工业润滑油应用中的漆膜问题

工业润滑油应用中的漆膜问题

周文新

（北京泰迪迈润滑科技有限公司 100073）

摘要：漆膜问题已引起工业界高度关注。本文简要介绍了漆膜的定义和危害，并详细说明了漆膜生成机理和检测方法，最后用案例说明了静电净化不仅能有效去除油液中的漆膜不溶物，而且可冲洗沉积在金属表面上的漆膜，确保设备的安全运行，延长油品的使用寿命。

关键词：润滑油氧化漆膜静电净化

1 前言

漆膜是一种高分子烃类聚合物，典型的元素分析如下：C 81~85% 、H 7~9% 、O 7~9%%、N 2~3%，颜色从浅棕色、棕色至棕褐色。漆膜在使用一段时间的机械设备油液中普遍存在，尤其在汽轮机油和压力较高的液压系统（如注塑机、印刷设备等）油液中更为常见。漆膜有极性，易粘附在金属表面（见图1、图2）。漆膜的危害如下：（1）减少间隙，增加摩擦，严重时导致阀芯粘接操作失灵；（2）堵塞过滤器造成设备润滑不良；（3）冷却器上沉积的漆膜导致散热不良、油温上升、油品氧化加速；（4）漆膜会附着固体颗粒，造成设备磨粒磨损。

图1 粘附在阀芯上的漆膜图2 粘附在轴瓦上的漆膜

2 漆膜的形成

漆膜是油品变质产物，形成机理如下：

（1）油品氧化。烃类油品氧化遵循自由基链反应机制，氧化后生成羧酸、酯、醇等过氧化物。这些过氧化物进一步缩聚反应生成高分子量的聚合物，如漆膜和油泥。漆膜与油泥的区别如下：（1）相比较而言，漆膜生成温度高一些，而低温更有利于油泥的生成；（2）油泥中含有一定量的水分。

油液在使用过程中总要与空气和金属材料接触并处于一定的温度条件。研究表明，温度、水、空气和金属催化剂是加速润滑油氧化变质的根本原因，影响规律如下：

● 油液温度每提高10℃，氧化速率增加1倍；

● 超过一定量的水分可使油品氧化速度增加10倍以上；

● 随着油液中空气含量的增加，氧化生成的漆膜也线性增加（见图3）；

● 油液中的金属颗粒作为催化剂会加速油品氧化。

图3 漆膜形成与空气含量的关系图4 含锌液压油与无灰液压油高温高压试验后油泥倾向比较以上讨论的是基础油的氧化，当然润滑油中某些添加剂在一定条件下也会降解，生成油泥类物质，如液压油中的ZDDP在80℃、35MPa下生成含锌的油泥（见图4）。

（2）油液“微燃烧”造成漆膜生成。一般情况下，液压油会溶解一定量的空气（<8%），当超过溶解极限后，进入油液的空气以悬浮形式存在油液中。一旦液压油从低压区被泵入高压区，这些悬浮在油中的小气泡被急剧压缩，导致油液微区温度迅速升高，有时甚至高达1100℃，造成油液微区绝热“微燃烧”，生成极小尺寸的不溶物（见图5、图6）。这些不溶物有极性、极不稳定，易粘附到温度低的金属表面从而形成漆膜。相对而言，油品氧化是一个缓慢的过程，而油品绝热“微燃烧”生成漆膜的速度要快得多。

图5 滤网上的漆膜图6 滤膜上的漆膜

火花放电也是形成漆膜原因之一。如果油液经过油液经过很小间隙如阀芯、精密滤芯时，分子间内摩擦产生静电，累积后突然放电，产生10000 ℃以上的微区高温，导致油液氧化。因此高温是造成漆膜形成的主要原因。

