CN109233963B

CN109233963B - 一种超低温地铁专用齿轮油及其制备方法

Info

Publication number: CN109233963B
Application number: CN201811274622.8A
Authority: CN
Inventors: 曹向前; 田晓如; 马跃锋; 颜万桂; 孙月强
Original assignee: Jinxuechi Technology Maanshan Co ltd; Kuitun Wei Ke Te Chemical Co ltd; Lanzhou Zongheng Petroleum Co ltd; Xinjiang Jinxuechi Technology Co ltd
Current assignee: Jinxuechi Technology Maanshan Co ltd; Kuitun Wei Ke Te Chemical Co ltd; Lanzhou Zongheng Petroleum Co ltd; Xinjiang Jinxuechi Technology Co ltd
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2038-10-30
Also published as: CN109233963A

Abstract

本发明公开了一种超低温地铁专用齿轮油及其制备方法，属于机油领域。本发明的一种超低温地铁专用齿轮油，该齿轮油包含以下质量百分比的组分：基础油70～80％，烷基萘5～15％，多元醇酯10～20％，降凝剂0.3～2％，抗氧剂0.5～1.5％，复合剂1～10％，其中，基础油由聚α‑烯烃基础油和酯类基础油组成，聚α‑烯烃基础油占基础油总量的60～75％，酯类基础油包括癸二酸二辛酯和聚甲基丙烯酸酯，分别占基础油总量的20～30％，5～15％；采用本发明的超低温地铁专用齿轮油及其制备方法，可以有效提高地铁齿轮油的耐低温性能，从而满足我国西北、东北等寒冷地区地铁车辆的使用需求。

Description

一种超低温地铁专用齿轮油及其制备方法

技术领域

本发明涉及机油领域，特别是涉及一种超低温地铁专用齿轮油及其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国城市规模成倍扩大，基础设施落后问题显现，城市交通运输矛盾日益突出。城市轨道交通以其安全、准时、快速的优点，在拓宽城市空间、打造城市快速立体交通网络和改善城市交通环境方面发挥越来越大的作用。

随着我国地铁交通网络的不断建设，与其相配套的地铁车辆也不断增加。地铁列车相对于普通列车有其自身的特点，由于地铁通常是在市区及其周边地区运行，其承担的运力大、停靠站点多、运行速度快，需要在运行过程中频繁启动、刹停，这样的运行工况会加剧地铁列车传动系统齿轮之间的磨损。因此地铁列车对齿轮油的性能有更为苛刻的要求。齿轮油主要用于各种齿轮传动装置，以防止齿面磨损、擦伤、烧结等，延长齿轮传动装置的使用寿命，提高传递效率，齿轮油是以石油润滑油基础油或合成润滑油为主，加入极压抗磨剂和油性剂等调制而成的一种重要的润滑油，因此，齿轮油应具有良好的抗磨、耐负荷性能和合适的粘度。此外，还应具有良好的热氧化安定性、抗泡性、水分离性能和防锈性能。

目前的GL-5规格的矿物型车辆齿轮油在地铁列车齿轮箱的极压环境中运行一段时间后，会变黑、变稠，齿轮箱摩擦部件会出现积炭、油泥、漆膜，影响润滑效果，增加摩擦损耗、缩短摩擦部件的使用寿命，严重时还会影响地铁列车的安全运行，带来严重的安全隐患。我国目前使用的地铁齿轮油适用温度均在-40℃以上(型号为75W-90)，然而在我国西北、东北等寒冷地区，冬季最低温度达到-41℃，导致该类地铁专用齿轮油无法满足西北、东北等寒冷地区地铁车辆的正常使用，而多级齿轮油具有燃料经济性，美国曾用34辆重型卡车进行行车试验，比较各种粘度车辆齿轮油的节能效果，对试验结果进行的统计分析表明：75W/90齿轮油节省燃料且效果明显，其对低温粘度有严格要求，-55℃下的表观粘度不允许超过150P a·s，有望保证列车运行安全，符合寒冷地区使用的低温长寿命地铁专用齿轮油。

