粘度指数改进剂在航空液压油中的应用研究(修改)

粘度指数改进剂在航空液压油中的应用研究

２００４年８月

Ａｕｇ．２００４

润滑油ＬｕｂｒｉｃａｔｉｎｇＯｉｌ

第１９卷第４期Ｖｂｌ．１９．Ｎｏ.４

文章编号：１００２—３１１９｛２００４１０４—００３８－０３

樊帆１，黄宝安２，周雷２

（１．空军９３６６８部队，北京１０００７６；２．空军９５８５６部队，江苏南京２１００２８）

摘要：粘度指数改进剂是航空液压油的重要添加剂，用于航空液压油的粘度指数改进剂有ＰＭＡ和１３１３。综合介绍粘度指数改进剂的作用机理、种类和使用性能，着重讨论ＰＭＡ和ｔ３１３两种粘度指数改进剂的性能特点；针对飞机液压系统的工作特点和液压油的工作条件，指出了航空液压油粘度的重要性；从航空液压油的发展出发，结合粘度指数改进剂的性能特点，重点分析了ＰＭＡ和ＢＢ在航空液压油中应用情况和影响。

关键词：粘度指数改进剂；航空液压油；甲基丙烯酸酯；作用机理

中图分类号：ＴＥ６２４．８２文献标识码：Ａ

粘度是航空液压油的重要使用性能之一。粘度过高则阻力增大，能耗增加，液压油升温快，并且不利于启动；粘度过低则增加磨损，液压泵效率下降，在高压下会造成液压油漏失，甚至会使液压系统调控完全失灵【1】。另外，液压系统部件也要有适当的粘度进行润滑。由于现代航空液压系统具有高压、高温、高剪切和间歇式操作等特点，要求液压油有良好的粘压、粘温、粘度剪切特性。为了满足这些要求，从３０年代即开始在液压油中添加高分子物质以改善其粘度特性。这种高分子物质就是粘度指数改进剂（Viscosity Index Improver，简称VII），又叫增粘剂。VII主要用于内燃机油，但在齿轮油、液压油、自动传动液、数控机械油等方面也获得了广泛应用。

１粘度指数改进剂的作用机理及种类

1.1粘度指数改进剂的作用机理

粘度指数改进剂是油溶性链状高分子化合物，低温时高分子收缩卷曲，对基础油的内摩擦影响减小，对粘度的影响也相对较小；高温时高分子溶胀，流体力学体积和表面积增大，基础油的内摩擦显著增加。ＶＩＩ在不同温度下的形态变化使其在高温下的增粘能力大，低温下的增粘能力小，从而改善了油品的粘度性能。在粘度较低的基础油中添加１％～１０％的粘度指数改进剂，不仅能提高粘度且能显著改善粘温特性，适应宽温度使用范围对粘度的

要求{2}。

1.2粘度指数改进剂的种类

粘度指数改进剂的使用有近70年的历史，目前世界上广泛使用的粘度指数改进剂有６种【2】。用于航空液压油的粘度指数改进剂有聚甲基丙烯酸酯（PMA）和聚正丁基乙烯醚（ＢＢ）两种，聚异丁烯（PIB）因低温性能差多用于其他的液压油，乙丙共聚物（OCP）和氢化苯乙烯异戊二烯共聚物（HSD）多用于多级内燃机油。PMA分子量为2×105～15×105。分子量为2×104～3×104的ＰＭＡ用于液压油、齿轮油和减震液，具有良好的低温性能和剪切稳定性。PMA的产品牌号为T602，T602适用于各类低温液压油和多级内燃油。PMA作为粘度指数改进剂低温泵送性好，但是由于其增粘能力差，加人量很大，因而对清净性影响很大，在内燃机油中应用较少，但它在液压油及齿轮油中应用广泛。

BB相对分子量为9000～12000。该剂热氧化安定性和增粘能力甚差，剪切稳定性和低温性能较好，可用于航空液压油、液力传动油、减震液，用量为４％～８％，使用温度低于120℃。产品牌号为T601。

2粘度指数改进剂的使用性能

一种好的粘度指数改进剂，不仅要求增粘能力大，剪切稳定性好，还要具有良好的低温性能和热氧化安定性。但迄今为止还没有一种粘度指数改进剂能满足上述要求。

2.1剪切稳定性与增粘能力

VII的剪切稳定性和增粘能力是一对与高聚物的分子结构和分子量大小相关的特性。同类型的VII，分子量越大，碳链越长，剪切稳定性就越差，越倾向断裂。剪切稳定性差的VII在使用中粘度易下降，对油品性能的影响极大。相反，VII的增粘能力随分子量的增加而增大，分子量越大，碳链越长，增粘能力就越强。增粘能力决定VII在基础油中的加入量，从而影响油品的清净性能。因此，剪切稳定性和增粘能力的作用是矛盾的，要寻找那种剪切稳定性好增粘能力也好的高聚物。

2.2低温性能

低温性能取决于油品的粘度，主要指低温启动性和泵送性。低温启动性（COS）是指油品在低温下发动机能否正常发动。低温泵送性（MRV）是指低温启动时，短时间内润滑油系统油压能否达到正常，以保证发动机的关键部位得到充分润滑。PMA的低温性能最好，CCS和MRV最低，而PIB最高。

2.3热氧化安定性能

聚合物的氧化安定性取决于结构中化学键的强度。表1【1】是几种增粘剂的氧化安定性比

较。其中PMA和PIB没有叔碳氢，比较稳定。而正丁基乙烯基醚不仅有叔碳氢，且受醚键活化的影响，其稳定性最差，具体表现在吸氧量最高和粘度下降最大。

表１几种粘度指数改进剂氧化安定性比较

3粘度指数改进剂在航空液压油中的应用研究

3.1航空液压油的工作条件

（1）工作压力大

飞机液压系统的工作压力很高，一般的喷气式飞机，液压系统的压力为13.5～15.0MPa，某些飞机的液压系统压力可高达21～28Mpa。液压系统的操作压力越大，对液压油性能，特别是粘度性能的要求也更高。在同样的工作压力下，液压油的粘度越大，液压动作就越迟缓。但粘度过小，在高压下会造成泄露。

（2）工作温度范围宽

飞机液压系统的工作温度范围主要决定于飞机的飞行速度。低于音速的飞机，液压系统的工作温度在-60～100℃。超音速飞机由于气动加热的影响，温度高得多，如飞行马赫数M＞2，温度可达0～ 250℃或高于250℃。由于航空液压系统的工作温度范围很宽，需要液压油有良好的粘温性和低温流动性，我国现用的航空液压油，-50℃时运动粘度≤3000mm2/s，凝点≤-60℃，即可满足要求。

（3）高剪切力

为了达到给系统输送大流量液压油，系统采用了高转速的液压泵，使液压油处于高剪切力下运作。因此，要求液压油有良好的剪切安定性，同时应尽可能不使用高分子聚合物的添加剂，以防止液压油剪切后粘度下降明显。

此外，液压系统附件构造精密，与多种材料接触，对液压油的清净性要求也很高。这就要求添加剂具有良好的氧化安定性，不容易因氧化变质而产生颗粒，使元件卡死，或对零件的材料有腐蚀作用。

3.2粘度指数改进剂在航空液压油中的应用研究