460號油膜軸承油抗氧化性能的優化研究

李興陽，揭斌華，鄒小蕓，龍宇臻，王鵬

(1.華南理工大學化學與化工學院，廣東 廣州 510630;2.中國石化潤滑油有限公司茂名分公司，廣東 茂名 525011)

0 引言

作為軋機的“心臟”，油膜軸承承受著高速、大轉矩的負荷，且工作環境惡劣，在冷水飛濺、高溫的條件下工作，外來污染(氧氣、水等)不可避免地進入潤滑系統使油膜軸承油氧化變質，直接影響油膜的形成，甚至損壞軸承，因此，作為油膜軸承安全運行“血液”的油膜軸承油，其潤滑性能將會直接影響整個軋機機組的正常運轉和使用壽命[1]。同時，隨著高速線材軋機向高速、高精度、重載、連續、自動化的方向不斷發展，對油膜軸承油的抗氧化、抗乳化性能也提出了更高的要求[2-3]。

油膜軸承油在金屬氧化物催化、高溫等條件下發生氧化是油品劣化變質的原因之一，氧化產生的極性物質會造成油品潤滑性能、防銹性能、抗泡性能、破乳化性能下降，導致軸承潤滑狀態惡化，進而造成軸承磨損；油品氧化變質產生酸性物質，還將對軸承、齒輪等傳動部件造成腐蝕[4]。因此，要求油膜軸承油具有優異的抗氧化性能，一般要求油膜軸承油的旋轉氧彈(150 ℃)試驗的氧化誘導期指標不小于200 min[5]。

多年生產實踐統計，460號油膜軸承油產品的一次調成合格率較低，其中旋轉氧彈(150 ℃)試驗的氧化誘導期經常遇到卡邊或不合格的現象，初步判斷原因主要有：(1)煉廠為節能降本，開展生產工藝優化，工藝變化對基礎油的精制深度有一定的影響，進而影響基礎油的氧化安定性能。(2)基礎油成分復雜，采用傳統的二叔丁基對甲酚抗氧劑或二苯胺抗氧劑對氧化誘導期改善效果不明顯，且當加入量超過一定量后，隨著抗氧劑的加入，氧化誘導期反而下降。(3)為改善油膜軸承油的防銹性能，在油品中加入金屬鈍化劑，而氧化誘導期易受到金屬鈍化劑的干擾影響。

本文通過考察基礎油、抗氧劑對460號油膜軸承油抗氧化性能的影響，對460號油膜軸承油配方進行優化，以提高油膜軸承油的抗氧化性能，延長油膜軸承油的使用壽命，同時，用于指導油膜軸承油的生產。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

本實驗所采用的原料見表1所示。

表1 主要原料

表1(續)

1.2 實驗儀器

本實驗所采用的實驗儀器見表2所示。

表2 主要實驗儀器

1.3 基礎油的性質

本實驗所采用基礎油的主要理化數據如表3所示。

表3 基礎油的主要理化性質

1.4 實驗內容

參照SH/T 0193-2008《潤滑油氧化安定性的測定 旋轉氧彈法》[6]，將460號油膜軸承油、水和銅催化劑線圈放入盛樣器中，置于充入620 kPa壓力氧氣的氧彈，放入150 ℃恒溫油浴，以100 r/min 的速度與水平面成30°角軸向旋轉，試驗達到壓力降為175 kPa時所需的時間，即表征油膜軸承油的氧化安定性。實驗內容如下：

(1)分別在150BS光亮油-1、150BS光亮油-2、150BS光亮油-3、150BS光亮油-4、150BS光亮油-5中加入0.75%油膜軸承油復合劑、0.8%酚型抗氧劑F3制備得到460號油膜軸承油，考察不同基礎油對油膜軸承油抗氧化性能的影響。

(2)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜軸承油復合劑，分別添加0.8%胺型抗氧劑A1、A2、A3、A4，考察不同胺型抗氧劑對460號油膜軸承油抗氧化性能的影響。

(3)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜軸承油復合劑，分別添加0.8%酚型抗氧劑F1、F2、F3，考察不同酚型抗氧劑對460號油膜軸承油抗氧化性能的影響。

(4)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜軸承油復合劑，且添加0.8%酚型F1與胺型A3復配抗氧劑，分別考察在復配比3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3下的460號油膜軸承油的抗氧化性能。

(5)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜軸承油復合劑，且添加0.8%酚型F3與胺型A4復配抗氧劑，分別考察在復配比3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3下的460號油膜軸承油的抗氧化性能。

(6)以酚型F3∶胺型A4的復配比為2∶1制備復配抗氧劑，加入150BS光亮油-5中，且添加0.75%油膜軸承油復合劑，考察復配抗氧劑的加入量對460號油膜軸承油的抗氧化性能的影響。

(7)在150BS光亮油-5中加入0.75%油膜軸承油復合劑，且添加0.8%酚型F3∶胺型A4為2∶1的復配抗氧劑，制備得到460號油膜軸承油，并與油膜軸承油的質量要求、優化前的油膜軸承油理化性質進行對比。

