CN114507558A - 一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油及其制备方法 - Google Patents

一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及润滑油技术领域，尤其涉及一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油及其制备方法。该全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油由包括以下重量份的原料制备得到：合成型基础油50～65份、酯类油0～15份、清净剂7～9.5份、无灰分散剂0.5～1.2份、高温抗氧剂0.3～1.3份、极压抗磨剂1.5～4.5份、摩擦改进剂0.05～0.2份、降凝剂0.2～0.6份、粘度指数改进剂10～15份、抗氧防胶剂0.05～2.5份、油溶性防锈剂0.03～0.15份。解决了传统军舰重负荷动力传动内燃机油所存在的问题，满足了发动机高速冲击负荷、抗高温高压、酸中和能力强的需要，具有较高的抗磨性能和抗氧化性。

Description

一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油及其制备方法
技术领域
本发明涉及润滑油技术领域，尤其涉及一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油及其制备方法。
背景技术
随着柴油机技术的发展，舰用柴油机在性能、可靠性和装舰技术方面已取得明显的进展，单机功率比过去同型机功率提高30％以上，最大功率在7750kW到9705kW之间，目前高速大功率柴油机主要技术指标都达到了更高水平，平均有效压力最高达2.94MPa，有的高达3.02MPa，最大燃烧压力18MPa，中高速机为15MPa；为此，军舰柴油机油与陆用柴油机油相比，除具备良好防锈性能外，还具有优异水分离性能，在使用功能上军舰柴油机油不但需要满足四冲程柴油发动机的润滑要求，而且还需要满足二冲程柴油机的润滑要求。
由于军舰柴油机结构紧凑、单位体积重量比功率高，中速机的气缸、阀系、轴瓦共用一种润滑油其润滑环境比较苛刻。长期以来，军舰柴油机一直使用与地面装备相同的陆用型柴油机油,这类柴油机油遇水后会发生严重乳化，因此军舰必须频繁更换润滑油，不但浪费很大，而且直接影响军舰执行战备和训练任务的能力。因此要求军舰中速机油具有足够的有效碱值(即：优异的酸中和能力)、良好的抗水性、高温清净分散性、热氧化安定性、抗泡性及抗磨抗腐蚀性等性能。柴油机油作为军舰动力系统的“血液”，是海军舰艇使用面最广、消耗量最大、性能要求非常苛刻的润滑油。
舰用高速大功率柴油机由于其应用范围的特殊性和使用条件的限制，使它们的技术难度极大。一方面要求具有较高转速、大功率、结构紧凑、坚实耐冲击、重量轻、体积小、比功率大、工作可靠并同时保持相应的经济性，使用寿命和维修方便；另一方面在性能上必须机动性好，起动时不冒白烟，运行中不冒黑烟和低工况性能好。
现有发动机主要燃用轻质柴油，舰船燃料油中硫含量大幅度提高将导致活塞环和缸套的腐蚀磨损，硫的燃烧产物也会加速积碳、沉积物的产生，使活塞环区沉积物聚积造成卡环，酸性物的聚集以及油品的氧化会导致活塞环区和缸套的严重磨损和油耗量升高，使柴油机寿命缩短。军舰发动机应根据使用燃料的硫含量合理选择不同碱值的中低速柴油机油，中低速机油的碱值一般范围在12～50mgKOH/g，目前具有分类特点的高碱值中低速机油在国际上还是空白，该专利产品不仅具有碱值高的特点，还可以根据舰船吨位与不同的加油方式匹配相应的碱值要求，从而提高船舶发动机的工作效率。
两种分阶段军舰专用重负荷动力传动内燃机油：
LGT100：CF-4+10W40(100℃运动粘度值为13.0～14.5厘斯)；
LGT300:CF-4+10W40(100℃运动粘度值在15～16.3厘斯)；
LGT500:CF-4+10W50(100℃运动粘度值在16.5～18厘斯)；
