潤滑油在通過泵、閥的間隙及小孔或齒輪輪齒嚙合部位、活塞與氣缸壁的摩擦部位時，都會受到強烈的機械剪切作用。在剪切作用下，油品中含有的高分子物質會發生不同程度的裂解，生成相對分子質量較低的物質，使得潤滑油運動黏度降低，導致油膜厚度下降，造成機械磨損。

 

 

油的抗剪切作用是使油品的黏度保持穩定的性能，又稱為剪切安定性（抗剪切性)。一般而言，不含高分子添加劑（如增黏劑等)的油品，其抗剪切性都較好，而含有高分子添加劑的油品，其抗剪切性就較差。此外，基礎油的性質也會影響潤滑油的抗剪切性，由長鏈分子、黏度大的基礎油調和的潤滑油，其抗剪切性會較差。

 

聚α-烯烴(PAO)因其優異的熱安定性和氧化安定性而廣泛應用于工業用油中，特別是工業齒輪油中。由于齒輪在運轉中受負荷、速度的影響，會對齒輪油有強烈的嚙合剪切作用，因而工業齒輪油必須具有良好的剪切安定性。有關黏度指數改進劑對油品剪切安定性的影響文獻報道較多，而基礎油尤其是PAO對油品剪切性能的影響還未見報道。本文作者采用含聚合物潤滑油剪切安定性測定法（FZG齒輪機法）對不同黏度的PAO進行試驗，采用石油產品運動黏度測定法、石油產品黏度指數計算法、潤滑油傾點測定法、泡沫特性測定法、潤滑油氧化安定性的測定（旋轉氧彈法)和四球法，分別評價了剪切對聚α-烯烴性能的影響，以期為工業齒輪油的開發積累基礎數據。

 

 

 

實驗選用的PAO4、PAO10、PAO40基本理化性能見表1。

 

 

 

 

 

根據 GB/T 265《石油產品運動黏度測定法》測定油品的黏度；采用GB/T 3535《石油產品傾點測定法》測定油品的傾點；根據GB/T 3536《石油產品閃點和燃點的測定》測定油品的閃點；采用法國NOR-MORLAB公司生產的P643油品泡沫特性測定儀，依據GB/T 12579《潤滑油泡沫特性測定法》測定油品的泡沫特性。

 

 

采用MRS~1J四球摩擦試驗機依據GB/T 3142《潤滑劑承載能力測定法（四球法）》測定油品的摩擦學性能；采用MMW-1型四球機依據SH/T 0762《潤滑油摩擦因數測定法（四球法）》測定油品的摩擦因數。

 

 

采用SH/T 0200《含聚合物潤滑油剪切安定性測定法（齒輪機法）》測定油品的剪切安定性。實驗方法為：將（ 800士2)g的試樣加人到試驗齒輪箱內，在溫度90 ℃、載荷4 007 N、轉速(2980±20)r/ min的條件下，運轉20 h。根據試樣在實驗過程中受到機械剪切作用所引起的永久性黏度損失，來評價試樣的剪切安定性。測量試驗油的試驗前后的100 ℃黏度，根據以下公式計算試驗油的相對黏度損失(RV) %：

 

RV=(Vsof-Veof ) / Vsof×100%

 

式中：Vsof為試驗前油樣的100 ℃運動黏度；Veof為試驗后油樣的100℃運動黏度。

 

相對黏度損失值越小表示剪切安定性越好。

 

 

采用SH/T 0193《潤滑油氧化安定性的測定旋轉氧彈法》測定油品的氧化安定性。實驗方法:將( 50+0.5)g試樣、5 mL水、催化劑線圈放入一個帶蓋的玻璃試樣器內,置于裝有壓力表的氧彈中。氧彈充入620 kPa壓力的氧氣，放入規定的恒溫油浴中( 150 ℃)，使其以100 r/ min的速度與水平面呈30°角軸向旋轉。實驗達到規定的壓力降（175 kPa)所需的時間(min)即為試樣的氧化安定性。時間越長表示油品的氧化安定性越好。

 

 

 

考察了FZG剪切對PAO4、PAO10、PAO40基礎油的黏度指數、傾點、剪切安定性等性能的影響。試驗結果見表2。

 

 

由表2可以看出：剪切對PAO4、PAO10和PAO40的100 ℃的運動黏度、傾點和閃點影響不大；同時，在90℃的條件下剪切20 h，PAO基礎油的黏度指數基本保持不變，說明PAO基礎油具有良好的熱氧化穩定性。不同黏度的PAO相對黏度損失RV較小，說明聚α–烯烴具有較好的剪切安定性；PAO4、PAO10和 PAO40的相對黏度損失依次減小，分別為2.8%、1.9%和1.78%，說明PAO的黏度越高，剪切安定性越好。

 

 

