粘度指数改进剂在航空液压油中的应用研究(修改)

粘度指数改进剂在航空液压油中的应用研究粘度指数改进剂在航空液压油中的应用研究 年 月 润滑油 第 卷第 期 文章编号 樊帆 黄宝安 周雷 樊帆 黄宝安 周雷 空军 部队 北京 空军 部队 江苏南京 摘要 摘要 粘度指数改进剂是航空液压油的重要添加剂 用于航空液压油的粘度指数改进剂有 和 综合介绍粘度指数改进剂的作用机理 种类和使用性能 着重讨论 和 两种粘度指数改进剂的性能特点 针对飞机液压系统的工作特点和液压 油的工作条件 指出了航空液压油粘度的重要性 从航空液压油的发展出发 结合粘度指 数改进剂的性能特点 重点分析了 和 在航空液压油中应用情况和影响 关键词关键词 粘度指数改进剂 航空液压油 甲基丙烯酸酯 作用机理 中图分类号 中图分类号 文献标识码 粘度是航空液压油的重要使用性能之一 粘度过高则阻力增大 能耗增加 液压油升 温快 并且不利于启动 粘度过低则增加磨损 液压泵效率下降 在高压下会造成液压油 漏失 甚至会使液压系统调控完全失灵 1 另外 液压系统部件也要有适当的粘度进行润 滑 由于现代航空液压系统具有高压 高温 高剪切和间歇式操作等特点 要求液压油有 良好的粘压 粘温 粘度剪切特性 为了满足这些要 求 从 年代即开始在液压油中添 加高分子物质以改善其粘度特性 这种高分子物质就是粘度指数改进剂 Viscosity Index Improver 简称 VII 又叫增粘剂 VII 主要用于内燃机油 但在齿轮油 液压油 自动 传动液 数控机械油等方面也获得了广泛应用 粘度指数改进剂的作用机理及种类 粘度指数改进剂的作用机理及种类 1 11 1 粘度指数改进剂的作用机理粘度指数改进剂的作用机理 粘度指数改进剂是油溶性链状高分子化合物 低温时高分子收缩卷曲 对基础油的内摩 擦影响减小 对粘度的影响也相对较小 高温时高分子溶胀 流体力学体积和表面积增大 基础油的内摩擦显著增加 在不同温度下的形态变化使其在高温下的增粘能力大 低温下的增粘能力小 从而改善了油品的粘度性能 在粘度较低的基础油中添加 的粘度指数改进剂 不仅能提高粘度且能显著改善粘温特性 适应宽温度使 用范围对粘度的要求 2 1 21 2 粘度指数改进剂的种类粘度指数改进剂的种类 粘度指数改进剂的使用有近 70 年的历史 目前世界上广泛使用的粘度指数改进剂有 种 2 用于航空液压油的粘度指数改进剂有聚甲基丙烯酸酯 PMA 和聚正丁基乙烯醚 两种 聚异丁烯 PIB 因低温性能差多用于其他的液压油 乙丙共聚物 OCP 和氢化苯乙烯异戊二烯共聚物 HSD 多用于多级内燃机油 PMA 分子量为 2 105 15 105 分子量为 2 104 3 104的 用于液压油 齿轮油和减震液 具有 良好的低温性能和剪切稳定性 PMA 的产品牌号为 T602 T602 适用于各类低温液压油和多 级内燃油 PMA 作为粘度指数改进剂低温泵送性好 但是由于其增粘能力差 加人量很大 因而对清 净性影响很大 在内燃机油中应用较少 但它在液压油及齿轮油中应用广泛 BB 相对分子量为 9000 12000 该剂热氧化安定性和增粘能力甚差 剪切稳定性和低 温性能较好 可用于航空液压油 液力传动油 减震液 用量为 使用温度低 于 120 产品牌号为 T601 2 2 粘度指数改进剂的使用性能粘度指数改进剂的使用性能 一种好的粘度指数改进剂 不仅要求增粘能力大 剪切稳定性好 还要具有良好的低 温性能和热氧化安定性 但迄今为止还没有一种粘度指数改进剂能满足上述要求 2 1 剪切稳定性与增粘能力 VII 的剪切稳定性和增粘能力是一对与高聚物 的分子结构和分子量大小相关的特性 同类型的 VII 分子量越大 碳链越长 剪切稳定性就越差 越倾向断裂 剪切稳定性差 的 VII 在使用中粘度易下降 