CN106967487A - 一种低摩擦系数风电齿轮油组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低摩擦系数风电齿轮油组合物及其制备方法，属于工业齿轮润滑油的技术领域。本发明包括以下重量百分含量的组分：合成基础油85.42‑96.895%，极压剂1.5‑5%，减摩抗磨剂0.7‑3%，抗氧剂0.5‑3%，防锈剂0.3‑2%，金属减活剂0.1‑1.5%，抗泡剂0.005‑0.08%，合成基础油为聚α烯烃类基础油和合成酯类基础油的组合物，合成酯类基础油为偏苯三酸酐和季戊四醇的混合醇与己酸、辛酸和油酸的混合酸制备的产物。本发明具有良好的极压抗磨性能、低温性能和氧化安定性，还具有较低的摩擦系数，可保证风电齿轮的良好润滑，提高了风电齿轮的能量传递效率，适用于风电行业的齿轮箱设备上。

Description

一种低摩擦系数风电齿轮油组合物及其制备方法

技术领域

本发明属于工业齿轮润滑油的技术领域，特别是指一种低摩擦系数风电齿轮油组合物及其制备方法。

背景技术

近年来，我国的风电产业进入了一个高速发展的时期，在能源紧缺和环境保护的大环境影响以及国家产业政策的促进下，作为清洁可再生能源产生的重要装备风力发电机的数量及其容量正迅速增长。风力发电机作为在户外恶劣环境中长期运行的大型贵重精密机械设备，大型风力发电装置的传动系统对润滑的要求非常高，如极高的承载能力以保障设备重载、振动、频繁启停的工况条件下不发生擦伤胶合；极高的抗磨性能、抗点蚀性能、良好的氧化安定性能和防锈性能为设备提供良好的润滑和防锈保护，以延长风电设备的使用寿命。

风电齿轮箱作为风力发电机的核心部件是风电设备的主要润滑部位，也是风机发生故障率较高的部件之一，所以选用合适的风电齿轮油是保证风电齿轮箱良好润滑和风机正常运转的重要条件。与国外风电行业发展较早的国家相比，我国的风电发产业起步较晚，所以目前我国风电设备的润滑产品大部分采用的是国外产品，国内也已随着风电行业的发展研制了相应的润滑产品，并逐步进入市场推广阶段。

中国科学院兰州化学物理研究所工业润滑团队在2008年与中国石油兰州润滑油研究发展中心、宁夏发电集团贺兰山风力发电厂合作研究开发了我国极端气象条件下风电机组高性能长寿命的润滑油脂产品，该项目获得了国家863计划的支持（课题编号：2007AA05Z420），所研发的产品通过实际试验获得了良好的效果。中国专利CN105567402A公开了一种长寿命抗微点蚀风电齿轮油及其制备方法，该组合物具有良好的抗微点蚀性能、抗磨性能和氧化安定性等；中国专利CN103113968A公开了一种风电齿轮油组合物，具有良好的极压抗磨性能和抗微点蚀性能；中国专利CN102041148A公开了一种风力发电合成齿轮油，具有良好的生物降解性能和密封材料适应性能。但是，上述关于风电齿轮油的研究技术主要集中在重点关注的抗微点蚀性能、极压抗磨性能、密封材料适应性等方面，而风电润滑技术也随着风电行业的发展逐渐成熟，有诸多方案可实现上述性能；然而，润滑油的摩擦系数与传动部件的能量传递效率有直接的关系，较低的摩擦系数可提高传动部件的能量传递效率；目前，具备低摩擦系数的风电齿轮油的研究还尚未有相关的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种低摩擦系数风电齿轮油组合物及其制备方法，其主要组分是聚α烯烃类基础油和由偏苯三酸酐、季戊四醇、己酸、辛酸和油酸制备的合成酯类基础油，该风电齿轮油组合物具有良好的粘附性能、润滑性能、高低温性能和氧化安定性的特点。

本发明的一种低摩擦系数风电齿轮油组合物，其主要是通过以下技术方案加以实现的：包括以下重量百分含量的组分：合成基础油85.42-96.895%，极压剂1.5-5%，减摩抗磨剂0.7-3%，抗氧剂0.5-3%，防锈剂0.3-2%，金属减活剂0.1-1.5%，抗泡剂0.005-0.08%；所述合成基础油为聚α烯烃类基础油和合成酯类基础油的组合物，所述合成酯类基础油为偏苯三酸酐和季戊四醇的混合醇与己酸、辛酸和油酸三种混合酸制备的组合物。

