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新型植物油改性润滑剂的研究与开发

作　者: 李清华
导　师: 陶德华；张建华
学　校: 上海大学
专　业: 机械设计与理论
关键词: 改性低温性能倾点氧化稳定性流变学性能摩擦学性能生物降解性
分类号: TH117.22
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

植物油润滑性能优良、可资源再生,易生物降解,是良好的环境友好润滑材料,但由于植物油分子中含有双键,氧化稳定性差,且低温流动性差,限制了其作为润滑油的实际应用。本文针对植物油的这两个缺陷,通过化学改性对其性能进行了改进。1.通过优化合成条件合成了菜油乙酯,菜油乙酯氧化易生成油溶性线型聚合物,抗油泥性得到了明显改善,但双键还没消除,易氧化问题还没得到完全解决。菜油乙酯的粘度指数很高(VI≥200),可以作为润滑油粘度指数改进组分。2.采用环氧化异构酯化工艺合成了一系列不同烷链的改性豆油,双键得到了饱和,氧化稳定性得到了改善。它们的粘度指数较高(VI107～132),粘温性好,而倾点(-4～-12℃)没有得到明显改善。随烷链链长增长,改性豆油的运动粘度降低(豆油异构丁酯的粘度小于己酯),粘度指数增大。系列改性豆油中豆油异构丙酯综合性能最佳,通过优化实验条件得到的豆油异构丙酯的性能:V40℃=1145 mm2/s,VI为114,倾点-12℃,PB744.8N, D294N30 ’0.52mm,其摩擦学性能优于豆油。通过磨斑形貌分析发现豆油异构乙酯润滑的钢球磨斑表面光滑,磨痕浅且尺寸较小,抗磨性能优于以矿物油250BS和豆油。通过AES分析和XPS分析结合现代反射红外分析对它们的摩擦学机理进行了探讨。3.采用环氧化、酯交换和异构醚化新型工艺合成了一系列不同烷链结构的改性菜籽油,双键得到了饱和,氧化稳定性得到改善。它们的粘度指数较高(VI117～149),粘温性好,倾点在-6～-29℃之间,部分改性菜籽油的低温性得到明显改善。改性菜籽油的粘度指数随着脂肪醇链长的增加而增大,在相同链长的情况下随支链化(异构化)程度的增加而降低;改性菜籽油的倾点随着直链醇链长的增加倾点升高,而随着支链醇链长的增加倾点降低;改性菜籽油的抗磨性随链长的增加而增强,链长相同的随分子支链化(异构化)程度增加而降低。异辛醇改性菜籽油的综合性能最佳,通过优化条件实验得到的异辛醇改性菜籽油的性能:V40℃=25.20 mm2/s,VI为140,倾点-29℃,PB862.4N,D294N30 ’0.50mm。由异辛醇改性菜籽油润滑的钢球磨斑,磨痕浅且尺寸较小,优于以菜籽油和32#机油为润滑剂的钢球表面,通过AES分析探讨了它们的抗磨机理。4.采用环氧化、酯交换和异构醚化工艺合成了改性蓖麻油1#,饱和了双键,氧化稳定性得到改善;改性蓖麻油1#通过优化条件实验异构酯化合成了改性蓖麻油2#,氧化稳定性得到进一步提高。改性蓖麻油1#性能:V40℃=90.12 mm2/s,VI为105,倾点-46℃,PB785.0N,D294N30 ’0.44mm;改性蓖麻油2#性能:V40℃=64.16 mm2/s,VI为117,倾点-58℃,PB695.8N, D294N30 ’0.57mm。改性蓖麻油的粘度指数和倾点得到明显改善,改性蓖麻油的粘度指数和倾点得到明显改善,其低温性能超过了市售的季戊四醇酯。改性蓖麻油2#的倾点和粘度指数优于改性蓖麻油1#,有着更广泛的应用前景。改性蓖麻油1#润滑的钢球磨斑,表面较光滑且尺寸较小,优于蓖麻油,而改性蓖麻油2#的抗磨性能反而降低,通过AES分析对它们的抗磨机理进行了探讨。根据L-33-A-93试验方法对豆油异构丙酯、异辛醇改性菜籽油和改性蓖麻油2#的生物降解性进行了考察,发现其生物降解性好,达到了德国“蓝色天使”的标准,是可生物降解的润滑油。对豆油异构丙酯和改性蓖麻油2#的应用性可行性进行了初步探讨。豆油异构丙酯具有很高的粘度,可以代替光亮油与低粘度的润滑油混合调配各种粘度的润滑油。豆油异构丙酯与低粘度聚醚调配的各粘度级别的润滑油低温流动性和摩擦学性能优于同级别矿物油,并具有很好的氧化稳定性,可用作高档次合成润滑油。改性蓖麻油2#的倾点低于-55℃,低温性能和氧化稳定性优良,应用前景广泛,以改性蓖麻油2#为基础油研制的两种新型航空涡轮发动机油基本能够达到或接近MIL-L-7808L的规范要求,可望能够应用在航空涡轮发动机中。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-15
第一章绪论  15-36
  1.1 引言  15-16
  1.2 环境友好润滑油  16
  1.3 环境友好润滑油的发展  16-20
  1.4 环境友好润滑油的基础油  20-23
    1.4.1 植物油  20-22
    1.4.2 其它基础油  22-23
  1.5 生物降解性测试方法  23-24
  1.6 环境友好润滑油的应用  24-25