对油品性能的影响极大 相反 VII 的增粘能力随分子量的 增加而增大 分子量越大 碳链越长 增粘能力就越强 增粘能力决定 VII 在基础油中的 加入量 从而影响油品的清净性能 因此 剪切稳定性和增粘能力的作用是矛盾的 要寻 找那种剪切稳定 性好增粘能力也好的高聚物 2 2 低温性能 低温性能取决于油品的粘度 主要指低温启动性和泵送性 低温启动性 COS 是指油品在低温下发动机能否正常发动 低温泵送性 MRV 是指低温 启动时 短时间内润滑油系统油压能否达到正常 以保证发动机的关键部位得 到充分润滑 PMA 的 低温性能最好 CCS 和 MRV 最低 而 PIB 最高 2 3 热氧化安定性能 聚合物的氧化安定性取决于结构中化学键的强度 表 1 1 是几种增粘剂的氧化安定性 比较 其中 PMA 和 PIB 没有叔碳氢 比较稳定 而正丁基乙烯 基醚不仅有叔碳氢 且受醚 键活化的影响 其稳定性 最差 具体表现在吸氧量最高和粘度下降最大 表 几种粘度指数改进剂氧化安定性比较 VII 类型吸氧量 ml试验前 50 粘度 mm2 s 1试验前 50 粘度 mm2 s 1 PMA19 881 979 6 PIB30 9130 9115 0 BB35 047 129 0 基础油 20 221 121 1 3 3 粘度指数改进剂在航空液压油中的应用研究粘度指数改进剂在航空液压油中的应用研究 3 1 航空液压油的工作条件 1 工作压力大 飞机液压系统的工作压力很高 一般的喷气式飞机 液压系统的压力为 13 5 15 0MPa 某些飞机的液压系统压力可高达 21 28Mpa 液压系统的操作压力越大 对液压油性能 特别是粘度性能的要求也更高 在同样的工作压力下 液压油的粘度越大 液压动作就越迟缓 但粘度过小 在高压下会造成泄露 2 工作温度范围宽 飞机液压系统的工作温度范围主要决定于飞机 的飞行速度 低于音速的飞机 液压系 统的工作温 度在 60 100 超音速飞机由于气动加热的影响 温度高得多 如飞行马赫 数 M 2 温度可达 0 250 或高于 250 由于航空液压系统的工作温度范围很宽 需 要液压油有良好的粘温性和低温流动性 我国现用的航空液压油 50 时运动粘度 3000mm2 s 凝点 60 即可满足要求 3 高剪切力 为了达到给系统输送大流量液压油 系统采用了高转速的液压泵 使液压油处于高剪切 力下运作 因此 要求液压油有良好的剪切安定性 同时应尽可能不使用高分子聚合物的 添加剂 以防止液压油剪切后粘度下降明显 此外 液压系统附件构造精密 与多种材料接触 对液压油的清净性要求也很高 这 就要求添加剂具有良好的氧化安定性 不容易因氧化变质而产生颗粒 使元件卡死 或对 零件的材料有腐蚀作用 3 23 2 粘度指数改进剂在航空液压油中的应用研究粘度指数改进剂在航空液压油中的应用研究 航空液压油因其使用环境的苛刻 不仅要求基础油具有良好的性能 而且对添加剂也有 特殊的要求 粘度指数改进剂是航空液压油的重要添加剂 对粘温性能 剪切稳定性和热 氧化安定性都有很高 的要求 PMA 因为具有其他低分子聚合物无法比拟的良好的低温性 剪切稳定性和氧化安定性而获得了广泛应用 我国现用的航空液压油有石油基液压油 甘油基液压油和合成液压油 其中石油基液压 油和合成液压油中添加粘度指数改进剂 石油基液压油有 10 12 和 15 号 个品种 10 号 航空液压油用 98 硫酸精制的基础油 加入粘度指数改进剂 抗氧剂 染色剂调合而成 12 号航空液压油是为了适应国内新机种液压系统温度较高的情况生产的 用克炼基础油加 入粘度指数改进剂 抗氧剂 防锈剂 染色剂调合而成 他们的组成见表 2 3 表 2 10 号和 12 号航空液压油的组成 组成10 号12 号 基础油 添加剂 聚正丁基乙烯醚 聚甲基丙烯酸酯 