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酯類機油未來市場主流(讓引擎未啟動先保護)

發佈日期     2018.11.30


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酯類油:用途-噴氣發動機油.酯類油特性-形成油膜

酯類油(Ester oil)是指分子結構中含有酯基的天然物質。動植物的油脂數千年前就被人們用作潤滑材料,以減輕勞動負荷,或者使車輪輕快運轉。

簡介

酯類油是指分子結構中含有酯基的天然物質,動植物油脂數千年前就被人們用作潤滑材料以減輕勞動負荷,或使車輪輕快運轉。直至20世紀後期,這種天然油脂仍大量應用於齒輪油、金屬切削液、金屬拉拔潤滑劑和機床導軌油中。

主要特徵

動、植物油脂具有良好的潤滑性能和負荷承載能力,但抗氧化性能及低溫性能較差。30年代後期,德國的Hennan Zom博士開展了人工合成酯基化合物作為潤滑劑的研究。1937-1944年,他試驗和合成了3500種酯,評價了它們的性能,並弄清了天然油脂的氧化安定性較差是由於酯分子中甘油分子的第二羥基所致。1938年,伯醇,特別是三羥甲基乙烷,酯化得到的酯基液體,兼有良好的潤滑性能和高的熱安定性。同時,還發現二元脂肪酸與長鏈一元醇反應得到的雙酯,具有作為潤滑劑使用的良好性能。

發展歷史

1941~1942年在斯大林格勒戰役中,由於礦物潤滑油低溫性能差,使得德國的戰車、飛機無法啟動,加速了合成潤滑油的研究與發展。首先在魯爾區(Leuna)建立了工業化的雙酯生產線,但因原料關係,生產量每天未超過100桶。當時德國生產的雙酯是採用甲基己二酸與帶長支鏈的C8或大於C8的醇反應而得。產品主果用於與聚烯烴或礦物油調配,生產低凝潤滑油,用於飛機、車輛、機槍和鐵路機車等。 [1]

1939年,第一台燃氣渦輪發動機在德國研製成功。隨後酯類潤滑油就一直伴隨著航空發動機性能的不斷提高耐發展。

1941年英國研製成功了首台燃氣渦輪發動機;1942年美國按照英國技術生產了第一台燃氣渦輪發動機。但這些早期的渦輪發動機潤滑問題未得到很好的解決。當時,美國己有癸二酸雙酯等的生產,但僅作為降低粘度的添如劑用於礦物油基的液壓油中。英圖力圖開發一種高粘度指數的潤滑油,希望能同時滿足新型燃氣渦輪發動機的低溫啟動要求和渦輪減齒輪箱高溫下的大粘度要求,對聚乙二醇和聚亞烷氧基二醇醚做了一些實驗,但高低溫性能都不理想。

德國戰敗後,盟軍立即派出技術調查組進入德國,以檢查其戰爭中的科研和工業狀況。參加調查石油組的HL West(當時的Esso Development Company,Ltd成員),特別往意到德國在合成潤滑油和添如劑領域中的重大發展。它的調查報告激發了英美對酯類油的加速研究工作。

由於燃氣渦輪發動機的第一個全合成潤滑油是由當時的埃索歐洲試驗室(Esso European Laboratory)研製的。這是一種由複酯和雙酯調配而成的EEL- 3號油。EEL-3號於1947完成軸承台架試驗和齒輪實驗;1950年完成100小時減速箱運轉試驗; 1950~1951完成150h發動機試驗, 1952年3月被認可符合英國DERD 2487規格。

