1、潤滑油基礎油分類簡介 潤滑油基礎油分類簡介國外各大石油公司過去曾經根據原油的性質和加工工藝把基礎油分為石蠟基基礎油、中間基基礎油、環烷基基礎油等。20世紀80年代以來,以發動機油的發展為先導,潤滑油趨向低黏度、多級化、通用化,對基礎油的黏度指數提出了更高的要求,原來的基礎油分類方法已不能適應這一變化趨勢。因此,國外各大石油公司目前一般根據黏度指數的大小分類,但一直以來沒有嚴格的標準。API于1993年將基礎油分為五類(API-1509),并將其并如EOLCS(API發動機油發照認證系統)中,其分類方法見表-1。I類基礎油通常是由傳統的“老三套”工藝生產制得,從生產工藝來看,I類基礎油的生產過程

2、基本以物理過程為主,不改變烴類結構,生產的基礎油質量取決于原料中理想組分的含量和性質。因此,該類基礎油在性能上受到限制。II類基礎油是通過組合工藝(溶劑工藝和加氫工藝結合)制得,工藝主要以化學過程為主,不受原料限制,可以改變原來的烴類結構。因而II類基礎油雜質少(芳烴含量小于10%),飽和烴含量高,熱安定性和抗氧性好,低溫和煙炱分散性能均優于I類基礎油。III類基礎油是用全加氫工藝制得,與II類基礎油相比,屬高黏度指數的加氫基礎油,又稱作非常規基礎油(UCBO)。III類基礎油在性能上遠遠超過I類基礎油和II類基礎油,尤其是具有很高的黏度指數和很低的揮發性。某些III類油的性能可與聚-烯烴(P

3、AO)相媲美,其價格卻比合成油便宜得多。?IV類基礎油指的是聚-烯烴(PAO)合成油。常用的生產方法有石蠟分解法和乙烯聚合法。PAO依聚合度不同可分為低聚合度、中聚合度、高聚合度,分別用來調制不同的油品。這類基礎油與礦物油相比,無S、P和金屬,由于不含蠟,所以傾點極低,通常在-40以下,黏度指數一般超過140。但PAO邊界潤滑性差。另外,由于它本身的極性小,對溶解極性添加劑的能力差,且對橡膠密封有一定的收縮性,但這些問題都可通過添加一定量的酯類得以客服。? 除IIV類基礎油之外的其他合成油(合成烴類、酯類、硅油等)、植物油、再生基礎油等統稱V類基礎油。21世紀對潤滑油基礎油的技術要求主要有:熱

4、氧化安定性好、低揮發性、高黏度指數、低硫/無硫、低黏度、環境友好。傳統的“老三套”工藝生產的I類潤滑油基礎油已不能滿足未來潤滑油的這種要求,加氫法生產的II或III類基礎油將成為市場主流。我國潤滑油基礎油標準建立于1983年,為適應調制高檔潤滑油的需要,1995年對原標準進行了修訂,執行潤滑油基礎油分類方法和規格標QSHR 001-95,詳見表-2。這種分類方法與國際上的分類有著本質上的區別。該標準按黏度指數把基礎油分為低黏度指數(LVI)、中黏度指數(MVI)、高黏度指數(HVI)、很高黏度指數(VHVI)、超高黏度指數(UHVI)基礎油5檔。按使用范圍,把基礎油分為通用基礎油和專用基礎油。

5、專用基礎油又分為適用于多級發動機油、低溫液壓油和液力傳動液等產品的低凝基礎油(代號后加W)和適用于汽輪機油、極壓工業齒輪油等產品的深度精制基礎油(代號后加S)。其中HVI油和VI80的MVI油都屬于國際分類的I類基礎油;而VI80的MVI基礎油和LVI基礎油根本不入類;VHVI、UHVI按國際分類為II類和III類基礎油,但在硫含量和飽和烴方面都沒有明確的規定。? 礦物基礎油是由石油的高沸點、高相對分子質量烴類和非烴類的混合物經一系列加工而得,主要由烷烴、環烷烴、芳烴、環烷芳烴,以及含氧、含氮、含硫有機化合物和膠質、瀝青質等非烴化合物組成,幾乎沒有烯烴。對餾分潤滑油料而言,其烴類碳數分布約為C

