合成高温链条油的研制.pdf

合 成 润 滑 材 料SYNTHETIC LUBRICANTS2023年第50卷第2期0引言链条传动是常见的传动结构，为了保证链条传动的平稳性，需要使用链条油以保证其链节间灵活转动。链式输送机应用在多个领域：纺织印染行业的热定型机、印花定型机；塑料薄膜行业的拉伸拉幅机；板材加工行业的连续热压机；金属装饰、家具和汽车行业的高温烤漆烘房链条传送系统等。由于多数链式输送机的工作环境都处于高温，要求链条油应具有优异的耐高温特性、渗透能力和润滑性能。耐高温特性主要用高温抗结焦能力和高温蒸发损失表征，良好的高温抗结焦能力可以减少结焦量，延长清焦周期；良好的高温稳定性可以减小高温蒸发量、降低油耗且避免滴油污染；良好的渗透性保证油品能通过间隙渗透至套筒与销轴、滚子与套筒间的摩擦面；润滑性能优良可确保链条在滑轨上平稳运行1。烤漆是油漆涂料的一个种类，广泛用于汽车、机械、五金及家具等行业的工件表面喷漆、高温作业，其中用于汽车行业的烤漆高温链条油占有重要市场份额。据初步统计，汽车制造行业的高温涂装生产线大约有250条，预估汽车涂装线的高温链条油年均需求量不低于1000 t。由于环保要求越来越严苛，80%以上的整车厂开始使用电泳涂装工艺。汽车电泳涂装工艺主要有三大工序：涂装前处理，电泳成膜及干燥固化。涂装前处理包括除油，除锈，磷化，水洗及烘干；电泳成膜包括电泳，电沉积，电渗及电解四个过程；后处理包括水洗和干燥固化。若悬挂输送链上的链条油滴落至电泳槽内不溶解，会对电泳漆表面造成缩孔；此外，车身进入高温烘房烘烤时，链条油在高温时会有一定量的挥发，若所用链条油表面张力低于电泳漆的表面张力，导致电泳漆不能浸润被链条油沾染的区域，致使漆膜局部收缩，也会引起缩孔，需要后道工序对产生缩孔部位进行打磨和修补，不仅增加了工作量和返修成本，而且打磨对电泳漆膜的破坏会极大地降低该部位的防腐能力，从而带来车身早期锈蚀的隐患。因此，良好的水性漆相容性是用于烤漆涂装等行业的高温链条油最关键的性能，只有与电泳漆、中涂漆和面漆有良好的相容性，才能避免出现相关的缩孔缺陷，降低返工和重新涂装的成本2。综上，涂装行业的烤漆输送链条设备要求高温链条油具备良好的耐高温特性、润滑性能以及与水性漆的相容性。在降本增效的国产化需求下，开发自主技术的聚醚型高温链条油对我国汽车行业涂装输送设备的配套与升级具有重要意义。1高温链条油的研制1.1基础油的选择聚醚又称聚亚烷基二醇，是以环氧乙烷（EO）、环氧丙烷（PO）、环氧丁烷（BO）或四氢呋喃（THF）等为原料，通过开环均聚或共聚制备成主链中含有醚键结构的线型聚合物，主要分为油溶性聚醚（OSP）、水溶性聚醚（WSP）及水不溶性聚醚（WIP），收稿日期：2023-03-06著者简介：谭艳君（女），硕士，助理工程师，现主要从事聚醚润滑油的研究，已公开发表论文4篇。DOI：10.3969/j.issn.1672-4364.2023.02.010推荐引用格式：谭艳君.合成高温链条油的研制 J.合成润滑材料，2023，50（2）：39-42.合成高温链条油的研制谭艳君（中国石化润滑油有限公司西南分公司，重庆 400039）摘要：汽车行业的烤漆高温链条油占有重要市场份额，开发自主技术的聚醚高温链条油对我国汽车行业涂装输送设备的配套与升级具有重要意义。研制的高温链条油由水溶性聚醚（WSP），4.0%的复合抗氧剂（1.0%受阻酚+2.0%烷基苯胺+1.0%硫化苯胺），1.0%的磷酸烷基苯酯抗磨剂及0.6%的复合防锈剂（0.1%烃基肌氨酸+0.5%咪唑衍生物）组成，其具有良好的抗结焦性能，高温稳定性，高温（150）润滑性能和渗透能力，与电泳漆有良好的相容性，性能达到或超过了同类进口油的水平。（图2表11参考文献5）关键词：水溶性聚醚 抗结焦性能 电泳漆相容性中图分类号：TE 666文献标志码：A文章编号：1672-4364（2023）02-0039-0439合 成 润 滑 材 料SYNTHETIC LUBRICANTS2023年第50卷第2期不同类型聚醚的性能对比见表13-4。