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CN105567402A - 一种长寿命抗微点蚀风电齿轮油及其制备方法 - Google Patents

一种长寿命抗微点蚀风电齿轮油及其制备方法 Download PDF

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CN105567402A CN201610108683.1A CN201610108683A CN105567402A CN 105567402 A CN105567402 A CN 105567402A CN 201610108683 A CN201610108683 A CN 201610108683A CN 105567402 A CN105567402 A CN 105567402A
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Abstract

本发明公开了一种长寿命抗微点蚀风电齿轮油及其制备方法，所述长寿命抗微点蚀风电齿轮油由下述质量百分比的原料组成：工业齿轮油复合剂3-6％、抗氧剂0.1-0.3％、抗磨剂0.1-1％、余量为基础油。本发明具有抗微点蚀、清净好、抗磨性好、低温性好、氧化安定性好和抗剪切性能好等优点，特别是有水情况下依旧保持优异的性能。长期使用依旧可以保持良好的性能。

Description

一种长寿命抗微点蚀风电齿轮油及其制备方法
技术领域
本发明涉及工业齿轮油领域，特别涉及一种长寿命抗微点蚀风电齿轮油。
背景技术
随着科技的进步，对能源的需求日益增大，而非可再生能源的的过度利用造成许多问题，如温室气体的自由排放、气候变暖趋势的加剧等。人类急需可再生的能源代替传统非可再生能源。风能是一种不产生任何污染排放的可再生的自然能源，风力发电技术相对成熟，是21世纪人类社会经济可持续发展的主要新动力源。欧洲风力能源协会公布2020年的全球战略目标是风力发电站占全球电力的12％。风力发电机主要用到3种润滑油，其中齿轮油用量占风力发电机用油量的75％，发挥极其重要的作用。我国风力发电机多安装与新疆、内蒙古、甘肃及沿海等地区，润滑油受气候温差、湿度等影响较大，并且处于较偏远的地区，维修不变，因此需要风电齿轮油具有长寿命，良好的清净性，良好的抗氧化性，良好的低温性能和抗水性能等。风电齿轮箱作用是将风轮主轴20～50r/min的较低转速、较高转矩，增速到能够满足发电机发电的1000～2500r/min的较高转速、较低转矩。风电齿轮箱这种长期低速重载的运行工况极易引起的齿轮疲劳磨损，产生微点蚀现象，进而影响齿轮传动的精度，影响齿轮寿命。因此性能良好的风电齿轮油还应具有良好的抗微点蚀的能力。由于风电齿轮油基础油使用量占全部成分的95％以上，而添加剂含量一般不超过5％。由此可见，基础油的选择对于齿轮油的性能有着决定性的影响。
国内有关于风电齿轮油的报道较少，专利CN103113968A《风电齿轮油组合物》基础油使用聚α烯烃和酯类基础油的混合物，由于酯类油具有良好的的生物降解性能和水解性，也导致其很难胜任长期的润滑工作。专利CN102604729A《一种风电池润滑油组合物》基础油使用Ⅱ/Ⅲ类矿物油、聚烯烃化合物和烷基萘，制造出一种半合成风电齿轮油，该发明油较高性价比，但风电设备使用环境的限制，使用中不可避免会有水进入齿轮油中，极大影响风电齿轮油的性能。
发明内容
为克服以上问题，本发明创造一种长寿命抗微点蚀风电齿轮油，用于风电设备齿轮箱使用，具有长寿命、抗微点蚀、抗磨性好、低温性好、氧化安定性和抗剪切性能好等优点。
本发明解决的问题，本发明使用聚醚PAG和聚酯类基础油，以及优质工业齿轮油复合剂，并添加抗氧补强剂和抗磨补强剂，进一步提升其性能。本发明高粘度指数完全依靠基础油提供，无额外添加粘度指数改进剂，因此具有良好的剪切指数，油液经齿轮间多次大负荷剪切，粘度不会发生明显变化。
