潤(rùn)滑油在通過泵、閥的間隙及小孔或齒輪輪齒嚙合部位、活塞與氣缸壁的摩擦部位時(shí)，都會(huì)受到強(qiáng)烈的機(jī)械剪切作用。在剪切作用下，油品中含有的高分子物質(zhì)會(huì)發(fā)生不同程度的裂解，生成相對(duì)分子質(zhì)量較低的物質(zhì)，使得潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度降低，導(dǎo)致油膜厚度下降，造成機(jī)械磨損。

 

 

油的抗剪切作用是使油品的黏度保持穩(wěn)定的性能，又稱為剪切安定性（抗剪切性)。一般而言，不含高分子添加劑（如增黏劑等)的油品，其抗剪切性都較好，而含有高分子添加劑的油品，其抗剪切性就較差。此外，基礎(chǔ)油的性質(zhì)也會(huì)影響潤(rùn)滑油的抗剪切性，由長(zhǎng)鏈分子、黏度大的基礎(chǔ)油調(diào)和的潤(rùn)滑油，其抗剪切性會(huì)較差。

 

聚α-烯烴(PAO)因其優(yōu)異的熱安定性和氧化安定性而廣泛應(yīng)用于工業(yè)用油中，特別是工業(yè)齒輪油中。由于齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)中受負(fù)荷、速度的影響，會(huì)對(duì)齒輪油有強(qiáng)烈的嚙合剪切作用，因而工業(yè)齒輪油必須具有良好的剪切安定性。有關(guān)黏度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)油品剪切安定性的影響文獻(xiàn)報(bào)道較多，而基礎(chǔ)油尤其是PAO對(duì)油品剪切性能的影響還未見報(bào)道。本文作者采用含聚合物潤(rùn)滑油剪切安定性測(cè)定法（FZG齒輪機(jī)法）對(duì)不同黏度的PAO進(jìn)行試驗(yàn)，采用石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定法、石油產(chǎn)品黏度指數(shù)計(jì)算法、潤(rùn)滑油傾點(diǎn)測(cè)定法、泡沫特性測(cè)定法、潤(rùn)滑油氧化安定性的測(cè)定（旋轉(zhuǎn)氧彈法)和四球法，分別評(píng)價(jià)了剪切對(duì)聚α-烯烴性能的影響，以期為工業(yè)齒輪油的開發(fā)積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

 

 

 

實(shí)驗(yàn)選用的PAO4、PAO10、PAO40基本理化性能見表1。

 

 

 

 

 

根據(jù) GB/T 265《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定法》測(cè)定油品的黏度；采用GB/T 3535《石油產(chǎn)品傾點(diǎn)測(cè)定法》測(cè)定油品的傾點(diǎn)；根據(jù)GB/T 3536《石油產(chǎn)品閃點(diǎn)和燃點(diǎn)的測(cè)定》測(cè)定油品的閃點(diǎn)；采用法國(guó)NOR-MORLAB公司生產(chǎn)的P643油品泡沫特性測(cè)定儀，依據(jù)GB/T 12579《潤(rùn)滑油泡沫特性測(cè)定法》測(cè)定油品的泡沫特性。

 

 

采用MRS~1J四球摩擦試驗(yàn)機(jī)依據(jù)GB/T 3142《潤(rùn)滑劑承載能力測(cè)定法（四球法）》測(cè)定油品的摩擦學(xué)性能；采用MMW-1型四球機(jī)依據(jù)SH/T 0762《潤(rùn)滑油摩擦因數(shù)測(cè)定法（四球法）》測(cè)定油品的摩擦因數(shù)。

 

 

采用SH/T 0200《含聚合物潤(rùn)滑油剪切安定性測(cè)定法（齒輪機(jī)法）》測(cè)定油品的剪切安定性。實(shí)驗(yàn)方法為：將（ 800士2)g的試樣加人到試驗(yàn)齒輪箱內(nèi)，在溫度90 ℃、載荷4 007 N、轉(zhuǎn)速(2980±20)r/ min的條件下，運(yùn)轉(zhuǎn)20 h。根據(jù)試樣在實(shí)驗(yàn)過程中受到機(jī)械剪切作用所引起的永久性黏度損失，來評(píng)價(jià)試樣的剪切安定性。測(cè)量試驗(yàn)油的試驗(yàn)前后的100 ℃黏度，根據(jù)以下公式計(jì)算試驗(yàn)油的相對(duì)黏度損失(RV) %：