经检索，关于齿轮润滑油已有相关专利公开，例如中国专利号201310536186.8，授权公告日为2010年1月22日，发明创造名称为：齿轮用润滑油。该申请案的润滑油的粘度指数在170以上，由以齿轮用润滑油总量为基准在70～95质量％的粘度指数在175以上的α-烯烃聚合物和合成油配合而成，混合有极压添加剂、油性剂、抗磨剂、无灰洗涤分散剂、抗氧化剂、防锈剂、金属减活剂、粘度指数改进剂、流点降低剂和消泡剂中的任一种。又如，中国专利申请号为201610380388.1的申请案公开了一种环保节能的液力传动油组合物，包括以下重量百分比的组成：加氢异构基础油40～60％，合成油10～35％，多元醇酯5～30％，液力传动油复合剂8～16.1％，粘度指数改进剂3～10％，抗氧剂0～2％，降凝剂0.2～2％，抗泡剂0.1～1％。

上述两个申请案在一定程度上都提高了齿轮用润滑油的剪切稳定性和氧化稳定性以及可降解性，但其齿轮润滑油的耐低温性能仍然较差，难以满足我国西北、东北等寒冷地区地铁车辆的使用需求。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服我国现有地铁齿轮油的耐低温性能相对较差的不足，提供了一种一种超低温地铁专用齿轮油及其制备方法。采用本发明的齿轮油及其制备方法，可以有效提高地铁齿轮油的耐低温性能，从而满足我国西北、东北等寒冷地区地铁车辆的使用需求。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种超低温地铁专用齿轮油，其特征在于，该齿轮油包含以下质量百分比的组分：

更进一步的，所述的基础油由聚α-烯烃基础油和酯类基础油组成，其中，聚α-烯烃基础油的结构式为：

其占基础油总量的60～75％，酯类基础油包括癸二酸二辛酯和聚甲基丙烯酸酯，分别占基础油总量的20～30％，5～15％。

更进一步的，所述的烷基萘为上海纳克生产的NACO AN23，所述的聚甲基丙烯酸酯采用三洋化成工业株式会社生产的ACLUBE V-2000。

更进一步的，所述的多元醇酯为Nycobase 8311、Nycobase3118中的至少一种。

更进一步的，该齿轮油中还添加有消泡剂，其浓度为400ppm。

更进一步的，所述的消泡剂为盟庆信添加剂公司的FOAM BAN 155。

更进一步的，所述的降凝剂为聚甲基丙烯酸酯。

更进一步的，所述的抗氧剂为范德比尔特添加剂公司的芳胺类抗氧剂VANLUBENA、VANLUBE 887、VANLUBE 996E中的至少一种。

更进一步的，所述的复合剂为雅富顿添加剂公司的HiTEC3339和路博润添加剂公司的LUBRIZOL1038中的至少一种。

本发明的一种超低温地铁专用齿轮油的制备方法，其特征在于：将基础油、烷基萘、多元醇酯投入调和釜中，在55～65℃搅拌下依次投入消泡剂、降凝剂、增粘剂、抗氧剂、复合剂，保持55～65℃，继续搅拌60分钟，然后静置60分钟，过滤。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种超低温地铁专用齿轮油，通过对其组成与配比进行优化设计，使各组分之间相互配合，从而可以有效提高所得齿轮油的耐低温性能，满足我国西北、东北等寒冷地区地铁车辆的使用需求；同时，本发明的基础油由聚α-烯烃基础油和酯类基础油复合而成，增加了基础油对添加剂的感受性和油品的低温流动性、润滑性能，同时也增加了齿轮油的粘性。

(2)本发明的一种超低温地铁专用齿轮油，通过大量实验对各添加剂的种类以及添加量进行优化设计，各添加剂与基础油之间的相容性较好，通过各组分之间的相互协调作用，可以使产品的使用性能达到最佳，尤其是保证该齿轮油在低温环境下仍具有较好的热氧化稳定性、抗泡性、水分离性能和防锈性能。其中，通过特定种类多元醇酯的加入，可以使润滑油的倾点更低，粘度指数更高，低温流动性能更好，而通过高性能抗氧剂的加入，提高了油品的热氧化稳定性。

