合成润滑剂概况

定义：指由化学合成的方法而制得的润滑剂

特点：可满足一般矿物油或天然油脂所不能满足的使用要求

      低温、高温

          高负荷、高转速

          高真空、高能辐射

          强氧化介质以及长寿命等；

ª高温，～1000℃

ª宽温，航天器所处自然环境温度

ª特殊需要，如抗燃

ª环保，高生物降解率

ª客户感受，长使用周期

ª节能，低摩擦系数的合成油

ª适应新材料

历史

w军事和特殊需要

w20世纪初，德国、美国

w70年代后，由于科学技术发展的需要，两次能源危机的刺激以及合成润滑剂技术的日趋完善和价格的日趋合理民用发展

合成润滑剂应用范围

w民用>>军事

ª70年代初  50%以上  降至现在的20%以下。

w应用范围日益扩大,目前的应用领域主要包括：

①航空用油脂：其中包括航空发动机油、液压油和润滑脂。

②汽车用油脂：这是消耗量最大的领域，其中包括曲轴箱油、二冲程内燃机油、变速箱油和刹车油；

③工业用油脂：其中包括工业燃气轮机用油、齿轮油和轴承油、各类压缩机油、液压油和抗燃液、导热油和电器用油、金属加工液和高低温润滑脂。

广泛应用的原因(一)

w机械工业的发展，对润滑材料提出了日益苛刻的要求，而这些要求往往已经超过了矿物油润滑剂的性能极限。

ª据国外一些轴承厂家调查，滚动轴承过早破坏，43%与不适当的润滑有关。可以设想，随着机械设备性能的不断提高，由于不适宜的润滑而引起的轴承过早破坏还可能增加。

ª越来越认识到：合成润滑剂的选择宽，能适应各种现代机械日益苛刻的设计要求；使用合成润滑剂通常可延长换油期8～10倍，可节能1～7%，综合经济效益好。

ª

广泛应用的原因(二)

w通过选用不同的合成润滑油脂往往给安全和生态环境保护方面带来许多好处。

, ª生物降解率——矿油～40%，酯类油～90%

ª低粘度化，易于降解

ª使用寿命长，废液少，危害、处理难度下降

w善用资源，可持续发展。

ª石油短缺，50～100年？

ª不可再生

ª减少用量，减少物耗，减少能耗

ª使用合成润滑剂，促进资源寿命相对延长

合成润滑剂研发动向

w研究——开始从专门为军工服务转向以民用市场为主；研究课题则从探索新品种、新结构为主转向以油品的应用研究为主。

w信息——产量和用途开始向外披露，一些主要工业国家加强了对合成润滑油脂市场的预测工作。

w产量——也有了迅速的发展。近十年平均增长率达9~10%以上，而同期世界润滑油的年增长率仅为2~3%左右。

润滑剂发展趋势

w美国Ozimek信息公司：全世界的润滑剂工业正在进入一个新纪元。

w20世纪30年代以来，润滑剂是靠在普通基础油中加添加剂

w进入90年代，对润滑剂的特性要求将变得更为苛刻，难以再仅仅靠加入添加剂的办法满足使用要求

w在许多情况下，使用合成润滑剂和其它非常规基础油再加入添加剂将是满足当今润滑剂要求的唯一决择。

我国合成润滑剂发展情况

w60年代初起步，主要为军工服务。

w70年代后期开始向民用推广。特别是在“六五”期间，随着引进设备的增加，用油国产化。

w              军工                     民用

w在整个“六五”期间，我国的合成润滑剂的产品平均每年以30%多的速度递增，“七五”期间以17%的速度递增。

w目前，在民用航空、钢铁、机械、石油、化工、纺织印染、电子电器等行业广泛应用。

 

合成润滑油基础知识

w矿物油

w合成润滑油

矿物油

w从石油直接提炼而得

w组成复杂

w依产地、加工工艺而不同

w按组成分类

ª石蜡基，K=12.5～12.9，典型：大连(大庆)

ª中间基，K=11.5～12.5，典型：兰炼(新疆)

ª环烷基，K=10.5～11.5，典型：克炼

矿物油(续)

w特性因素K

wT_立：立方平均沸点

w     ：密度

w使用量最大：～95%

w最便宜

w生物可降解率低于70%

矿物油生产工艺

w原油→常、减压蒸馏→减压馏分油、减压残渣油→精制→基础油

w石蜡、中间基油

ª减压蒸馏→溶剂精制→溶剂脱蜡→加氢或白土补充精制

w环烷基油

ª常减压蒸馏→加氢精制

ª常减压蒸馏→溶剂精制→加氢或白土补充精制

矿物油生产工艺(续)

w残渣油

ª先经过溶剂脱沥青(丙烷、戊烷、丁醇)