 

RV=(Vsof-Veof ) / Vsof×100%

 

式中：Vsof為試驗(yàn)前油樣的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度；Veof為試驗(yàn)后油樣的100℃運(yùn)動(dòng)黏度。

 

相對(duì)黏度損失值越小表示剪切安定性越好。

 

 

采用SH/T 0193《潤(rùn)滑油氧化安定性的測(cè)定旋轉(zhuǎn)氧彈法》測(cè)定油品的氧化安定性。實(shí)驗(yàn)方法:將( 50+0.5)g試樣、5 mL水、催化劑線圈放入一個(gè)帶蓋的玻璃試樣器內(nèi),置于裝有壓力表的氧彈中。氧彈充入620 kPa壓力的氧氣，放入規(guī)定的恒溫油浴中( 150 ℃)，使其以100 r/ min的速度與水平面呈30°角軸向旋轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)達(dá)到規(guī)定的壓力降（175 kPa)所需的時(shí)間(min)即為試樣的氧化安定性。時(shí)間越長(zhǎng)表示油品的氧化安定性越好。

 

 

 

考察了FZG剪切對(duì)PAO4、PAO10、PAO40基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)、傾點(diǎn)、剪切安定性等性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

 

 

由表2可以看出：剪切對(duì)PAO4、PAO10和PAO40的100 ℃的運(yùn)動(dòng)黏度、傾點(diǎn)和閃點(diǎn)影響不大；同時(shí)，在90℃的條件下剪切20 h，PAO基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)基本保持不變，說明PAO基礎(chǔ)油具有良好的熱氧化穩(wěn)定性。不同黏度的PAO相對(duì)黏度損失RV較小，說明聚α–烯烴具有較好的剪切安定性；PAO4、PAO10和 PAO40的相對(duì)黏度損失依次減小，分別為2.8%、1.9%和1.78%，說明PAO的黏度越高，剪切安定性越好。

 

 

油品在實(shí)際使用過程中，由于受到機(jī)械振動(dòng)、攪拌等作用，會(huì)使空氣進(jìn)入到潤(rùn)滑油中形成泡沫，具有很大危害?？古萏匦允窃u(píng)定油品生成泡沫的傾向及泡沫穩(wěn)定性的指標(biāo)，基礎(chǔ)油是影響油品抗泡性能的因素之一，因此考察了剪切作用對(duì)PAO基礎(chǔ)油抗泡性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

 

 

根據(jù)表3的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：低黏度的PAO抗泡性較好；剪切后不同黏度級(jí)別的PAO基礎(chǔ)油抗泡性均有所下降，其中剪切后的PAO基礎(chǔ)油中間點(diǎn)93.5℃生成泡沫的傾向基本沒有變化，但前24℃和后24℃生成泡沫的傾向均有所增加。具體來說，PAO4基礎(chǔ)油前24℃時(shí)生成泡沫的傾向從0增加到了40 ml，后24℃時(shí)從0增加到了10 mL；PAO10基礎(chǔ)油前24℃時(shí)生成泡沫的傾向從100 mL增加到了130 mL，后24℃時(shí)從60 mL增加到了140 mL；PAO100基礎(chǔ)油前24℃時(shí)生成泡沫的傾向從150 mL增加到了250 mL，后24℃時(shí)從40mL增加到了100mL，基礎(chǔ)油的抗泡性能變差。

 

抗泡作用機(jī)制較為復(fù)雜，具有代表性的有降低部分表面張力、擴(kuò)張和滲透3種觀點(diǎn)。根據(jù)表3的數(shù)據(jù)推測(cè)，一方面，PAO在剪切過程中會(huì)受到振蕩、攪動(dòng)等作用，使空氣進(jìn)入潤(rùn)滑油中，以至形成氣泡。另一方面，基礎(chǔ)油在剪切過程中，增大了PAO與氣泡之間的氣-液界面的表面張力，具有較強(qiáng)的泡沫傾向性，形成了較多的泡沫，使PAO基礎(chǔ)油的發(fā)泡力增強(qiáng)。

 

 

為了解剪切作用對(duì)PAO基礎(chǔ)油抗氧化性能的影響，使用旋轉(zhuǎn)氧彈的方法（ 150 ℃)對(duì)剪切后PAO基礎(chǔ)油進(jìn)行了考察，評(píng)價(jià)結(jié)果見表4。

