潤滑油調合技術和配方
內燃機油一般是由基礎油和功能性添加劑組成,基礎油是國標礦物基礎油或合成基礎油,基本要求是:
1)粘度指數規格要高,粘度指標要適宜
2)清凈分散性要好(包括酸中和性)
3)低溫性能好
4)不應含有揮發性成分,350℃以下餾分不得超過5%,內燃機油的基礎油餾分,必須控制在常壓沸點400℃以上,以防機油蒸發損失而損耗過大
5)良好的抗氧化性能(包括軸承抗腐蝕性)
6)良好的抗磨損性能
7)良好的防銹性
8)良好的抗泡性
因此,多選用深度精制石蠟基基礎油或合成油。根據API標準,基礎油分為I,II,III,IV,V五類,我們常規采用的是I,II,III類,在抗氧化性能、低溫性能、粘溫性能方面I小于II小于III ;對添加劑的溶解性能III小于II小于I。 III類基礎油可以調配所有級別的內燃油,II類基礎油汽油機油SF~SL;柴油機油CD~CH-4,一般情況下,I類基礎油從柴機油的CD~CH-4,汽機油SF~SL都可以使用,但再高級別的內燃機油,就很難通過臺架試驗了。由于I類基礎油低溫性能較差,一般調合40、50、15W40、20W50,齒輪油90和85W90,而10W機油和75W齒輪油是難以做到合格的。
5W、10W機油和75W齒輪油多采用II和III類基礎油或PAO合成基礎油。另外,雖然傾點很低的環烷基基礎油的傾點很容易達到指標,但低溫動力粘度和低溫泵送性很難達標。
常規采用的礦物基礎油有150SN、500SN、150BS;不常用的礦物基礎油有200SN、350SN、400SN、650SN等。具體組合規則在配方中詳細說明。
潤滑油的配方元素確定:首先要確定選用幾種基礎油來進行調合,這可根據經驗配方和產品品種需要來確定,一般根據油品的粘度等級來選擇基礎油的組合,常規原則如下:單級30、40、50機油采用500SN和150BS基礎油;15W40和20W50機油采用150SN和500SN基礎油;10W30采用深度精制的150SN或100SN,或合成油、半合成油基礎油;5W40、5W50采用全合成基礎油;85W90齒輪油采有150BS和500SN基礎油;自動排檔液采用深度精制的100SN或150SN基礎油或合成油。
通常根據所需產品的類型和性能級別來選擇什么類型的添加劑通常根據粘度級別的要求來設計基礎油的調配方案,這時要考慮的是多級油中HVI150或HVIW150等基礎油的低溫粘度、蒸發損失、氧化安定性等。找出CCS粘度達到要求時,加入粘度指數改進劑最少的基礎油調配方案,粘度指數改進劑越少越好。換句話說,基礎油在加入粘度指數改進劑前的粘度(100℃)要高些。
多級油品的經驗粘度為:(國產一次加氫基礎油)
10W30 5.2~5.7
15W40 6.5~7.2
20W50 8.6~9.3
如果基礎油粘度過高,很大程度上影響產品的低溫性能;但如果基礎油低溫性能較好的話,則盡量提高基礎油的粘度。按照所調潤滑油的品種以及使用情況、天氣情況等確定一個生產調配的粘度范圍;以這個油品的粘度作導向確定這個配方中所有材料的添加比例;粘度一般是確定粘度范圍后取中間值作指導值,以防止操作調合時的偏差。
按照指導粘度確定一個油品配方中的總體粘度,將粘度比例分配到各個組分構成中,計算出組分的比例。例如單級油粘度=基礎油組合粘度+復合劑貢獻粘度
多級油粘度=基礎油組合粘度+復合劑貢獻粘度+增粘劑貢獻粘度,下面我們以CF-4 15W40為例,演習一下配方的組成計算基礎油組合粘度計算公式:(以下粘度是指100℃粘度)logA=XlogB+(1-X)logC
A:希望達到的粘度。調合后的基礎油粘度。
B,C:組分基礎油的粘度。
X:基礎油的加量百分比。此公式適合純基礎油的組合計算。
