CN106967483A - 一种摩擦性能稳定润滑油组合物 - Google Patents

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Abstract

一种摩擦性能稳定润滑油组合物，由混合基础油、聚甲基丙烯酸酯、二烷基二硫代磷酸锌T203、硫代磷酸胺盐307、纳米硼化稀土添加剂、其他功能添加剂组成，混合基础油由合成基础油和低粘度矿物基础油组成，其他功能添加剂包含有清净剂、分散剂、防锈剂和抗氧化剂中的每一类至少一种，本发明具有摩擦系数稳定，添加剂加量低的优点，特别适用于大型车辆的自动变速箱润滑油。

Description

一种摩擦性能稳定润滑油组合物
技术领域
本发明属于润滑油技术领域，具体涉及一种摩擦性能稳定润滑油组合物。具体适用于对摩擦学性能要求严格的自动传动系统用油。
背景技术
润滑油在自动变速器中使用时，对摩擦系数有严格的要求，并且为了保证机械部件的运转可靠性，油品的摩擦系数还必须保持长期稳定，但是油品受高温、机械剪切等因素的影响性能发生较大变化，致使油品的摩擦系数发生变化，机械部件运转磨损发生故障，油品性能下降，使用周期缩短。为此，自动变速箱油的润滑稳定性在于油品中功能添加剂和基础油的良好配合，并能够经受住自动变速器的严酷工作条件和环境。然而，多数自动变速箱油在使用过程中并不能保证稳定的摩擦性能，特别是高扭矩、大负荷的自动变速箱，如公交汽车、重卡汽车等类型车辆自动变速箱用油。在油品使用的整个周期内摩擦系数改变较大，影响车辆自动换挡性能，出现换挡不平顺、换档顿挫等缺点，同时，由于大型车辆自动变速器用油大部分被外国品牌占据，使换油成本居高不下，急需研发我国自有的高性价比自动变速箱油。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明在于提供一种摩擦性能稳定润滑油组合物，具有摩擦系数稳定的优点，特别适用于大型车辆的自动变速箱润滑油。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种摩擦性能稳定润滑油组合物，由下述质量份数的原料制成：
混合基础油80～95份
聚甲基丙烯酸酯PMA 1～5份
二烷基二硫代磷酸锌T203 0.1～0.4份
硫代磷酸胺盐T307 0.1～0.4份
纳米硼化稀土0.1～0.4份
其他功能添加剂1～6份
所述的混合基础油由合成基础油和低粘度矿物基础油组成，其中合成基础油与低粘度矿物基础油调和质量比为58：42，其中合成基础油的100℃运动粘度调和在5.0～10.0mm2/s之间，矿物基础油的100℃运动粘度为2.0～10.0mm2/s之间，合成基础油为聚丁烯、聚α烯烃、多元醇酯、二元酸酯、磷酸酯、聚苯醚、聚乙二醇、烷基苯或烷基萘中的一种或多种；其中优选聚烯烃和酯类油的混合物。
所述的其他功能添加剂包含有清净剂、分散剂、防锈剂和抗氧化剂中的每一类中的至少一种，清净剂是高碱值合成磺酸钙或高碱值合成磺酸镁；分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺；防锈剂为苯并三氮唑；抗氧化剂为液态受阻酚型抗氧剂、对，对‘辛基二苯胺，其中各自的加量为：清净剂是高碱值合成磺酸钙0.1％～0.5％；分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺1％～5％；防锈剂为苯并三氮唑0.1％～0.5％；抗氧化剂为液态受阻酚型抗氧剂0.1％～0.5％对，对‘辛基二苯胺0.1％～0.5％，其中优选各自的添加量为：清净剂是高碱值合成磺酸钙0.2％；分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺2％；防锈剂为苯并三氮唑0.1％；抗氧化剂为液态受阻酚型抗氧剂0.5％对，对‘对辛基二苯胺0.2％，之间的添加比例为：2：20：1：5：2。
