中国石化润滑油北京研发中心,润滑油氧化模拟评定

润滑油氧化模拟试验仪器学习与介绍程安国北京研发中心[e-mail]2014年4月主要内容21.氧化反应动力学介绍2.氧化试验仪器简绍--原理及意义--测试方法--结果输出3.初步研究计划--液压油氧化试验方法的探讨--竞品对比--添加剂的分析31.氧化反应分析以二级基元反应为例反应速率：其中，CA：反应物浓度，t:反应时间k：速率常数2ddddcAAcckcttABCD影响反应速率：物料的浓度和k的大小固相反应：比表面积大小液相反应：物质的量浓度气相反应：气体压力、流速、纯度反应物浓度4有固相的反应：航空液压油的氧化试验：铜片表面为均匀的划痕铜片腐蚀试验：铜片表面光滑有液相反应：水解安定性试验：25%的水液相锈蚀试验：50%的水有气相反应：航空液压油的氧化试验：常压、10ml/min、空气旋转氧弹试验：带压、纯氧5阿伦尼乌斯方程：反应数率常数k分析其中：Ea：反应活化能，R：气体常数，T：热力学温度范德霍夫经验：温度升高10℃，反应速率增加1倍6影响反应活化能因素：反应本身、催化剂润滑油氧化反应：润滑油、水、空气、氧气、笑气等催化剂：铜片（棒）、钢片（棒）、镁片（棒）、铝片（棒）等润滑油氧化评定实验，在特定条件下的氧化试验温度？气体压力？催化剂的种类及形状？7二、氧化仪器介绍高压差示扫描量热仪热管氧化试验设备倾斜板试验仪发动机高温氧化沉积物模拟实验8二、氧化仪器介绍高压差示扫描量热仪原理：PDSC氧化试验是在空气或氧气气氛下，加热金属样品池（多为铝材料）中的薄层油膜，并检测油品因氧化而释放的热量，通过热量的变化表征润滑油氧化。试验用途：以测定初始氧化温度、诱导时间定量表征润滑油的氧化安定性。9(1)差示扫描量热仪DSC（differentialscanningcalorimetry）六十年代研制出来的一种热分析方法，能够定量的评比油品氧化安定性的级别，但在操作过程中，由于操作压力低，油品的蒸发量相对较大，蒸发吸热对分析会造成很大的误差。(2)高压差示扫描量热仪PDSC(pressuredifferentialscanningcalorimetry)蒸发传质过程是的推动力为ps-pi，其中ps为挥发组分的饱和蒸汽压、pi为组分在气相中的分压，温度越高ps越高，故温度越高挥发速率越快。PDSC采用高压环境进行试验，一方面使得pi增加，油品的挥发减少，另一方面使得氧气的浓度升高，反应时间缩短，所以PDSC更加快速、准确10（1）动态法（程序升温法），在程序升温条件下，检测油品发生氧化的起始温度，并以此作为衡量油品氧化安定性的尺度，起始氧化温度（incipientoxidationtemperature，IOT）越高，油品的氧化安定性越好，试验误差1%，试验结果见下图11（2）静态法（恒温法）在氧气气氛中，使油品快速升温至设定温度，在恒温条件下，检测油品发生氧化反应的开始发生的时间，氧化反应发生以氧化放热峰出现为标志，并以此作为衡量油品氧化安定性的指标。该时间称为氧化诱导时间（oxidativeinductiontimeOIT），试验结果见下图：氧化诱导时间越长，油品的氧化安定性越好。ASTMD6186；SH/T0719：润滑油氧化诱导期测定法(压力差示扫描量热法)12（3）双峰法使用双峰法测定油品高温生成沉积物的倾向，使用新型的样品皿由美国C-1010钢制作，0.1mm厚。该样品皿的设计能够严格控制油品的蒸发和氧气的进入，用盖子上打孔的大小和数量来控制。试验结果见图：峰B与峰A面积的比值可以作为评价沉积物形成的相对指数。SB/SA比值越小，润滑油形成沉积物越小。13应运案例1.基础油的抗氧化性能的评价例如：【压力差示扫描量热法在润滑油热氧化研究中的应用】颉敏杰等评价了，兰州石化中间基基础油H125、H500，大庆石化石蜡基基础油H150、H300和克拉玛依炼化厂环烷基基础油KN4006、KN4010六种基础油的抗氧化性。