-2

21、60多元醇酉5430七3220 代204-260-405-20202002OO-25OC項目四球機籍損數(shù)據(jù)1唐斑直徑mm)磨擦系數(shù)1200rpm75V1800rpmIBffC1200rpm75V1800rpm150%：(398N )石油基0.430.780.0990.111雙酯型0360.580.0790+079PAO型0400.420.0930.079酯型壓縮機油的應(yīng)用，取得了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟效益。如國外某公 司用了三年時間對100臺回轉(zhuǎn)葉片式和螺桿式壓縮機試驗，對試驗的 酯型壓縮機油及壓縮機進行跟蹤監(jiān)測，所有試驗的壓縮機都超過了予 期的換油時間。回轉(zhuǎn)葉片式壓縮機換油期由原來用礦物油的500小

22、時延長到4000小時以上，其中有幾臺試驗持續(xù)了 10000多小時?；剞D(zhuǎn) 螺桿式壓縮機則由原來的1000小時延長到8000小時以上，而有幾臺 試驗長達(dá)13000多小時。同樣在往復(fù)式壓縮機用雙酯油進行試驗，提高了氣缸和曲軸箱的清潔度，使閥門的清洗周期延長了七倍。不得用于商業(yè)用途僅供個人參考近年來 ,國際環(huán)保組織已限制使用破壞空間臭養(yǎng)層的氟里昂 ,汽車 和家用空調(diào)壓縮機已逐步改用環(huán)保型制冷劑 ,與之相配套的壓縮機潤 滑油也改用以合成酯和聚醚冷凍機油 .它與環(huán)保型制冷劑 HFC134a、 R404、 R407 等有極好的互溶性和熱化學(xué)安定性、潤滑性優(yōu)良，且無 毒、可生物降解，對環(huán)境無害，屬于綠色潤滑劑

23、4、航空潤滑劑：一般用雙酯和多元醇酯，市場驅(qū)動力是改善熱 穩(wěn)定性和減少揮發(fā)。I型油分兩類，第一類油100C粘度3mm2/s,第二類油100C粘度7.5mm2/s,它們以雙酯為基礎(chǔ)油，主要用于渦輪 螺旋漿發(fā)動機；H型油100C粘度為5mm2/s它以多元醇酯作為基礎(chǔ) 油，滿足隨著噴氣發(fā)動機功率的提高， 對油的熱穩(wěn)定性和耐荷重性相 應(yīng)提高的要求，主要用在艦載機和民航機， 目前這類油的使用量最大， 達(dá) 90%以上。5、難燃液壓油：通常為季戊四醇油酸酯、三羥甲基丙烷油酸酯 等。由于多元醇酯閃點高 ,阻燃性好,粘度指數(shù)高 ,使用溫度范圍寬 ,潤滑 性好，使用壓力可達(dá) 40Mpa,因此制成的液壓油適用于鋼鐵

24、連鑄生產(chǎn) 線系統(tǒng)和高爐、熱軋、鑄造、電站、煤礦等要求抗燃、安全的設(shè)備液 壓系統(tǒng) ,可替代有毒性的磷酸醋型抗燃壓油 ,其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴大。6、高溫鏈條油：用于高溫鏈條油的酯為雙酯和多元醇酯，也用偏苯三酸酯， 市場驅(qū)動力是更高的熱穩(wěn)定性和更低的沉積物。 很多產(chǎn) 品的制造在高溫下進行，這些鏈的潤滑溫度在150 C以上，短期可達(dá)1000C，雙酯可用在200C以下，而200300C則用多元醇酯和偏苯三酸酯。該油適用于印染熱定型、塑料、建材、烘烤等設(shè)備的鏈條傳 動系統(tǒng)潤滑 ,7、汽車齒輪油：多為雙酯和多元醇酯，市場驅(qū)動力為延長換油 期和節(jié)能。 在齒輪齒面的彈性流體潤滑情況， 多元醇酯粘度隨壓力增 加而上升很小，可在很寬的壓力范圍進行流體潤滑，所以能耗小。8、金屬加工油：單酯、雙酯、 PAG 酯用于金屬加工油中，有時 也用多元醇酯、聚合酯和鄰苯二甲酸酯，市場驅(qū)動力為性能、廢液處 理費用。酯的優(yōu)點 :環(huán)境友好、好的極壓性、可作摩擦改進劑、生物 降解和低毒、對機床和加工件的濕潤性好。9、潤滑脂：用于潤滑脂的酯為雙酯和多元醇酯，有時也用鄰苯 二甲酸酯和偏苯三酸酯， 市場驅(qū)動力為生物降解性以取代白油， 當(dāng)要 求脂有下列特性之一時可用酯作基礎(chǔ)油：低溫流動性、