合成醚型低氣味工業齒輪油的研究

趙之玉 陳斌 姬傳波 劉珍珍 鞏莉萍

卡松科技股份有限公司 山東 濟寧 272000

工業齒輪油常用于冶金、煤炭、水泥、化工等行業齒輪裝置的潤滑，主要分為閉式齒輪油和開式齒輪油兩大類。工業齒輪負荷一般在490MPa以上，雙曲線齒面負荷更高達2942MPa，為防止油膜破裂造成齒面磨損和擦傷，工業齒輪油對極壓抗磨性能要求極高，為提高工業齒輪油的極壓抗磨能力，需要在潤滑油中添加極壓抗磨劑，常見的極壓抗磨劑有硫型、硫-磷型、硫-烯烴型等，其中硫化烯烴類因其改善極壓抗磨性能優異是目前應用最為廣泛的極壓抗磨劑。含硫添加劑中的活性硫成分會產生惡臭氣體釋放到空氣中引起不適，受熱后會加速釋放。普通工業齒輪油中含有大量的活性硫成分，在生產、使用過程中往往會散發惡臭刺激性氣味，加之工業齒輪油使用環境溫度較高，空間較為封閉，更加劇了惡臭程度，長期在此條件下作業對人體健康十分不利。

低氣味工業齒輪油是工業齒輪油的發展趨勢，國內外齒輪油添加劑供應商均有不同程度的探索，形成了幾種不同種類的低氣味齒輪油復合劑，但價格相對昂貴，僅在小范圍內有所應用。研究了一種合成醚型低氣味工業齒輪油制備方法，實現了規模生產，產品成功推向市場。

1 技術標準

目前我國工業閉式齒輪油性能檢測執行標準為GB 5903-2011，該標準中規定了輕負荷工業閉式齒輪油（L-CKB）、中負荷工業閉式齒輪油（L-CKC）、重負荷工業閉式齒輪油（L-CKD）的性能指標要求，適用于以深度精制礦物油或合成餾分為基礎油，加入添加劑調制而成的工業閉式齒輪油。合成醚型齒輪油因其特殊的性能指標要求，并不完全適用于該標準，在現有的齒輪油標準體系中，合成醚型齒輪油性能檢測標準仍以企業標準為主，因此我司參考現有的齒輪油標準，結合市場對合成醚齒輪油需求情況以及合成醚齒輪油未來發展走向，制定了相應的企業標準。

2 氣味等級評定

2.1 氣味評價等級

氣味程度由氣味等級評定決定，為準確衡量工業齒輪油氣味程度，參照汽車氣味評定方法制定工業齒輪油氣味評定標準，根據潤滑油有無異味以及異味刺激性程度將氣味等級分為5級，見表1。

表1 工業齒輪油氣味評價等級

2.2 人員要求

氣味等級評價由檢測員完成，檢測員要求如下：選至少5名人員進行氣味評測實驗，要求年齡在18～35周歲，無嗅覺方面疾病的健康男性或女性[1]，無吸煙史。

2.3 實驗方案

氣體的擴散速度與溫度有關，溫度越高氣體擴散速率越快，氣味越明顯，因此通常工業齒輪油開口閃點實驗中常聞到惡臭氣體。為評價工業齒輪油的氣味等級，需設計一種氣味等級評價方法，具體為：將5份100g待測油樣分別放入1000mL具塞廣口瓶中，調節恒溫箱至60℃（工業齒輪油的生產調和溫度約為40～60℃），將盛有待測樣品的具塞廣口瓶置于恒溫箱中，保持恒溫60℃，24h后進行由評價人員進行氣味等級打分評價。氣味評價實驗應在密閉不通風的室內進行，辨識人員逐個進入房間后，打開廣口瓶塞子，在距離瓶口0.5m正上方辨識氣味，辨識時長不低于10S，辨識結束后重新密封廣口瓶。在下一位辨識人員入場前需對房間充分通風，確保無異味，并更換盛有待測樣品的廣口瓶。在全體辨識人員完成工作前，辨識人員之間不得交流，辨識時間以上午較好，上午人體感覺相對較為靈敏[2]。

對同一樣品，氣味評定等級差超過兩級的，需要重新更換5人小組進行重新辨別；去掉氣味評定等級中的最高等級和最低等級，其余結果做算術平均值，作為最終結果。

表2表示了常見閉式礦物型齒輪油（新油）的氣味評定結果匯總，評定等級為3.5級。

表2 常見礦物型齒輪油（新油）的氣味評定結果

使用一年后的齒輪油氣味評定等級均為6級，部分辨識人員在辨識過程中感到惡心、有嘔吐感。 綜上可以看出普通工業閉式齒輪油（新油）在溫度較高的情況下，散發較重的刺激性氣味；使用一年后的工業齒輪油，在較高溫度下散發刺激性氣味更難以讓人忍受，長時間處于這種作業條件下對身心健康是一種損害。