本发明通过偏苯三酸酐、季戊四醇、己酸、辛酸和油酸反应制备合成酯类基础油以及极压剂、减摩抗磨剂、抗氧剂、防锈剂的组分优化，所得风电齿轮油组合物具有良好的极压抗磨性能、低温性能、氧化安定性和防腐防锈性能，还具有较低的摩擦系数，可以减小齿轮箱齿面的运行阻力，保证了风电齿轮的良好润滑性能，提高了风电齿轮的能量传递效率，增加了风机的发电功率，适合用于风电行业的齿轮箱设备上。

作为一种优选的实施方案，所述聚α烯烃类基础油与所述合成酯类基础油的质量比为4-7:3-6。通过进一步优化聚α烯烃类基础油和合成酯类基础油的组成配比，可以进一步优化风电齿轮油组合物的润滑性能。

作为一种优选的实施方案，所述合成酯类基础油中，偏苯三酸酐和季戊四醇的质量比为1-2:3-4，己酸、辛酸和油酸的质量比为1-2:4-6:12-16。采用的合成酯类基础油由于按照特定比例添加的己酸、辛酸和油酸，使其具有良好的高低温性能、吸附性能和润滑性能，可以显著提高风电齿轮油组合物的减摩抗磨性能。

作为一种优选的实施方案，所述合成酯类基础油的制备方法为：取偏苯三酸酐和季戊四醇，混合，得混合醇；取己酸、辛酸和油酸，混合，得混合酸；将混合醇和混合酸按照其官能团的摩尔比为1:1.05-1.15混合，二甲苯作为溶剂，在160-230℃下，回流反应16-18h，减压蒸馏，得产品。这里的官能团是指羟基与羧基，其中，偏苯三酸酐中一份子的酸酐在反应过程中形成二分子的羟基，一份子季戊四醇中含有四分子的羟基，一份子的己酸、辛酸和油酸分别含有一份子的羧基；该方法制备的合成酯类基础油具有良好的高低温性能、吸附性能和润滑性能的特点，可显著提高风电齿轮油组合物的减摩抗磨性能，通过其它组分的优化配比，得到了一种具有优良的低摩擦系数的风电齿轮油组合物。

作为一种优选的实施方案，所述极压剂为硫化脂肪、硫化烯烃、硫化异丁烯或苄基多硫化物中的任意一种或几种。这种优选的极压剂性能优良，使用方便，可以更好的与合成基础油进行混合和互溶，从而进一步提高风电齿轮油组合物的性能。

作为一种优选的实施方案，所述减摩抗磨剂为有机钼化合物、二烷基二硫代磷酸盐中的任意一种或几种。这种优选的减摩抗磨剂性能优良，使用方便，可以更好的与合成基础油进行混合和互溶，从而进一步提高风电齿轮油组合物的减摩抗磨性能。

作为一种优选的实施方案，所述抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚、2,6-二叔丁基苯酚、苯基-α-苯胺、辛基-丁基二苯胺、烷基化二苯胺或苯三唑的衍生物中的任意一种或几种。

作为一种优选的实施方案，所述防锈剂为石油磺酸钡、石油磺酸钠、二壬基萘磺酸钡、十二烯基丁二酸、脂肪酸胺中的任意一种或几种。

作为一种优选的实施方案，所述金属减活剂为苯三唑衍生物、噻二唑衍生物、甲基苯三唑类化合物中的任意一种或几种；所述抗泡剂为硅型抗泡剂、非硅型抗泡剂中的任意一种或两种。

本发明的一种低摩擦系数风电齿轮油组合物的制备方法，其主要是通过以下技术方案加以实现的：包括以下步骤：1）取合成基础油，加热至65-75℃，搅拌0.2-0.6h；2）取极压剂、减摩抗磨剂、抗氧剂、防锈剂、金属减活剂、抗泡剂加入步骤1）所得合成基础油中，继续保温调和0.8-1.2h，降温，过滤，得产品。本发明的风电齿轮油组合物的制备方法工艺简单，控制方便，温度低，能耗少，无需大型的或特殊的反应设备，易于实现产业化。