本发明基础油使用聚醚(PAG)和聚酯。聚醚具有优异的粘度指数、抗磨性、低温启动性、清净性等优点，与常见风电齿轮油所用基础油聚α烯烃(PAO)相比，有如下特点：
性能 PAG PAO
分子特性 极性 非极性
粘度指数 130‐200 120‐160
抗点蚀性能 优 中
添加剂感受性 优 差
溶解水能力 优 差
清净性 优 中
润滑性 优 差
低温启动性 中 优
基础油相容性 差 优
对于风电齿轮油来说，PAG与PAO相比最大优势在于抗点蚀性能、清净性、润滑性和溶解水的能力。
PAG清净性高的原理是PAG高温氧化产物为极性氧化物，而PAG本身就为极性物质，可溶解在PAG中，且PAG的氧化产物在氧的作用下断链生成的低分子羰基和羰基化合物在高温下迅速挥发，不会生成油泥和漆膜的趋势。而PAO氧化生成的极性物质不能溶于PAO中，促使生成油泥和漆膜。并且PAG对抗氧剂具有良好的感受性，加入酚类、胺类抗氧剂后，PAG的抗氧性明显提高。
PAG也具体良好的润滑性能，这是由于PAG为极性物质，在几乎所有的润滑状态下都能形成非常稳定的具有大吸附力和承载能力的润滑剂膜，具有较低的摩擦系数和较强的抗剪切能力。
PAG的溶解水的能力在风电齿轮油中的优势是当使用过程中不可避免有水进入系统，而PAG具有很好的溶解水的能力，水进入系统以溶解的状态存在，不会影响油液的润滑性能，而水在大多数基础油中成悬浮或乳化状态存在，会明显影响油液的使用性能。
PAG还具有高生物降解率，是一种优质的环保型基础油。
本发明利用PAG优势，同时与另一新型润滑材料聚酯混配作为本发明的基础油，高粘度聚酯基础油具有极高的粘度指数和剪切稳定性，因其分子结构中含有多个酯基，使其具有非常高的油膜强度和出色的润滑能力，在各种基础油中承载能力最高，其极性酯基和抗磨极压添加剂具有很好的协同作用，从而进一步提高了油品的抗微点蚀性能。聚酯还具有非常高的氧化稳定性，从而可保证齿轮清洁，延长油品使用寿命。聚酯的使用还解决了实际使用中对PAG存在的相容性问题的担忧。一般情况下PAG与矿物油和PAO相容性不好，如更换PAG基础油应充分清洗油箱。聚酯增加其与矿物油和PAO基础油之间的溶解性，也简化了更换油品时的操作。
对于微点蚀方面，发现具有较高粘度指数和较低摩擦系数的基础油对微点蚀现象的抑制作用明显。因为较高粘度指数的基础油可以在工作范围能维持较厚的润滑油膜，减少接触面微观尖峰的接触碰撞几率；较低摩擦系数可以保证工作表面在润滑条件下产生拖动作用大大消弱，摩擦功耗降低，进而减少表面疲劳。本发明添加范德比尔特专利产品抗氧剂V887E和莱茵化学受阻酚型抗氧剂RC7115作为抗氧化补强剂，二者复配具有极佳的抗氧化性能；本发明还添加二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)作为抗磨减摩补强剂，其在金属表面形成MoS2固体润滑膜，可明显降低油液的摩擦系数，从而减少微点蚀数量，同时可提高齿轮传动效率。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种长寿命抗微点蚀风电齿轮油，由下述质量百分比的原料组成：工业齿轮油复合剂3-6％、抗氧剂0.1-0.3％、抗磨剂0.1-1％、余量为基础油。
优选地，所述的工业齿轮油复合剂可以为雅富顿 具有优异的微点蚀保护性能，在高温和氧化条件下，不仅沉积物生成量少，长期保持齿轮清洁性能，而且在整个油品使用寿命期间保持高水平的磷含量，提供了长期的抗磨损保护性能；所述的工业齿轮油复合剂也可以由下述重量份的原料制备而成：硼化聚异丁烯丁二酰亚胺4-8份、烷基苯磺酸钙1-5份、硫化烷基酚钙0.5-1.5份，烷基二苄基甲苯55-65份。
