發(fā)布時(shí)間：2019-03-22 13:32

【摘要】：具有較好的氧化安定性、較高的粘度指數(shù)、較好的導(dǎo)熱系數(shù)和優(yōu)異的摩擦學(xué)性能的合成酯類油被廣泛地應(yīng)用于航空航天,汽車工業(yè)和一些極端的工況條件。隨著機(jī)械裝備向高速、重載和高性能參數(shù)的發(fā)展,機(jī)械潤(rùn)滑系統(tǒng)工作的工況往往越來(lái)越苛刻,溫度越來(lái)越高。合成酯類油長(zhǎng)期在高溫下使用,不可避免的發(fā)生氧化衰變,進(jìn)而影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。然而現(xiàn)有經(jīng)典的潤(rùn)滑油熱氧化自由基理論主要是針對(duì)烴類礦物油的,難以科學(xué)地闡述具有特殊酯鍵的酯類油氧化衰變機(jī)制及性能變化規(guī)律。因此,對(duì)于研究酯類油高溫?zé)嵫趸瘷C(jī)理、進(jìn)一步提高氧化安定性具有重要意義。本文依托國(guó)家“973”課題“潤(rùn)滑添加劑的減摩抗氧化特性及其對(duì)合成潤(rùn)滑油使役行為的作用規(guī)律”,以提升合成酯類油熱氧化性能為目的,針對(duì)典型合成酯類潤(rùn)滑油多元醇酯(TMPTO)和雙酯(DOA)基礎(chǔ)油,通過(guò)抗氧化性能測(cè)試、反應(yīng)性力場(chǎng)分子學(xué)計(jì)算模擬、儀器分析和摩擦學(xué)性能試驗(yàn),研究酯類油熱氧化機(jī)理及其對(duì)性能的影響規(guī)律,探索添加劑改性技術(shù)。在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了分子尺度的酯類油TMPTO和DOA熱氧化機(jī)理和添加劑作用規(guī)律,為合成酯類潤(rùn)滑油性能提升和添加劑選用,提供了重要科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。論文的主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:(1)試驗(yàn)研究了四種潤(rùn)滑油抗氧化性能測(cè)試方法的相關(guān)性和差異,分析了導(dǎo)致各種儀器測(cè)試方法獲得的潤(rùn)滑油抗氧化性能規(guī)律差異的主要因素,即測(cè)試條件、金屬催化、氧氣壓力等,提出作為單因素實(shí)驗(yàn)室潤(rùn)滑油及其添加劑抗氧化性能測(cè)試,需要根據(jù)潤(rùn)滑油的工況條件,有針對(duì)性的選擇測(cè)試方法,并且需要多種分析方法互相補(bǔ)充,以便克服單因素實(shí)驗(yàn)可能導(dǎo)致的錯(cuò)誤。研究發(fā)現(xiàn),兩種常規(guī)的抗氧化性能儀器測(cè)試方法DSC和PDSC,對(duì)酯類油及其添加劑抗氧化性能的測(cè)試結(jié)果有較一致的變化趨勢(shì),而PDSC可以減少揮發(fā)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,更加實(shí)用于熱穩(wěn)定性較差的酯類油體系測(cè)試;RBOT測(cè)試方法專業(yè)性較強(qiáng),適用于一些特殊的工況條件用油(如汽輪機(jī)油和變壓器油)的抗氧化性能測(cè)試;低速四球試驗(yàn)機(jī)測(cè)定的摩擦系數(shù)臨界轉(zhuǎn)變溫度與常規(guī)DSC曲線氧化峰的起始拐點(diǎn)的溫度具有較好的一致性;試驗(yàn)證實(shí),升溫速率、非等溫動(dòng)力學(xué)計(jì)算有助于表征潤(rùn)滑油及其添加抗氧劑在整個(gè)氧化過(guò)程中的抗氧化性能的變化規(guī)律。