2 實驗結果與討論

2.1 基礎油對抗氧化性能的影響

不同基礎油對油膜軸承油抗氧化性能的考察結果見圖1所示。

圖1 不同基礎油對抗氧化性能的影響

從圖1不同基礎油制備的460號油膜軸承油的抗氧化性能來看，不同的150BS光亮油對抗氧劑的感受性存在差異，其中150BS光亮油-5制備的460號油膜軸承油抗氧化性能最佳，旋轉氧彈試驗的氧化誘導期為1290 min，而150BS光亮油-1制備的460號油膜軸承油抗氧化性能最差，氧化誘導期為394 min，這是由于不同的150BS光亮油的氧化安定性與結構組成密切相關[7]，且從表3基礎油的理化數據可看出，150BS光亮油-5的飽和烴含量、黏度指數最高，而飽和烴含量越高，抗氧化性能更優異[8]。

2.2 抗氧劑類型對抗氧化性能的影響

基礎油在熱、氧、金屬催化作用下氧化產生自由基，這些自由基進一步與烴反應生成醇、醛、酮和水等物質，而隨著抗氧劑的加入，抗氧劑與自由基發生反應，從而抑制基礎油的進一步氧化反應。目前，常用的抗氧劑主要有胺型抗氧劑和酚型抗氧劑[9-10]。

2.2.1 胺型抗氧劑對氧化性能的影響

不同胺型抗氧劑對抗氧化性能的影響考察結果見圖2所示。

圖2 胺型抗氧劑對抗氧化性能的影響

從圖2不同胺型抗氧劑對460號油膜軸承油的抗氧化性能的影響來看，加入胺型抗氧劑后，油膜軸承油的氧化誘導期指標改善不明顯，這可能是由于150BS光亮油-5在氧化過程中生成的酸性物質較少，胺型抗氧劑的抑制效果不明顯。而加入A2抗氧劑的油膜軸承油旋轉氧彈僅為14 min，可能是由于A2抗氧劑與油膜軸承油復合劑中的金屬鈍化劑在金屬表面產生競爭吸附作用，從而影響了油膜軸承油的抗氧化性能[11]。

2.2.2 酚型抗氧劑對抗氧化性能的影響

不同酚型抗氧劑對抗氧化性能的影響考察結果如圖3所示。

圖3 酚型抗氧劑對抗氧化性能的影響

從圖3可知，不同的酚型抗氧劑對460號油膜軸承油抗氧化性能的改善情況不同，其中加入F3抗氧劑的油膜軸承油氧化誘導期指標最好，說明F3抗氧劑對中斷自由基鏈反應效果更好。

2.3 抗氧劑復配對抗氧化性能的影響

酚型抗氧劑與胺型抗氧劑具有協同作用，兩類抗氧劑復配使用既有強的捕獲自由基的能力，又能生成更穩定的自由基，從而中斷鏈反應的進行，抑制油品的氧化[12-13]。

2.3.1 酚型F1與胺型A3抗氧劑復配對抗氧化性能的影響

酚型F1與胺型A3抗氧劑復配對抗氧化性能的影響考察結果見圖4所示。

圖4 酚型F1與胺型A3抗氧劑復配對抗氧化性能的影響

由圖4可知，酚型F1與胺型A3的復配抗氧劑在3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3不同的復配比下的抗氧化效果均優于單一F1抗氧劑、A3抗氧劑[14]，但在不同復配比下制備的油膜軸承油的氧化誘導期相差不大，在復配比為1∶1時略優。

2.3.2 酚型F3與胺型A4抗氧劑復配對抗氧化性能的影響

酚型F3與胺型A4抗氧劑復配對抗氧化性能的影響考察結果見圖5所示。

圖5 酚型F3與胺型A4抗氧劑復配對抗氧化性能的影響

由圖5可知，酚型F3與胺型A4的復配抗氧劑在3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3不同的復配比下的抗氧化效果不同，在復配比為2∶1時協同效果最佳，能夠有效地提高油品的抗氧化性能[15]，制備的油膜軸承油氧化誘導期為1588 min。

2.4 復配抗氧劑加入量對抗氧化性能的影響

復配抗氧劑的加入量對抗氧化性能的影響考察結果見圖6所示。

圖6 復配抗氧劑加入量對抗氧化性能的影響

從圖6復配抗氧劑的加入量對油膜軸承油抗氧化性能的影響來看，隨著抗氧劑加入量的增加，旋轉氧彈先迅速增加，后增加趨勢變緩。在加入量為0.8%時，氧化誘導期為1588 min，遠高于指標要求，考慮到抗氧劑的成本較高，因此，在實際生產中的實際加入量為0.8%。

2.5 油膜軸承油的性能分析

460油膜軸承油優化前后性能指標分析結果見表4。

表4 優化后的460號油膜軸承油

從表4可知，優化后的460號油膜軸承油的旋轉氧彈試驗的氧化誘導期較優化前有大幅提高，同時，由于使用飽和烴含量更高的基礎油，優化后的油膜軸承油破乳化性能也得到一定的改善。

3 結論

以150BS光亮油-5為基礎油，加入0.75%油膜軸承油復合劑、0.8%酚型F3∶胺型A4為2∶1的復配抗氧劑，制備的460號油膜軸承油旋轉氧彈試驗的氧化誘導期為1588 min，遠高于指標要求，且較優化前有大幅提高，同時破乳化性能也得到一定的改善。