3 漆膜的检测

漆膜是油品氧化或油液“微燃烧”的产物，生成的不溶物颗粒尺寸通常小于1um。采用常规的油液分析方法如粘度、总酸值、FTIR、颗粒计数等手段很难发现漆膜的形成或存在。但由于形成漆膜前的不溶物极性大易聚合，因此可以通过分析油液中存在的不溶物来评估漆膜倾向。目前主要有两种方法：（1）漆膜倾向指数（简称VPR）。美国analysts实验室开发的VPR方法流程如下：1.2um的滤膜过滤一定量的油液，然后对滤膜沉积物（见图7）的色度进行评估，计算出VPR。VPR数值范围为0~100

（见图8），如果VPR小于40，则漆膜倾向正常；如果VPR大于40且小于 80，则应注意；如果VPR大于80，则漆膜倾向严重。

（2）超级离心指数（简称UCR）。美孚公司开发的UCR方法过程如下：一定量的油液在17500RPM 以上转速下离心30分钟，然后观察离心管底部沉积物，评估出超级离心指数（见图9）。UCR数值范围为1~8级，如果UCR介于1~4，则漆膜倾向正常；如果UCR为5或6级，则应注意；如果UCR大于7级，则漆膜倾向严重。由于该方法测试复杂，费用高，一般很少采用。

图7 测试VPR后的滤膜照片

图8 不同VPR对应的滤膜外观

图9 超级离心后试管底部的沉积物

4 漆膜的去除

油液中易生成漆膜和油泥的“软颗粒”约占油液中颗粒总数的80%以上，由于这类“软颗粒”尺寸小（1um左右），如果采用超微机械过滤方法很容易造成滤芯的堵塞且过滤效果差，而静电净油装置是利

用静电场力使油液中的颗粒污染物被吸附在静电场的集尘体上，从而达到油液净化的目的，因此能有效去除油液中的微小颗粒污染物，且纳垢容量大，所以被国外广泛用于去除油液中的漆膜和油泥。使用静电净化装置时应注意以下几点：

（1）与机械过滤相比，静电净化流量小，因此一般用于旁通过滤；

（2）水分高降低油液的绝缘性能，功率消耗增加，甚至可能发生击穿现象，因此静电净化前水分不能超过500PPM。如果水分超出，则应采用真空或聚结法等方法脱水；

（3）静电净化不适用于含有清净剂（如发动机油）油液的过滤。

某汽轮机电液伺服阀阀芯粘接，导致设备停机，造成巨大的经济损失。该机使用32号汽轮机油，油样外观呈浅黄色透明，底部无沉淀（见图9），油品分析表明该油样的运动粘度、微量水分、总酸值、氧化度、污染度和磨损元素等指标均正常，但漆膜倾向指数却高达87，后采用静电净化装置对油品进行旁通过滤90小时，VPR降至7（见图8），而且阀芯上的漆膜明显被清除（见图10）。

图9 油样外观图10 阀芯静电净化前后变化Saturn公司下属汽车制造厂有39台大型UBE注塑机，虽然该类设备安装了3um的绝对过滤器，但油品使用6000小时后出现严重漆膜问题，导致阀芯粘接、过滤器堵塞等故障。安装静电净化装置后，不仅确保了设备的安全运行，而且使油液寿命从6000小时延长到25000小时，

5 结论

（1）漆膜危害极大，已引起工业界高度关注；

（2）VPR能有效表征油液漆膜倾向，因而已被广泛采用；

（3）静电净化装置不仅能有效去除油液中的漆膜不溶物，而且可冲洗已沉积在金属表面上的漆膜，确保设备的安全运行，延长油品的使用寿命。

参考文献

1 Jim Fitch. Using oil analysis to control varnish and sludge. Practicing oil analysis . May 1999

2 Brian Thompson. Using quantitative spectrophotometric analysis as a predictive tool to measure varnish potential. Analysts Inc.

3 Mark Beesley. Valve stiction problem cured by soft particle removal. Practicing oil analysis . July 2002

4 Mickey Jackson. Electrostatic filtration-How Saturn quadrupled its hydraulic oil life. www.