(2)運(yùn)用恒溫箱加速熱氧化試驗(yàn)結(jié)合酸值、粘度測(cè)定,系統(tǒng)地表征了200℃高溫?zé)嵫趸瘜?duì)酯類油TMPTO和DOA的主要性能指標(biāo)隨氧化時(shí)間的變化;結(jié)合反應(yīng)性力場(chǎng)分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算模擬研究了TMPTO和DOA熱氧化規(guī)律,提出基于分子尺度的熱氧化機(jī)理模型,并結(jié)合GC-MS、凝膠色譜、紅外光譜以及拉曼光譜等儀器分析方法對(duì)分子動(dòng)力學(xué)結(jié)果進(jìn)行佐證,建立了氧化產(chǎn)物組分及結(jié)構(gòu)與性能變化規(guī)律的關(guān)系。熱氧化產(chǎn)物主要包括熱氧化分解產(chǎn)物和熱氧化聚合產(chǎn)物。在熱氧化分解過(guò)程中,兩種酯類油共性的反應(yīng)方式為酯基醇部分C?O的斷裂;其特性部分相應(yīng)為TMPTO不飽和C=C的反應(yīng)和DOA叔碳原子的反應(yīng)。熱氧化聚合反應(yīng)主要通過(guò)自由基碰撞耦合和分子內(nèi)、分子間脫水縮合。多種含氧基團(tuán)的生成導(dǎo)致外觀顏色的加深;強(qiáng)酸性的含氧基團(tuán)如羧基的生成,導(dǎo)致酸值迅速上升;大分子聚合產(chǎn)物的生成以及分子之間的氫鍵締合作用導(dǎo)致粘度的增加;氧化分解生成的小分子物質(zhì)導(dǎo)致粘度指數(shù)的下降;摩擦學(xué)性能的變化是由氧化生成的氫過(guò)氧化物、含氧極性基團(tuán)等決定的。(3)通過(guò)DSC(PDSC)和恒溫箱加速氧化測(cè)試方法系統(tǒng)地研究了不同類型的添加劑在不同的氧化溫度下,對(duì)于改善TMPTO以及DOA抗氧化性能的作用規(guī)律。在135℃中低溫氧化條件下,酚型抗氧劑T502和L115能較好地提高TMPTO基礎(chǔ)油的抗氧化性能。T502能夠較好地抑制TMPTO運(yùn)動(dòng)粘度和總酸值的增加;L115遏制粘度增大的作用比T502好,但由于自身氧化分解,導(dǎo)致總酸值迅速上升。在175℃和250℃中高溫和高溫氧化條件下,酚型抗氧劑T502的抗氧化效果較差;添加胺型抗氧劑T558能明顯抑制TMPTO和DOA運(yùn)動(dòng)粘度和總酸值的增加;酚型抗氧劑T502和胺型抗氧劑T558復(fù)配在高溫下,亦能明顯抑制TMPTO和DOA運(yùn)動(dòng)粘度和總酸值的增加,甚至超過(guò)添加單一的胺型抗氧劑T558,體現(xiàn)較好的抗氧化協(xié)同效應(yīng)。(4)以合成酯類油作為內(nèi)燃機(jī)基礎(chǔ)油為對(duì)象,探討了兩種酯類基礎(chǔ)油與抗磨減摩、清凈劑以及分散劑等添加劑的配伍性能及其摩擦學(xué)性能的變化特征。Mo系多功能添加劑與T502酚型抗氧劑以及T558胺型抗氧劑復(fù)配,能明顯改善TMTPO的抗氧化性能和高溫下的摩擦學(xué)性能,在室溫~250℃范圍內(nèi)摩擦系數(shù)維持在0.20左右。加入3%T106清凈劑和3%T151A分散劑,對(duì)酯類油TMPTO的抗氧化性能和高溫摩擦學(xué)性能沒有產(chǎn)生明顯影響,與抗氧劑和多功能減摩抗磨添加劑具有良好的配伍性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：機(jī)械科學(xué)研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH117
，

本文編號(hào)：2445631