6、20C40;沸點范圍約為350535;相對分子質量在2501000或個別更高。? 烴類是構成潤滑油的主要成分,烴結構對潤滑油的黏度、黏溫性質、凝點等性能均有顯著影響。? (1)對黏度影響礦物基礎油以烴類為主,烴類的黏度與其分子結構、分子大小、環的數目和類型有關。潤滑油的黏度隨烴類相對分子質量的增大而增大;在碳原子數相同的各種烴類中,烷烴的黏度最小,芳香烴次小,環烷烴的黏度最大,并且隨著環數在分子中的比例增加而增加;在環數相同的烴類中,黏度隨側鏈長度的增加而增加。? (2)對黏溫性質影響?烴類本身的黏度指數差別很大,在潤滑油產品所含的烴類中,以正構烷烴的黏度指數最高,能達到180以上;異構烷烴的

7、黏度指數比相應的正構烷烴的要低一些,并且隨著分支程度的增加而下降;其次是具有烷基側鏈的單環、雙環環烷和單環、雙環芳烴;最差的是重芳香烴、多環環烷烴和環烷-芳烴;對于雙環和多環烴類,黏度指數隨側鏈的數目和長度的增加而增加,隨環數的增加而急劇下降;膠質是多環的含氧化合物,其黏溫性質更差。(3)對凝點的影響?各種烴類的凝點由大到小的順序為:正構烷烴異構烷烴環烷烴芳烴。正構烷烴的凝點最高,且隨碳原子數增加而升高。如正十六烷的凝點為18.16,正十八烷為36.7;異構烷烴的凝點比相應的正構烷烴的低,而且隨著分支程度的增大而迅速下降;帶側鏈的環狀烴,側鏈分支程度愈大,凝點下降也愈快。從分子結構對潤滑油的一

8、些物理性質的影響可以看出,要想從烴分子的結構來改變潤滑油的性能是受到限制的,當改變分子結構使某一性能改善的同時,往往另一性能就變差,只有適當的選擇才能得到性能相對較全面的潤滑油潤滑油是由基礎油和添加劑調和而成的。基礎油是潤滑油的主要構成原料,一般占潤滑油成分的80%-90%,所以可以說基礎油質量和性能的高低直接影響著潤滑油的使用性能。基礎油種類介紹? 美國石油學會API根據基礎油組成的主要特性把基礎油分成5類,I類為溶劑精制基礎油,有較高的硫含量和不飽和烴(主要是芳烴)含量;II類主要為加氫處理基礎油,其硫氮含量和芳烴含量較低,烷烴(飽和烴)含量高;III類主要是加氫異構化基礎油,不僅硫、芳烴

9、含量低,而且黏度指數很高;IV類為聚a-烯烴(PAO)合成油基礎油;V類則是除I-IV類以外的各種基礎油。? I類基礎油通常是由傳統的“老三套”工藝生產制得,從生產工藝來看,I類基礎油的生產過程基本以物理過程為主,不改變烴類結構,生產的基礎油質量取決于原料中理想組分的含量和性質。因此,該類基礎油在性能上受到限制。? II類基礎油是通過組合工藝(溶劑工藝和加氫工藝結合)制得,工藝主要以化學過程為主,不受原料限制,可以改變原來的烴類結構。因而II類基礎油雜質少(芳烴含量小于10%),飽和烴含量高,熱安定性和抗氧性好,低溫和煙炱分散性能均優于I類基礎油。? III類基礎油是用全加氫工藝制得,與II類

10、基礎油相比,屬高粘度指數的加氫基礎油。III類基礎油在性能上遠遠超過I類基礎油和II類基礎油,尤其是具有很高的黏度指數和很低的揮發性。某些III類油的性能可與聚-烯烴(PAO)相媲美,其價格卻比合成油便宜得多。? IV類基礎油指的是聚-烯烴(PAO)合成油。常用的生產方法有石蠟分解法和*聚合法。PAO依聚合度不同可分為低聚合度、中聚合度、高聚合度,分別用來調制不同的油品。? V類基礎油是除IIV類以外的基礎油,它主要包括:植物性基礎油,合成酯、聚醚、硅油、含氟油、磷酸酯,各種GTL油,以及再生基礎油等。各類基礎油的主要指標如下類基礎油性質粘度指數硫含量飽和烴含量%常規礦物型80120>0

11、.03<90加氫裂化或加氫異化裂化工藝801200.0390加氫裂化或加氫脫蠟工藝>1200.0390聚-烯烴合成油?PAO除以外的其他類基礎油礦物基礎油的主要性能? 礦物基礎油是由石油提煉,經常減壓蒸餾、溶劑精制、脫蠟白土精制以及加氫等工藝制成,加氫程度的不同,得到不同的粘度指數、氧化穩定性、傾點、揮發性指標的基礎油。礦物基礎油主要由烷烴、環烷烴、芳烴、環烷芳烴,以及含氧、含氮、含硫有機化合物和膠質、瀝青質等非烴化合物組成,幾乎沒有烯烴。礦物基礎油以烴類為主,所以烴結構對潤滑油的粘度、粘溫性質、凝點等性能均有顯著影響。(1)對粘度影響? 烴類的粘度與其分子結構、分子大小、環的數目

