添加劑在潤滑油裡的角色(六)

2010-01-05

添加劑在潤滑油裡的角色(六)
作者 吳世榮
極壓潤滑的機制 (續上期)

極壓(EP)添加劑的作用機制和抗磨添加劑大不相同。極壓添加劑的作用主要是化學而非物理的，它的功能不在於將兩滑動面分開來避免極端壓力下兩表面間的熔接產生。
在極端壓力的條件下，摩擦阻力的上升會導致兩金屬面之間局部的極端高溫，這種溫度足以將兩表面相接觸的微小區域融合在一起。如果沒有及早採取適當的改善措施，這些熔接剝落的金屬屑將會使金屬表面嚴重破壞或甚至咬死等故障停擺。
極壓(EP)添加劑可以利用這些局部高溫的熱量使添加劑和高溫金屬產生化學反應。化學反應產生的複合物層緊緊的附著在金屬表面，兩相互運動就發生在比較軟的化學層滑動而不是金屬間的滑動，所以能避免熔接的問題。進一步的研究顯示，這些複合物展現流液的減摩效能，其作動已很接近於全液動潤滑的原理。新設備剛開始啟用運轉時，化學層膜可能因兩界面的摩擦被損壞使得磨損較高，經過化學層的持續形成，破壞再形成的循環，最後達到穩定的狀態。至此，負荷會比較均勻的分佈，局部的過熱高溫和化學反應的促成也相對的減低。
極壓(EP)添加劑通常是含有硫，氯，或磷的複合物單獨或結合在一起呈現。硫的複合物，有時加上氯或磷的複合物作為金屬切削油液使用。硫-磷的組合則常用於工業和車用的齒輪潤滑。這些物質提供優異的齒輪防止刮傷的保護，良好的氧化穩定性，低腐蝕性，和更低的摩擦阻力。

測試
潤滑油極壓(EP)特性的測量是將一可調整負荷的組件置於另一組件上滑動，檢視待測潤滑油品在兩相對滑動產生刮痕或咬死之前所承載的最高負荷，有時也將刮痕的長度納入考量。如果油性和抗磨性也是檢測項目時，摩擦阻力的整個變化過程也需詳實記錄。雖然執行這測試的原理很相似，但結果並不很一致。常會有一油樣在這測試結果優於另一油樣，而在其他的測試中其結果卻較低。
為了改善測試結果相對關係的穩定性，樣品用在戢齒輪潤滑的測試似乎會比較接近實際的操作狀況。所以選用車輛的戢齒輪差速器及後軸組成在可控制負荷，速度，和溫度的條件下測試。最後按戢齒輪的狀況來解讀差速器中滑油的極壓(EP)特性。

特殊用途的添加劑
除了以上討論所述及的添加劑之外，還有很多的添加劑按不同的目的用於工業或車輛配方，雖然添加比率較為低，卻有不可缺少的特定貢獻。接下來逐一說明：



░ 抗泡劑
泡沫是液體和氣體的混合物，乳化則是兩種液體混合的結果。從機械設備的油位視窗上常會誤判，基本原則乳化會在底部而泡沫是浮在頂部。泡沫也不應和空氣進入油中的狀況混淆，雖然兩者都是空氣分散在油中，泡沫通常以相對較大的氣泡存在並浮上油面，最後會從油面上消失。空氣進入則是以細微的氣泡存在油中且可能難以目視察覺單獨的氣泡，數量較多時可能會呈現些微的混濁狀。這些細微的氣泡懸浮在油裡頭且不易被逐出，其發生和對滑油的影響則很類似泡沫。空氣也會溶解在油中，溶解空氣則是看不見的，它不會增加滑油的體積，這一點來講溶解空氣是無害的；可是當溫度上升或壓力下降時，溶解空氣會被釋放出來而呈現如同空氣進入或泡沫的效應。

░ 泡沫效應
對於絕大部分的設備潤滑和液壓應用，泡沫會造成空氣不當的取代滑油而存在嚴苛的組件潤滑系統上。空氣缺乏潤滑油所能提供的特性，可能會造成設備的故障。泡沫的生成使得滑油的體積增加造成油槽溢流，又會產生汽鎖現象妨礙油品的泵送。空蝕，可能會產生輪葉或環部的孔蝕；同樣的，『海綿』作用會使得液壓控制反應遲鈍。

░ 泡沫產生的原因
泡沫產生最常見的因素為系統設計上的缺失或維護上的疏忽所致：
 油品因攪動或沖倒，而將空氣帶入
 油溫升高或壓力下降，使得溶解空氣釋出
 油中水分的汽化而來
 油位太低
 漏油
 水分，其他添加劑，和各種污染物，即使微量都可能導致泡沫
 高黏度油品其表面張力大於低黏度油品，能夠維持氣泡較穩定，比較容易產生泡沫。