表1不同类型聚醚的性能对比项目黏温特性高温稳定性抗结焦性能摩擦因数油溶性聚醚+水溶性聚醚+水不溶性聚醚+注：+表示很好，+表示好，+表示适中。根据表1的对比结果，发现在烤漆高温链条油的相关特性方面，水溶性聚醚（WSP）较其它两类聚醚更好，其黏温特性，高温稳定性和润滑性能更佳。除此之外，烤漆高温链条油更关键的性能是与电泳漆的相容性，油品与漆的表面张力越接近，两者的相容性越好。根据文献资料，了解到与链条油相关的漆膜缩孔是由于油品表面张力低于电泳漆的表面张力，故需选择表面张力较大的聚醚基础油。为此，考察了相同黏度牌号的不同类型聚醚的表面张力，见表2。根据表2的考察结果，可以明确水溶性聚醚较其它两类聚醚的表面张力更大，与电泳漆的相容性会更好，能够与大多数电泳漆涂层和水基涂料相容，不会造成烤漆表面鱼眼、缩孔，也不会在烤漆面产生色差，对烤漆附着力无不良影响，由此选择水溶性聚醚（WSP）作为高温链条油的基础油。1.2添加剂的筛选高温链条油在高温、高湿度的环境下使用，要求链条油具有低的蒸发损失、优异的抗结焦性能、良好的润滑性能和防锈抗腐蚀性能，为保证研制链条油适宜于高温、高湿工况，对抗氧剂，抗磨剂和防锈剂进行了考察和筛选。1.2.1抗氧剂水溶性聚醚的高温抗氧化能力较差，随着温度升高和时间延长，生成结焦的倾向会增加5。为提高链条油的高温抗结焦性能和降低高温蒸发损失，通过对起始氧化温度（IOT），蒸发损失和结焦量的考察，对高温抗氧剂进行了筛选，见表3。表3抗氧剂的考察抗氧剂1.0%受阻酚+2.5%萘胺1.0%受阻酚+2.5%烷基苯胺1.0%受阻酚+2.0%萘胺+1.0%硫化苯胺1.0%受阻酚+2.0%烷基苯胺+1.0%硫化苯胺起始氧化温度/240249245251蒸发损失（220，1 h），%71.46.3465.22.65结焦量（220，6 h），%0.600.480.700.61根据表3的考察结果，虽然1.0%受阻酚+2.0%烷基苯胺+1.0%硫化苯胺组成的复合抗氧剂的结焦量略高，但起始氧化温度最高，蒸发损失最低，选择 4.0%的复合抗氧剂（1.0%受阻酚+2.0%烷基苯胺+1.0%硫化苯胺）为研制高温链条油的抗氧剂。1.2.2抗磨剂为减少链条间的磨损，保证链条运行顺畅，要求链条油具备良好的高温润滑性，而油品在高温下的油膜厚度极低，故需添加抗磨剂以提高链条油的高温抗磨损性能，对抗磨剂的考察结果见表4。表4抗磨剂的考察1）抗磨剂磷酸烷基苯酯抗磨剂硫代磷酸盐抗磨剂磨斑直径2）/mm0.360.31最大无卡咬负荷3）/N13051370烧结负荷4）/N15701570结焦量（220，6 h），%0.711.46注：1）抗磨剂添加量均为1.0%；2）试验条件392 N，150，1500 r/min，60 min；3）及4）试验条件150，1500 r/min。根据表4的考察结果，虽然磷酸烷基苯酯的抗磨损性能略逊于硫代磷酸盐，但其抗结焦性能优于硫代磷酸盐，根据实际需求，选择了1.0%的磷酸烷基苯酯抗磨剂作为高温链条油的抗磨剂。1.2.3防锈剂由于汽车工件在高温烘房干燥时会产生大量的水蒸气，高温链条油受到水侵蚀后容易对输送链条造成腐蚀，因此要求研制的高温链条油应具备良好的防锈性。聚醚的防锈性较差，而水溶性聚醚的防锈性比其他聚醚更差，这是由于水溶性聚醚的极性较强，更易吸附在金属表面，从而使防锈剂很难吸附到金属表面形成完整且紧密的吸附膜。选用了不同的防锈剂进行了考察（GB/T11143方法），表2不同类型聚醚的表面张力项目表面张力/（mNm-1）油溶性聚醚28.4水溶性聚醚34.1水不溶性聚醚29.6402023年第50卷第2期结果见表5。表5防锈剂的考察项目0.6%烯基丁二酸0.5%烯基丁二酸+0.1%咪唑衍生物0.6%咪唑衍生物0.1%烃基肌氨酸+0.5%咪唑衍生物结果（蒸馏水，24 h）重度锈蚀中度锈蚀轻度锈蚀无锈蚀从表5的考察中可以看出，0.1%烃基肌氨酸+0.5%咪唑衍生物组成的复合防锈剂具有良好的防锈效果，能够满足高温链条油的防锈要求。