《武汉工程大学学报》 2015年06期
31-35
出版日期：2015-06-30
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
分析步骤对油品泡沫性能的影响
０ 引 言发动机油中出现泡沫主要有两种可能：一方面在使用过程中，由于受到振荡、搅拌等因素的影响，使空气进入到发动机油形成气泡，油品气泡的倾向性和稳定性不同，与计量时不同的时间周期有关；另一方面当发动机油中含有过量水分并夹杂有气泡时，发动机油会被乳化，在使用时易产生白色泡沫. 发动机油中泡沫若不及时解决，将会造成油箱的散热差、油品氧化加剧、油品润滑性能性能下降、发动机机械故障等一系列不良的影响. 因此了解影响润滑油泡沫性能的因素，对润滑油的研发和生产有着重要意义和价值. 消除泡沫的方法主要有物理消泡法、化学消泡法等三种［１］. 王宁［２］从功能添加剂、油品调合温度、基础油馏分组成、抗泡剂复合比例等方面分别考察了对油品泡沫特性的影响. 本实验重点考察了搅拌速度对ＳＮ １０Ｗ－４０和ＳＭ／ＧＦ－４ ５Ｗ－３０油品泡沫性能的影响，通过比较数据来确定高速搅拌方式对油品泡沫性能是否有影响. １ 发动机油规格对油品泡沫性能的要求为了保证发动机油能够在内燃机中发挥正常的作用，美国石油协会（ＡＰＩ）、美国材料与试验协会（ＡＳＴＭ）和中国国家标准化管理委员会（ＳＡＣ） 等组织分别对发动机油的泡沫性能做出了严格限制，表１和表２分别是ＡＰＩ和ＳＡＣ对汽油机油泡沫性能的要求；表３和表４分别是ＡＳＴＭ和ＳＡＣ对柴油机油泡沫性能的要求.从表１和表２可知，ＡＰＩ１５０９、ＳＡＣ中要求ＳＧ、ＧＦ－１及其以上质量规格的汽油机油的泡沫特性和ＳＭ、ＳＮ、ＳＭ／ＧＦ－４、ＳＮ、ＧＦ－５等规格的高温泡沫特性测试时需首先选择步骤Ａ试验；对于ＳＨ、ＧＦ－１、ＳＪ、ＧＦ－２、ＳＬ／ＧＦ－３等质量规格的汽油机油在１５０℃时可选择步骤Ａ以外的搅拌方式.从表３和表４可知，一般情况下柴油机油的泡沫特性不允许选择步骤Ａ，对于存储两星期以上的样品选择步骤Ａ. 综上所述，所有质量规格的汽油机油的泡沫特性测试需首先选择步骤Ａ，ＳＭ、ＳＮ、ＳＭ／ＧＦ－４、ＳＮ／ＧＦ－５等质量规格的高温泡沫特性测试也需首先选择步骤Ａ；存储两个星期以上的柴油机油样品均需选择步骤Ａ. ２ 试验方法和搅拌方式２．１ 试验方法润滑油抗泡沫性能的测定是按照美国试验与材料协会ＡＳＴＭ Ｄ８９２标准方法进行的， 在我国相应的标准为ＧＢ／Ｔ １２５７９ （润滑油泡沫特性测定法）. 方法的概要为： 将一定空气通入油内５ ｍｉｎ， 然后静置１０ ｍｉｎ， 分别测量这两个时间终了时的泡沫体积. 在规定的不同温度下， 测出润滑油的泡沫体积， 用来描述被测油品在不同温度下的泡沫倾向和泡沫稳定性. 润滑油高温泡沫性能测定方法与之相似，静置时间为１ ｍｉｎ，试验方法ＳＨ／Ｔ ０７２２对应于ＡＳＴＭ Ｄ６０８２. 本实验试验样品的泡沫特性和高温泡沫特性分别按ＧＢ／Ｔ １２５７９和ＳＨ／Ｔ ０７２２进行测定. ２．２ 搅拌方式选择步骤Ａ搅拌详情如下：清洗容量为１ Ｌ的容器和高速搅拌器（搅拌容量为１ Ｌ，搅拌速度可达到（２２ ０００±２ ０００）ｒ／ｍｉｎ），剧烈摇动试样１ ｍｉｎ，将５００ ｍＬ试样倒入容器，并将容器盖上，在（２２ ０００±２ ０００）ｒ／ｍｉｎ速度下搅拌试样１ ｍｉｎ. 