合成酯基础油的性能及应用.docx

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合成酯基础油的性能及应用

合成酯在润滑油中的性能与应用

随着现代工业的快速发展以及环境问题的日益突出，对润滑剂的使用性能、运行可靠性与使用寿命、可生物降解性、低或无毒害性等方面的要求越来越高，传统的矿物基润滑油已经很难满足这些苛刻的要求。

节能、环保、长寿命是润滑油的发展趋势，全合成半合成油的应用越来越广泛，因此，PAO、合成酯的合成基础油越来越受到关注。

节能润滑油主要通过三种方式来实现：

一是低粘度油；二是高粘度指数油；三是含有摩擦改进剂的油。

低粘度油

粘度越大内摩擦力越大，在应用中能耗越高。

国内外实际经验证明，在流体润滑范围内，润滑油在使用条件下粘度每差1mm2/s，能耗大约相差0.5~1%；粘度相差一个级号，则能耗大约相差1~5%。

从节能角度出发，在选用润滑油时应在保证设备润滑的前提下，尽量采用低粘度润滑油。

多级油和高粘度指数油

汽车工作时，受地区、季节、昼夜、负荷的影响，温差变化很大，有时相差数十度，而润滑油粘度随着温度变化而变化，升降幅度的大小和润滑油的粘度指数有关，粘度指数高的，粘度随温度变化小，粘度指数低的，粘度随温度的变化大。

为尽量避免由于粘度变化太大所造成的设备磨损和能耗增多，在选用油品时，应选用粘度指数高的油。

高粘度指数润滑油是以高粘度指数基础油或在基础油中加粘度指数改进剂组成，通称为多级油；另一种是合成内燃机油，如酯类、聚a烯烃发动机油等。

含有摩擦改进剂的油

润滑油的低粘度化，有利于节约燃料，为了避免可能出现的边界摩擦所造成的磨损，往往在低粘度油中加入摩擦改进剂，这种添加剂可以和金属表面形成坚固的吸附膜或渗透膜或金属发生反应生成化学膜。

这种膜摩擦系数很小，可以保证设备边界磨擦时不发生擦伤和烧结，节能效果显著，

合成酯基础油属V类基础油

多元醇酯类型

新戊二醇酯

三羟甲基丙烷酯

季戊四醇酯

一般的酯（如双酯，单酯，β碳原子上有氢原子的醇酯），因加热会形成六元环结构的中间体，在较低能量（0.19MJ/mol）下会热分解.多元醇酯的β位置上没有氢原子，不能生成六元环结构，在高温下主要发生自由基的热分解（0.28MJ/mol）。

多元醇酯的热分解温度比双酯50℃左右。

1、合成酯在所有的基础油中综合性能最好

优异的氧化安定性与热稳定性能

良好的低温流动性能

高粘度指数

良好的润滑性与抗磨性能

低蒸发损失

极好的溶解性

优良的生物降解性与可再生性能

2、具有良好的低温流动性能和高粘度指数

多数酯类油的粘度指数都很高，具有很好的低温性能，可在极宽的温度范围内使用

酯类油的特点

酯类油最大的特点是酯分子中含有多重酯键（-COOR），赋予了酯分子以极性,因而赋予酯类油许多比PAO和II、III类加氢基础油更加优越的性能和应用特点。

1、极佳的润滑性能

极性结构赋予酯类油特殊的润滑表现，独特的分子吸附作用，容易吸附在界面上形成稳定的油膜，类似摩擦改进剂，因而能提高油品的润滑性，即使冷车状态也不至于完全回流，提供很好的低温保护。