优选地，所述的抗氧剂为胺类抗氧剂、酚类抗氧剂中一种或多种的混合物，所述胺类抗氧剂为4,4'-二辛基二苯胺，所述的酚类抗氧剂为2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚、2,5-二叔丁基对苯二酚、2,6-二叔丁基对苯二酚中一种或多种的混合物；抗氧剂也可以采用市售的范德比尔特专利产品抗氧剂V887E和莱茵化学受阻酚型抗氧剂RC7115。
更优选地，所述的抗氧剂由4,4'-二辛基二苯胺、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚、2,5-二叔丁基对苯二酚混合而成，所述4,4'-二辛基二苯胺、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚、2,5-二叔丁基对苯二酚的质量比为(1-3)：(1-3)：(1-3)。
优选地，所述的抗磨剂为二烷基二硫代氨基甲酸钼，二烷基二硫代氨基甲酸钼选自二异辛基二硫代氨基甲酸钼、N,N-二(2-乙基己基)二硫代三环氨基甲酸钼、N,N-二(2-乙基己基)二硫代氨基甲酸钼、N-环己基N-十三烷基二硫代氨基甲酸钼、N,N-二(十二)烷基二硫代氨基甲酸钼、N,N-二烷(芳基)二硫代氨基甲酸钼、N-苄基N-辛基二硫代氨基甲酸钼、N-辛基N-十八烷基硫代氨基甲酸钼。
优选地，所述的基础油为聚醚(PAG)、聚酯、偏苯三酸三壬酯中的一种或多种的混合物。
聚醚为陶氏新型油溶性聚醚，传统的聚醚基础油是环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷开环均聚或共聚的线型聚合物，本发明所述的聚烷撑二醇是通过嵌段聚合、无规共聚和反向嵌段合成的油溶性聚合物，通过烷氧基化化学技术改善了传统聚醚基础油与其它基础油油溶性差的难题。本发明优选OSP-32、OSP-46、OSP-68、OSP-150、OSP-220中的一种或几种。
聚酯可以为9-十八烯酸-9-十八烯酯、13-二十二烯酸-9-十八烯酯、13-二十二烯酸-13-二十二烯酯、9-十八烯酸-13-二十二烯酯、9-十八烯基-9-癸烯酯、12-(3-辛基环氧化乙烷基)十二烷基12-(3-辛基环氧化乙烷基)十二酯中一种或多种的混合物，也可以采用市售的Evonik工业集团的11-570、11-574、11-522。基础油具体指标如下表1。
表1：基础油具体指标数据表
本发明还提供了上述长寿命抗微点蚀风电齿轮油的制备方法：将二分之一合成基础油加入调和釜中，升温至85℃±5℃，加入抗氧剂后不断搅拌0.5-1.5h。加入剩余二分之一基础油，保持温度为55-65℃加入工业齿轮油复合剂，继续搅拌20-40min后，加入抗磨剂继续搅拌20-40min，冷却即得成品。
本发明具有抗微点蚀、清净好、抗磨性好、低温性好、氧化安定性好和抗剪切性能好等优点，特别是有水情况下依旧保持优异的性能。长期使用依旧可以保持良好的性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，以下所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
实施例4-7中各原料介绍：
硼化聚异丁烯丁二酰亚胺，合成方法参照万烈雄,冯洁泳,骆新平《硼化无灰分散剂的研制及应用》，润滑油，2001，其结构式如下：
其中，R为分子量为1000的聚异丁烯，R'＝H。
烷基苯磺酸钙采用专利申请号：200810011923.1中实施例1的方法制备。
硫化烷基酚钙采用专利申请号：201210389112.1中实施例1的方法制备。
烷基二苄基甲苯，采用专利申请号：201310445108.7中实施例3的方法制备。
抗磨剂采用N,N-二(十二)烷基二硫代氨基甲酸钼，其结构式如下：其结构式如下：