所述的合成基础油为聚α烯烃PAO6、PAO8、聚脂和加氢精制矿物油150N混合调配，调和后的粘度在6.0～8.0之间，其中，PAO6的40℃运动粘度30.44mm2/s，100℃运动粘度5.9mm2/s，粘度指数>140；PAO8的40℃运动粘度46.15mm2/s，100℃运动粘度8.04mm2/s；聚酯基础油指标为：40℃运动粘度11000mm2/s，100℃运动粘度700mm2/s；加氢精制矿物油150N的40℃运动粘度30.44mm2/s，100℃运动粘度5.9mm2/s。
所述的聚α烯烃PAO6、PAO8、聚酯基础油和加氢精制矿物油150N的调和比质量比为20：35：3：42。
所述的聚甲基丙烯酸酯PMMA为粘度指数改进剂，该类粘指剂拥有含分叉长链的亲脂性单体和含高极性基的粘连单体，可以在提高粘度指数的同时不伤害剪切稳定性，具有提高粘度指数的功用，如日本三洋公司生产的V4000、V5140的PMMA粘指剂。
所述的二烷基二硫代磷酸锌T203为抗磨添加剂，降低发动机摩擦副的磨损。
所述的硫代磷酸胺盐T307为极压抗磨剂，提高润滑油的极压性能。
所述的纳米硼化稀土为减磨剂，提高润滑油的减磨性能。如青岛索孚润化工科技有限公司生产的SK3115纳米硼化稀土抗磨剂。其中所含的镧元素大于1.2％，硼元素大于2.6％。
一种摩擦性能稳定润滑油组合物，其制备方法是：先将80～95份混合基础油加入调合釜加热搅拌，再依次加入1～10份聚甲基丙烯酸酯PMA、0.1～0.6份二烷基二硫代磷酸锌T203、0.1～0.4份硫代磷酸胺盐T307、0.1～0.5份纳米硼化稀土SK3115、1～6份其他功能添加剂，在65～70℃下搅拌均匀，降温静置即可。
本发明的有益效果为：
本发明润滑油组合物采用聚α烯烃PAO6、PAO8、聚酯基础油和加氢精制矿物油的混合基础油，能够兼顾合成油优异的抗氧化性能、矿物油的经济性能、聚酯的抗磨增效和溶解性能，使产品使用性能和成本经济性达到一个均衡，保证了油品使用过程中基础油的品质支持。所采用得星型聚甲基丙烯酸酯PMA为粘度指数改进剂，有效溶解于合成油和矿物油的配方体系，成品配方油在装于大扭矩自动变速箱油的使用过程中，能够保证很好的粘度保持能力，有效地降低油品高温使用后粘度变低的趋势，保证油品粘度在一个稳定的范围，这样，自动变速器在运行过程中，油品能够形成稳定的油膜厚度；同时，油品配方中采用的聚甲基丙烯酸酯PMA，具有协同增效作用，并具有极高的粘度指数提高改进作用，对自动传动系统的工作温度适应性极高，与磷系抗磨添加剂配合时，能够提高油品的抗磨性能；二烷基二硫代磷酸锌T203和硫代磷酸胺盐T307的抗磨添加剂配方，能够有效保证油品具有较高的极压抗磨性能，纳米硼化稀土能够有效保持油品在定公里里程内的摩擦性能不会有大的衰退，并有效保护自动变速器中离合器、制动器、行星齿轮的润滑，提供大扭矩下较好的摩擦系数，使车辆换挡平顺。本发明中所选用的二烷基二硫代磷酸锌T203、硫代磷酸胺盐T307、纳米硼化稀土总体添加量低，能够满足油品使用过程中的摩擦稳定。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细描述，所有实施例采用V5140粘指剂，是拥有含分叉长链的亲脂性单体和含高极性基的粘连单体，100℃状态下的运动粘度为1400mm2/s，由日本三洋化成公司生产；
所有实施例采用T203为二烷基二硫代磷酸锌，为抗磨添加剂
所有实施例采用的T307为硫代磷酸胺盐；为极压添加剂；