  1.7 课题的提出  25-28
    1.7.1 立题背景与意义  25-26
    1.7.2 研究重点和难点  26
    1.7.3 拟定技术路线与研究内容  26-28
  参考文献  28-36
第二章试验方法和仪器  36-42
  2.1 引言  36
  2.2 试验设备、仪器  36-37
  2.3 摩擦学性能测试  37-38
  2.4 表面膜分析  38
  2.5 基础油的理化性能测试方法  38-40
  参考文献  40-42
第三章菜油乙酯作为润滑油的应用（氧化稳定性改进之一）  42-49
  3.1 引言  42-43
  3.2 菜油乙酯化原理  43
  3.3 菜油乙酯的合成  43
  3.4 制备菜油乙酯实验条件探索  43-45
  3.5 菜油乙酯的氧化稳定性  45-46
  3.6 菜油乙酯摩擦学性能和流变学性能  46-47
  3.7 小结  47-48
  参考文献  48-49
第四章异构酯化改性豆油的合成及其摩擦润滑特性(氧化稳定性改进之二)  49-78
  4.1 引言  49
  4.2 反应机理  49-50
  4.3 改性豆油的合成  50-56
  4.4 改性豆油的流变学性能和摩擦学性能  56-58
  4.5 改性豆油的剪切稳定性  58
  4.6 合成条件选择对豆油异构丙酯的影响研究  58-63
  4.7 表面分析和摩擦化学反应机理研究  63-70
    4.7.1 磨斑形貌分析  63-64
    4.7.2 磨斑的能谱分析和摩擦化学机理  64-70
  4.8 豆油异构乙酯摩擦磨损表面反射红外光谱分析  70-73
  4.9 改性豆油的氧化稳定性  73-74
  4.10 小结  74-75
  参考文献  75-78
第五章异构醚化改性菜籽油的合成及其摩擦润滑特性（氧化稳定性和倾点改进之三）  78-102
  5.1 引言  78
  5.2 反应机理  78-79
  5.3 改性菜籽油的合成  79-87
  5.4 改性菜籽油的流变学性能  87-88
  5.5 改性菜籽油的摩擦学性能  88-89
  5.6 表面分析和摩擦化学反应机理研究  89-94
    5.6.1 磨斑的形貌分析  89-91
    5.6.2 磨斑的 AES 能谱分析和摩擦化学反应机理  91-94
  5.7 合成条件选择对异辛醇改性菜籽油的影响研究  94-99
  5.8 改性菜籽油的氧化稳定性  99-100
  5.9 小结  100-101
  参考文献  101-102
第六章改性蓖麻油的合成及其应用（氧化稳定性和低温性能改进之四）  102-122
  6.1 引言  102
  6.2 反应机理  102-104
  6.3 改性蓖麻油的合成  104-108
  6.4 改性蓖麻油的合成条件探索  108-112
    6.4.1 反应物摩尔比的影响  108-110
    6.4.2 反应时间的影响  110-112
  6.5 改性蓖麻油的流变学性能  112-113
  6.6 改性蓖麻油的摩擦学性能  113-114
  6.7 表面分析和摩擦化学反应机理研究  114-119
    6.7.1 磨斑的形貌分析  114-115
    6.7.2 磨斑的 AES 能谱分析和摩擦化学反应机理  115-119
  6.8 改性蓖麻油氧化稳定性  119
  6.9 小结  119-121
  参考文献  121-122
第七章植物油改性润滑剂的生物降解性研究  122-132
  7.1 引言  122-123
  7.2 润滑油生物降解性评定  123-127
    7.2.1 主要仪器  124
    7.2.2 细菌菌落总数（CFU）的测定  124-125
    7.2.3 培养液的配制  125-126
    7.2.4 生物降解率的计算  126-127
  7.3 植物油改性润滑剂的生物降解性  127-128
  7.4 生物降解机理推导  128-129
  7.5 小结  129-130
  参考文献  130-132
第八章新型改性植物油的应用性研究  132-139
  8.1 引言  132
  8.2 改性豆油的应用研究  132-135
  8.3 改性蓖麻油的应用研究  135-137
    8.3.1 航空涡轮发动机油的发展  135-136
    8.3.2 航空涡轮发动机油的研制  136-137
  8.4 小结  137-138
  参考文献  138-139
第九章总结与展望  139-145
  9.1 结论  139-143
  9.2 本研究工作的主要创新点  143
  9.3 展望  143-145
攻读博士学位期间发表的主要论文  145-147
致谢  147-148

新型植物油改性润滑剂的研究与开发

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