矿物油发展趋势

w加氢处理、加氢裂化成为发展趋势

ª→HVI油(VI=115～125)

ª→VHVI油(VI=140～150)

ª性能可接近PAO

ª技术：MOBIL、CHEVRON、IFP、石科院……

ª已建成：兰炼、大庆、克炼、荆门

ª计划中：上炼、茂名……

ª用途：高档汽油机油、汽轮机油……

ª成本大约提高20%

矿物油牌号

w国际：API Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

w中国

ª石蜡基

wSN(中低粘度，溶剂精制中性油)，如150SN

wBS(残渣高粘度，光亮基础油)，如150BS

ª中间基

wZN(中低粘度，中等粘度指数)，如150ZN

wZNZ(残渣高粘度，中等粘度指数重质)，如125ZNZ

矿物油牌号(续)

w中国

ª环烷基

wDN(中低粘度，低粘度指数)，150DN

wDNZ(残渣高粘度，低粘度指数重质)，如90DNZ

ª锂料油，典型：大港

矿物油性能

w优点

ª可以得到不同粘度级别

w从锭子油→过热汽缸油

ª润滑性优良

ª可用添加剂改善，如防腐蚀、粘温、极压……

ª多数密封材料OK

ª多数油漆OK

ª廉价

矿物油性能(续)

w缺点

w低温性能差(加氢后有改善)

ªV100℃=～10cSt，倾点

w老三套：-10 ℃

w加氢裂化：-15 ℃

w使用温度上限与粘度有关：

ª中等粘度～120℃

ª高粘度～160℃

矿物油性能(续)

w缺点：

ª＞140℃～160℃，迅速氧化、老化，严重积炭

ª粘温特性差，即使加氢，也赶不上大多数合同油

用矿物油的典型产品

w内燃机油

w液压油

w齿轮油CKC、CKD

w润滑脂：锂基脂等

合成润滑油类型

w化学组成

合成油类型(续)

w分子结构

ª合成烃类

w烯烃聚合物

w乙烯聚合物

w丙烯聚合物

w聚丁烯，如聚异丁烯

w高级烯烃聚合物，如聚α-烯烃

w加氢裂化油

w芳烃与烯烃的缩合物

合成油类型(续)

w分子结构

ª聚醚油类

w脂肪族聚醚，如聚烷撑二醇

w全氟烷基聚醚

w聚硫醚

w聚苯醚

ª酯类，羧酸酯类及碳酸酯类

w双酯和复酯

w新戊基多元醇酯

w含氟酯类

w碳酸酯

合成油类型(续)

w分子结构

ª磷酸酯类

ª含硅油类

w硅輁类，聚硅氧烷

w硅酸酯类

w硅烃类，如烷基硅

ª卤化烃类

w含氯烃类，如氯化联苯，氯化石蜡

w脂肪族氟碳和氟氯碳

w六氟苯

合成油类型(续)

w分子结构

ª其它类

w二茂铁衍生物

w芳胺类，如三芳基胺

w脲类衍生物

wPAMA-PAO共聚物

w杂环N、B、P等的化合物，如吡嗪、三嗪、硼嗪等

PAO

w癸烯-1的齐聚物，均一的异构石蜡烃结构

w生产工艺

ª乙烯催化→癸烯-1

ª低粘度，BF₃催化；高粘度，Zieglar-natta催化→不饱和齐聚物

ªNi or Pb催化，加H₂ → 饱和齐聚物

ª蒸馏、调合→不同粘度PAO

PAO(续)

w数量最大之合成油

w大量用于汽油机油、光纤填充剂、化妆品等

w中国不能生产

w价格较高

w可以用聚内烯烃(PIO)取代

ª低温性能稍差

PAO性能

w优点

ª多粘度级别，比矿物油多(2000cSt)

ª倾点可＜-60℃

ª低挥发性(@160℃)

ª粘温性能好

ª涂料OK

ª密封材料OK(@高粘度)

ª减摩性能好

PAO性能(续)

w优点

ª与矿物油和酯类油无限互溶

ª水解稳定性OK

ª防腐蚀性能好

ª无毒(不含芳烃、杂原子化合物)