全合成分阶段抗燃滚动润滑特性的军舰重负荷动力传动内燃机油主要用于气缸、阀系和轴瓦中，因此对内燃机油的要求非常苛刻，需要具有优良的酸中和能力、高温氧化安定性、高温清净分散性、低的积炭倾向性及良好的油水分离性等性能。轻质燃料油发动机转速低、冲程长、间隙大、温度高，要求抗燃抗高温高压油膜强度大。可传统的柴油机油运动粘度值只在12.5～16.3厘斯之间，这些油品在发动机内受燃油燃烧以及高温高压冲击后出现抗燃油膜不足、极易氧化生成油泥、积碳等缺点，同时还加剧了发动机的摩擦磨损、增加油耗、缩短使用寿命。而且发动机在往复运动中受燃油燃烧以及高温高压冲击后润滑效果会降低，更换时间长，添加时需要提高抗燃油膜质量，如果不能提高内燃机油的性能指标，将会产生漏气窜气、气压下降、磨损加剧、间隙变大、油耗增加等不良后果，同时过量的燃油与内部气压不匹配，也会影响发动机动力的提升，产生更多的氮氧化物等有害颗粒。
因此，如何满足重质燃料油发动机严苛的性能指标要求，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油及其制备方法，以解决上述技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油，由包括以下重量份数的原料制备得到：
Figure BDA0003509088520000031
优选的，所述合成型基础油包含PAO10基础油和180I基础油，所述PAO10基础油和180I基础油的质量比为50～52:9～11；所述酯类油为双酯油或多元醇酯油；所述清净剂为超高碱值合成磺酸钙。
优选的，所述无灰分散剂为聚异丁烯丁二酰亚胺或硼化聚异丁烯丁二酰亚胺，所述高温抗氧剂为混合二烷基二苯胺。
优选的，所述摩擦改进剂为苯三唑脂肪酸胺盐。
优选的，所述粘度指数改进剂是氢化乙烯丙烯异戊二烯类粘度指数改进剂，所述降凝剂为聚甲基丙烯酸酯降凝剂。
优选的，所述油溶性防锈剂为烯基丁二酸盐。
本发明还提供了一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油的制备方法，包括以下步骤：
(1)将合成型基础油和酯类油混合后加热；
(2)待加热结束后加入降凝剂、粘度指数改进剂混合，然后加入清净剂、无灰分散剂、高温抗氧剂、摩擦改进剂和极压抗磨剂混合；
(3)加入抗氧防胶剂、油溶性防锈剂，混合，即得全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油。
优选的，所述步骤(1)混合后在50～80r/min的转速下加热至60～65℃。
优选的，所述步骤(2)加入降凝剂、粘度指数改进剂后在190～210r/min的转速下搅拌25～35min；待搅拌结束后，在200～300r/min的转速下加入清净剂、无灰分散剂、高温抗氧剂、摩擦改进剂和极压抗磨剂，继续搅拌70～90min。
优选的，所述步骤(3)的混合步骤是在150～200r/min的转速下搅拌80～90min；待搅拌结束后再静置0.8～1.2h。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下的有益效果：
本发明通过实验室大量的模拟实验，确定了以全合成高碱磺酸盐为主剂、无灰分散剂和抗氧剂的复合配方，解决了传统军舰重负荷动力传动内燃机油所存在的问题，满足了发动机高速冲击负荷、抗高温高压、酸中和能力强的需要，具有较高的抗磨性能和抗氧化性。
本发明提供的一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油具有出色的碱值度及其持续性，确保足够高的碱储量来中和燃料硫燃烧所产生的腐蚀性酸，延长机油的使用寿命，并减少气缸套的磨损，实现发动机的最佳效能；具有极高的热氧化安定性和热稳定性，大大减少积碳和漆膜的生成及油气分离器的堵塞；并且能够提高内燃机油运动粘度，同时根据需要分阶段匹配全合成抗燃、抗高温高压油膜强度，充分起到密封润滑效果；还具有优秀的水分离特性，采用离心分离技术将水分离出来，却又基本上不会造成添加剂的损失。
本发明采用分阶段给油方式能满足不同吨位舰船与不同阶段的中低速柴油发动机对碱值和油膜强度的需求，可使本发明制备的全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油充分发挥其效能；本发明中采用了可降解材料，对发展绿色环保产品具有重要意义。
具体实施方式
本发明提供了一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油，由包括以下重量份数的原料制备得到：
Figure BDA0003509088520000051
优选为：
Figure BDA0003509088520000052