1.3高温链条油的组成通过前面的考察与筛选，研制的高温链条油由水溶性聚醚（WSP），4.0%的复合抗氧剂（1.0%受阻酚+2.0%烷基苯胺+1.0%硫化苯胺），1.0%的磷酸烷基苯酯抗磨剂及0.6%的复合防锈剂（0.1%烃基肌氨酸+0.5%咪唑衍生物）组成。2高温链条油的性能评价对研制的高温链条油的理化性能，抗结焦性能，高温稳定性，高温润滑性能，渗透能力及与电泳漆的相容性等进行了评价，并与同类进口油进行了对比。2.1理化性能研制的高温链条油的理化性能评价结果及与进口油的对比见表6。表6研制的高温链条油的理化性能及与进口油的对比项目40 运动黏度/（mm2s-1）100 运动黏度/（mm2s-1）黏度指数酸值/（mgg-1）闪点（开口）/倾点/液相锈蚀（蒸馏水，24 h）机械杂质，%研制油23039.52250.45282-38无锈蚀0进口油22538.62230.62280-38无锈蚀0从表6中可以看出，研制的聚醚高温链条油的理化性能与进口油相当。2.2抗结焦性能抗结焦性能是高温链条油最重要的技术指标之一。按照自建的皿式结焦试验方法，称取0.2 g的油样于钢皿中，将钢皿放置在220 的鼓风烘箱中恒温6 h后评价油品的结焦量及外观，依次见表7和图1。表7抗结焦性能评价结果项目结焦量（220，6 h），%研制油1.54进口油1.85图1结焦外观从表7和图1中可以看到，研制油的结焦量略低于进口油，且结焦外观均呈浅棕色，说明研制油的抗结焦性能略优于进口油。2.3高温稳定性高温稳定性（高温蒸发损失）是评价高温链条油使用性能的重要指标，良好的高温稳定性可以减少油耗及对漆膜的污染，评价结果见表8。表8高温蒸发评价结果项目蒸发损失（220，1 h），%蒸发损失（220，2 h），%研制油2.6415.56进口油4.5216.10从表8的评价结果中可以看到，研制油的高温稳定性优于进口油。同时用热重分析方法（TGA）对研制油和进口油的高温稳定性进行了对比评价，结果见图2。图2研制油和进口油的热失重曲线对比从图2的热失重曲线中可以看到，研制油和进口油的热分解温度十分接近，说明研制油与进口油的高温稳定性相当。2.4高温润滑性能烤漆烘房的温度较高，要求链条油在高温环境下具备良好的润滑性能，为此在150 温度下评价了研制油的高温润滑性能，见表9。表9高温润滑性能评价结果项目最大无卡咬负荷1）/N烧结负荷2）/N磨斑直径3）/mm研制油157019620.33进口油157019620.35注：1）及2）试验条件150，1200 r/min；3）试验条件392 N，150，1200 r/min，60 min。谭艳君.合成高温链条油的研制41合 成 润 滑 材 料SYNTHETIC LUBRICANTS2023年第50卷第2期从表9的数据中可以看出，研制油的高温（150）润滑性能和抗磨损性能均与进口油相当。2.5渗透能力渗透能力是链条油的重要指标之一，为能使链条油渗透至套筒和轴销间隙等润滑部位，要求其具备良好的渗透能力。油品的润湿性能与渗透能力呈正相关，而润湿性能又与油品的表面张力相关，故可通过测定油品的表面张力来衡量油品的渗透能力。对固液两相，油品的表面张力越小，接触角越小，润湿性能越好，渗透能力也就越好，评价结果见表10。表10渗透能力评价结果项目平均表面张力/（mNm-1）研制油34.7进口油34.5从表10的评价结果中可以看到，研制油和进口油的表面张力十分接近，两者的渗透能力相当。2.6与电泳漆的相容性与电泳漆的相容性是高温链条油最关键的指标之一，因为输送系统中的链条油与电泳漆直接或间接接触，容易使电泳涂膜产生缩孔。在电泳槽中注入电泳漆及链条油试样，搅拌均匀，将阳极板，标准磷化板插入电泳槽中通电进行电泳，电泳完成后取出电泳过的标准磷化板，用水冲去表面残留的电泳漆，沥干表面水分，放入烘箱中在规定的温度下进行烘烤，烘烤一定的时间后取出标准磷化板，观察表面电泳漆是否有缩孔，试验结果见表11。从表11的评价结果中可以看到，研制油和进口油均与电泳漆有较好的相容性，都没有出现明显的不可接受的缩孔。