由于在此搅拌过程中，大量空气以夹带气泡的形式存在，因此需要在（２４±３） ℃下静置，直到夹带的气泡分散，且油温达到（２４±３０） ℃. 搅拌后３ ｈ内，继续试验. ＧＢ／Ｔ １２５７９润滑油泡沫特性测定法中样品搅拌方式有以下两种：（１）不经机械摇动或搅拌；（２）对于存储在两个星期以上的样品，选择步骤Ａ. ＳＨ／Ｔ ０７２２润滑油高温泡沫特性测定法中样品搅拌方式有以下３种：（１）润滑剂规格中要求用步骤Ａ搅拌时，选择步骤Ａ；（２）剧烈摇动试验容器１ ｍｉｎ，取约２００ ｍＬ试样倒入４００ ｍＬ烧杯中. 用搅拌器在（５００±１００） ｒ/ｍｉｎ下搅拌试样（６０±１０） ｓ；（３）不进行搅拌. 本实验对样品的搅拌方式规定如下：采用步骤Ａ；用搅拌器在（５００±１００）ｒ／ｍｉｎ下搅拌，记为非步骤Ａ. 表1 API 1509（2010）对汽油机油泡沫性能的要求Table 1 API 1509（2010）requirements for the foaming performance of gasoline engine oil表2 GB/T 11121-2006对汽油机油泡沫性能的要求Table 2 GB/T 11121-2006 requirements for the foaming performance of gasoline engine oil表3 ASTM4485（2010）对柴油机油泡沫性能的要求Table 3 ASTM4485（2010）requirements for the foaming performance of diesel engine oil表4 GB/T 11122-2006对柴油机油泡沫性能的要求Table 4 GB/T 11122-2006 requirements for the foaming performance of diesel engine oil表5 样品A、B和C泡沫性能检测结果Table5 Results of foaming performance of sample A, B and C３ 试验样品试验室调配ＳＮ １０Ｗ－４０和ＳＭ／ＧＦ－４ ５Ｗ－３０汽油机油，取少许ＳＮ １０Ｗ－４０汽油机油加入适量抗泡剂，经搅拌（非步骤Ａ）后记为样品Ａ. 另取少许ＳＮ １０Ｗ－４０汽油机油记为样品Ｂ；ＳＭ／ＧＦ－４ ５Ｗ－３０汽油机油记为样品Ｃ. ４ 结果与讨论样品Ａ、Ｂ和Ｃ的泡沫性能分别在中国石化润滑油有限公司（简称“长城润滑油”）和石油化工科学研究院（简称“石科院”）进行分析，检测结果如表５所示. a.比较同种样品采用非步骤Ａ时泡沫性能的检测结果. 由表５可以看出，对于样品Ａ、Ｂ、Ｃ，长城润滑油和石科院的检测结果在泡沫稳定性上完全一样，结果都为０ ｍｌ；泡沫倾向性有差异，对于同一样品，较为普遍的是石科院检测结果大于长城润滑油检测结果，相差基本１０ ｍＬ左右（样品Ａ在１５０ ℃时检测结果相差５ ｍＬ）. b.比较同种样品采用步骤Ａ／非步骤Ａ（均由石科院检测）时泡沫性能的检测结果. 对于同一个样品，采用步骤Ａ／非步骤Ａ时泡沫稳定性结果相同，倾向性结果差异较大；采用步骤Ａ时其泡沫倾向性结果均优于采用非步骤Ａ时的结果，其中又以１５０ ℃时的泡沫倾向性结果差异最为明显，样品Ａ、Ｂ和Ｃ差值分别为３５ ｍL、４０ ｍL、３０ ｍL. c.