(3)本发明的一种超低温地铁专用齿轮油的制备方法，通过选用特定种类的基础油和添加剂，并对各组分的添加顺序、加热温度进行优化设计，从而提高了所得齿轮油的热氧化稳定性、抗泡性、水分离性能和防锈性能，尤其是保证该齿轮油在低温(-55℃以下)环境仍能具有良好的流动性以及热氧化稳定性，从而能够保证其在西北、东北等寒冷地区的正常使用。

具体实施方式

本发明的超低温地铁专用齿轮油，包含以下质量百分比的组分：

该齿轮油中还添加有消泡剂，其浓度为400ppm；更进一步的，基础油为由聚α-烯烃基础油和酯类基础油组成，其中，聚α-烯烃基础油的结构式为：

(碳原子数为30)，其占基础油总量的60～75％，酯类基础油包括癸二酸二辛酯和聚甲基丙烯酸酯，分别占基础油总量的20～30％，5～15％；更进一步的，烷基萘为上海纳克生产的NACOAN23，聚甲基丙烯酸酯采用三洋化成工业株式会社生产的ACLUBE V-2000，多元醇酯为Nycobase8311、Nycobase3118中的至少一种，消泡剂为盟庆信添加剂公司的FOAM BAN 155，降凝剂为聚甲基丙烯酸酯，抗氧剂为范德比尔特添加剂公司的芳胺类抗氧剂VANLUBE NA、VANLUBE 887、VANLUBE 996E中的至少一种，复合剂为雅富顿添加剂公司的HiTEC 3339和路博润添加剂公司的LUBRIZOL1038中的一种。

本发明的超低温地铁专用齿轮油制备方法，取基础油、多元醇酯、烷基萘加入到调和釜中，搅拌加热至55～65℃，然后依次加入消泡剂、降凝剂、抗氧剂、复合剂，保持温度55～65℃，继续搅拌60分钟，然后静置60分钟后过滤，即得到超低温地铁专用齿轮油。

针对现有地铁齿轮油的耐低温性能相对较差的不足，本发明通过大量实验对各添加剂的种类以及添加量进行优化设计，各添加剂与基础油之间的相容性较好，通过各组分之间的相互协调作用，从而可以使产品的使用性能达到最佳，尤其是保证该齿轮油在低温环境下仍具有较好的热氧化稳定性、抗泡性、水分离性能和防锈性能。其中，通过特定种类多元醇酯的加入，可以使润滑油的倾点更低，粘度指数更高，低温流动性能更好，而通过高性能抗氧剂的加入，提高了油品的热氧化稳定性，从而有效提高了所得齿轮油的耐低温性能，满足我国西北、东北等寒冷地区地铁车辆的使用需求。同时，发明人通过选用特定种类的基础油和添加剂，并对各组分的添加顺序、加热温度进行优化设计，从而提高了所得齿轮油的热氧化稳定性、抗泡性、水分离性能和防锈性能，尤其是保证该齿轮油在低温(-55℃以下)环境仍能具有良好的流动性以及热氧化稳定性，从而能够保证其在西北、东北等寒冷地区的正常使用。

需要说明的是，基础油是齿轮油最重要的组分，占比最大，在本发明中，基础油占比达70％以上，且基础油对润滑油的主要性能指标，例如，低温性能、蒸发损失等具有较大影响。本发明的发明人通过大量实验对基础油的组成进行优化设计，选择聚α-烯烃作为基础油的主要组分，但不同分子结构的聚α-烯烃对所得基础油的性能，尤其是低温性能影响较大，本申请选择碳原子数为30的特定结构的聚α-烯烃，从而可以有效改善所得齿轮油的低温性能。其中上述聚α-烯烃对各添加剂的溶解能力相对较差，从而影响其使用效果。因此，本发明通过特定双酯基础油与聚α-烯烃的复配，三者的混合既增加了基础油与其他添加剂之间的相溶性，又具有较好的剪切稳定性，增加了齿轮油的粘度，同时也可以保证齿轮油在低温下具有很好的流动性。