美國聯合飛機公司(United Aircraft Corporation)的普拉特一惠特尼(Pratt and Whitney)飛機分部,在引進英國羅伊爾-諾依斯燃氣渦輪發動機生產技求的基礎上,研究成功了以軸流式壓縮機代替離心式壓縮機的新技術,這就使渦輪噴氣式發動機有足夠的推力起飛,而不需要由減速機帶動螺旋槳機構,因而對潤滑油就不需要高的油膜強度。如之,美國的全球戰略,要求飛機能在-54℃的極地冬季氣候條件下起飛,1951年,頒布了100℃粘度3mm 2 /s的低粘度航空潤滑油標準MIL-L-7808 。美國第一個符合7808規格要求的航空潤滑油是由當時的標準油發展公司(Standard Oíl Development Company),後來的Exxon研究和工程公司研製的全雙酯型的15號埃索渦輪油(Essoturbo Oíl 15),用於普-惠公司的J-57發動機上。1955年後,許多雙酯型航空發動機油通過了MIL-L-7808規格檢驗。1958年,普-惠公司的J-57發動機在波音707飛機上首飛成功。大量民用飛機的採用,如速了雙酯型潤滑油的迅速發展。1965年全世界合成航空潤滑油的需求量達到了1萬噸(3000000加侖/年)。

種類及特性

酯類油除了有機酸酯以外,還有磷酸酯、硼酸酯、矽酸酯等。(酯一般分為單酯、雙酯、多元醇酯)及芳香酯。

單酯

單酯是指一元醇和一元脂肪酸的酯,即由天然油脂衍生的直鏈脂肪酸和直鏈脂肪醇或支鏈脂肪醇得到的酯。單酯具有價格便宜、度低、粘度指數高、生物降解性高等優點,但低溫流動性差,所以單獨作為基礎油使用並不多見,大多用作金屬加工油的潤滑性能改進劑。但支鏈脂肪酸單酯的低溫流動性有很大改進。

雙酯

雙酯是指一元醇和二元脂肪酸的酯。一般是己二酸或癸二酸和c~c,的支鏈伯醇酯。這種與支鏈脂肪族醇得到的雙酯具有粘度低、粘度指數高(VI130~150)、價格便宜等優點。一般00cc 運動粘度為2.3mm/s一5.4mm/s,傾點均在一60c以下。熱氧化安定性與聚一一烯烴(PAO)相同。

多元醇酯

多元醇酯是新戊基多元醇酯的簡稱,是由具有新戊基的多元醇,如三羥甲基丙烷,季戊四醇等,和一元脂肪酸酯化而成。新戊基多元醇的B位碳沒有氫,所以酯的熱氧化安定性好。多元醇酯由於酯基多,所以極性強,蒸發損失低,潤滑性好。多元醇酯有優異的熱氧化安定性和低蒸發性,可比雙酯在高50cI=一100oC的工作溫度下使用。多元醇酯主要作為噴氣發動機油使用。

酯類油特性

在一般情況下,油會在兩接觸面間形成一層連續的油膜。這層油膜起著液態潤滑的作用—防止金屬與金屬間直接接觸,從而減少摩擦。潤滑油能否提供液態潤滑,取決於能否在兩個金屬表面上形成不斷裂的油膜。當這層油膜在重負的情況下斷裂,便會造成阻力和摩擦。(能在其他基礎油失效的條件下仍能保持優越的潤滑作用,這便是酯類油在臨界潤滑情況下的優勝之處。)

酯類分子中所含氧元素使它具有正電極;含氫元素使它具有負電極。由於電極作用,可以使酯類分子吸附在金屬表面,形成一層稱為黏附分子油膜的油層。正是這層黏附分子油膜使酯類油從其它因黏性而形成油膜的油中脫穎而出。當引擎啟動的時候,潤滑油性能的好壞就更容易辨別了。那些依靠黏度而形成油膜的潤滑油,在引擎停止工作的時候會從金屬表面流走。當引擎再次啟動時,兩金屬表面的油膜已經消失,引致幹啟動的出現。

相反,那些不是依靠粘度來實現液態潤滑的黏附分子油膜即使是在引擎停止工作後,它也能夠存在於在兩金屬表面之間。(也就是說以酯類作為基礎油的潤滑油,即使引擎停下來,也可以對引擎有著不間斷的保護。在城市中駕車,經常會走走停停。此時,車的引擎承受的負荷比賽車時還大。要保護好它,挑選合適的機油是十分關鍵的。潤滑油是由基礎油和添加劑組成的,其中基礎油占了95%以上的比例。)

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