所有实施例采用的纳米硼化稀土是含有金属镧和硼的摩擦改进剂；
所有的混合基础油由合成基础油和低粘度矿物基础油组成，其中合成基础油为聚α烯烃PAO6、PAO8、聚酯和加氢精制矿物油150N混合调配，聚α烯烃PAO6、PAO8，聚酯和加氢精制矿物油150N的调和比质量比为20：35：3：42；
所有其他功能添加剂的清净剂是高碱值合成磺酸钙0.1％～0.5％；分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺1％～5％；防锈剂为苯并三氮唑0.1％～0.5％；抗氧化剂为液态受阻酚型抗氧剂0.1％～0.5％对，对‘辛基二苯胺0.1％～0.5％，其中优选各自的添加量为：清净剂是高碱值合成磺酸钙0.2％；分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺2％；防锈剂为苯并三氮唑0.1％；抗氧化剂为液态受阻酚型抗氧剂0.5％对，对‘对辛基二苯胺0.2％，之间的添加比例为：2：20：1：5：2。
实施例1
一种摩擦性能稳定润滑油组合物，由下述质量份数的原料制成：
混合基础油90.5份
聚甲基丙烯酸酯PMA 3份
二烷基二硫代磷酸锌T203 0.1份
硫代磷酸胺盐T307 0.3份
纳米硼化稀土0.1份
其他功能添加剂6份
实施例1中聚甲基丙烯酸酯的加量最大，具有最好的粘温性能，能够很好地适应环境温度的变化，极压添加剂较多，挤压性能稍好。
实施例2
一种摩擦性能稳定润滑油组合物，由下述质量份数的原料制成：
混合基础油87份
聚甲基丙烯酸酯PMA 3.5份
二烷基二硫代磷酸锌T203 0.4份
硫代磷酸胺盐T307 0.1份
纳米硼化稀土0.1份
其他功能添加剂6份
较实施例1，实施例2提高但聚甲基丙烯酸酯加量，总体粘度上升，粘度指数提高，抗磨添加剂T203加量有所提高，抗磨性更好。
实施例3
一种摩擦性能稳定润滑油组合物，由下述质量份数的原料制成：
混合基础油96.4份
聚甲基丙烯酸酯PMA 2.5份
二烷基二硫代磷酸锌T203 0.2份
硫代磷酸胺盐T307 0.2份
纳米硼化稀土0.3份
其他功能添加剂4份
该实施例提高了混合基础油的比例，降低了聚甲基丙烯酸酯，油品粘度有所下降，但提高了纳米稀土功能添加剂的加量，能够在低粘度下保证润滑和减小摩擦，并且P、S含量低。
实施例4
一种摩擦性能稳定润滑油组合物，由下述质量份数的原料制成：
混合基础油89.2份
聚甲基丙烯酸酯PMA 5份
二烷基二硫代磷酸锌T203 0.5份
硫代磷酸胺盐T307 0.1份
纳米硼化稀土0.2份
其他功能添加剂5份
较实施例3，该实施例提高了聚甲基丙烯酸酯的加量，粘度较实施例3更高，粘度指数更高。
实施例5
一种摩擦性能稳定润滑油组合物，由下述质量份数的原料制成：
混合基础油92.2份
聚甲基丙烯酸酯PMA 4份
二烷基二硫代磷酸锌T203 0.1份
硫代磷酸胺盐T307 0.1份
纳米硼化稀土0.1份
其他功能添加剂3.5份
该实施例的T203、T307、纳米硼化稀土添加剂含量最小，但通完全能够满足摩擦要求，低磷、低硫、更环保，但是功能添加剂加量较少，所以实施例的其他功能发挥作用较弱。
实施例1-5的制备方法：一种摩擦性能稳定润滑油组合物，其制备方法是：先将混合基础油加入调合釜加热搅拌，再依次加入聚甲基丙烯酸酯PMA、二烷基二硫代磷酸锌T203、硫代磷酸胺盐T307、纳米硼化稀土添加剂、其他功能添加剂，在65～70℃下搅拌均匀，降温静置即可。