此外，还需要说明的是，不同型号聚甲基丙烯酸酯的选择对于基础油的降凝性能、低温黏度及剪切安定性均具有较大影响，本申请通过向基础油中添加低分子量聚甲基丙烯酸酯(ACLUBE V-2000)，从而可以有效提高基础油的上述性能，进而保证所得齿轮油的使用性能。

为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。需要说明的是，由于篇幅有限，此处仅列举部分实施例，具体齿轮油的配比并不局限于具体实施例的范围。

实施例1

取聚α-烯烃基础油：44.46％、癸二酸二辛酯：22.23％、聚甲基丙烯酸酯：7.41％、多元醇酯Nycobase 8103：15％、烷基萘NACO AN23：6％加入到调和釜中，搅拌加热至60℃，依次加入消泡剂FOAM BAN 155：400ppm、降凝剂：0.5％、抗氧剂VANLUBE NA：1.5％、复合剂HiTEC 3339：2.9％，保持温度60℃，继续搅拌60分钟，然后静置60分钟后过滤，即得超低温地铁专用齿轮油。

实施例2

取聚α-烯烃基础油：55.28％、癸二酸二辛酯：14.74％、聚甲基丙烯酸酯：3.68％、多元醇酯Nycobase 8311：10％、烷基萘NACO AN23：10％加入到调和釜中，搅拌加热至65℃，依次加入消泡剂FOAM BAN 155：400ppm、降凝剂：0.5％、抗氧剂VANLUBE 887：0.8％、复合剂LUBRIZOL1038：5％，保持温度65℃，继续搅拌60分钟，然后静置60分钟后过滤，即得超低温地铁专用齿轮油。

对比例1

取全合成基础油INEOS PAO170：69.3％、NACO PAO200C：5％、多元醇酯Nycobase8103：10％、烷基萘NACO AN23：10％加入到调和釜中，搅拌加热至55℃，依次加入消泡剂FOAM BAN 155：400ppm、降凝剂V1-248：0.3％、抗氧剂VANLUBE NA：0.5％、复合剂HiTEC3339：4.9％，保持温度55℃，继续搅拌60分钟，然后静置60分钟后过滤，即得超低温地铁专用齿轮油。

对比例2

取全合成基础油INEOS PAO170：68.9％、NACO PAO200C：5％、多元醇酯Nycobase8311：10％、烷基萘NACO AN23：10％加入到调和釜中，搅拌加热至65℃，依次加入消泡剂FOAM BAN 155：400ppm、降凝剂V1-248：0.3％、抗氧剂VANLUBE 887：0.8％、复合剂LUBRIZOL1038：5％，保持温度65℃，继续搅拌60分钟，然后静置60分钟后过滤，即得超低温地铁专用齿轮油。

表2实施例1、2及对比例1、2所得油品的性能及参数

通过实施例1-2与对比例1-2的配方对比，其齿轮油的性能参数如表2所示，由表2可以看出，采用对比例1-2的配方齿轮油，低温性能和抗泡性能不佳，实施例1-2所得齿轮油具有良好的低温性能、抗泡性、水分离性能和防锈性能，因此，该齿轮油在低温(-55℃以下)环境仍能具有良好的流动性以及热氧化稳定性，从而能够保证其在西北、东北等寒冷地区的正常使用。

实施例3

取聚α-烯烃基础油：50.68％、癸二酸二辛酯：18.1％、聚甲基丙烯酸酯(ACLUBE V-2000)：3.62％、多元醇酯Nycobase 8311：20％、烷基萘NACO AN23：5％加入到调和釜中，搅拌加热至65℃，依次加入消泡剂FOAM BAN 155：400ppm、降凝剂：0.5％、抗氧剂VANLUBE887：0.8％、复合剂LUBRIZOL1038：1.3％，保持温度65℃，继续搅拌60分钟，然后静置60分钟后过滤，即得超低温地铁专用齿轮油。