例:B為150SN 100℃粘度為5.3cst; C為500SN 100℃粘度為11.0cst A為需要的15W40基礎油粘度6.8,X為150SN比例,那么1-X為500SN比例log6.8=Xlog5.3+(1-X)log11 則得X為66,即150SN為66%;則500SN為34% 如果在配方中基礎油組合占總體比例的82%(150SN+500SN),那么150SN為66%╳ 82%=53% 500SN為34%╳82%=29%
復合添加劑工作曲線的制作
復合劑有一定的粘稠度,如果加量大對整個配方的粘度是有一定的影響的,一般機油的復合劑比較稠,能夠增加整個配方的粘度,對配方有一定的貢獻。因此復合劑進廠的時候需要做一個工作曲線,方便生產調配的時候使用,工作曲線是做不同的基礎油粘度時的增粘值。
工作曲線應該這樣做:分別在150SN,150SN50%+500SN50%,500SN這些基礎油上,各加上10%的添加劑,測量出加劑后的粘度,然后將樣品總粘度減去基礎油的粘度,得出復合劑貢獻的粘度。然后除去10,得到每添加1%得復合劑在某一個特定的基礎油粘度基礎油的增稠度,以上都是100度的運動粘度。
增稠度=(樣品粘度-基礎油的組合粘度)/10 得到的三點數據(最好多做幾個點),畫成工作曲線。
增稠度的含義: 在某特定的基礎油粘度上,每加入1%的添加劑增加的粘度值,這里所有的粘度指的是油品的運動粘度。
復合劑增粘圖舉例如下:如上舉例,我們在基礎油組合粘度6.8cst點上,復合劑增稠度為0.11,那么8%的復合劑加劑量的粘度貢獻值為0.11╳8=0.88,也就是說在這個配方中,復合劑能增加0.88cst個粘度。
下面來確定一下增粘劑,即粘度指數改進劑的工作曲線圖,增粘劑是一個增稠的添加劑,對配方的粘度影響最大,因此它的工作曲線非常關鍵,如果每批次的增粘劑都有變化的話,都需要做這個工作,以免指導生產時有很大的誤差。
制作工作曲線的原理和步驟如上(復合劑增粘曲線圖),注意在制作圖點時,多取成圖的點,使到工作過程中數據吻合得更加好。
按照上面配方的要求,我們總配方的粘度是14.5CST,現在基礎油貢獻是6.8CST,復合劑貢獻是0.88CST,那么整個需要增粘劑補充的粘度將會是:14.5CST- 6.8CST- 0.88CST=6.82CST根據增粘劑的工作曲線我們查知在7.68CST(6.8CST + 0.88CST)的基礎粘度上,增粘劑的增稠度為(舉例)0.71,那么需要補充粘度6.82CST,增粘劑的加量是:6.82÷0.71= 9.6,這個就是增粘劑在配方中的加量9.6%通過以上計算,我們再通過實驗得出降凝劑的用量為0.4%,消泡劑加10ppm,則我們得到一個完整的15W40 CF-4的配方:
150SN 53% OCP 9.6 %
500SN 29% 降凝劑 0.4%
復合添加劑 8.0% 抗泡劑 10PPM
說明:
1、剛才介紹的是使用計算的方法來確定基礎油各組分的比例,我們可以在知道組合粘度的基礎上,通過查表格(劃線圖)來查基礎油各組分的比例。彼此之間的誤差不會很大,不過計算法不需要到哪里都帶上圖表,直接計算就可以。
2、通過推算的配方使用到生產上,最好還是在實驗室調配小樣測定實際檢測數據,這樣更加有把握。推算方法只是一個指導工具,可以減少做小樣的次數,并且比較準確。
3、如果通過計算合實驗得到一個實際可控的誤差值,了解誤差范圍,得到工作規律,以后就可以直接通過就算方法直接定配方,不需要反復實驗了,內燃機油調合的常規配方:SAE40,50:基礎油+復合添加劑+降凝劑,基礎油采用400SN,500SN,650SN,150BS。
SAE *W/40,50:基礎油+復合添加劑+降凝劑+增粘劑。
基礎油采用150SN,350SN,400SN,500SN,650SN 注意:基礎油采用國標基礎油,非標基礎油性能不好,不長壽,影響氧化性能。