在基础油调和比例上，要求高扭矩自动变速箱100℃运动粘度不大于8.0mm2/s，40℃运动粘度不大于40mm2/s，粘度指数大于160，同时，粘度指数改进剂加量要小，以保证油品在高温条件下粘度变化不大，同时考虑后期功能添加剂对润滑油高低温粘度的影响。在调和油样时，实施例选择雪佛龙PAO6、PAO8合成基础油、意大利意特卖其聚酯2300、双龙150N基础油、V5140聚甲基丙烯酸酯粘度指数改进剂、二烷基二硫代磷酸锌T203、磷酸三甲酚酯T307、纳米硼化稀土SK3115添加剂。
为了检验各添加剂的功能效果和成品的使用性能，本发明进行了大量的试验，具体如下：
1.相溶性试验
由于全合成油极性较高，对传统添加剂的溶解性差，所以进行溶解性试验。选择两种基础油组成进行试验，其中，基础油1组成：70％PAO 6+30％PAO 8；基础油2组成：20％PAO6+35％PAO 8+45％150N；基础油3组成：20％PAO 6+35％PAO 8+42％150N+3％三羟甲基酯；第一组为聚α烯烃全合成基础油(记为A)，第二组为聚α烯烃和加氢基础油的部分合成油(记为B)，第三组为聚α烯烃、加氢基础油和酯类油的混合基础油(记为C).将润滑油中添加剂加入不同的基础油组份中，搅拌均匀后，室温和120℃下放置168h观察所调和油样中是否存在浑浊、沉淀或者析出，如果溶解性合格，打“√”，如果不合格打“×”。
表2.添加剂溶解性试验
从上表的试验结果来看，基础油B、C组分对添加剂的溶解性较好，PMA在A,B组分中的溶解不好，C组的配合试验常温和高温均未出现混合不良的现象，可见添加有150N矿物油的合成油具有更加的溶解效果，能够解决相应的溶解较差问题，使T203、T106、T901和PMA更好的溶解，但由于韩国双龙150N加氢基础油属于Ⅲ类基础油，极性较高，溶解性接近于合成基础油，对聚甲基丙烯酸酯的溶解性较差，出现了部分析出的现象，另外V5140由于长链增年效果好的特征，更不易溶于基础油中，为此，在基础油中使用了聚酯类基础油，有效地解决了溶解效果。本发明中，不同成分混合基础油C的配合能够很好地使新型PMA溶解，为PMA功效的发挥提供保证。
2.抗磨性试验
(1)PMA的抗磨协同增效作用
在实验过程过程中，对添加有PMA的基础油进行了抗磨性试验，发现PMA粘度指数改进剂对油品抗磨性有很大的提高。将PMA V-5140和普通的PMAT602(一种聚甲基丙烯酸酯)加入250N+1％T203的基础油中测定抗磨性，并与未添加PMA的基础油250N+1％T203测定结果对比，检验PMA是否对基础油的抗磨性有所影响。试验采用四球机进行，测定长磨试验的磨斑直径(WSD)和短时间的最大无卡咬负荷(PB)，其中长磨试验的条件是(转速：1200r/min，时间60min，载荷：196N)，试验结果对比如下:
表3.PMA抗磨性试验
试验结果表明，没有添加V5140的250N基础油抗磨性较差，250N中添加有PMA的WSD值只有0.52mm，PB值达到640N，另外添加有3％V5140的基础油黏度指数达到160，说明V5140具有粘度指数提高和抗磨性的双重作用；在250N+1％T203的基础油中添加V5140较普通的聚甲基丙烯酸酯具有更好的摩擦性能改善效果。本发明所使用的PMA在这个基础油体系中具有抗磨协同增效作用。
(2)抗磨添加剂的摩擦学性能试验
在自动传动液抗磨减磨剂的选择过程中，因为自动传动液自生的换油周期在5～8万公里，变速箱的工作温度在-20～150℃之间工作，要求油品具有良好的摩擦稳定性和粘温性能，尽量选择酸值低、热稳定性好、加量低的添加剂，最重要是能够保证摩擦系数适当和稳定的添加剂。在多次验证后选择了传统抗磨添加剂和纳米硼化物相结合的使用方式，选择基础油C作为基础(20％PAO 6+35％PAO 8+42％150N+3％三羟甲基酯)，调和不同的添加剂组合，首先进行各添加剂和T230、T307的摩擦试验，具体的试验如下：