减少启动时的磨损（启动时磨损占总磨损的75%）。

润滑性的提高可以改善燃油经济性，减少摩擦动力损失，减少引发动机的噪音，增强发动机的动力。

摩擦系数①

耐荷重力/0.1MPa②

磨痕直径/mm③

多元醇酯

0.15

5.5

0.64

双酯

0.20

5.0

0.83

150N

0.24

4.5

0.90

PAO

0.30

4.0

0.91

①曾田式摆动摩擦试验机

②曾田式四球试验机

③高速四球试验机

边界润滑的润滑性可以从静摩擦μs和动摩擦系数μk的比值来推断,当数值小于1时，发生滑动。

脂肪酸酯的边界润滑特性见表，直链脂肪酸的多元醇酯油良好的润滑性，脂肪酸碳原子数的增加润滑性稍有提高，直链脂肪酸酯比支链脂肪酸酯润滑性好。

酯

醇

酸

μs

μk

μs/μk

多元醇酯

新戊二醇

癸酸

异辛酸

异癸酸

0.120

0.183

0.188

0.137

0.181

0.184

0.88

1.01

1.02

多元醇酯

三羟基甲基丙烷

己酸

辛酸

癸酸

异辛酸

异癸酸

0.112

0.113

0.092

0.186

0.181

0.135

0.113

0.092

0.183

0.177

0.83

0.86

0.70

1.02

1.01

多元醇酯

季戊四醇

壬酸

异辛酸

异壬酸

异癸酸

0.089

0.171

0.190

0.174

0.122

0.169

0.176

0.172

0.73

1.01

1.08

1.01

双酯

异辛醇

辛醇

癸醇

己二酸

0.262

0.211

0.200

0.174

0.153

0.164

1.51

1.38

1.22

PAO中加入酯类油能显著减少摩擦系数。

PAO中加入酯类油对HFRR试验结果的影响*

试　　油摩擦系数成膜性/%

PAO2mm2/s0.23014

PAO2mm2/s+20%多元醇酯0.11570

PAO4mm2/s0.15720

PAO4mm2/s+20%多元醇酯0.10285

注:

*HFRR试验:

高频往复台架试验。

2、酯与添加剂有良好的相容性和对油泥积炭有良好的溶解性

5.5

5.2

4

苯胺点

119

20

100

可以在PAO和加氢油中加入双酯或多元醇酯来提高对添加剂的溶解能力，对添加剂的感受性较强，可以很好的与抗氧，抗磨，清净等添加剂融合，协同，充分发挥添加剂的功效。

酯的极性有助于增加油中初级氧化产物及油泥的溶解度,有优异的清洁能力，有效防止油泥和积碳的形成。

PAO与酯类油的清净能力比较（1G2试验）

PAO/%14

多元醇酯/%14

第一环槽沉积/%4513

评分17261

清洁的好处

机油能迅速地保护到发动机的关键部分；

减少杂质，使润滑油的其他功能更好的发挥；

有效减少磨损；

保持良好的粘度稳定性；

减少亮红灯的发生；

顺畅安静的驾驶感受。

3、低的蒸发损失和优良的的热氧化安定性

蒸发损失比PAO和加氢基础油都低。

化验项目

V100

V40

CCS

-30℃

VI

FP

蒸发损失

热管

PAO4

3.999

18.0

1343

120

226

11.3

7.0

TRS0812

4.617

21.47

1392

134

252

  3.9

4.0

100N（II类油）

4.277

20.53

1379

114

216

15.0

5.0

PAO、双酯和多元醇酯热氧安定性比较

由于在多元醇酯的醇基之β碳原子上没有氢原子,因而多元醇酯比双酯热稳定性更好,其氧化安定性也比双酯高。

由于在多元醇酯的醇基之β碳原子上没有氢原子,因而多元醇酯比双酯热稳定性更好,其氧化安定性也比双酯高。

PAO、双酯和多元醇酯热安定性比较

项目PAO双酯多元醇酯

100℃粘度损失，%9.109.200.10

总酸值，mgKOH/g0.2253.908.10

质量损失，%1.1623.101.09

注：

热安定性试验条件为基础油在氮气中被加热到287.78℃（550F），并持续72h。

PAO和酯类油的抗氧化性能比较

项目PAO双酯多元醇酯

100℃粘度5.85.34.3

旋转氧弹试验，min1770—

差式扫描热分析，min2.55.060+

氧化腐蚀试验后

总酸值，mgKOH/g—7.11.3

酯类油的氧化安定性及其与矿物油的对比

各种酯类油及矿物油成漆板试验结果*

矿物油3.95

双酯2.50

苯二甲酸酯1.07

偏苯三酸酯0.04~0.50

三羟甲基丙烷酯0.18~0.57

　注:

*成漆板试验条件:

275℃,22h,通空气,样品均含1%胺型抗氧剂。

成焦板试验热安定性

基础油清洁度

4.0mm2/s的矿物油0

4.0mm2/s的PAO8.0

5.0mm2/s的烷基芳烃2.0

5.4mm2/s的双酯8.0

4.0mm2/s的多元醇酯9.5

试验条件：

成焦板温度310℃

槽温：

121℃

操作：

溅油6min，烘烤1.5min

评分条件：

10＝清洁

热氧化稳定性

　　PAO和酯的热氧化稳定性均优于矿物油,最高使用温度见表2。

表2　基础油的最高使用温度

基础油最高使用温度/℃

矿物油121.1

PAO121.1~176.6

双酯148.8~176.6

多元醇酯176.6~218.3

4.粘压特性

在弹性流体润滑，油的粘度随压力的增加而上升。

如在齿轮的齿面，压延时的辊筒面等，润滑油所承受的压力从数千千帕到10万千帕。

一般润滑油的粘度-压力近似如下关系：

η=η0exp（β•p）

多元醇酯的粘度压力系数β为1.45-1.55，而石蜡基矿物油β为1.7-1.8，环烷基矿物油β为2.2-2.3，所以随压力的增加多元醇酯的粘度上升比较小，可以在很宽的压力范围进行流体润滑，所以能耗就小。

5.环保性能

酯键为微生物攻击酯分子提供了活化点，因而酯是可生物降解的，因而酯类油可用于“对环境友好润滑油”的配方

不同酯类油的可生物降解性

酯类油类型OECD301B（20d）/%CECL33A93（21d）/%

单酯30～9070～100

双酯10～8070～100

苯二甲酸酯5～7040～100

偏苯三酸酯0～400～70

直链多元醇酯50～9080～100

支链多元醇酯0～400～40

复合酯60～9070～100

概括起来，相对于PAO和加氢油，合成酯的好处就在于：

润滑性好，蒸发损失小，溶解能力大（对添加剂和油泥积炭），积炭小，清洁性好，导热系数高，比热容大。

润滑油的许多问题是同油的温度相关的，合成酯摩擦磨损小了，摩擦热也就少；导热系数高和机件清洁干净，容易散热；热容大，同样热量温度低，等等因素是使得使用酯类油的油温要比不加酯类油的要低。

油温度低，油的氧化程度也就小了，油的寿命延长。

酯类合成油的用途

1、发动机油：

主要是双酯和多元醇酯，其他包括二聚酸酯、聚酯、单酯、邻苯二甲酸酯。

市场驱动力是延长换油期，趋向使用低粘度油，节省燃油耗和降低排放。

1.合成酯独特的分子极性，使油膜牢固地吸附在发动机件表面，解决冷车启动干摩擦2.合成酯油的润滑性极其优秀，挥发性大大低于同粘度矿物油和PAO，同时优秀的热稳定性使得用低粘度酯时沉积物少而且低温流动性好。

节省燃料，增加机油压力，提升动力性能；降低尾气排放，减少发动机噪音。

3.天然的溶解能力，充分发挥添加剂的功能，防止油泥和沉积物形成，优越的分散清洁能力，保持发动机件表面清洁。

因而全合成发动机油用酯类油与聚a一烯烃的调和基础油是最佳的选择。

为降低成本,也可将酯类油掺合矿物油制成半合成油,以改善发动机油的各方面性能,所以半合成发动机油发展很快。

2、二冲程油：

用于二冲程油的酯为二聚酸酯和多元醇酯，另外还有偏苯三酸酯和复酯，其市场受低排放发动机清洁性和生物降解性所驱动。

二冲程油用酯比矿物油的优点在于是发动机清洁，减少粘环，沉积物在环槽、裙部、内腔的堆积，改善着火点性能和火花塞寿命。

由于极性酯的存在，增加了在金属表面的粘着，使酯的润滑性比烃类好。

3、压缩机油：

用作合成压缩机油的酯类主要有多元醇酯和双酯以及芳香酯。

合成酯型压缩机油适用于工作温度高于93℃，连续重负荷的多级高压螺杆式空气压缩机，使用寿命可比PAO型油延