PAO性能(续)

w缺点

ª低粘度PAO对许多密封材料只有中等的相容性

ª抗擦伤、抗磨损性能不如矿物油、聚烷撑二醇和酯类油好

ª对极压剂和抗磨剂只有溶解度

ª高粘度的生物可降解性差(不易分散入水)

ª与硅油、聚烷撑二醇、全氟烷基聚醚不溶

PAO10的典型值

wVI：137

w倾点：-53℃

wNOACK蒸发：1.8%

w残炭：0.0009%

使用PAO的典型产品

w合成齿轮油

w合成冷冻机油

w合成烃复合锂基脂

w高粘度指数液压油

w……

羧酸酯类油

w以羧酸和脂肪醇酯化而得

w生产工艺

ª酯化→脱除过量组分→过滤→洗涤→蒸馏

w类型

ª二元酸酯类

ª新戊基多元醇酯

ª芳香羧酸酯类

ª复酯和聚酯

ª单酯

羧酸酯类油(续)

w高温性能突出

w应用：航空润滑油、高温油脂、难燃液压油、压缩机油、仪表油等

w价格范围宽，多数比PAO贵

羧酸酯类油性能

w优点

ª加入抗氧剂后，比矿物油的热氧化安定性好

ª使用温度可高达260℃

ª部分酯的倾点低(己二酸异辛醇酯-90℃)

ª部分酯的粘温性好(壬二酸异辛醇酯158)

ª与矿物油和大多数合成油无限互溶

ª抗磨、抗擦伤、减摩性能优良

羧酸酯类油性能(续)

w优点

ª挥发性低

ª无毒

ª多数可生物降解，最好的环保油

ª中等价格

羧酸酯类油性能(续)

w缺点

ª多数酯类油只能得到低粘度级别

ª只能与氟橡胶、聚四氟乙烯、甲基硅橡胶相容

ª与多数涂料不容

ª水解稳定性较差

ª吸水性强

ª只有中等防腐蚀性

用羧酸酯的典型产品

w压缩机油

w润滑脂：Teco 522 等

w难燃液压油

w高温链条油：Teco 905

w冷冻机油

w密封脂：Teco 900

w聚醚油

w以环氧化物聚合而得

生产工艺

ª聚合→中和→过滤→脱水→闪蒸

w类型：

ª溶水型

ª溶油型

ª油水不溶型

w国内大量生产，生产工艺主要由一坪定

聚醚油(续)

w独特的性能

ª不残留燃烧

w高温下(超过220℃)，分解为小分子物质，残炭很少

ª逆溶性

w中等分子量的聚醚

w低温下(＜60～70℃)，能溶解于水中

w高温下，从水中析出

ª与烃类的低溶解性

w与矿油不同，溶解度有上限

w上述性能，可通过结构、组成调节

聚醚油性能

w优点：

ª粘度级别齐全

ª粘度指数高

ª减摩性能优良(蜗轮蜗杆)

ª加入抗氧剂后有很好的抗氧化性

ª最高使用温度可达250℃

ª低温流动性良好(倾点可＜-40℃)

ª有良好的抗腐蚀性

聚醚油性能(续)

w优点

ª无毒

ª生物可降解

ª价格比PAO低

聚醚油性能(续)

w缺点

ª除溶油型外，与矿物油和合成烃不溶

ª对添加剂的溶解度小、感受性一般

ª粘压变化小

ª仅仅与环氧树脂和聚脲基涂料相容

ª仅仅与氟橡胶、聚四氟乙烯相容，与聚氨酯不容

ª与某些PMMA不容

ª在低速下有粘滑倾向

ª表面张力较低

用聚醚油的典型产品

w制动液

w水基淬火液：

w金属加工液

硅油

w以卤代硅氧烷为单体聚合而成

w生产工艺

ª水解→中和→平衡、中和→精馏或闪蒸→过滤

w分类

ª甲基硅油

ª乙基硅油

ª烷基苯基硅油

ª氯苯基硅油

硅油(续)

w价格比PAO高

w国内能大量生产

w独特性能

ª粘温性能，VI～300

ª耐热性能，苯基硅油的长期使用温度～250℃

ª挥发度低，甲基硅油，149℃，30天，0.3%

ª绝缘性能，甲基硅油的绝缘强度可达35KV

ª起泡性小

ª高抗压缩性，4万kg/cm²，仍是液体

ª无毒、无味

硅油的性能

w优点

ª粘度等级齐全

ª粘温性能最好

ª热、氧化安定性优良

ª极好的低温流动性

ª挥发性低(即使低粘度油)