本发明的有益效果是：本发明通过偏苯三酸酐、季戊四醇、己酸、辛酸和油酸反应制备的合成酯类基础油以及优选的极压剂、减摩抗磨剂、抗氧剂、防锈剂、金属减活剂等组分，得到一种高性能的风电齿轮油的组合物；该风电齿轮油组合物不仅具有良好的极压抗磨性能、低温性能、氧化安定性和防腐防锈性能，还具有较低的摩擦系数，可以减小齿轮箱齿面的运行阻力，保证了风电齿轮的良好润滑性能，提高了风电齿轮的能量传递效率，增加了风机的发电功率，适合用于风电行业的齿轮箱设备上。

具体实施方式

下面将结合本发明的具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种低摩擦系数风电齿轮油组合物，包括以下重量百分含量的组分：合成基础油85.42-96.895%，极压剂1.5-5%，减摩抗磨剂0.7-3%，抗氧剂0.5-3%，防锈剂0.3-2%，金属减活剂0.1-1.5%，抗泡剂0.005-0.08%；所述合成基础油为聚α烯烃类基础油和合成酯类基础油的组合物，所述合成酯类基础油为偏苯三酸酐和季戊四醇的混合醇与己酸、辛酸和油酸三种混合酸制备的组合物。

优选地，所述聚α烯烃类基础油与所述合成酯类基础油的质量比为4-7:3-6。

进一步优选地，所述合成酯类基础油中，偏苯三酸酐和季戊四醇的质量比为1-2:3-4，己酸、辛酸和油酸的质量比为1-2:4-6:12-16。

更进一步地，所述合成酯类基础油的制备方法为：取偏苯三酸酐和季戊四醇，混合，得混合醇；取己酸、辛酸和油酸，混合，得混合酸；将混合醇和混合酸按照官能团摩尔比为1:1.05-1.15混合，二甲苯作为溶剂，在160-230℃下，回流反应16-18h，减压蒸馏，得产品。

具体地，所述极压剂为硫化脂肪、硫化烯烃、硫化异丁烯或苄基多硫化物中的任意一种或几种。

进一步地，所述减摩抗磨剂为有机钼化合物、二烷基二硫代磷酸盐中的任意一种或几种。

更具体地，所述抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚、2,6-二叔丁基苯酚、苯基-α-苯胺、辛基-丁基二苯胺、烷基化二苯胺或苯三唑的衍生物中的任意一种或几种。

进一步地，所述防锈剂为石油磺酸钡、石油磺酸钠、二壬基萘磺酸钡、十二烯基丁二酸、脂肪酸胺中的任意一种或几种。

优选地，所述金属减活剂为苯三唑衍生物、噻二唑衍生物、甲基苯三唑类化合物中的任意一种或几种；所述抗泡剂为硅型抗泡剂、非硅型抗泡剂中的任意一种或两种。

本发明的一种低摩擦系数风电齿轮油组合物的制备方法，包括以下步骤：1）取合成基础油，加热至65-75℃，搅拌0.2-0.6h；2）取极压剂、减摩抗磨剂、抗氧剂、防锈剂、金属减活剂、抗泡剂加入步骤1）所得合成基础油中，继续保温调和0.8-1.2h，降温，过滤，得产品。

实施例1

首先，将质量份数为2%的PAO10，40%的PAO40，8%的PAO100和44.395%的合成酯类基础油，添加到反应釜中，加热至70℃，搅拌0.5h；然后，再将1.5%的极压剂硫化异丁烯RC2545、3.0%的减擦抗磨剂有机钼化合物MOLYVAN L、0.5%的抗氧剂烷基二苯胺RC7001、0.3%的防锈剂碱性二壬基萘磺酸钡T705、0.3%的金属减活剂苯三唑衍生物T551，0.005%的甲基硅油抗泡剂T901加入到上述反应釜中，继续保温调和1h，降温，过滤，得产品。

其中，上述合成酯类基础油的制备方法为：取偏苯三酸酐和季戊四醇，按照质量比为1:3混合，得混合醇；取己酸、辛酸和油酸，按照质量比为1:4:12混合，得混合酸；将混合醇和混合酸按照官能团（即羟基与羧基）摩尔比为1:1.05混合，并添加溶剂二甲苯，在160℃下，回流反应16h，减压蒸馏，而得到。