3结束语（1）研制的高温链条油由水溶性聚醚（WSP），4.0%的复合抗氧剂（1.0%受阻酚+2.0%烷基苯胺+1.0%硫化苯胺），1.0%的磷酸烷基苯酯抗磨剂及0.6%的复合防锈剂（0.1%烃基肌氨酸+0.5%咪唑衍生物）组成。（2）研制的高温链条油具有良好的抗结焦性能，高温稳定性，高温（150）润滑性能和渗透能力，与电泳漆有良好的相容性。（3）研制的高温链条油的性能达到或超过了进口油的水平。参考文献：1 王金波，曾玉芬，杜守琴，等.一种混合基础油高温链条油组合物：CN101812358A P.2010-08-25.2 魏芳仕，汪小龙.汽车烤漆专用高温链条油及其制备方法：CN102618363A P.2012-08-01.3 KUSSI S.Chemical，physical and technological propertiesofpolyethersassyntheticlubricantsJ.JournalofSynthetic Lubrication，1985，2（1）：63-84.4 程亮.聚亚烷基二醇结构与性能的关系概述 J.润滑油，2014（4）：8-12.5杨睿，杜斌，张志凌，等.润滑油结焦行为的实验室评价 J .石油学报（石油加工），2013（5）：813-817.Development of Synthetic Elevated Temperature Chain OilTan Yanjun（Southwest Branch of Sinopec Lubricant Co.，Ltd.，Chongqing 400039，China）Abstract：Paint baking elevated temperature chain oil in the automobile industry occupied an importantmarket share.The development of polyether elevated temperature chain oil with independent technology was ofgreat significance to the matching and upgrading of coating and conveying equipment in the automobile industryof China.The developed elevated temperature chain oil was composed of water-soluble polyether（WSP），4.0%complex antioxidant（1.0%hindered phenol+2.0%alkyl aniline+1.0%sulfurized aniline），1.0%alkyl phenylphosphate antiwear additive and 0.6%complex antirust additive（0.1%hydrocarbon radical sarcosine+0.5%imidazole derivative）.It had good anti-coking performance，elevated temperature stability，elevated temperature（150）lubrication performance and permeability.It had good compatibility with electrophoretic paint，and itsperformance reached or exceeded the level of similar imported oil.（Charts2 Tables11 References5）Keywords：water-soluble polyether；anti-coking performance；electrophoretic paint compatibility表11与电泳漆的相容性评价结果项目平均缩孔密度/（个 cm-2）研制油0.01进口油0.02注：平均缩孔密度1良好，13一般，3不合格。42