ª闪点高

ª与密封材料、塑料和涂料相容

ª防腐蚀性能和水解安定性优良

硅油的性能(续)

w优点

ª化学稳定性优良

ª电性能优良

ª不溶于水

ª表面张力低

硅油的性能(续)

w缺点

ª在混合摩擦状态下润滑性很差

ª承载能力低，难以用添加剂改善

ª与矿物油、合成烃、酯类油、聚苯醚和全氟聚醚不溶

ª价格偏高

用硅油的典型产品

w高温脂： Teco 214   Teco228

w密封脂：Teco 111

w压缩机油：Seco 400

w全氟聚醚

wPerfluoropolyether(PFPE)

w单体－六氟丙烯、四氟乙烯

w六氟丙烯(HFE)

ª结构式

ª分子量1,000～10,000

w四氟乙烯(TFE)

ª结构式

ª分子量1,000～100,000

全氟聚醚(续)

w生产工艺

ª全氟烯烃(＋O₂)→粗蒸→氟化或氢化→蒸馏→后处理

w特点

ª耐高温性能最好：～260℃

ª润滑性能出众：P_D630kg，FZG＞12

ª常见合成油中最贵：2,000～20,000元/kg

w号称“ultimate lubricant”

全氟聚醚的性能

w优点

ª化学稳定性最高(for all)

ª热氧化安定性非常高

w53cSt 自燃～380℃ O₂170(75)bar

ª使用温度范围很宽

ª挥发性很低

ª低温流动性很好

ª与密封材料、塑料和涂料相容

全氟聚醚的性能(续)

w优点

ª抗燃

ª抗辐射稳定性高

ª优良的抗磨和抗擦伤特性

ª有适宜的粘温特性

全氟聚醚的性能(续)

w缺点

ª表面张力低，润湿特性差

ª防腐蚀性能欠佳

ª对添加剂的溶解性能差

ª与其它油品不溶

ª比重高

ª在分解温度(280～350℃)下无毒，但超过会形成有毒的蒸汽

ª价格极高

用全氟聚醚的产品

w国外

ªDu pont: krytox series

ªMontefluos: fomblin series

ªKlueber: barrierta series(圣努斯公司 Teco 228)

w国内

 (正)磷酸酯

w正磷酸酯(phosphoric acid esters)/亚磷酸酯(phosphorous acid esters)

w正磷酸单酯/双酯/三酯

w生产工艺

ª醇(＋/酚)＋三氯(氧)磷→碱、水洗→除去HCl

w特点

ª抗燃性优良

ª润滑性良好

正磷酸酯(续)

w抗燃性能

正磷酸酯的性能

w优点

ª三芳基磷酸酯的抗燃性能优良，极高温下燃烧，但不传播火焰

ª润滑性良好，但对金、钨等不起作用

ª倾点较低，-56℃～-15℃

ª热稳定性较好，三对氯苯基磷酸酯分解温度＞471℃

正磷酸酯的性能(续)

w缺点

ª含邻位异构体的三芳基磷酸酯有(剧)毒

ª热分解产生取代磷酸，腐蚀

w最高使用温度：芳基150～175℃

w烷基芳基110～120℃

ª水解安定性差

ª粘温性能一般较差，VI28～148

ª比重较大

ª材料相容性

w普通工业油漆、PMMA、PP、PVC、PBV不容

用正磷酸酯的产品

w抗燃液压油

ªMonsanto skydrol/prdraul

ªHoughton houghto-safe

ªAKZO AK20

w除电站，基本不使用

合成润滑油的应用

w合成润滑剂增长幅度9~10%,具有很好的市场发展潜力

w合成润滑油类型：PAO、 酯类油、 醚类油、硅油、其它

w合成润滑油具有优异的性价比，综合性能优，值得大力推广

合成润滑脂的应用

w指含有合成润滑油或非皂稠化剂的润滑脂。它是合成润滑剂的一个重要分支。

w与合成润滑油一样，合成润滑脂也是为满足军事工业和尖端技术要求而发展起来的。

w润滑脂主要由两大部分组成，即基础油和稠化剂

圣努斯公司产品线

《圣努斯润滑剂产品手册》

w应用广泛

ª车辆

ª工业

ª船舶

ª航空航天

ª铁路机车

ª军用

w20类、246种

车用油

工业油

船舶、机车用油

航空航天、军用油

圣努斯公司

ª是中国合成润滑剂领域的先行者

ª品牌

ª技术、质量

ª产品

ª测试评定

ª服务

ª具有强的竞争力