░ 抗泡劑的作用
潤滑油的配方而言，泡沫可由添加微量的抗泡劑來控制，添加量只需幾十ppm或者一百ppm即可。最常見且有效的抗泡劑是中等分子量的矽聚合物，分子量需夠高以避免矽溶解在滑油裡頭，那會使其失去抗泡效果。抗泡劑的聚合物要維持懸浮在滑油中，如此才能擊破包圍著氣泡的油膜層，使其張力減弱進而消散。微小的氣泡因這作用結合成大氣泡浮出在滑油表面，進一步破裂而消散。特別要注意的是，矽聚合物的抗泡劑不會減少空氣進入油中的問題；它甚至有促進空氣進入的傾向，所以使用添加量的拿捏很重要。

░ 用於乳化液的抗泡劑


乳化油要選擇不同的抗泡劑。例如乳化型的切削油，須選用特殊的矽聚合物，candelilla臘，或其他實際應用上能有效避免泡沫的添加劑。

測試
油品的泡沫特性測試是在特定的溫度條件下，用多孔的圓形球將定量的空氣通入油中。通氣完成後，以及靜置一段時間後，各別記錄泡沫的情形。主要的數值是判斷其泡沫生成和泡沫穩定的傾向。

應用
齒輪油通常需抗泡劑，因為齒輪的攪動將空氣帶入油中，運轉溫度的上升使氣泡顯現，同時使用的高黏度油品又不利泡沫的消散。水分會促進泡沫的形成，潤滑系統應儘量保持乾燥無濕氣。自動排擋油和液壓油等，也要良好的抗泡性。當然其黏度偏低，所以抗泡效果原本就比較好。

黏附劑
有些工業設備的潤滑應用，滑油要能避免從軸承滴落或濺出。適合這種目的使用的油品具有比其黏度所固有更強的附著力，而且會有呈拉絲的結構組織。用來改進這項油品物理特性的是由黏附劑(Tackiness agents)。

░ 黏附劑的特性
部分黏附劑是類似肥皂的複合物，最常用的是高分子量的聚合物，例如丙烯酸酯或聚異丁烯。這些聚合物和作為黏度指數增進劑(V.I.)的物質之間有些功能是非常相似的，黏附劑和黏度指數增進劑(V.I.)一樣都會增加油品黏度和黏度指數。
雖然黏附劑可使油品稠化，它的作用比較像包紮束縛而不是稠化劑。換句話說，它使得油品增強停留在定點的能力而不是增加油品的黏度。對於特定操作溫度具有相同黏度的兩種成品油，含有黏附劑的油品與另一油品的摩擦阻力是約略相同的，可是含黏附劑的油品在軸承裡比較不易洩漏或飛濺出來。

░ 結構的穩定性
和所有的長鏈聚合物一樣，黏附劑受到高剪力的作用會被破壞。還好在軸承和大部分的齒輪箱，運轉的攪動並不會嚴苛到使聚合物結構受到明顯的損害。根據工業潤滑使用的經驗，結構穩定性良好的黏附劑，其效益直接表現在滑油的長效使用壽命上。

測試
黏附性並無檢測方式；這些性質僅能從油品的外觀和使用的效能來判定。有些人會用手指捏油來觀察油品拉絲的情形，但這並未受到認可。

應用
含有黏附劑的滑油用於加工和紡織工業以避免污染到加工品。也用於一般工業以減少軸承的滑油漏失並可延長使用期間。對於齒輪箱的漏油，含黏附劑的油品可以幫助減除洩漏問題，當然要考慮到其他的添加劑是否符合齒輪箱的潤滑使用。

摩擦調整劑
『摩擦調整劑』一詞，如同油性劑或油膜強韌劑，是以物理吸附原理在摩擦表面形成一薄薄的油膜層來減低摩擦阻力。添加於自動排擋油來控制離合器鎖定裝置的力道，以提供平順且有效的換擋作動。類似的調整劑如硫化脂肪酸或磷酸以『抗噪音劑』用於自動排擋油來減低自排齒輪箱的噪音，它同時也有防鏽的功能。對於限制滑動控制的齒輪油，所添加的『抗震動劑』為脂肪酸，脂肪醇，或極壓性較強的二烷基二硫代磷酸等物質。主要的作用都是調整摩擦阻力以適合各齒輪及離合器片的運用。

油封膨脹抑制劑
主要用於自動排擋油和液壓油來控制油封最小的膨脹量，以確保油封緊實的密封效果和避免漏油。

(全文完)

 

結 語
現今工業車輛潤滑所用的添加劑，當然不僅僅是上述所列的這些項目。先進的機械設備對潤滑油的各項特性要求愈加嚴苛，添加劑的研發更是持續進展以應極端的挑戰。基礎油對於高品質潤滑油的配製具有決定性的角色，除開高精煉的礦物基礎油外，號稱『合成油』品質的極高黏度指數基礎油也有一定的貢獻，合成基礎油優異的品質特性更是嚴苛潤滑需求不可缺少的。