12、和類型有關。潤滑油的粘度隨烴類相對分子質量的增大而增大;在碳原子數相同的各種烴類中,烷烴的粘度最小,芳香烴次小,環烷烴的粘度最大,并且隨著環數在分子中的比例增加而增加;在環數相同的烴類中,粘度隨側鏈長度的增加而增加。(2)對粘溫性能影響? 烴類本身的粘度指數差別很大,在潤滑油產品所含的烴類中,以正構烷烴的粘度指數最高,能達到180以上;異構烷烴的粘度指數比相應的正構烷烴的要低一些,并且隨著分支程度的增加而下降;其次是具有烷基側鏈的單環、雙環環烷和單環、雙環芳烴;最差的是重芳香烴、多環環烷烴和環烷-芳烴;對于雙環和多環烴類,粘度指數隨側鏈的數目和長度的增加而增加,隨環數的增加而急劇下降;膠質是多

13、環的含氧化合物,其粘溫性質更差。(3)對凝點的影響? 各種烴類的凝點由大到小的順序為:正構烷烴異構烷烴環烷烴芳烴。正構烷烴的凝點最高,且隨碳原子數增加而升高。如正十六烷的凝點為18.16,正十八烷為36.7;異構烷烴的凝點比相應的正構烷烴的低,而且隨著分支程度的增大而迅速下降;帶側鏈的環狀烴,側鏈分支程度愈大,凝點下降也愈快。? 從分子結構對潤滑油的一些物理性質的影響可以看出,要想從烴分子的結構來改變潤滑油的性能是受到限制的,當改變分子結構使某一性能改善的同時,往往另一性能就變差,只有適當的選擇才能得到性能相對較全面的潤滑油。?常用合成基礎油的主要性能對于合成油,在車用潤滑油中使用最多的是聚-

14、烯烴,合成酯和聚醚。(1)PAO 結構與性能? PAO(聚-烯烴)是由*經聚合反應制成烯烴,再進一步經聚合及氫化而制成的烯烴聚合物。聚-烯烴是用作潤滑油基礎油的最常見的一種合成烴,這類基礎油與同粘度的礦物油相比,無S、P和金屬,由于不含蠟,所以傾點極低,通常在-40以下,粘度指數一般超過140,閃點高、傾點低、低溫流動性好、更寬的工作溫度范圍,蒸發損失小,高溫穩定性好,氧化穩定性好,抗水解能力強,積炭少,無毒。而且與礦物油與良好的相容性。但PAO邊界潤滑性差,并由于它本身的極性小,對溶解極性添加劑的能力差,且對橡膠密封有一定的收縮性,但這些不足可通過添加一定量的酯類得以克服。(2)合成酯類油

15、?酯類油最早用作航空渦輪發動機潤滑油,由脂肪酸和脂肪醇在催化劑作用下經酯化反應脫水制得。因反應的脂肪酸和脂肪醇的種類不同,合成酯可分為:多元醇酯、雙酯、單酯等,而常用的合成酯基礎油為:多元醇酯、雙酯。通常來說,合成酯具有以下優異的性能:粘度指數高,閃點高、傾點低、低溫流動性好,更寬的工作溫度范圍,蒸發損失小,高溫穩定性好,氧化穩定性好,殘炭少,潤滑性能優異,毒性極低,環保、生物降解性能好。一些試驗表明,酯類油還有一定的分散性能,能促進一些添加劑更好溶于潤滑油而發揮作用。缺點是抗水解性能差,對橡膠件的相容性一般。所以酯類油也成為調和廠生產合成機油(聚-烯烴中加合成酯)和半合成發動機油(礦物油加合

16、成酯)的一種選擇。(3)聚醚 ?聚醚是由環氧乙烷EO、環氧丙烷PO、環氧丁烷BO等原料,通過開環均聚或共聚制得,可分為水溶性聚醚、水不溶性聚醚和油溶性聚醚。聚醚具有很多優異的性能:很高的粘度指數,優異的潤滑性能,高閃點、低傾點、更寬的工作溫度范圍,對橡膠件相容性較好,毒性很低,殘炭少,高溫可以完全揮發掉,不留殘余。由于其分子結構可以量身定做,分子量可大可小,因此,可制得不同的聚醚以滿足不同的使用要求。可應用于齒輪油、蝸輪蝸桿油、制動液等。合成基礎油與礦物基礎油的主要性能對比 性 能礦 物雙 酯多元醇酯聚 醚聚-烯烴粘溫差較好好很好好低溫特性差較好好較好好氧化穩定差較好好較好好高溫穩定差較好好較