在本发明中，所述合成型基础油包含PAO10基础油和180I基础油，所述PAO10基础油和180I基础油的质量比优选为50～52:9～11，进一步优选为50.5～51:9～10；所述合成型基础油由英力士贸易(上海)有限公司提供。
在本发明中，所述酯类油优选为双酯油或多元醇酯油，进一步优选为多元醇酯油。
军舰中低速柴油机中的活塞环槽温度较高，油品氧化产物和燃油不完全燃烧产物以及中和硫酸后所形成的盐类等会沉积在活塞环槽表面，引起卡环、咬缸，废气窜入曲轴箱会加速油品氧化、加重润滑油污染，同时大量窜气还会造成活塞过热，致使活塞顶部变形，严重时会使活塞烧坏，因此，军舰中低速机油必须具有良好清净分散性，把活塞环槽、活塞内腔顶部和气缸中沉积物清洗下来。在润滑油循环过程中通过分油机或过滤器将沉积物清除，这样才能长期保持活塞和发动机正常运转。
在本发明中，所述清净剂为超高碱值合成磺酸钙，是以重烷基苯磺酸为主要原料，通过中和及超高碱化反应制成。该产品具有优异的碱性储备、良好的油溶性和极强的酸中和能力，能及时中和油品中的有机酸和无机酸，同时还具备优良的高温清净性及热稳定性。该清净剂由辽宁锦州惠发天合化学有限公司提供。
在发动机运转过程中，燃油因不完全燃烧而形成的产物、机油的氧化产物与水相互作用形成油泥渣以及因磨损而产生机械杂质等，这些物质的存在沉积堵塞油路，致使供油不畅而引起故障，因此向军舰重负荷动力传动内燃机油中加入一定量的分散剂使泥渣保持悬浮状态，连同机械杂质等经过分油机或过滤器除掉。因此选用分散性能较好的聚异丁烯丁二酰亚胺。
在本发明中，所述的无灰分散剂为采用高活性聚异丁烯(Mn＝1000)制备的聚异丁烯丁二酰亚胺或硼化聚异丁烯丁二酰亚胺，具有良好的清净分散性，可抑制发动机活塞上积炭和漆膜的生成。产品不含氯，与清净剂、抗氧抗腐剂有良好的配伍性，油溶性好，由新乡瑞丰添加剂有限公司提供。军舰重负荷动力传动内燃机油需长期循环使用处于高温热氧化环境中容易生成有机酸、过氧化物和胶质等，这些产物会使粘度增大并腐蚀有色金属，不利于活塞和发动机清洁、润滑，缩短油品使用寿命。因此要求其具有良好的抗氧化性能和抗腐蚀性能，必须加入性能优良的抗氧化添加剂。在本发明中，所述高温抗氧剂为混合二烷基二苯胺，是一种高效的高温抗氧剂，可防止橡胶热氧化和弹性曲挠老化，该剂由沈阳华伦油品化学有限公司提供。
在本发明中，所述摩擦改进剂为苯三唑脂肪酸胺盐，系优良的多效添加剂，具有抗磨、防腐、防锈和油性等性能，该剂由辽宁锦州惠发天合化学有限公司提供。
在本发明中，所述的极压抗磨剂是以氨基硫代酯为主要成分，是一种多效添加剂，具有突出的抗磨极压性能和明显的抗氧化、抗磨损作用，该剂由青岛利宝石油添加剂有限公司提供。
在本发明中，所述粘度指数改进剂是氢化乙烯丙烯异戊二烯类粘度指数改进剂，其良好的永久剪切稳定性和高温粘度性为节能油耗做出突出的贡献，该剂由美国BPT公司提供。
在本发明中，所述降凝剂为聚甲基丙烯酸酯降凝剂，由辽宁锦州惠发天合化学有限公司提供。
在本发明中，所述油溶性防锈剂为烯基丁二酸盐，该剂由沈阳华伦油品化学有限公司提供。
在本发明中，所述抗氧防胶剂为T502A，由沈阳中企石化有限公司提供。
本发明还提供了一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油的制备方法，包括以下步骤：
(1)将合成型基础油和酯类油混合后加热；
(2)待加热结束后加入降凝剂、粘度指数改进剂混合，然后加入清净剂、无灰分散剂、高温抗氧剂、摩擦改进剂和极压抗磨剂混合；
(3)加入抗氧防胶剂、油溶性防锈剂，混合，即得全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油。
在本发明中，所述步骤(1)混合后优选在50～80r/min的转速下加热至60～65℃，进一步优选为在60～70r/min的转速下加热至62～64℃。
在本发明中，所述步骤(2)加入降凝剂、粘度指数改进剂后优选在190～210r/min的转速下搅拌25～35min，进一步优选为在195～205r/min的转速下搅拌28～32min；待搅拌结束后，优选在200～300r/min的转速下，进一步优选为在220～270r/min的转速下，加入清净剂、无灰分散剂、高温抗氧剂、摩擦改进剂和极压抗磨剂，继续搅拌70～90min，优选为75～85min。
