潤滑油在工業(yè)齒輪箱運(yùn)行過程中，受到攪拌、震蕩等作用，體系中會(huì)混入空氣，兩相介質(zhì)在界面張力的作用下形成泡沫。此外，潤滑油中的表面活性劑富集于氣泡表面，分子間的電荷效應(yīng)、空間位阻效應(yīng)以及自身的馬格朗尼效應(yīng)會(huì)增加潤滑油的穩(wěn)泡傾向。
在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中，泡沫的出現(xiàn)會(huì)破壞齒輪表面油膜的完整性，使得潤滑方式從混合潤滑向邊界潤滑靠近，從而導(dǎo)致齒輪表面磨損、疲勞、點(diǎn)蝕、燒結(jié)等問題;泡沫的長期存在還會(huì)加速油品老化，嚴(yán)重影響油品的使用壽命。在有循環(huán)系統(tǒng)的齒輪箱中，通過試車階段對(duì)液壓設(shè)備排氣，調(diào)整回油管路位置、控制油溫變化、校準(zhǔn)液面高度等物理手段可避免工業(yè)齒輪油泡沫的產(chǎn)生。然而，由于實(shí)際工況的復(fù)雜多變，物理手段難以穩(wěn)定、高效地解決泡沫問題，工業(yè)上常使用抗泡劑提高油品的泡沫性能，以減少泡沫的出現(xiàn)。
目前，潤滑油中常用的抗泡劑有三種技術(shù)路線：丙烯酸酯型、改性硅氧烷型、丙烯酸酯復(fù)配改性硅氧烷型。其消泡機(jī)理為：微米級(jí)的單體富集于氣泡壁表面，會(huì)使得氣泡壁局部的表面張力變低，厚度減小，最終使氣泡破裂，如圖 1 所示。此外，抗泡劑能夠進(jìn)入氣泡壁，并向氣液界面擴(kuò)散。因結(jié)構(gòu)的特殊性，其自身可進(jìn)行斷鏈分解，從而破壞氣泡的穩(wěn)定性，達(dá)到消泡的作用，如圖 2 所示。由于抗泡劑屬于消耗型添加劑，新油的泡沫性能往往較為優(yōu)異，但在使用了一段時(shí)間后，潤滑油受外界環(huán)境影響導(dǎo)致自身劣化，體系的泡沫性能會(huì)大幅下降。目前，潤滑油低碳、長壽命的議題越來越受到關(guān)注。隨著工業(yè)齒輪油換油周期變長，工業(yè)齒輪箱會(huì)存在因在用油泡沫性能不佳而出現(xiàn)故障的隱患。因此，研究工業(yè)齒輪油泡沫長效抑制方案，對(duì)于保證工業(yè)齒輪箱的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
本文考察了不同類型抗泡劑在 L-CKD 工業(yè)齒輪油中的泡沫性能，并模擬油品的老化進(jìn)程，探討了不同類型抗泡劑在工業(yè)齒輪油中長效泡沫控制的差異。
一、試驗(yàn)部分
試驗(yàn)材料及油品
所選用的抗泡劑為：丙烯酸酯型A1、A2;改性硅氧烷型B1、B2;丙烯酸酯復(fù)配改性硅氧烷型(以下簡稱復(fù)配型)C1、C2。將上述抗泡劑按照 0.03%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))加劑量與兩種黏度規(guī)格(VG150、 VG320)的 L-CKD 工業(yè)齒輪油進(jìn)行調(diào)配，共獲得 12 個(gè)油品。
試驗(yàn)方法
相容性試驗(yàn)：相容性試驗(yàn)為實(shí)驗(yàn)室自建方法，其是針對(duì)潤滑油與抗泡劑兼容性作外觀評(píng)價(jià)，在油品的液面、液底和主體外觀 3 個(gè)維度上評(píng)價(jià)相容性等級(jí)(1~5 級(jí)，1 級(jí)為穩(wěn)定性最優(yōu)，5級(jí)最差)，將 3 個(gè)維度評(píng)級(jí)相加得出總評(píng)級(jí)。本試驗(yàn)相容性等級(jí)的觀察特性見表 1。
泡沫性能試驗(yàn)：通過 GB/T 12579《潤滑油泡沫特性測(cè)定法》評(píng)估潤滑油的泡沫性能。
模擬老化試驗(yàn)(SH/T 0123)：為模擬獲得較長使用年限的工業(yè)齒輪油，按照 SH/T 0123《極壓潤滑油氧化性能測(cè)定法》，將試驗(yàn)樣品通入恒壓干燥的空氣，在 95 ℃ 下放置 312 h，最終獲得老化后的油樣。
二、結(jié)果與討論
抗泡劑在 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG150)中的性能評(píng)價(jià)
相容性：室溫下靜置 14 d 后，開展抗泡劑相容性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表 2。
由表 1 可以看出，無抗泡劑加入時(shí)，相容性評(píng)級(jí)為 4.0。在 3 種類型的抗泡劑中，改性硅氧烷型的相容性評(píng)級(jí)較低(B14.5，B24.0)，復(fù)配型相容性評(píng)級(jí)較高(C14.5，C26.0)，丙烯酸酯型居中(A15.0，A24.5)。整體而言，對(duì)于 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG150)，改性硅氧烷型的抗泡劑與油品的相容性最佳。
泡沫性能：不同抗泡劑調(diào)配油品的泡沫性能見表 3。
由表3 可以看出，未加入抗泡劑時(shí)，L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG150)在室溫和高溫下均易產(chǎn)生泡沫，泡沫性能較差。加入抗泡劑后，油品在常溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的泡沫性能，然而，在高溫環(huán)境中，泡沫性能存在明顯差異：加入 A2 或 B1 時(shí)，泡沫傾向?yàn)?0 mL，而加入 C2 時(shí)，泡沫傾向?yàn)?90 mL。因此，可優(yōu)選丙烯酸酯型 A2 和改性硅氧烷型 B1 于 VG150 中使用。