其中R为直链十二烷基。
4,4'-二辛基二苯胺，CAS号：101-67-7。
2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚，CAS号：1879-09-0。
2,5-二叔丁基对苯二酚，CAS号：88-58-4。
聚酯，采用13-二十二烯酸-13-二十二烯酯，采用专利申请号：201280008727.3中实施例中制备化合物C：13-二十二烯酸-13-二十二烯酯。
偏苯三酸三壬酯，CAS号：35415-27-1。
实施例1
本发明的长寿命抗微点蚀风电齿轮油制备方法为：将二分之一合成基础油加入调和釜中，升温至85℃±5℃，加入抗氧剂V887E(0.1％)和RC7115(0.2％)后不断搅拌1h。加入剩余基础油，保持温度为60℃加入复合剂(5.5％)，继续搅拌30min后，加入二烷基二硫代氨基甲酸钼(0.3％)继续搅拌30min，冷却即得成品。
实施例2
本发明的长寿命抗微点蚀风电齿轮油制备方法为：将二分之一合成基础油加入调和釜中，升温至85℃±5℃，加入抗氧剂V887E(0.15％)和RC7115(0.15％)后不断搅拌1h。加入剩余基础油，保持温度为60℃加入复合剂(4％)，继续搅拌30min后，加入二烷基二硫代氨基甲酸钼(0.5％)继续搅拌30min，冷却即得成品。
实施例3
本发明的长寿命抗微点蚀风电齿轮油制备方法为：将二分之一合成基础油加入调和釜中，升温至85℃±5℃，加入抗氧剂V887E(0.2％)和RC7115(0.1％)后不断搅拌1h。加入剩余基础油，保持温度为60℃加入复合剂(3％)，继续搅拌30min后，加入二烷基二硫代氨基甲酸钼(0.8％)继续搅拌30min，冷却即得成品。
实施例4
长寿命抗微点蚀风电齿轮油原料(质量百分比)：工业齿轮油复合剂4.5％、抗氧剂0.21％、N,N-二(十二)烷基二硫代氨基甲酸钼0.5％、余量为基础油。
工业齿轮油复合剂制备：向60重量份烷基二苄基甲苯中加入3重量份烷基苯磺酸钙、1重量份硫化烷基酚钙转速400转/分搅拌10min，再加入6重量份硼化聚异丁烯丁二酰亚胺转速400转/分搅拌20min即得工业齿轮油复合剂。
所述的抗氧剂由4,4'-二辛基二苯胺、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚、2,5-二叔丁基对苯二酚按质量比为1:1:1搅拌混合均匀得到。
基础油制备：将13-二十二烯酸-13-二十二烯酯和偏苯三酸三壬酯按质量比为1:1搅拌混合均匀得到基础油。
长寿命抗微点蚀风电齿轮油制备：将基础油总重量二分之一的基础油(即基础油总重量的一半)加入调和釜中，升温至85℃，加入抗氧剂后400转/分搅拌1h；加入剩余二分之一基础油，保持温度为60℃加入工业齿轮油复合剂，400转/分搅拌30min后，加入N,N-二(十二)烷基二硫代氨基甲酸钼继续400转/分搅拌30min，冷却至25℃。得到实施例4的长寿命抗微点蚀风电齿轮油。
实施例5
按实施例4的方法制备长寿命抗微点蚀风电齿轮油，区别仅仅在于：所述的抗氧剂由2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚、2,5-二叔丁基对苯二酚按质量比为1:1搅拌混合均匀得到。得到实施例5的长寿命抗微点蚀风电齿轮油。
实施例6
按实施例4的方法制备长寿命抗微点蚀风电齿轮油，区别仅仅在于：所述的抗氧剂由4,4'-二辛基二苯胺、2,5-二叔丁基对苯二酚按质量比为1:1搅拌混合均匀得到。得到实施例6的长寿命抗微点蚀风电齿轮油。
实施例7
按实施例4的方法制备长寿命抗微点蚀风电齿轮油，区别仅仅在于：所述的抗氧剂由4,4'-二辛基二苯胺、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚按质量比为1:1搅拌混合均匀得到。得到实施例7的长寿命抗微点蚀风电齿轮油。