试验结果，见表[1]克拉玛依炼化厂环烷基基础油的氧化性能好[2]对同一组基础油，初始氧化温度和氧化诱导时间测定结果是吻合的142.添加剂的抗氧化性能评价例如：航空润滑油热氧化衰变的高压差示扫描量热法分析_陈立波.pdf用PDSC评价的抗氧剂NPAN对润滑油抗氧化性能的影响。试验仪器：PDSC910S试验条件：氧气压力0.5MPa，氧气流量150mL/min，进样量5微升，起始氧化温度（IOT）升温速率10℃/min，氧化诱导恒温215℃试验结果：[1]应用PDSC的OIT分析法可以较准确地反映润滑油中的抗氧剂NPAN含量,从而可有效确定润滑油的氧化衰变程度。[2]PDSC的OIT分析除了能有效反映润滑油完全热氧化失效之前氧化阶段的衰变规律,还具有分析速度快、结果准确、重复性好等优点153.PDSC与台架试验评的相关性例如：【压力差示扫描量热法在润滑油热氧化研究中的应用】颉敏杰等研究中，选用5种发动机油在NTC-400发动机上进行试验，活塞顶岸积碳百分数与双峰法评价结果具有一定的对应性，结果见图：R2=0.98165种发动机油在全尺寸发动机上进行250小时的性能试验，对活塞沉积物、机油消耗等情况进行综合评分，与双峰法评价结果之间具有一定的对应性，R2=0.9317二、氧化仪器介绍热管氧化试验设备进油口进气口加热炉18二、氧化仪器介绍热管氧化试验原理模拟发动机活塞表面和汽缸缸体表面润滑油在高温有氧环境中生成漆膜或积炭的状况，通过对比玻璃管内壁生成的漆膜或积炭沉积物的数量及颜色深浅、透明度情况与标准比色板的差距，考察油品的高温氧化安定性，清洁性，分散性。试验温度：280℃常压空气：10ml/min反应时间：16h19热管氧化试验结果输出(1)优级评分根据小松热管色谱进行比对，级别从0到10级，级差为0.5级。颜色按漆膜中心±3mm的位置为准进行评估（2）称重计算试验后反应管质量的增加，精确到0.1mg20热管氧化试验应用：一、液压油高清净性抗磨液压油清净性能考察中，考察高清净性抗磨液压油的清净性能试验条件：油样：5ml；温度：280℃；时间：20h9级10级21热管氧化试验应用：一：在相同基础油中加入不同种类的抗氧剂，评价抗氧剂的抗氧化的性能；基础油、添加剂的清洁性、抗氧化性能评价二、发动机油二：在相同基础油中加入不同量的同品质的抗氧化剂，评价抗氧剂的量抗氧化性能的影响。【润滑油基础油的清净分散性能】中考察了传统的溶剂精制工艺生产的基础油和加氢异构脱蜡工艺生产的基础油的高温清净性及添加剂作用规律22SR：溶剂精制基础油HI：异构脱蜡基础油T103能够明显改善SR基础油的热管评级结果，T103对SR具有更好的清净作用；对于HI基础油，清净剂较多时会成为沉积物的主要来源23检测该方法与台架试验的相关性。例如：【二冲程汽油机油清净性热管模拟评定技术的研究】文中以二冲程汽油机油为基础，考察热管氧化试验模拟评分与台架试验评定的相关性,三、热管氧化试验与台架试验评的相关性试验条件：流速：0.5~2.0mL/h,空气流量：10~15mL/min,试验温度：270~280℃,试验时间：8~16h24二、氧化仪器介绍倾斜板试验仪25模拟发动机曲轴箱和缸套活塞环润滑油循环的工作条件,油品不断受热氧化成焦的过程26试验条件板材板温油温转速运行时间铝板27应用案例(1)基础油、添加剂清净性的考察例：【基础油及粘度指数改进剂对润滑油高温清净性的影响】李洪燕等人在基础油的研究中采用成焦板试验，结果表明粘度较大的基础油的清净性明显优于低粘度的基础油;在低粘度的基础油中加入一些重组分,可以明显改善油品的高温清净性;粘度指数改进剂使油品的高温清净性变差,相对分子量越小，对油品的高温清净性影响越小28(2)【天然气发动机油配方与性能的相关性考察】朱和菊等用成焦板试验考察了天然气发动机油配方与性能的相关性。具有适宜硫酸盐灰分的天然气发动机油表现出较好的抗高温沉积性能。高粘度指数基础油的抗沉积性能好。粘度指数改进剂会使天然气发动机油的沉积增加。谢谢！