酯类基础油热氧化过程及性能研究

摘要

本文以国家重点基础研究发展计划（“973”计划）“润滑添加剂的减摩抗氧化特性及其对合成润滑油使役行为的作用规律”为依托，主要研究了三羟甲基丙烷油酸酯（TMPTO）、偏苯三酸三异癸酯（TDTM）、以及己二酸二异辛酯（DOA）三种酯类基础油的热氧化过程及其对性能的影响规律。通过 DXR激光显微拉曼光谱仪和 Linkam FTIR600控温台联用，实现酯类基础油热氧化过程特征的在线监测，并深入探讨了分子结构、温度对三种酯类油的高温氧化安定性的影响；利用PDSC热分析法研究化学结构、温度、氧气浓度等因素对三种酯类基础油热氧化性能的影响；针对酯类基础油热氧化的特征对其热氧化性能进行改性研究，并探讨了高温使役环境下酯类基础油的性能，得到的主要结论如下：
　　（1）基于原位拉曼光谱法研究了酯类基础油的热氧化过程特征，研究发现在变温热氧化过程中，酯类基础油分子中的-CH3与-CH2-的C-H伸缩振动峰及-CH2-的剪式振动峰，对温度十分敏感，随着温度的升高会发生不同的可逆性变化；含有不稳定 C=C结构的TMPTO酯类基础油在升温过程中发生了不可逆变化，导致=C-H与C=C结构的伸缩振动峰的峰强在冷却后不能够完全回复；在恒温热氧化过程中，随着氧化时间的延长，TDTM、DOA酯类基础油的拉曼峰没有明显变化，TMPTO酯类基础油的=C-H、C=C和-CH2-的拉曼峰强出现了规律性衰减，因此可运用原位拉曼光谱法对不饱和酯类基础油的连续氧化过程进行监测，但原位拉曼光谱法对饱和酯类油和芳香酯类油高温连续氧化过程的监测存在较大的局限性。
　　（2）借助于PDSC热分析法对三种酯类基础油的热氧化性能影响因素进行了研究，研究发现：TDTM酯类油具有较好的热氧化稳定性，而含不饱和双键的TMPTO酯类油的热氧化稳定性较差；氧气压力越高酯类基础油的氧化起始温度越低、放热越剧烈，且氧气浓度对TDTM酯类基础油的热氧化稳定性具有较大的影响；当两种基础油进行调和时，调和油的热氧化稳定性介于两种基础油的热氧化稳定性之间，调和油的热氧化稳定性随着具有较高热氧化稳定性的基础油所占比例的增多而提高。
　　（3）研究了几种抗氧添加剂对酯类基础油的热氧化性能的影响，结果表明：不同种类的抗氧添加剂对酯类基础油的抗氧化性能的影响效果有所不同；对于TDTM酯类基础油而言单独添加抗氧剂不是提高其热氧化稳定性的有效手段，而对TMPTO酯类基础油而言添加抗氧剂可以有效地提高其热氧化稳定性；抗氧防腐剂ZDDP和胺类及酚类抗氧剂共同使用时，均可有效提高三种酯类基础油的抗氧化性能。
　　（4）采用高温往复摩擦试验机研究了典型的芳胺类和酚类抗氧添加剂以及二硫代磷酸锌类（ZDDP）抗氧剂在高温下对三羟甲基丙烷油酸酯（TMPTO）摩擦学性能的影响，结果表明：单独添加胺类抗氧剂 T558、酚类抗氧剂 T502、酚酯类抗氧剂T508对摩擦系数及磨损影响不大；单独添加硫醚型酚类抗氧剂L115会加大摩擦、加剧磨损；单独添加ZDDP可以有效地降低摩擦、减小磨损，复配的胺类与酚类抗氧剂同样具有较优的抗磨减摩能力，而ZDDP与胺类及酚类共同作用下在高温时具有显著的抗磨减摩能力。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外酯类基础油热氧化的研究概述

1.3 本文主要研究工作

第二章 基于原位拉曼光谱法的酯类基础油变温热氧化过程研究

2.1 引言

2.2 试验方法

2.3三种酯类基础油的拉曼光谱特征分析

2.4三种酯类基础油连续升温氧化过程的拉曼光谱分析

2.5三种酯类基础油升温冷却氧化过程的拉曼光谱分析

2.6 本章小结

第三章 基于原位拉曼光谱法的酯类基础油恒温热氧化过程研究

3.1 引言

3.2 试验方法

3.3三种酯类基础油恒温氧化过程的拉曼光谱分析

3.4 氧化温度对TMPTO酯类基础油恒温热氧化过程的影响

3.5 抗氧剂对TMPTO酯类基础油恒温热氧化过程的影响

3.6 本章小结

第四章 酯类基础油热氧化性能的影响因素研究

4.1 引言

4.2试验方法

4.3化学结构对酯类基础油热氧化性能的影响

4.4氧气压力对酯类基础油热氧化性能的影响

4.5 氧化温度对酯类基础油热氧化性能的影响

4.6酯类基础油与其他基础油调和后调和油的热氧化性能研究

4.7 本章小结

第五章 抗氧添加剂对酯类基础油热氧化性能的影响研究

5.1 引言

5.2 试验方法

5.3抗氧剂对酯类基础油热氧化性能的影响

5.4 抗氧抗腐剂对酯类基础油热氧化性能的影响

5.5 本章小结

第六章 抗氧添加剂对TMPTO高温摩擦学性能的影响研究

6.1 引言

6.2 试验方法

6.3高温下抗氧添加剂对酯类基础油TMPTO摩擦学性能的影响

6.4高温摩擦磨损试验后油样成分变化分析

6.5 本章小结

第七章 结 论

7.1 论文的主要成果和结论

7.2 研究展望

参考文献

致谢

附录：硕士研究生阶段的主要工作和发表论文情况