抗泡劑在 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)中的性能評(píng)價(jià)
相容性：室溫下靜置 14 d 后，開展抗泡劑相容性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表 4。
由表 4 可以看出，無抗泡劑加入時(shí)，相容性評(píng)級(jí)為 3.5。加入抗泡劑后，油品的相容性評(píng)級(jí)在 3.5~4.0 的區(qū)間內(nèi)，與無抗泡劑加入時(shí)差異較小，表明各抗泡劑均與 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)的相容性較好。
泡沫性能：不同抗泡劑調(diào)配油品的泡沫性能見表 5。
由表5可以看出，未加入抗泡劑時(shí)，L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)在室溫和高溫下均易產(chǎn)生泡沫，泡沫性能較差;與 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG150)相比，高溫下表現(xiàn)出更高的泡沫傾向，消泡時(shí)間也更長。然而，加入抗泡劑后，油品在常溫和高溫下均表現(xiàn)出較好的泡沫性，僅在加入 A1 和 C1 時(shí)，在高溫下表現(xiàn)出輕微泡沫傾向。
為進(jìn)一步區(qū)分上述抗泡劑的性能差異，同時(shí)考察抗泡劑的長效穩(wěn)定性，將加入抗泡劑的 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)進(jìn)行模擬老化試驗(yàn)，將老化后油樣再次進(jìn)行泡沫性試驗(yàn)，結(jié)果見表 6、圖 3。
由表 6、圖 3 可以看出，加入 A2 或 B1 時(shí)，老化后油品泡沫性能優(yōu)異，仍然滿足 GB 5903《工業(yè)閉式齒輪油》的新油指標(biāo)要求 [程序 I：≤ 50/50(mL/mL);程序 II：≤ 50/50(mL/mL);程序 III：≤ 50/50(mL/mL)]。
使用 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)的大型設(shè)備，其運(yùn)行工況相對(duì)嚴(yán)苛，齒輪箱難以避免污染物的侵入。在以A2、B1調(diào)配的L-CKD工業(yè)齒輪油(VG320)中分別加入 1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的水，并進(jìn)行泡沫性試驗(yàn)，考察抗泡劑在水存在環(huán)境下的性能表現(xiàn)，結(jié)果見表 7。
由表 7 可以看出，即便加入 1% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))水，油品均表現(xiàn)出優(yōu)異的泡沫性能，尤其是加入 A2 時(shí)，高溫泡沫性能比加入 B1 時(shí)更優(yōu)。其是由于改性硅氧烷體系(B1)中未反應(yīng)完全的硅氧鍵，會(huì)在過量水環(huán)境下發(fā)生水解，導(dǎo)致自身結(jié)構(gòu)破壞失去活性，從而影響體系的消泡能力。因此，水存在環(huán)境下，A2 與 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)的配伍性更佳。
三、結(jié)論
☆外觀評(píng)價(jià)結(jié)果表明，經(jīng)室溫儲(chǔ)存 14 d 后，除丙烯酸酯復(fù)配改性硅氧烷型抗泡劑 C2 及丙烯酸酯型 A1與 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG150)的相容性較差外，其他抗泡劑與 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG150)油品的相容性與無抗泡劑加入時(shí)差別不大;所有抗泡劑與 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)油品的相容性與無抗泡劑加入時(shí)差別不大。
☆丙烯酸酯型抗泡劑 A2 和改性硅氧烷型抗泡劑 B1，在 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG150/ VG320)中均表現(xiàn)出優(yōu)異的泡沫性能，且加入 A2 或 B1 的 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)在經(jīng)過模擬老化試驗(yàn)后，泡沫性能依然符合 GB 5903 的新油指標(biāo)要求，可為工業(yè)齒輪油提供長效的泡沫控制。
☆加入 1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))水時(shí)，與改性硅氧烷型抗泡劑 B1 相比，丙烯酸酯型抗泡劑 A2 在 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)中的泡沫性能表現(xiàn)更優(yōu)，展示出更好的穩(wěn)定性。使用此種抗泡劑將使油品具有優(yōu)異的泡沫性能，提供更為長久的潤滑保護(hù)性能。
參考文獻(xiàn)略.