3 基礎油的選擇

聚醚液體具有許多優良的性能，其中包括良好的潤滑性能，高閃點和高黏度指數，低揮發度和低傾點，對金屬和橡膠的腐蝕作用很小，在高溫下使用，所生成的氧化產物完全溶解于液體中，或者完全揮發掉，設備中不留沉積物。

涉及的環保低氣味齒輪油基礎油原料主要來源于聚醚基礎油。在確定了聚醚液體符合預期基礎油指標后，為進一步強化基礎油體系潤滑性，嘗試在聚醚液體中加入一定量的合成酯，但配方樣品靜置七天后，留樣出現微渾，留樣表現出現較小的油花，隨著留樣時長的增加，留樣外觀渾濁度逐漸增加，表面油花逐漸擴大，直至連成片。將外觀渾濁的留樣，重新加熱攪拌留樣會恢復清澈透明。說明該酯類物質在聚醚液體中溶解性非常差，該聚醚基礎油體系中不適宜加入酯類物質，因此基礎油體系中僅含聚醚液體。

4 添加劑的選擇

4.1 復合劑的選擇

現代高級齒輪油很多都是將硫系添加劑和磷系添加劑進行合理的復配來改善性能。其中硫化異丁烯的硫（包括活性硫）含量高，是常用的抗磨極壓劑。但活性硫的腐蝕性強，增加齒輪油的刺激性氣味，是齒輪油產生刺鼻性氣味的主要原因。因此在極壓抗磨劑的選擇上優選一種低硫份的硫-磷系添加劑作為主要的齒輪油復合劑使用，該極壓抗磨劑硫含量約為5.3%，磷含量約為8%。

常見的工業閉式齒輪油復合劑因確保具有足夠的極壓能力，往往添加有大量的硫份，以某國外進口品牌的高效齒輪油復合劑為例，該復合劑中磷含量為0.5%，硫含量高達23%，同等加劑量下是添加劑硫含量的4～5倍，且在實際添加過程中該國外進口高效齒輪油加劑量與所選添加劑加劑量相差不大。依托聚醚基礎油自身較好的抗磨潤滑性，選用低硫份復合型添加劑，依然能起到較好的極壓抗磨效果。但極壓抗磨性能仍有進一步提升空間。

4.2 消泡劑選擇

在聚醚工業齒輪油的研制過程中，嘗試用消泡劑A+消泡劑B的組合方式強化產品消泡性能，具體方式為在聚醚基礎油中添加15×10-6的消泡劑A，同時添加50×10-6的消泡劑B，在實驗室條件下加熱攪拌溶解可以得到無色澄清透明液體，室溫靜置觀察一周后，樣品出現渾濁現象且隨時間的推移渾濁現象會越發明顯，說明至少有一種消泡劑在該體系中溶解性較差。為探究不同消泡劑的溶解性，在聚醚基礎油中分別加入含硅消泡劑A、非硅消泡劑B以及消泡劑A+B的組合物，同步置于室溫觀察穩定性，一周后三種方案穩定性表現出較大差異，結果見表3。

表3 不同消泡劑在聚醚基礎油中的穩定性情況

含硅消泡劑A和消泡劑A+B組合物，在穩定性觀察期間現象表現一致，可以得出稀釋劑為脂肪烴或芳香烴類溶劑的含硅消泡劑在聚醚基礎油體系中溶解穩定性較差，所以聚醚基礎油中可以使用稀釋劑為40%的丙烯酸聚合物在石油溶劑中的溶液的非硅類消泡劑。

4.3 補強劑選擇

工業齒輪油產品對極壓抗磨性能要求較高，GB/T5903—2011工業閉式齒輪油標準中要求L-CKD系列產品燒結負荷（PD）不小于2450N。為進一步提高合成醚型工業齒輪油的極壓性能，在配方設計過程中聚醚基礎油體系除添加一定量的復合劑外，還需添加一定量的極壓抗磨劑，選取一種二羥基二硫代磷酸鹽衍生物作為極壓抗磨性能補強劑，該補強劑含有較高的硫含量，為降低該補強劑對氣味的影響，實驗中該補強劑的添加量控制在不超過300×10-6。此外，涉及的方案中還添加有含量為0.2%～1%的抗氧劑，以防齒輪油在高溫作用下加速氧化。

5 產品典型指標

在聚醚基礎油體系中加入一定量的磷系齒輪油復合劑配合高效補強劑可以得到一款環保低氣味工業齒輪油，其主要技術指標見表4。

表4 320#環保低氣味工業齒輪油典型指標

6 結束語

聚醚基礎油是一種環保易分解材料，在高溫作業環境下表現出易揮發、無殘留等性能，是一種理想的環保型潤滑油基礎油原料，在聚醚基礎油中添加非硫齒輪油復合劑以及補強劑，得到的一種環保低氣味工業齒輪油可以廣泛用于采用循環式或者飛濺式潤滑方式的各類封閉齒輪箱，目前產品已在部分客戶中試用，效果良好。