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润滑油基础油分类简介

润滑油基础油分类简介
国外各大石油公司过去曾经根据原油的性质和加工工艺把基础油分为石蜡基基础油、中间基基础油、环烷基基础油等。20世纪80年代以来,以发动机油的发展为先导,润滑油趋向低黏度、多级化、通用化,对基础油的黏度指数提出了更高的要求,原来的基础油分类方法已不能适应这一变化趋势。因此,国外各大石油公司目前一般根据黏度指数的大小分类,但一直以来没有严格的标准。API于1993年将基础油分为五类(API-1509),并将其并如EOLCS(API发动机油发照认证系统)中,其分类方法见表-1。
I类基础油通常是由传统的“老三套”工艺生产制得,从生产工艺来看,I类基础油的生产过程基本以物理过程为主,不改变烃类结构,生产的基础油质量取决于原料中理想组分的含量和性质。因此,该类基础油在性能上受到限制。
II类基础油是通过组合工艺(溶剂工艺和加氢工艺结合)制得,工艺主要以化学过程为主,不受原料限制,可以改变原来的烃类结构。因而II类基础油杂质少(芳烃含量小于10%),饱和烃含量高,热安定性和抗氧性好,低温和烟炱分散性能均优于I类基础油。III类基础油是用全加氢工艺制得,与II类基础油相比,属高黏度指数的加氢基础油,又称作非常规基础油(UCBO)。III类基础油在性能上远远超过I类基础油和II类基础油,尤其是具有很高的黏度指数和很低的挥发性。某些III类油的性能可与聚α-烯烃(PAO)相媲美,其价格却比合成油便宜得多。?IV类基础油指的是聚α-烯烃(PAO)合成油。常用的生产方法有石蜡分解法和乙烯聚合法。PAO依聚合度不同可分为低聚合度、中聚合度、高聚合度,分别用来调制不同的油品。这类基础油与矿物油相比,无S、P和金属,由于不含蜡,所以倾点极低,通常在-40℃以下,黏度指数一般超过140。但PAO边界润滑性差。另外,由于它本身的极性小,对溶解极性添加剂的能力差,且对橡胶密封有一定的收缩性,但这些问题都可通过添加一定量的酯类得以客服。? 除I~IV类基础油之外的其他合成油(合成烃类、酯类、硅油等)、植物油、再生基础油等统称V类基础油。
21世纪对润滑油基础油的技术要求主要有:热氧化安定性好、低挥发性、高黏度指数、低硫/无硫、低黏度、环境友好。传统的“老三套”工艺生产的I类润滑油基础油已不能满足未来润滑油的这种要求,加氢法生产的II或III类基础油将成为市场主流。
我国润滑油基础油标准建立于1983年,为适应调制高档润滑油的需要,1995年对原标准进行了修订,执行润滑油基础油分类方法和规格标QSHR 001-95,详见表-2。这种分类方法与国际上的分类有着本质上的区别。
该标准按黏度指数把基础油分为低黏度指数(LVI)、中黏度指数(MVI)、高黏度指数(HVI)、很高黏度指数(VHVI)、超高黏度指数(UHVI)基础油5档。按使用范围,把基础油分为通用基础油和专用基础油。专用基础油又分为适用于多级发动机油、低温液压油和液力传动液等产品的低凝基础油(代号后加W)和适用于汽轮机油、极压工业齿轮油等产品的深度精制基础油(代号后加S)。其中HVI油和VI80的MVI油都属于国际分类的I类基础油;而VI80的MVI基础油和LVI基础油根本不入类;VHVI、UHVI按国际分类为II类和III类基础油,但在硫含量和饱和烃方面都没有明确的规定。? 