2 6 二叔丁基对甲酚 磷酸三甲酚酯 司苯 80 苏丹 100 9 10 0 5 0 0007 86 89 11 14 1 0 6 0 5 0 001 注 按粘度指数改进剂 100 加入 10 号航空液压油使用的粘度指数改进剂是国 产的聚正丁基乙烯醚 BB 50 的运动 粘度不小于 10mm2 通过实验室性能评定 YB20A 型液压泵进行 200h 全寿命长期试车及 部队使用 证明其质量能满足我国现有亚音速与超音速飞机液压系统要求 使用温度范围 为 55 100 3 10 号液压油有良好的粘温性能 在 以上有足够的粘度 还有 很低 的凝点 低于 70 因而在使用温度范围内能保证液压系统正常工作 它的润滑性也足 以防止液压系统的磨损 但是 在长期使用中 由于聚正丁基乙烯醚受到机械剪切 粘度 随之下降 引起液压装置工作性能不稳定 并导致液压油泄露 因此 在使用中如果发现 50 运动粘度低于 mm2 s 必须换油 同时 由于聚正丁基乙烯醚 BB 的热氧化安定 性能比较差 导致了 10 号液压油的高温抗氧性不够好 氧化后油色变深 低温粘度增大 不适应新型飞机使用 12 号液压油由于改用聚甲基丙烯酸酯 PMA 做粘度指数改进剂 并提高了抗氧剂的 数量 热氧化安定性和粘温性能得到了改善 长期使用温度为 125 短期使用温度可达 150 抗氧化性能通过了 160 100h 和 180 100h 的氧化试验 试验表明 PMA 的应 用性能优于 BB 上炼 T602 被石油基液压油广泛采用 为了满足高性能飞机的使用要求 我国又研制了 15 号航空液压油 目前 15 号航空液 压油已经广泛应用于我国军用和民用飞机 基本上取代了 10 号和 12 号航空液压油和进口 液压油 15 号航空液压油以 10 号航空液压油的基础油为基础油 上炼 T602 为粘度指数改 进剂 添加量为 10 14 2 6 二叔丁基对甲酚和 苯基 萘胺为抗氧剂 磷酸三 甲酚为抗磨剂 司本 80 为防锈剂 并加苏丹 通过飞机液压泵地面寿命试验 表明 15 号航空液压油可在 125 下长期使用 在 150 下短期使用 当油温短时间达 180 时 也 能保证泵正常工作 当温度降至 55 时 液压泵能够顺利启动 3 表 3 列出 15 号航空液 压油的部分质量指标以及评定结果 从表 3 可以看出 该油的粘度下降率 酸值 氧化安 定性等指标完全符合质量指标要求 经过对 15 号液压油在飞机上的实际使用性能考察和 34 次的取样分析结果分析 发现其粘度 酸值及金属含量变化不大 符合使用要求 4 我国国产的合成航空液压油 4611 抗燃航空液压油 也添加聚甲基丙烯酸酯 PMA 作 为粘度指数改进剂 添加量为 6 4 该油可长期在 55 12 温度范围内使用 代替 500B 等用于进口客机 表 3 15 航空液压油的部分质量指标和评定结果 项目质量指标分析结果试验方法 运动粘度 mm2 s 1 150 100 40 40 54 铜片腐蚀 135 72h ASTM 色标 低温稳定性 60 4 90 13 2 600 2500 2e 3 30 5 36 13 89 397 7 1595 2b GB T265 GB T5096 72h 腐蚀和氧化安定性 160 100h 腐蚀性 金属片重量 变化 mg cm 2 铜 铜 铝合金 镁合金 氧化安定性 氧化腐 蚀试验后 40 粘度变化率 酸值 mgKOH g 1 剪切安定性 40 粘度下降率 40 粘度下降率 酸值 mgKOH g 1 合格 0 1 0 2 0 1 0 2 5 20 0 3 16 16 0 20 合格 0 01 0 01 0 01 0 01 5 6 0 09 15 8 13 1 0 02 SY1181 SY4032 SY2626 结束语 结束语 粘度指数改进