17、好一般蒸發損失差較好很好一般好抗燃性差較好較好較好較好抗腐蝕性很好一般一般較好很好水解穩定很好一般一般較好很好承載能力很好較好好很好很好毒 性一般好好好很好生物降解差好好一般差 如何選用基礎油調制理想的潤滑油 調合是潤滑油制備過程的最后一道重要工序,按照油品的配方,將潤滑油基礎油組分和添加劑按比例、順序加入調合容器,用機械攪拌(或壓縮空氣攪拌)、泵抽送循環、管道靜態混合等方法調合均勻,然后按照產品標準采樣分析合格后即為正式產品。潤滑產品常常是利用兩種或兩種以上不同粘度的基礎油組分按一定比例(該比例常稱為調合比)混合調制成的,基礎組分油的調合是潤滑油產品調制的基礎。對潤滑油來說,其中最受關注的幾

18、項指標有:粘度和粘度指數,傾點及低溫性能,高溫抗氧化性和穩定性;閃點和蒸發損失;硫磷含量。1粘度和粘度指數? 粘度是成品油的重要指標,而基礎油的粘度對成品油粘度的影響非常重要。適當的粘度是保持潤滑性和發揮抗磨性能的關鍵。現在由于汽車發動機構造越發精密,而且全球都在提倡節能,所以車用潤滑油在保證性能的前提下,有粘度降低的趨勢。在使用幾種不同基礎油調和成潤滑油的時候,得到的成品油的粘度不是簡單的加成關系,其計算公式為: lgVN1BlgV1+N2lgV2 式中V,V1和V?混合油1組分和2組分油的運動粘度,(mm2/s; N1,N2?1、2組分油的混合比例,%(計算時為小數,N11-N2)。? 粘

19、度指數表示潤滑油的粘溫性能,粘度指數越高,說明潤滑油的粘度隨溫度的升降而變化越少。現在國內有些廠家考慮到成本因素,使用低檔基礎油,其粘度指數不夠,只好采取多加粘指劑來解決問題,但粘指劑一般都是一些分子量大的聚合物。在油中添加過多粘指劑,一方面由于剪切而不能很好地保持粘度;另一方面過多的粘指劑會影響潤滑油的低溫性能并增加積碳,所以在調和時,盡量使用粘度指數高的基礎油。我們看到,在GF-4標準中,只有0W/XX,5W/XX和10W/XX的粘度級別,為了讓潤滑油在高低溫情況下都能很好地發揮作用,就必須使用高粘度指數基礎油。? 在調和中我們注意到,不同粘度指數的組分油混合成的油品的粘度指數一般都偏向高

20、粘度指數分組油的粘度指數。在一定范圍內還表現出一定的可加性,即為粘度指數上升現象。(2)傾點以及低溫性能? 由于考慮到用戶選用方便,現在提倡簡化機油的品種,也就是說盡量擴大機油使用溫度,所以多級油的使用已經成為一種趨勢,這樣就對潤滑油的低溫性能要求越來越高。潤滑油的低溫性能包括傾點、CCS粘度和低溫泵送性等。? 為了應對越來越苛刻的低溫性能要求,調和廠可以嘗試使用一部分合成油,充分利用合成油擁有低傾點、高粘度指數、低溫性能優異的性能。在使用傾點下降劑時,優先選用聚甲基丙烯酸酯類(PMA型)和聚-烯烴(PAO),它們一方面降低傾點,另一方面能改善成品油的低溫流動性。? 另外,我們在調和過程中注意到,對不同傾點的組分基礎油混合成的油品的傾點,一般偏于高傾點組分油的凝點,即出現傾點上升現象3 高溫抗氧化性和穩定性:? 高溫抗氧化型和穩定性對成品油的粘度、積炭形成趨勢和機油換油期的影響很大,使用具有良好高溫抗氧化性和高溫穩定性的基礎油,粘度保持好,形成積碳少,油質保持好,大大延長機油換油期。從GF-3標準到GF-4標準,高溫沉積量從不大于45mg到小于35mg。為優化高溫抗氧化性和穩定性,可多使