矿物基础油是由石油的高沸点、高相对分子质量烃类和非烃类的混合物经一系列加工而得,主要由烷烃、环烷烃、芳烃、环烷芳烃,以及含氧、含氮、含硫有机化合物和胶质、沥青质等非烃化合物组成,几乎没有烯烃。对馏分润滑油料而言,其烃类碳数分布约为C20~C40;沸点范围约为350~535℃;相对分子质量在250~1000或个别更高。? 烃类是构成润滑油的主要成分,烃结构对润滑油的黏度、黏温性质、凝点等性能均有显著影响。? (1)对黏度影响矿物基础油以烃类为主,烃类的黏度与其分子结构、分子大小、环的数目和类型有关。
润滑油的黏度随烃类相对分子质量的增大而增大;在碳原子数相同的各种烃类中,烷烃的黏度最小,芳香烃次小,环烷烃的黏度最大,并且随着环数在分子中的比例增加而增加;在环数相同的烃类中,黏度随侧链长度的增加而增加。? (2)对黏温性质影响?烃类本身的黏度指数差别很大,在润滑油产品所含的烃类中,以正构烷烃的黏度指数最高,能达到180以上;异构烷烃的黏度指数比相应的正构烷烃的要低一些,并且随着分支程度的增加而下降;其次是具有烷基侧链的单环、双环环烷和单环、双环芳烃;最差的是重芳香烃、多环环烷烃和环烷-芳烃;对于双环和多环烃类,黏度指数随侧链的数目和长度的增加而增加,随环数的增加而急剧下降;胶质是多环的含氧化合物,其黏温性质更差。(3)对凝点的影响?各种烃类的凝点由大到小的顺序为:正构烷烃异构烷烃环烷烃芳烃。正构烷烃的凝点最高,且随碳原子数增加而升高。如正十六烷的凝点为18.16℃,正十八烷为36.7℃;异构烷烃的凝点比相应的正构烷烃的低,而且随着分支程度的增大而迅速下降;带侧链的环状烃,侧链分支程度愈大,凝点下降也愈快。从分子结构对润滑油的一些物理性质的影响可以看出,要想从烃分子的结构来改变润滑油的性能是受到限制的,当改变分子结构使某一性能改善的同时,往往另一性能就变差,只有适当的选择才能得到性能相对较全面的润滑油
润滑油是由基础油和添加剂调和而成的。基础油是润滑油的主要构成原料,一般占润滑油成分的80%-90%,所以可以说基础油质量和性能的高低直接影响着润滑油的使用性能。
基础油种类介绍? 美国石油学会API根据基础油组成的主要特性把基础油分成5类,I类为溶剂精制基础油,有较高的硫含量和不饱和烃(主要是芳烃)含量;II类主要为加氢处理基础油,其硫氮含量和芳烃含量较低,烷烃(饱和烃)含量高;III类主要是加氢异构化基础油,不仅硫、芳烃含量低,而且黏度指数很高;IV类为聚a-烯烃(PAO)合成油基础油;V类则是除I-IV类以外的各种基础油。? I类基础油通常是由传统的“老三套”工艺生产制得,从生产工艺来看,I类基础油的生产过程基本以物理过程为主,不改变烃类结构,生产的基础油质量取决于原料中理想组分的含量和性质。因此,该类基础油在性能上受到限制。? II类基础油是通过组合工艺(溶剂工艺和加氢工艺结合)制得,工艺主要以化学过程为主,不受原料限制,可以改变原来的烃类结构。因而II类基础油杂质少(芳烃含量小于10%),饱和烃含量高,热安定性和抗氧性好,低温和烟炱分散性能均优于I类基础油。? III类基础油是用全加氢工艺制得,与II类基础油相比,属高粘度指数的加氢基础油。III类基础油在性能上远远超过I类基础油和II类基础油,尤其是具有很高的黏度指数和很低的挥发性。某些III类油的性能可与聚α-烯烃(PAO)相媲美,其价格却比合成油便宜得多。? IV类基础油指的是聚α-烯烃(PAO)合成油。常用的生产方法有石蜡分解法和**聚合法。PAO依聚合度不同可分为低聚合度、中聚合度、高聚合度,分别用来调制不同的油品。? V类基础油是除I~IV类以外的基础油,它主要包括:植物性基础油,合成酯、聚醚、硅油、含氟油、磷酸酯,各种GTL油,以及再生基础油等。