在本发明中，所述步骤(3)的混合步骤是优选在150～200r/min的转速下搅拌80～90min，进一步优选为在160～180r/min的转速下搅拌83～88min；待搅拌结束后再静置0.8～1.2h，优选为0.9～1h。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
需要说明的是，本发明各实施例使用的合成型基础油：
运动粘度(100℃，cst)：9.3 粘度指数:137
倾点(℃)：-36 闪点(℃)：295；
清净剂：106D超高碱值合成磺酸钙
总碱值，mgKOH/g：不小于395 钙含量，m％：不小于14
开口闪点，℃：不低于180 浊度，JTU：不大于200；
无灰分散剂：
运动粘度(100℃，cst)：130～230闪点(℃)：不小于180
总碱值(mgKOH/g)：15～30 氮含量：1.1～1.5％；
高温抗氧剂：混合二烷基二苯胺
碱值(mgKOH/g)：168 二苯胺含量≤1；
摩擦改进剂：苯三唑脂肪酸胺盐
铜片腐蚀(100℃,3h)≤1 水分(质量分数)：0.05％；
极压抗磨剂：
四球机试验P8/N：≥920 磨斑直径：≤0.55mm
粘度指数改进剂SVM5(氢化乙烯丙烯异戊二烯类)：SSI为0～5，
最大溶解比例：15％，由美国BPT公司提供。
聚甲基丙烯酸酯降凝剂
运动粘度(100℃)：420mm2/s 闪点：106℃
灰份(％)：≤0.2 降凝度(℃)：≥12
抗氧防胶剂：T502A
2.7-二叔丁基对甲酚含量％：≥25.1 游离苯酚％：≤0.40
2.8-二叔丁基对甲酚含量％：≥25.2 余量为2'6-二叔丁基混合酚
烯基丁二酸防锈剂
人工海水(24hr):无锈 蒸馏水(24hr):无锈
实施例1
按重量份配比，将合成型基础油52份PAO10、11份180I和12份双酯油依次投入反应釜中，启动搅拌，加热至60℃；先加入0.4份降凝剂、12份的粘度指数改进剂后在200r/min转速下快速搅拌30分钟，然后在220r/min的转速下加入7.5份清净剂、1.0份无灰分散剂、0.5份高温抗氧剂、0.1份摩擦改进剂和3份极压抗磨剂，继续搅拌60～90分钟，最后加入0.45份抗氧防胶剂、0.05份防锈剂，并在160r/min的转速下搅拌80min混合均匀后抽至储存罐静置1小时，即得LGT 100抗燃滚动润滑性能的军舰重负荷动力传动内燃机油。
实施例2
按重量份配比，将合成型基础油51份PAO10、10份180I和12份多元醇酯油依次投入反应釜中，启动搅拌，加热至63℃；先加入0.4份降凝剂、13份的粘度指数改进剂后在200r/min转速下快速搅拌30分钟，然后在250r/min的转速下加入9份清净剂、1.0份无灰分散剂、1.0份高温抗氧剂、0.1份摩擦改进剂和2.5份极压抗磨剂，继续搅拌70分钟，最后加入0.4份抗氧防胶剂、0.05份防锈剂，并在150r/min的转速下搅拌85分钟混合均匀后抽至储存罐静置1小时，即得LGT 300抗燃滚动润滑性能的军舰重负荷动力传动内燃机油。
实施例3
按重量份配比，将合成型基础油50份PAO10、9份180I和12份双酯油依次投入反应釜中，启动搅拌，加热至65℃；先加入0.4份降凝剂、14份的粘度指数改进剂后在200r/min转速下快速搅拌30分钟，然后在300r/min的转速下加入10份清净剂、1.0份无灰分散剂、1.0份高温抗氧剂、0.1份摩擦改进剂和2.5份极压抗磨剂，继续搅拌60～90分钟，最后加入0.4份抗氧防胶剂、0.05份防锈剂，并在200r/min的转速下搅拌90分钟混合均匀后抽至储存罐静置1小时，即得LGT 500抗燃滚动润滑性能的军舰重负荷动力传动内燃机油。
将实施例2制备的LGT 300抗燃滚动润滑性能的军舰重负荷动力传动内燃机油进行理化性能检测，其测试结果见表1；
表1实施例2制备的LGT 300抗燃滚动润滑性能的军舰LGT 300型重负荷动力传动内燃机油进行理化性能检测结果
Figure BDA0003509088520000101
将本发明实施例1制备的LGT 100抗燃滚动润滑性能的军舰重负荷动力传动内燃机油与现有市售的矿物油型调制的军舰重负荷动力传动内燃机油进行性能对比，对比结果见表2；
表2实施例1制备的LGT 100抗燃滚动润滑性能的军舰重负荷动力传动内燃机油与现有市售的矿物油型调制的军舰重负荷动力传动内燃机油性能对比
Figure BDA0003509088520000102
Figure BDA0003509088520000111
