航空润滑油氧化动力学及芳烷基取代二苯胺抗氧剂研究

【类型】学位论文

【作者】徐敏 

【关键词】 溶剂精制,发动机化学,加氢异构,多元醇酯,航空润滑油

【摘要】航空发动机化学是专门研究航空油料、航空发动机、应用三者关系的学科。航空发动机对航空油料有一个基本要求，就是航空油料必须达到最基本的性能要求，而航空油料由于受其本身性能、加工工艺、生产原料等因素的影响，又有一定的局限性，这些要求和局限性只有通过应用才能体现出来。航空发动机涡轮前温度和增压比的提高，使得航空润滑油承受的热负荷越来越高。因此，任何发动机对润滑油都有一定的最低主体工作温度的要求。要提高主体工作温度主要有两种途径：一是采用越来越安定的基础油，二是使用性能越来越好的抗氧剂。早期的航空润滑油工作温度低，一般采用馏程范围为200～400℃的直馏石油馏分，不加任何添加剂。航空涡轮发动机功率大，工作温度高，要求润滑油在120～150℃以下安定，必须使用深度精制的矿物油或双酯油，添加酚类抗氧剂。第三代飞机使用大功率的涡扇发动机，要求润滑油在175～200℃以下安定，必须使用多元醇酯基础油，添加胺类抗氧剂。第四代飞机要求润滑油的使用温度达到220℃，要满足该代飞机发动机的使用，必须有更加安定的基础油和抗氧剂。为此，必须开展相应的氧化动力学研究。润滑油是复杂烃类的混合物，其氧化特征既与组成有关，又受到温度、金属催化等因素的影响，并不是简单烃类氧化的叠加，显示了极大的复杂性、多样性。但一般来说，对于溶剂精制油，由于油中含有较多的正构烷烃、芳烃，氧化产物的酸值大、沉积物多；对于加氢异构油，由于正构烷烃、芳烃含量下降，异构烷烃增加，氧化产物沉淀物少、对抗氧剂的感受性好转；而对于多元醇酯油，由于结构中醇端α甲基的存在，氧化过程中生成了α羧基过氧化物中间体，因此氧化一开始就产生了大量的酸性产物和大分子产物，并放出强烈的刺激性气味。实际测定表明，溶剂精制油和加氢异构油在150℃以下温度氧化相对稳定，在175℃时氧化加速，氧化到36～48h时出现转折。多元醇酯油在150℃以下就出现明显氧化，但对抗氧剂的感受性好，添加抗氧剂后，在200℃下48～60h后才出现氧化加速。目前，三代机航空润滑油普遍使用二苯胺类抗氧剂，该类抗氧剂最大的问题是在高温下容易产生沉积物。有两种解决方法：一是在苯环上连接上链烃，增加氧化产物的溶解性；二是对抗氧剂进行适度聚合，提高抗氧和溶解能力。按照自由基抑制氧化机理，苯乙烯基二苯胺由于苯环的共轭作用加强，形成的自由基具有更大的稳定性。本论文利用苯乙烯在经氢氧化四乙胺处理的Bentolite白土催化剂作用下与二苯胺反应，得到苯乙烯基二苯胺单体，然后在氢氧化钾催化作用下与甲醛反应，得到了四聚的适度聚合产物，经动力学测定表明，该抗氧剂能够改善溶剂精制油、加氢异构油的氧化动力学规律，特别是在新戊基多元醇酯油中，具有非常优异的表现，极大地改善了该类油的沉积性能。最后，利用合成的新型抗氧剂通过与常规抗氧剂协合，调配的配方通过了四代机使用的航空润滑油高温氧化安定性试验的评定，满足了国产4厘斯油研究的需要。

【学位名称】博士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】李荻

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