各类基础油的主要指标如下
类 基础油性质 粘度指数 硫含量 饱和烃含量
% %
Ⅰ 常规矿物型 80~120 >0.03 <90
Ⅱ 加氢裂化或加氢异化裂化工艺 80~120 ≤0.03 ≥90
Ⅲ 加氢裂化或加氢脱蜡工艺 >120 ≤0.03 ≥90
Ⅳ 聚α-烯烃合成油??PAO
Ⅴ 除Ⅰ~Ⅲ以外的其他类基础油
矿物基础油的主要性能? 矿物基础油是由石油提炼,经常减压蒸馏、溶剂精制、脱蜡白土精制以及加氢等工艺制成,加氢程度的不同,得到不同的粘度指数、氧化稳定性、倾点、挥发性指标的基础油。矿物基础油主要由烷烃、环烷烃、芳烃、环烷芳烃,以及含氧、含氮、含硫有机化合物和胶质、沥青质等非烃化合物组成,几乎没有烯烃。矿物基础油以烃类为主,所以烃结构对润滑油的粘度、粘温性质、凝点等性能均有显著影响。
(1)对粘度影响? 烃类的粘度与其分子结构、分子大小、环的数目和类型有关。润滑油的粘度随烃类相对分子质量的增大而增大;在碳原子数相同的各种烃类中,烷烃的粘度最小,芳香烃次小,环烷烃的粘度最大,并且随着环数在分子中的比例增加而增加;在环数相同的烃类中,粘度随侧链长度的增加而增加。
(2)对粘温性能影响? 烃类本身的粘度指数差别很大,在润滑油产品所含的烃类中,以正构烷烃的粘度指数最高,能达到180以上;异构烷烃的粘度指数比相应的正构烷烃的要低一些,并且随着分支程度的增加而下降;其次是具有烷基侧链的单环、双环环烷和单环、双环芳烃;最差的是重芳香烃、多环环烷烃和环烷-芳烃;对于双环和多环烃类,粘度指数随侧链的数目和长度的增加而增加,随环数的增加而急剧下降;胶质是多环的含氧化合物,其粘温性质更差。
(3)对凝点的影响? 各种烃类的凝点由大到小的顺序为:正构烷烃异构烷烃环烷烃芳烃。正构烷烃的凝点最高,且随碳原子数增加而升高。如正十六烷的凝点为18.16℃,正十八烷为36.7℃;异构烷烃的凝点比相应的正构烷烃的低,而且随着分支程度的增大而迅速下降;带侧链的环状烃,侧链分支程度愈大,凝点下降也愈快。? 从分子结构对润滑油的一些物理性质的影响可以看出,要想从烃分子的结构来改变润滑油的性能是受到限制的,当改变分子结构使某一性能改善的同时,往往另一性能就变差,只有适当的选择才能得到性能相对较全面的润滑油。?常用合成基础油的主要性能
对于合成油,在车用润滑油中使用最多的是聚α-烯烃,合成酯和聚醚。
(1)PAO 结构与性能? PAO(聚α-烯烃)是由**经聚合反应制成α烯烃,再进一步经聚合及氢化而制成的烯烃聚合物。聚α-烯烃是用作润滑油基础油的最常见的一种合成烃,这类基础油与同粘度的矿物油相比,无S、P和金属,由于不含蜡,所以倾点极低,通常在-40℃以下,粘度指数一般超过140,闪点高、倾点低、低温流动性好、更宽的工作温度范围,蒸发损失小,高温稳定性好,氧化稳定性好,抗水解能力强,积炭少,无毒。而且与矿物油与良好的相容性。但PAO边界润滑性差,并由于它本身的极性小,对溶解极性添加剂的能力差,且对橡胶密封有一定的收缩性,但这些不足可通过添加一定量的酯类得以克服。