由以上实施例可知，本发明提供了一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油，比矿物油型军舰重负荷动力传动内燃机油具有更突出的性能指标。在设计上满足甚至超过国内外主要军舰发动机制造商的严格要求，本发明产品已在多艘舰船发动机做过运行试验，如：意大利GMTA250.20HVM型机，最大功率7750kW；德国MTU-24V1163-93型机，最大功率8824kW；法国SEMT-Pielstick20VPA6-280BTS型机，最大功率可达9705kW，以及船舶武祥56(参数：广柴3400马力)。本发明在配方上采用独特的合成基础油和酯类油的匹配，并遴选了碱值高、酸中和能力强的清净剂与分散性能较突出的聚异丁烯丁二酰亚胺共同调配而成，可在矿物油型产品无法满足需要的操作条件下，实现对不同吨位、不同型号船舶发动机的卓越保护与增效。
本发明制备的全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油具有卓越的清净分散性、高温抗氧化性及良好的酸中和能力、分水性和碱保持性，其性能大大优于矿物油型军舰发动机油，其独特的配方设计可通过减少设备问题及在下游形成的积垢，最大限度地降低维护成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油，其特征在于，由包括以下重量份数的原料制备得到：
Figure FDA0003509088510000011
2.根据权利要求1所述的一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油，其特征在于，所述合成型基础油包含PAO10基础油和180I基础油，所述PAO10基础油和180I基础油的质量比为50～52:9～11；所述酯类油为双酯油或多元醇酯油；所述清净剂为超高碱值合成磺酸钙。
3.根据权利要求1或2所述的一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油，其特征在于，所述无灰分散剂为聚异丁烯丁二酰亚胺或硼化聚异丁烯丁二酰亚胺，所述高温抗氧剂为混合二烷基二苯胺。
4.根据权利要求3所述的一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油，其特征在于，所述摩擦改进剂为苯三唑脂肪酸胺盐。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油，其特征在于，所述粘度指数改进剂是氢化乙烯丙烯异戊二烯类粘度指数改进剂，所述降凝剂为聚甲基丙烯酸酯降凝剂。
6.根据权利要求5所述的一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油，其特征在于，所述油溶性防锈剂为烯基丁二酸盐。
7.权利要求1～6任一项所述的一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将合成型基础油和酯类油混合后加热；
(2)待加热结束后加入降凝剂、粘度指数改进剂混合，然后加入清净剂、无灰分散剂、高温抗氧剂、摩擦改进剂和极压抗磨剂混合；
(3)加入抗氧防胶剂、油溶性防锈剂，混合，即得全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油。
8.根据权利要求7所述的一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)混合后在50～80r/min的转速下加热至60～65℃。
9.根据权利要求7或8所述的一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)加入降凝剂、粘度指数改进剂后在190～210r/min的转速下搅拌25～35min；待搅拌结束后，在200～300r/min的转速下加入清净剂、无灰分散剂、高温抗氧剂、摩擦改进剂和极压抗磨剂，继续搅拌70～90min。
10.根据权利要求9所述的一种全合成抗燃滚动润滑的军舰专用内燃机油的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的混合步骤是在150～200r/min的转速下搅拌80～90min；待搅拌结束后再静置0.8～1.2h。
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