对比例3

取聚α-烯烃基础油：50.68％、癸二酸二辛酯：18.1％、聚甲基丙烯酸酯(T602)：3.62％、多元醇酯Nycobase 8311：20％、烷基萘NACO AN23：5％加入到调和釜中，搅拌加热至65℃，依次加入消泡剂FOAM BAN 155：400ppm、降凝剂：0.5％、抗氧剂VANLUBE 887：0.8％、复合剂LUBRIZOL1038：1.3％，保持温度65℃，继续搅拌60分钟，然后静置60分钟后过滤，即得超低温地铁专用齿轮油。

通过实施例3与对比例3对比，其粘度指数如表3所示

表3基础油降凝性能研究

项目	实施例3	对比例3
			基础油	72.4	72.4
ACLUBE V-2000，％	0.5
			T602，％		0.5
运动粘度(100℃)，mm2·s-1	13.51	14.7
			凝点，℃	-59	-49
表观粘度(-55℃)(X105)，m P a·s	-55	-48

根据上表可以看出，对比例3中聚α-烯烃和双酯组成的基础油不满足齿轮油在低温下流动性的粘度规格，T602在上述基础油中效果不良。而本实施例选用聚甲基丙烯酸酯ACLUBE V-2000可以保证基础油在低温下具有优良的流动性以及粘度指数，在100℃条件下剪切前后运动粘度指数基本保持不变，其粘度下降率明显低于使用其他公司生产的聚甲基丙烯酸酯。

综上可知，利用聚α-烯烃、癸二酸二辛酯和聚甲基丙烯酸酯混合研制基础油配方，利用复合剂研制添加剂配方，在调制的基础油中加入功能添加剂调合成本发明的超低温地铁专用齿轮油，经大量实验，证明其使用性能达到了研制的目标，满足我国西北、东北等寒冷地区地铁车辆的使用需求。

Claims

1.一种超低温地铁专用齿轮油，其特征在于，该齿轮油包含以下质量百分比的组分：

基础油 70~80%

烷基萘 5~15%

多元醇酯 10~20%

降凝剂 0.3~2%

抗氧剂 0.5~1.5%

复合剂 1~10%；

所述的基础油由聚α-烯烃基础油和酯类基础油组成，其中，聚α-烯烃基础油的结构式为：

，其占基础油总量的60~75%，酯类基础油包括癸二酸二辛酯和聚甲基丙烯酸酯，分别占基础油总量的20~30%，5~15%。

2.根据权利要求1所述的一种超低温地铁专用齿轮油，其特征在于：所述的烷基萘为上海纳克生产的NACO AN23，所述的聚甲基丙烯酸酯采用三洋化成工业株式会社生产的ACLUBE V-2000。

3.根据权利要求1所述的一种超低温地铁专用齿轮油，其特征在于：所述的多元醇酯为Nycobase 8311、Nycobase3118中的至少一种。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种超低温地铁专用齿轮油，其特征在于：该齿轮油中还添加有消泡剂，其浓度为400 ppm。

5.根据权利要求4所述的一种超低温地铁专用齿轮油，其特征在于：所述的消泡剂为盟庆信添加剂公司的FOAM BAN 155。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种超低温地铁专用齿轮油，其特征在于：所述的降凝剂为聚甲基丙烯酸酯。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种超低温地铁专用齿轮油，其特征在于：所述的抗氧剂为范德比尔特添加剂公司的芳胺类抗氧剂VANLUBE NA、VANLUBE 887、VANLUBE 996E中的至少一种。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种超低温地铁专用齿轮油，其特征在于：所述的复合剂为雅富顿添加剂公司的HiTEC3339和路博润添加剂公司的LUBRIZOL1038中的至少一种。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的超低温地铁专用齿轮油的制备方法，其特征在于：将基础油、烷基萘、多元醇酯投入调和釜中，在55~65℃搅拌下依次投入消泡剂、降凝剂、抗氧剂、复合剂，保持55~65℃，继续搅拌60分钟，然后静置60分钟，过滤。