现在许多润滑油实验室正在研究新一代基础油。不管它们是对现有基础油的化学特性进行了改善之后的优化型基础油，还是完全创新的基础油，它们都改变了整个润滑油行业。这些基础油是什么？它们适合用来生产工业齿轮油吗？新的化学性质是怎么来的？高性能基础油会不会对润滑油添加剂的使用和润滑油的生产发展造成影响？
基础油供应商正在响应市场对润滑油性能的要求，尤其是那些用于大型工业和运输设备的润滑油。供应商们表示，聚醚合成基础油（PAG）具有优越的抗磨性和氧化稳定性，因此非常适合用于生产工业齿轮油。
市场的推力
位于美国北卡罗来纳州的科莱恩公司展示了关于聚醚合成基础油对工业齿轮油的益处的新测试结果。
印度海得拉巴的市场调查公司——IndustryARC的数据显示，2014年，亚太地区满足了全球工业齿轮油的46%需求，美国满足了22%，欧洲满足了21%，中东和非洲总共满足了11%。全球的齿轮油主要用于普通制造业（按重量计算占27%）、不锈钢业（占21%）、矿业（占19%）、建筑业（占10%）、农业（占10%），以及能源业（占10%）。
根据IndustryARC的调查结果，2016年全球齿轮油总产量为85.9万吨，价值55.6亿美元，而在2014年全球齿轮油总产量为89.15万吨，价值53亿美元。IndustryARC的调查显示，在2014年，使用传统APIⅠ类和Ⅱ类矿物油生产的工业齿轮油有60.7万吨，价值25亿美元；使用Ⅲ类油生产的工业齿轮油有2.6万吨，价值1.53亿美元；使用Ⅳ类PAO油生产的工业齿轮油有13.9万吨，价值14.5亿美元；使用Ⅴ类PAG油生产的工业齿轮油有7.1万吨，价值9.12亿美元；使用酯类基础油生产的工业齿轮油有4.8万吨，价值3.57亿美元。
2016年到2021年，全球工业齿轮油需求的复合年均增长率有望达到1.6%。照此看来，到了2021年，全球工业齿轮油的年产量将会超过93万吨，价值达60亿美元。IndustryARC预测高价PAO、PAG和酯类齿轮油产品的需求将会增加。PAG基础油主要用于生产优质润滑油、蜗杆齿轮油和极压齿轮油。
油溶性PAG齿轮油
很多人认为PAG基础油只适合用于水基润滑剂。科莱恩公司表示，一些亲水性强的PAG可以用于水基润滑剂和金属加工液，而油溶性PAG的亲水性比较弱，只能稳定存在于油基润滑液。PAG的ISO粘度等级在32到1000之间，因此很适合进行商业化。
PAG是环氧乙烷和环氧丙烷或者它们的衍生物按不同比例共聚而成的。通过控制原料成分和反应条件，可以合成均聚物、无规共聚物以及嵌段共聚物等具有不同结构的聚合物；可以合成氧原子在主链，或者有丁醇末端基和乙二醇末端基等具有不同化学性质的聚合物；也可以合成具有各种支链的聚合物；还可以合成具有不同物理性质的聚合物。
人们对齿轮油适应高速、极高负荷以及高温工况的能力越来越看重。终端用户的需求增加，生产率也不断增加，齿轮油产品需要适应各种工作条件也是必然之路。同时，终端用户还尝试通过减少设备停机时间，降低能源消耗以及延长换油周期来减少维修费用。
虽然这些趋势都为大众所知，但是科学文献上关于基础油种类对齿轮油的性能影响的例子和数据极少。因此，科莱恩进行了一项研究，比较了矿物油基础油、酯类基础油、PAO基础油和PAG基础油，所有基础油的等级都是一般适用于工业齿轮油的ISO VG220。PAG产品在粘度、防锈、耐水方面表现优越（ 图表1）。
研究中观察到即使不含添加剂，PAG产品也具有极优的抗磨性。环氧乙烷的含量越高，粘度越大，PAG在润滑油测试中表现出来的抗胶合能力越强。”
科莱恩的B11 PAG产品具有丁醇末端基，EO/PO比例为1:1；科莱恩的D21 PAG产品具有乙二醇末端基，EO/PO比例为2:1，在不含添加剂的情况下，进行DIN ISO 14635-1标准测试，能够承受FZG齿轮油测试A/8.3/90的最高负荷等级——第12级。一种具有同样粘度的PAO产品不能承受第9级负荷，同时，一种矿物油产品不能承受第7级负荷。
虽然PAG产品不使用添加剂也具有超强润滑性，但是这可能会引起润滑油起泡、防腐性弱等副作用。
完美的PAG
PAG产品的完美源于自身的条件，还是添加剂的扶持？
科莱恩公司表示，极压剂能够优化PAG工业齿轮油的性能，比方说科莱恩的添加剂1655N。在FZG测试中，当施加第12级到第14级负荷时，加入浓度为4%的添加剂就能提高科莱恩的ISO VG150等级基础油——PAG B01/150的负载能力。
在四球磨损测试（DIN 51350-3标准）中，加入浓度为4%的1655N添加剂就可以让ISO VG150等级的PAG D21/150的磨斑直径减少0.34到0.5毫米；在四球极压测试（DIN 51350-4标准）中，加入浓度为4%的添加剂可以增加300磅的卡咬负荷和烧结负荷。
此外，进行ISO 6247起泡测试时，在PAG D21/150基础油中加入浓度为4%的添加剂能够减少起泡，加入浓度为20%的添加剂能够避免起泡。在涡轮油稳定测试（DIN EN ISO 4263-4标准）与内控测试中，加入浓度为4%的添加剂可以避免基础油在120℃出现发热和氧化降解，加入浓度为8%的添加剂能够让基础油在150℃下仍然保持稳定。
在科莱恩的内控氧化稳定测试中，在一个开口玻璃瓶里加入15克油和一些铜丝、铁丝作为氧化催化剂。当温度变成120℃时，PAG油的颜色变暗，但是依然保持清澈，在接下来的四周里没有出现油泥，这是因为分解产物可溶于PAG。
在实地实验中，PAG产品表现出比矿物油产品更加优秀的性能，在正齿轮、锥齿轮，尤其是蜗杆齿轮中，PAG产品寿命更长、用量更省。总之，这项针对无添加剂的ISO VG220基础油的正面对比研究清晰地展现了PAG油能够让齿轮油具有更加优越的性能。
（节选自《润滑油情报》杂志2017年12月刊）
如需了解更多PAG基础油在工业齿轮油的应用，欢迎来电索刊：020-87766826、87766563、87766589。
相关文章
[错误报告] [推荐] [收藏] [打印] [关闭] [返回顶部]