 

 

從表4可以看出：剪切沒有影響基礎(chǔ)油的色度；剪切后的PAO旋轉(zhuǎn)氧彈的時(shí)間均有所降低，表明油品的氧化安定性有所下降；隨著PAO黏度的增加，油品抗氧化性能有增強(qiáng)的趨勢(shì)，剪切后這一趨勢(shì)仍保持不變，如PAO40剪切后旋轉(zhuǎn)氧彈時(shí)間為380 min，仍然比剪切后的PAO10 ( 361 min )、PAO4 ( 335min)的時(shí)間要長(zhǎng)；PAO40的酸值與剪切前相同，均為0.01 mg/g(以 KOH計(jì)，下同)，而PAO4的酸值變化較大，從0變?yōu)榧羟泻蟮?.08 mg/g。

 

 

 

極壓抗磨性是評(píng)價(jià)油品在極端工況條件下防止或減輕金屬表面發(fā)生磨損的潤(rùn)滑能力指標(biāo)，是齒輪油最重要的性能之一。采用四球試驗(yàn)考察了剪切對(duì)不同黏度的PAO基礎(chǔ)油極壓抗磨性能的影響，評(píng)價(jià)結(jié)果見表5。

 

 

從表5可以看出：不同黏度的PAO基礎(chǔ)油的極壓抗磨性表現(xiàn)出較強(qiáng)的規(guī)律性，即隨著基礎(chǔ)油黏度的增加逐步提高，這是由于潤(rùn)滑油油膜厚度會(huì)隨著基礎(chǔ)油黏度的提高而增加，對(duì)摩擦表面的保護(hù)能力相應(yīng)地增強(qiáng)。同時(shí)，評(píng)定潤(rùn)滑油承載能力的指標(biāo)，包括代表油膜強(qiáng)度的最大無卡咬負(fù)荷PB、代表潤(rùn)滑油極限工作能力的燒結(jié)負(fù)荷PD和綜合磨損值ZMZ在PAO基礎(chǔ)油FZG剪切試驗(yàn)前后均沒有發(fā)生明顯變化，表明剪切作用對(duì)PAO基礎(chǔ)油的極壓抗磨性影響不大。

 

 

采用四球試驗(yàn)機(jī)對(duì)剪切前后的PAO基礎(chǔ)油的摩擦因數(shù)進(jìn)行了考察。圖1顯示了PAO4、PAO10和PAO40基礎(chǔ)油四球摩擦因數(shù)隨加載負(fù)荷的變化趨勢(shì)?？梢园l(fā)現(xiàn)：FZG剪切試驗(yàn)前后不同黏度PAO基礎(chǔ)油的摩擦因數(shù)隨著加載負(fù)荷變化均保持著開始時(shí)逐漸升高到最大值然后平緩下降的趨勢(shì)。PAO4、PAO10和 PAO40基礎(chǔ)油的四球摩擦因數(shù)沒有明顯差別，表明黏度不同的聚α-烯烴（PAO)摩擦學(xué)性能差別較小。

 

綜合以上分析，聚α-烯烴（PAO)基礎(chǔ)油的極壓抗磨性會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)黏度變大而增強(qiáng)，但摩擦學(xué)特性并沒有明顯變化；剪切前后這一規(guī)律沒有發(fā)生變化，剪切作用對(duì)PAO的摩擦學(xué)性能影響不大。

 

 

• 不同黏度級(jí)別聚α-烯烴（PAO)基礎(chǔ)油具有良好的熱氧化安定性和剪切安定性；剪切作用對(duì)PAO的黏度指數(shù)、傾點(diǎn)和閃點(diǎn)影響不大。

• 低黏度的聚α-烯烴（PAO)抗泡性較好，剪切后不同黏度級(jí)別的PAO基礎(chǔ)油抗泡性均有所下降。

• 隨著黏度增加，聚α-烯烴（PAO)的抗氧化性能增強(qiáng)，剪切后這一趨勢(shì)仍保持不變；剪切后的PAO氧化安定性有所下降。

• 聚α-烯烴（PAO)基礎(chǔ)油的黏度越大，其極壓抗磨性能越好，但摩擦性能沒有明顯變化；剪切作用對(duì)PAO的摩擦學(xué)性能影響不大。