(2)合成酯类油
??酯类油最早用作航空涡轮发动机润滑油,由脂肪酸和脂肪醇在催化剂作用下经酯化反应脱水制得。因反应的脂肪酸和脂肪醇的种类不同,合成酯可分为:多元醇酯、双酯、单酯等,而常用的合成酯基础油为:多元醇酯、双酯。通常来说,合成酯具有以下优异的性能:粘度指数高,闪点高、倾点低、低温流动性好,更宽的工作温度范围,蒸发损失小,高温稳定性好,氧化稳定性好,残炭少,润滑性能优异,毒性极低,环保、生物降解性能好。一些试验表明,酯类油还有一定的分散性能,能促进一些添加剂更好溶于润滑油而发挥作用。缺点是抗水解性能差,对橡胶件的相容性一般。所以酯类油也成为调和厂生产合成机油(聚α-烯烃中加合成酯)和半合成发动机油(矿物油加合成酯)的一种选择。
(3)聚醚
??聚醚是由环氧乙烷EO、环氧丙烷PO、环氧丁烷BO等原料,通过开环均聚或共聚制得,可分为水溶性聚醚、水不溶性聚醚和油溶性聚醚。聚醚具有很多优异的性能:很高的粘度指数,优异的润滑性能,高闪点、低倾点、更宽的工作温度范围,对橡胶件相容性较好,毒性很低,残炭少,高温可以完全挥发掉,不留残余。由于其分子结构可以量身定做,分子量可大可小,因此,可制得不同的聚醚以满足不同的使用要求。可应用于齿轮油、蜗轮蜗杆油、制动液等。
合成基础油与矿物基础油的主要性能对比
性 能 矿 物 双 酯 多元醇酯 聚 醚 聚α-烯烃
粘温 差 较好 好 很好 好
低温特性 差 较好 好 较好 好
氧化稳定 差 较好 好 较好 好
高温稳定 差 较好 好 较好 一般
蒸发损失 差 较好 很好 一般 好
抗燃性 差 较好 较好 较好 较好
抗腐蚀性 很好 一般 一般 较好 很好
水解稳定 很好 一般 一般 较好 很好
承载能力 很好 较好 好 很好 很好
毒 性 一般 好 好 好 很好
生物降解 差 好 好 一般 差

如何选用基础油调制理想的润滑油 调合是润滑油制备过程的最后一道重要工序,按照油品的配方,将润滑油基础油组分和添加剂按比例、顺序加入调合容器,用机械搅拌(或压缩空气搅拌)、泵抽送循环、管道静态混合等方法调合均匀,然后按照产品标准采样分析合格后即为正式产品。润滑产品常常是利用两种或两种以上不同粘度的基础油组分按一定比例(该比例常称为调合比)混合调制成的,基础组分油的调合是润滑油产品调制的基础。对润滑油来说,其中最受关注的几项指标有:粘度和粘度指数,倾点及低温性能,高温抗氧化性和稳定性;闪点和蒸发损失;硫磷含量。
1粘度和粘度指数? 粘度是成品油的重要指标而基础油的粘度对成品油粘度的影响非常重要。适当的粘度是保持润滑性和发挥抗磨性能的关键。现在由于汽车发动机构造越发精密,而且全球都在提倡节能,所以车用润滑油在保证性能的前提下,有粘度降低的趋势。
在使用几种不同基础油调和成润滑油的时候,得到的成品油的粘度不是简单的加成关系,其计算公式为:
lgVN1BlgV1+N2lgV2
式中V,V1和V@??混合油1组分和2组分油的运动粘度,(mm2/s;