实施例2

首先，将质量份数为41.1%的PAO40，10%的PAO100和45.395%的合成酯类基础油添加到反应釜中，加热至65℃，搅拌0.2h；然后，再将1.8%的极压剂硫化异丁烯RC2545、0.5%的减压抗磨剂有机钼化合物MOLYVAN L、0.2%的减压抗磨剂二烷基二硫代磷酸盐T204、0.5%的抗氧剂辛基-丁基二苯胺L57、0.4%的防锈剂碱性二壬基萘磺酸钡T705、0.1%的金属减活剂苯三唑衍生物T551，0.005%的非硅型抗泡剂Synative AMH2加入到上述反应釜中，继续保温调和1h，降温，过滤，即得产品。

其中，上述合成酯类基础油的制备方法为：取偏苯三酸酐和季戊四醇，按照质量比为1:3混合，得混合醇；取己酸、辛酸和油酸，按照质量比为1:4:12混合，得混合酸；将混合醇和混合酸按照官能团摩尔比为1:1.15混合，并添加二甲苯作为溶剂，在160℃下，回流反应16h，减压蒸馏，而得到。

实施例3

首先，将质量份数为3%的PAO10，39.9%的PAO40，12%的PAO100和41.993%的合成酯类基础油添加到反应釜中，加热至75℃，搅拌0.6h；然后，再将1.5%的极压剂硫化异丁烯T321、0.3%的减擦抗磨剂有机钼化合物MOLYVAN L、0.4%的减擦抗磨剂二烷基二硫代磷酸盐T204、0.2%的抗氧剂烷基二苯胺RC7001、0.3%的抗氧剂2,6-二叔丁基对甲酚T501、0.3%的防锈剂十二烯基丁二酸T746、0.1%的金属减活剂苯三唑衍生物T551，0.005%的非硅型抗泡剂Synative AMH2和0.002%的甲基硅油抗泡剂T901加入到上述反应釜中，继续保温调和1.2h，降温，过滤，即得产品。

其中，上述合成酯类基础油的制备方法为：取偏苯三酸酐和季戊四醇，按照质量比2:4混合，得混合醇；取己酸、辛酸和油酸，按照质量比为2:6:16混合，得混合酸；将混合醇和混合酸按照官能团摩尔比为1:1.10，混合，并添加二甲苯，在230℃下，回流反应18h，减压蒸馏，而得到。

实施例4

首先，将质量份数为5%的PAO10，36%的PAO40，14%的PAO100和30.42%的合成酯类基础油添加到反应釜中，加热至75℃，搅拌0.6h；然后，再将5%的极压剂硫化异丁烯T321、1%的减擦抗磨剂有机钼化合物MOLYVAN L、2%的减擦抗磨剂二烷基二硫代磷酸盐T204、2%的抗氧剂烷基二苯胺RC7001、1%的抗氧剂2,6-二叔丁基对甲酚T501、2%的防锈剂碱性二壬基萘磺酸钡T705、1.5%的金属减活剂苯三唑衍生物T551，0.08%的非硅型抗泡剂Synative AMH2加入到上述反应釜中，继续保温调和0.8h，降温，过滤，即得产品。

其中，上述合成酯类基础油的制备方法为：取偏苯三酸酐和季戊四醇，按照质量比为3:7混合，得混合醇；取己酸、辛酸和油酸，按照质量比为1:3:10混合，得混合酸；将混合醇和混合酸按照官能团摩尔比为1:1.05混合，并添加二甲苯，在200℃下，回流反应17h，减压蒸馏，而得到。

表1本发明所得产品的性能测试结果

将实施例一至实施例四得到的四种风电齿轮油组合物和市售的风电齿轮润滑油按照相同的测定标准分别进行性能指标测试实验，实验结果列入表1。由表1可以看出，本发明所得风电齿轮油组合物在40℃下的运动粘度与市售的风电齿轮润滑油在40℃下的运动粘度基本一致，同时，本发明所得风电齿轮油组合物与市售的风电齿轮润滑油的倾点和闪点也基本一致，本发明所得风电齿轮油组合物与市售的风电齿轮润滑油在腐蚀试验中均达到了1b级，本发明所得风电齿轮油组合物与市售的风电齿轮润滑油在液相腐蚀实验中均表现为无绣；另外，本发明所得风电齿轮油组合物与市售的风电齿轮润滑油在24℃、93℃和后24℃下的泡沫性也基本一致。但是，在抗磨损性能实验中，本发明所得风电齿轮油组合物的PD值达到315Kg，而市售的风电齿轮润滑油的PD值只有250Kg；本发明所得风电齿轮油组合物的磨斑直径为0.252-0.290mm，而市售的风电齿轮润滑油的磨斑直径为0.286mm；本发明所得风电齿轮油组合物的摩擦系数为 0.061-0.071，而市售的风电齿轮润滑油的摩擦系数却达0.085。因此，本发明的风电齿轮油组合物不仅具有良好的极压抗磨性能、低温性能和氧化安定性的特点，还具有较低的摩擦系数。