表4.ATF自动传动液摩擦试验组分
对ATF1-ATF7各组进行常温和长期高温后的试验进行对比，验证长期高温对其摩擦性能的影响，对新油进行高温处理方法：将油加热至120℃，铝板温度加热至150℃进行连续100小时的曲轴箱模拟试验，对试验后的油样进行四球机长磨值WSD和极压值PB测定(其中WSD越小越好，PB值越大越好)，对比新油和试验后油品的润滑性能，试验结果如下表：
表5试验结果对比
从整体的T203和T307的加量来看，均不超过0.5％，而且两者的总加量不超过0.6％，总体加量来看，远低于T203和T307的常规加量，在特定的混合基础油基础之上，T203和T307的低加量实现了较好抗磨性和极压性，大大降低了油品中磷和硫的含量，经济性也更好，但是在常温条件下试验效果良好，但曲轴箱高温模拟试验后，WSD值有所增加，磨损程度增加，PB值减小，油膜抵抗压力的能力降低，可见传统的T203和T307配合在高温后并不能有效保证抗磨性的稳定，为此在ATF1-ATF7的组分基础上，每组增加了0.2％的纳米硼化稀土进行试验，试验结果如下：
表6加有纳米硼化稀土添加剂的ATF试验结果对比
备注：各组添加0.2％纳米硼化稀土
从试验结果来看，添加有纳米硼化稀土的油品在试验前后的WSD值和PB没有发生太大程度的变化，对比未添加0.2％纳米硼化稀土的ATF1-ATF7,虽然纳米硼化稀土并没有显著减小WSD和提高PB值，但在高温条件下能够保证WSD和PB稳定，这是非常重要的。可见混合基础油、PMA、T203、T307、纳米硼化稀土的润滑体系具有较稳定的摩擦性能，较低的磨斑直径和较大的极压值，并且高温下摩擦改善性能保持良好，说明T203和T307在该基础油体系中不高于0.6％的加量下以任意比例进行配比，在添加纳米硼化稀土的条件下，能够获得稳定的WSD和PB值，对摩擦性能的高低影响不大。
3.实施例组分构成
根据实施例的组分和调和比例配置了试样，表7为实施例组分构成
表7、实施例的组分构成
组分 ATF-1 ATF-2 ATF-3 ATF-4 ATF-5
PAO6 18.2 17.4 19.3 17.8 18.4
PAO8 31.6 30.5 33.7 31.2 32.3
聚酯 2.7 2.6 2.9 2.7 2.8
150N 38 36.5 40.5 37.5 38.7
PMA 3 3.5 2.5 5 4
T203 0.1 0.4 0.2 0.5 0.1
T307 0.3 0.1 0.2 0.1 0.1
纳米硼化稀土 0.1 0.1 0.3 0.2 3.5
其他功能添加剂 6 6 4 5 3.5
(3)行车试验
为了验证所调和的实施例在大型自动变速箱车辆上使用后的效果，选择实施例1进行了实车试验，选择3台自动变速器公交车试验，试验每10000km取样一次，并测定所取样品的摩擦性能，对比试验如表8所示：
表8.实施例1和对比例的行车试验
备注：其中参比油为某市售ATF220产品
通过表4来看，实施例在经过5万公里的行车试验取样后，实施例1取样的WSD、PB虽有所变化，但变化程度较小；对比例2的WSD和PB值变化程度较大，在取样周期的终了实施例1的WSD值增加至0.57mm，PB下降至745mm，而对比例2的WSD由0.63mm上升至0.89mm，抗磨性能大大降低，给变速箱造成了更大的磨损隐患。实施例的配方体系和添加剂加量能够更好地适应大扭矩车辆的自动变速器。

Claims (8)

1.一种摩擦性能稳定润滑油组合物，其特征在于，由下述质量份数的原料制成：
混合基础油80～95份
聚甲基丙烯酸酯PMA 1～5份
二烷基二硫代磷酸锌T203 0.1～0.4份
硫代磷酸胺盐T307 0.1～0.4份
纳米硼化稀土0.1～0.4份