测试例1
对实施例1-3的长寿命抗微点蚀风电齿轮油进行指标测试，具体结果见表2。
表2：实施例1-3指标测试结果表
测试例2
按GB/T3142标准对实施例1-7的长寿命抗微点蚀风电齿轮油进行四球试验机烧结负荷测试，指标为大于或等于2450N；按SH/T0189标准对实施例1-7的长寿命抗微点蚀风电齿轮油进行磨斑直径(60min、196N)测试，指标为小于或等于0.35mm，具体结果见表3。
表3：测试结果表
比较实施例4与实施例5-7，实施例4(4,4'-二辛基二苯胺、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚、2,5-二叔丁基对苯二酚复配)烧结负荷、磨斑直径明显优于实施例5-7(4,4'-二辛基二苯胺、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚、2,5-二叔丁基对苯二酚中任意二者复配)。

Claims (8)

1.一种长寿命抗微点蚀风电齿轮油，其特征在于，由下述质量百分比的原料组成：工业齿轮油复合剂3-6％、抗氧剂0.1-0.3％、抗磨剂0.1-1％、余量为基础油。
2.如权利要求1所述的长寿命抗微点蚀风电齿轮油，其特征在于，所述的工业齿轮油复合剂可以为雅富顿352。
3.如权利要求1所述的长寿命抗微点蚀风电齿轮油，其特征在于，所述的工业齿轮油复合剂也可以由下述重量份的原料制备而成：硼化聚异丁烯丁二酰亚胺4-8份、烷基苯磺酸钙1-5份、硫化烷基酚钙0.5-1.5份，烷基二苄基甲苯55-65份。
4.如权利要求1所述的长寿命抗微点蚀风电齿轮油，其特征在于，所述的抗氧剂为胺类抗氧剂、酚类抗氧剂中一种或多种的混合物，所述胺类抗氧剂为4,4'-二辛基二苯胺，所述的酚类抗氧剂为2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚、2,5-二叔丁基对苯二酚、2,6-二叔丁基对苯二酚中一种或多种的混合物。
5.如权利要求4所述的长寿命抗微点蚀风电齿轮油，其特征在于，所述的抗氧剂由4,4'-二辛基二苯胺、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚、2,5-二叔丁基对苯二酚混合而成，所述4,4'-二辛基二苯胺、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚、2,5-二叔丁基对苯二酚的质量比为(1-3)：(1-3)：(1-3)。
6.如权利要求1所述的长寿命抗微点蚀风电齿轮油，其特征在于，所述的抗磨剂为二烷基二硫代氨基甲酸钼，二烷基二硫代氨基甲酸钼选自二异辛基二硫代氨基甲酸钼、N,N-二(2-乙基己基)二硫代三环氨基甲酸钼、N,N-二(2-乙基己基)二硫代氨基甲酸钼、N-环己基N-十三烷基二硫代氨基甲酸钼、N,N-二(十二)烷基二硫代氨基甲酸钼、N,N-二烷(芳基)二硫代氨基甲酸钼、N-苄基N-辛基二硫代氨基甲酸钼、N-辛基N-十八烷基硫代氨基甲酸钼。
7.如权利要求1所述的长寿命抗微点蚀风电齿轮油，其特征在于，所述的基础油为聚醚、聚酯、偏苯三酸三壬酯中的一种或多种的混合物。
8.如权利要求1-7中任一项所述的长寿命抗微点蚀风电齿轮油的制备方法，其特征在于：将二分之一合成基础油加入调和釜中，升温至85℃±5℃，加入抗氧剂后不断搅拌0.5-1.5h。加入剩余二分之一基础油，保持温度为55-65℃加入工业齿轮油复合剂，继续搅拌20-40min后，加入抗磨剂继续搅拌20-40min，冷却即得成品。
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