本发明的有益效果是：本发明通过偏苯三酸酐、季戊四醇、己酸、辛酸和油酸反应制备的合成酯类基础油以及优选的极压剂、减摩抗磨剂、抗氧剂、防锈剂、金属减活剂等组分，得到一种高性能的风电齿轮油的组合物；该风电齿轮油组合物不仅具有良好的极压抗磨性能、低温性能、氧化安定性和防腐防锈性能，还具有较低的摩擦系数，可以减小齿轮箱齿面的运行阻力，保证了风电齿轮的良好润滑性能，提高了风电齿轮的能量传递效率，增加了风机的发电功率，适合用于风电行业的齿轮箱设备上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低摩擦系数风电齿轮油组合物，其特征在于，包括以下重量百分含量的组分：

合成基础油85.42-96.895%，极压剂1.5-5%，减摩抗磨剂0.7-3%，抗氧剂0.5-3%，防锈剂0.3-2%，金属减活剂0.1-1.5%，抗泡剂0.005-0.08%；

所述合成基础油为聚α烯烃类基础油和合成酯类基础油的组合物，所述合成酯类基础油为偏苯三酸酐和季戊四醇的混合醇与己酸、辛酸和油酸三种混合酸制备的组合物。

2.根据权利要求1所述的低摩擦系数风电齿轮油组合物，其特征在于：

所述聚α烯烃类基础油与所述合成酯类基础油的质量比为4-7:3-6。

3.根据权利要求1所述的低摩擦系数风电齿轮油组合物，其特征在于：

所述合成酯类基础油中，偏苯三酸酐和季戊四醇的质量比为1-2:3-4，己酸、辛酸和油酸的质量比为1-2:4-6:12-16。

4.根据权利要求3所述的低摩擦系数风电齿轮油组合物，其特征在于：所述合成酯类基础油的制备方法为：

取偏苯三酸酐和季戊四醇，混合，得混合醇；取己酸、辛酸和油酸，混合，得混合酸；将混合醇和混合酸按照其官能团的摩尔比为1:1.05-1.15混合，并添加二甲苯作为溶剂，在160-230℃下，回流反应16-18h，减压蒸馏，得产品。

5.根据权利要求1所述的低摩擦系数风电齿轮油组合物，其特征在于：

所述极压剂为硫化脂肪、硫化烯烃、硫化异丁烯或苄基多硫化物中的任意一种或几种。

6.根据权利要求1所述的低摩擦系数风电齿轮油组合，其特征在于：

所述减摩抗磨剂为有机钼化合物、二烷基二硫代磷酸盐中的任意一种或几种。

7.根据权利要求1所述的低摩擦系数风电齿轮油组合物，其特征在于：

所述抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚、2,6-二叔丁基苯酚、苯基-α-苯胺、辛基-丁基二苯胺、烷基化二苯胺或苯三唑的衍生物中的任意一种或几种。

8.根据权利要求1所述的低摩擦系数风电齿轮油组合物，其特征在于：

所述防锈剂为石油磺酸钡、石油磺酸钠、二壬基萘磺酸钡、十二烯基丁二酸、脂肪酸胺中的任意一种或几种。

9.根据权利要求1所述的低摩擦系数风电齿轮油组合物，其特征在于：

所述金属减活剂为苯三唑衍生物、噻二唑衍生物、甲基苯三唑类化合物中的任意一种或几种；

所述抗泡剂为硅型抗泡剂、非硅型抗泡剂中的任意一种或两种。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的低摩擦系数风电齿轮油组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）取合成基础油，加热至65-75℃，搅拌0.2-0.6h；

2）取极压剂、减摩抗磨剂、抗氧剂、防锈剂、金属减活剂、抗泡剂加入步骤1）所得合成基础油中，继续保温调和0.8-1.2h，降温，过滤，得产品。