其他功能添加剂1～6份
所述的混合基础油由合成基础油和低粘度矿物基础油组成，其中合成基础油与低粘度矿物基础油调和质量比为58：42，其中合成基础油的100℃运动粘度调和在5.0～10.0mm2/s之间，矿物基础油的100℃运动粘度为2.0～10.0mm2/s之间，合成基础油为聚丁烯、聚α烯烃、多元醇酯、二元酸酯、磷酸酯、聚苯醚、聚乙二醇、烷基苯或烷基萘中的一种或多种；其中优选聚烯烃和酯类油的混合物。
所述的其他功能添加剂包含有清净剂、分散剂、防锈剂和抗氧化剂中的每一类至少一种，清净剂是高碱值合成磺酸钙、高碱值合成磺酸镁；分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺；防锈剂为苯并三氮唑；抗氧化剂为液态受阻酚型抗氧剂、对，对‘辛基二苯胺，其中各自的加量为：清净剂是高碱值合成磺酸钙0.1％～0.5％；分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺1％～5％；防锈剂为苯并三氮唑0.1％～0.5％；抗氧化剂为液态受阻酚型抗氧剂0.1％～0.5％对，对‘辛基二苯胺0.1％～0.5％，其中优选各自的添加量为：清净剂是高碱值合成磺酸钙0.2％；分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺2％；防锈剂为苯并三氮唑0.1％；抗氧化剂为液态受阻酚型抗氧剂0.5％对，对‘对辛基二苯胺0.2％，之间的添加比例为：2：20：1：5：2。
2.根据权利要求1所述的一种摩擦性能稳定润滑油组合物，其特征在于：所述的合成基础油为聚α烯烃PAO6、PAO8、聚脂和加氢精制矿物油150N混合调配，调和后的粘度在6.0～8.0之间，其中，PAO6的40℃运动粘度30.44mm2/s，100℃运动粘度5.9mm2/s，粘度指数>140；PAO8的40℃运动粘度46.15mm2/s，100℃运动粘度8.04mm2/s；聚酯基础油指标为：40℃运动粘度11000mm2/s，100℃运动粘度700mm2/s；加氢精制矿物油150N的40℃运动粘度30.44mm2/s，100℃运动粘度5.9mm2/s。
3.根据权利要求2所述的一种摩擦性能稳定润滑油组合物，其特征在于：其中合成基础油为聚α烯烃PAO6、PAO8、聚酯和加氢精制矿物油150N混合调配，聚α烯烃PAO6、PAO8，聚酯和加氢精制矿物油150N的调和比质量比为20：35：3：42。
4.根据权利要求1所述的一种摩擦性能稳定润滑油组合物，其特征在于：所述的聚甲基丙烯酸酯PMMA为粘度指数改进剂，具有提高粘度指数的功用，选用市售产品日本V4000、V5140的PMMA粘指剂。
5.根据权利要求1所述的一种摩擦性能稳定润滑油组合物，其特征在于：所述的二烷基二硫代磷酸锌T203为抗磨添加剂，降低发动机摩擦副的磨损。
6.根据权利要求1所述的一种摩擦性能稳定润滑油组合物，其特征在于：所述的硫代磷酸胺盐T307为极压抗磨剂，提高润滑油的极压性能。
7.根据权利要求1所述的一种摩擦性能稳定润滑油组合物，其特征在于：所述的纳米硼化稀土为减磨剂，提高润滑油的减磨性能。
8.根据权利要求1所述的一种摩擦性能稳定润滑油组合物，其特征在于：其制备方法是：先将80～95份混合基础油加入调合釜加热搅拌，再依次加入1～10份聚甲基丙烯酸酯PMA、0.1～2份二烷基二硫代磷酸锌T203、0.1～2份硫代磷酸胺盐T307、0.1～0.5份纳米硼化稀土添加剂、1～6份其他功能添加剂，在65～70℃下搅拌均匀，降温静置即可。
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