油品在實際使用過程中，由于受到機械振動、攪拌等作用，會使空氣進入到潤滑油中形成泡沫，具有很大危害。抗泡特性是評定油品生成泡沫的傾向及泡沫穩定性的指標，基礎油是影響油品抗泡性能的因素之一，因此考察了剪切作用對PAO基礎油抗泡性能的影響，試驗結果見表3。

 

 

根據表3的數據可以發現：低黏度的PAO抗泡性較好；剪切后不同黏度級別的PAO基礎油抗泡性均有所下降，其中剪切后的PAO基礎油中間點93.5℃生成泡沫的傾向基本沒有變化，但前24℃和后24℃生成泡沫的傾向均有所增加。具體來說，PAO4基礎油前24℃時生成泡沫的傾向從0增加到了40 ml，后24℃時從0增加到了10 mL；PAO10基礎油前24℃時生成泡沫的傾向從100 mL增加到了130 mL，后24℃時從60 mL增加到了140 mL；PAO100基礎油前24℃時生成泡沫的傾向從150 mL增加到了250 mL，后24℃時從40mL增加到了100mL，基礎油的抗泡性能變差。

 

抗泡作用機制較為復雜，具有代表性的有降低部分表面張力、擴張和滲透3種觀點。根據表3的數據推測，一方面，PAO在剪切過程中會受到振蕩、攪動等作用，使空氣進入潤滑油中，以至形成氣泡。另一方面，基礎油在剪切過程中，增大了PAO與氣泡之間的氣-液界面的表面張力，具有較強的泡沫傾向性，形成了較多的泡沫，使PAO基礎油的發泡力增強。

 

 

為了解剪切作用對PAO基礎油抗氧化性能的影響，使用旋轉氧彈的方法（ 150 ℃)對剪切后PAO基礎油進行了考察，評價結果見表4。

 

 

從表4可以看出：剪切沒有影響基礎油的色度；剪切后的PAO旋轉氧彈的時間均有所降低，表明油品的氧化安定性有所下降；隨著PAO黏度的增加，油品抗氧化性能有增強的趨勢，剪切后這一趨勢仍保持不變，如PAO40剪切后旋轉氧彈時間為380 min，仍然比剪切后的PAO10 ( 361 min )、PAO4 ( 335min)的時間要長；PAO40的酸值與剪切前相同，均為0.01 mg/g(以 KOH計，下同)，而PAO4的酸值變化較大，從0變為剪切后的0.08 mg/g。

 

 

 

極壓抗磨性是評價油品在極端工況條件下防止或減輕金屬表面發生磨損的潤滑能力指標，是齒輪油最重要的性能之一。采用四球試驗考察了剪切對不同黏度的PAO基礎油極壓抗磨性能的影響，評價結果見表5。

 

 

從表5可以看出：不同黏度的PAO基礎油的極壓抗磨性表現出較強的規律性，即隨著基礎油黏度的增加逐步提高，這是由于潤滑油油膜厚度會隨著基礎油黏度的提高而增加，對摩擦表面的保護能力相應地增強。同時，評定潤滑油承載能力的指標，包括代表油膜強度的最大無卡咬負荷PB、代表潤滑油極限工作能力的燒結負荷PD和綜合磨損值ZMZ在PAO基礎油FZG剪切試驗前后均沒有發生明顯變化，表明剪切作用對PAO基礎油的極壓抗磨性影響不大。

 

 

采用四球試驗機對剪切前后的PAO基礎油的摩擦因數進行了考察。圖1顯示了PAO4、PAO10和PAO40基礎油四球摩擦因數隨加載負荷的變化趨勢。可以發現：FZG剪切試驗前后不同黏度PAO基礎油的摩擦因數隨著加載負荷變化均保持著開始時逐漸升高到最大值然后平緩下降的趨勢。PAO4、PAO10和 PAO40基礎油的四球摩擦因數沒有明顯差別，表明黏度不同的聚α-烯烴（PAO)摩擦學性能差別較小。

 

綜合以上分析，聚α-烯烴（PAO)基礎油的極壓抗磨性會隨著運動黏度變大而增強，但摩擦學特性并沒有明顯變化；剪切前后這一規律沒有發生變化，剪切作用對PAO的摩擦學性能影響不大。

 

 

• 不同黏度級別聚α-烯烴（PAO)基礎油具有良好的熱氧化安定性和剪切安定性；剪切作用對PAO的黏度指數、傾點和閃點影響不大。

• 低黏度的聚α-烯烴（PAO)抗泡性較好，剪切后不同黏度級別的PAO基礎油抗泡性均有所下降。

• 隨著黏度增加，聚α-烯烴（PAO)的抗氧化性能增強，剪切后這一趨勢仍保持不變；剪切后的PAO氧化安定性有所下降。

• 聚α-烯烴（PAO)基礎油的黏度越大，其極壓抗磨性能越好，但摩擦性能沒有明顯變化；剪切作用對PAO的摩擦學性能影響不大。