N1,N2??1、2组分油的混合比例,%(计算时为小数,N11-N2)。? 粘度指数表示润滑油的粘温性能,粘度指数越高,说明润滑油的粘度随温度的升降而变化越少。现在国内有些厂家考虑到成本因素,使用低档基础油,其粘度指数不够,只好采取多加粘指剂来解决问题,但粘指剂一般都是一些分子量大的聚合物。在油中添加过多粘指剂,一方面由于剪切而不能很好地保持粘度;另一方面过多的粘指剂会影响润滑油的低温性能并增加积碳,所以在调和时,尽量使用粘度指数高的基础油。我们看到,在GF-4标准中,只有0W/XX,5W/XX和10W/XX的粘度级别,为了让润滑油在高低温情况下都能很好地发挥作用,就必须使用高粘度指数基础油。? 在调和中我们注意到,不同粘度指数的组分油混合成的油品的粘度指数一般都偏向高粘度指数分组油的粘度指数。在一定范围内还表现出一定的可加性,即为粘度指数上升现象。
(2)倾点以及低温性能? 由于考虑到用户选用方便,现在提倡简化机油的品种,也就是说尽量扩大机油使用温度,所以多级油的使用已经成为一种趋势,这样就对润滑油的低温性能要求越来越高。润滑油的低温性能包括倾点、CCS粘度和低温泵送性等。? 为了应对越来越苛刻的低温性能要求,调和厂可以尝试使用一部分合成油,充分利用合成油拥有低倾点、高粘度指数、低温性能优异的性能。在使用倾点下降剂时,优先选用聚甲基丙烯酸酯类(PMA型)和聚α-烯烃(PAO),它们一方面降低倾点,另一方面能改善成品油的低温流动性。? 另外,我们在调和过程中注意到,对不同倾点的组分基础油混合成的油品的倾点,一般偏于高倾点组分油的凝点,即出现倾点上升现象
3 高温抗氧化性和稳定性:? 高温抗氧化型和稳定性对成品油的粘度、积炭形成趋势和机油换油期的影响很大,使用具有良好高温抗氧化性和高温稳定性的基础油,粘度保持好,形成积碳少,油质保持好,大大延长机油换油期。从GF-3标准到GF-4标准,高温沉积量从不大于45mg到小于35mg。为优化高温抗氧化性和稳定性,可多使用II类和III类基础油,甚至选用合成油。它们不饱和烃含量少、杂质少、分子量适当且分子量分布窄,因而具有优秀的高温抗氧化性和稳定性。? 在为润滑油选用抗氧剂时,由于添加抗氧剂分量较低,所以尽量使用高性能的抗氧剂,或者选用具有多种功能的抗氧剂,即综合具有抗氧化、抗磨和减摩降温的添加剂,其中有机钼添加剂就是其中的佼佼者。
4 闪点和蒸发损失:? 基础油闪点和蒸发损失性能对机油的使用寿命影响很大,蒸发损失一般用蒸汽压指标来衡量。如果基础油中沸点低的组分含量偏大,闪点将降低,蒸发损失增大,机油消耗快,积碳形成多,换油期明显缩短。同样,可以考虑使用II类、III类以及合成基础油,它们的分子量适中,蒸发损失少。? 我们注意到,用不同闪点的组分油混合成的油品的闪点,一般是偏向低闪点组分油的闪点,即出现闪点下降现象。
(5)硫磷含量:? 成品油的硫含量主要来自基础油,另外使用一些抗磨抗氧剂也会带进一些硫磷。由于机油中的硫会产生腐蚀,增加积碳的形成;而磷元素将容易引起尾气催化剂中毒。现在由于全社会对环保的呼声越来越高涨,所以对机油中硫磷含量的控制越发严格。即将出台的GF-5标准,明确标示S0.5%,P0.08%。降低硫磷含量一方面使用II类、III类基础油以及合成油,另一方面必须谨慎选择含硫磷的添加剂。? 综上所述,为能适应时代发展需求调制出理想的车用润滑油,基础油的选择至关重要。考虑到国内调和厂主要还是矿物基础油,而且大体上还是I 类基础油,较少使用II类、III类以及合成基础油,所以对基础油的选择和配制更值得我们认真对待,然后再有针对性使用一些关键的添加剂来助你一臂之力。