比较样品Ａ和Ｂ泡沫性能的检测结果. 采用非步骤Ａ时，由长城润滑油检测的样品Ａ和Ｂ的泡沫性能结果完全一样，由石科院检测的样品Ａ和Ｂ的泡沫性能结果除在１５０ ℃时略有差异外，其他温度下检测结果完全一样；采用步骤Ａ时，由石科院检测的样品Ａ和Ｂ的泡沫性能结果完全一样. 在ＧＢ／Ｔ １２５７９标准中，试验结果的再现性（Ｒ）规定如下，不同的操作者，在不同的试验室对同一试样得到的两个独立的试验结果之差不能超过式（１）和（２）的值. Ｒ（２４ ℃和９３．５ ℃）＝１５＋０．４５Ｘ ···（１） Ｒ（后２４ ℃）＝３５＋１．０１Ｘ ···（２）式中：Ｘ——两个测定结果的平均值，ｍＬ. 在ＳＨ／Ｔ ０７２２标准中，泡沫倾向性（５ ｍｉｎ）的再现性和范围分别为８．２Ｘ０．５和８～４４０，其中，Ｘ为两次测定结果的平均值. 对同一样品测定得到的两个结果之差不能超过以上数值. 根据公式（１）、（２）和ＳＨ／Ｔ ０７２２标准中泡沫倾向性的再现性规定，样品Ａ和Ｂ再现性计算结果分别如下： 样品Ａ Ｒ（２４ ℃）＝１５＋０．４５×■＝１７．２５＞（１０－０） Ｒ（９３．５ ℃）＝１５＋０．４５×■＝２１．７５＞（２０－１０） Ｒ（后２４ ℃）＝３５＋１．０１×■＝４０．０５＞（１０－０） Ｒ（１３５ ℃）＝ ８．２×≈ ５９．４|（８～４４０） 样品Ｂ Ｒ（２４ ℃）＝１５＋０．４５×■＝１７．２５＞（１０－０） Ｒ（９３．５ ℃）＝１５＋０．４５×■＝２１．７５＞（２０－１０） Ｒ（后２４ ℃）＝３５＋１．０１×■＝４０．０５＞（１０－０） Ｒ（１３５ ℃）＝ ８．２×≈５８．６|（８～４４０）从样品Ａ和Ｂ的再现性计算结果可知，样品Ａ和Ｂ在两家单位的检测结果满足ＧＢ／Ｔ １２５７９和ＳＨ／Ｔ ０７２２中有关再现性的规定. 从以上分析不难得出：是否采用步骤Ａ对润滑油泡沫倾向性检测结果有影响；尤其是润滑油高温泡沫倾向性检测结果的影响较为明显；采用步骤Ａ后润滑油的高温抗泡结果明显得以改善. 关于选择步骤Ａ和步骤Ａ以外的搅拌方式对油品泡沫性能（倾向性）的影响，目前分析报道的较少，张扬［３］等分别采取实验室小调、脉冲调合、传统机械搅拌调合ＣＤ １５Ｗ－４０柴油机油，发现除１００ ℃运动黏度有所差别外，其他分析数据基本相近. 油品中大多数添加剂属于表面活性剂，它们的存在导致油品的泡沫性能变差［２］，但是在高速搅拌由于搅拌激烈，效率高，因而添加剂的混合均匀性可能会更好，油品表现出更好的抗泡性能. ５ 结 语采用步骤Ａ搅拌对润滑油泡沫倾向性检测结果有明显影响，尤其是高温泡沫结果得以改善；从润滑油标准本身出发，ＡＰＩ １５０９中明确规定了ＳＧ及其以上规格的润滑油泡沫特性和ＳＭ、ＳＮ、ＳＭ／ＧＦ－４、ＳＮ／ＧＦ－５等规格的高温泡沫特性要求采用步骤Ａ进行试验. 本着产品质量为先的准则，各润滑油公司需采用步骤Ａ对相应规格的发动机油产品进行泡沫检测，尤其是高温泡沫特性的检测；对于采用添加复合抗泡剂解决高温抗泡不合格的方案，可在添加抗泡剂前，先采用步骤Ａ检测油品的高温泡沫性能，如不合格再添加复合抗泡剂，此举在一定程度上也可降低成本. 致 谢感谢中国石化润滑油有限公司北京研究院提供的研究平台！