摩擦改进剂

出自 MBA智库百科(https://wiki.mbalib.com/)

　　摩擦改进剂是指降低润滑油在边界润滑条件下摩擦系数的添加剂，它的作用主要是在金属表面形成一层润滑保护膜，避免金属突峰间的直接接触，使混合润滑和边界润滑状态下的摩擦系数下降，降低了摩擦阻力和磨损，达到节油目的。

　　常见的摩擦改进剂包括羧酸和它们的衍生物，酰胺、酰亚胺、胺及其衍生物，磷和磷酸衍生物、有机聚合物和有机金属化合物，有机金属化合物是在内燃机油中应用较广泛的一类产品，这类化合物有二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)、二烷基二硫代氨基磷酸钼、有机钼混合物等。随着环保要求的提高，含硫、磷的摩擦改进剂受到了制约，不含金属及硫、磷的环保型摩擦改进剂的作用更加突出^[1]。

　　1.有机摩擦改进剂的类型及其作用机理

　　(1)有机摩擦改进剂的类型

　　通常有机摩擦改进剂的一端有1个极性基团，这个极性基团是摩擦改进剂有效性的主导因素之一。从化学结构划分，常用的有机摩擦改进剂主要有：①羧酸或其衍生物；②酰亚胺、胺及其衍生物；③磷或膦酸衍生物；④有机聚合物。

　　(2)有机摩擦改进剂的作用机理

　　有机摩擦改进剂作用机理通常有以下3种形式：

　　①形成化学反应膜。这类产品主要有饱和脂肪酸、磷酸和硫代磷酸及含硫脂肪酸。其机理基本与抗磨剂相似，添加剂与金属表面反应形成保护膜，从而减少摩擦。但两者最根本的区别在于摩擦改进剂的化学反应膜出现在混合润滑状态较温和的负载、温度条件下，要求摩擦改进剂的化学活性相当高，如类似硫磷的化学结构。硬脂酸是1个例外。在理论上，随着温度的升高，由于分子从金属表面解吸下来，硬脂酸的减摩效果应下降。但有试验表明，随着温度的升高，硬脂酸形成化学反应膜，减摩效果得到增强；

　　②形成物理吸附膜。这类产品主要有长链羧酸、酯、醚、胺、胺基化合物、酰亚胺。溶解在油中的摩擦改进剂借助分子的极性基团吸着在金属表面，碳氢长链溶解在油中，垂直于金属表面，导致出现摩擦改进剂分子的多层基体。金属表面摩擦改进剂膜的厚度和减摩效应与以下几个参数有关：一是极性基团的极性越强，金属表面摩擦改进剂膜的厚度和强度越大；二是摩擦改进剂的碳氢直链有利于产生更强的减摩膜；三是基础油的链长和摩擦改进剂的链长相近有利于产生更强的减摩膜，但摩擦改进剂的链长比基础油链长影响更大；四是温度提高可改善摩擦改进剂膜的厚度和强度，但如果温度过高，也许会使摩擦改进剂分子从金属表面解吸下来；

　　③形成聚合物。这类产品主要有不饱和复合酯、异丁烯酸盐(酯)、不饱和脂肪酸、硫化石蜡。低摩擦性聚合物的形成是一特殊的例子。它不形成固体膜，而是在接触温度和负载下形成液体膜，膜两侧的金属表面并不发生反应。形成此聚合物需要具备以下几个特点：一是相对低的活性；二是聚合物的机械和热稳定性好，不溶于润滑油；三是聚合物与金属表面之间形成强的吸着或化学键；四是聚合物膜形成速度快。

　　2.其他摩擦改进剂类型及其作用原理

　　(1)金属有机化合物型摩擦改进剂

　　金属有机化合物型摩擦改进剂的类型主要有钼或铜的化合物，诸如二硫代磷酸钼、二硫代氨基甲酸盐、油酸铜、水杨酸盐或酯、二烃基二硫代磷酸盐等。

　　金属有机化合物型摩擦改进剂的作用机理：一是钼可能渗入进粗糙面，二是形成聚合物形式的膜，三是形成聚态的二硫化钼(最可接受的理论)，四是由于金属(铜)的选择性转移形成导致易剪切的薄金属膜等。金属有机化合物型摩擦改进剂的作用机理还不完全为人所知。

　　(2)非油溶性摩擦改进剂

　　非油溶性摩擦改进剂较经典的有石墨、二硫化钼及新出现的特氟隆(聚四氟乙烯)、聚酰胺、氟化石墨、硼酸盐等。这一类型的摩擦改进剂的作用机理主要是形成低剪切率的层状结构或在金属表面形成易延展或可塑层，从而导致摩擦减少。

　　3.不同摩擦改进剂的主要区别

　　相对来说，钼基金属有机化合物在边界润滑状态下非常活跃，但有机摩擦改进剂在混合润滑状态下更活跃。

　　实际上，有机摩擦改进剂的作用大于使用低粘度油对混合润滑状态增长的补偿。在某种程度上，钼基金属化合物显示出与有机摩擦改进剂相同的效应，但后者在混合润滑状态中表现出很小的摩擦系数，尤其在最苛刻的低速、高负载的条件下。有机摩擦改进剂主要是以吸收层形式作用，它出现在相对低的温度。而钼化合物以二硫化钼的聚合物形式作用，需要在高温环境下才能出现。另外，尽管钼基金属化合物会提高燃料经济性，但有资料表明，将其加入到基础油或全配方发动机油中会增加TEOST沉积物水平，这是不期望的。

　　另外，尽管钼基金属化合物摩擦改进剂在日本广泛使用，并能提高燃料经济性达0.3％，但程序VI_B发动机试验限制其使用，因此，选用有效的有机摩擦改进剂以提高燃料经济性更为重要。

　　随着内燃机技术的不断发展，内燃机的用油质量也进一步提高。目前汽油机油产品已有SJ／GF-2，而规格已发展到API SL／IL SAC GF-3，预计2001年可以上市；柴油机油的产品发展到CH-4，更高档次的油品API PC-9在随后的两三年内也可能会出现。

　　为了满足这些油品的要求，特别是节能和环保限制，给添加剂的研究提出了更高的要求，在汽油机油IISAC GF-3规格中，程序VIB除了对0W／5W有较高的节能要求外，也要求其他多级油有1．0％左右的节能。因此，如何在现有配方技术的基础上，通过合适的摩擦改进剂，加强油品的节能效果，已成为添加剂研究工作者的一项重要任务。另一方面，废气再循环(EGR)的引人，催化转化器的使用，对油品磷含量和灰分提出了苛刻要求，如在ILSAC GF-3中，磷含量必须控制在0．10％ 以下，油滤网堵塞最大为20％，以保证EGR的正常工作，使汽车的尾气排放符合严格的环保要求。同时，如何使用合适的基础油和添加剂技术，满足愈来愈严格的排放标准，这对添加剂的发展也是一个挑战。

　　内燃机油质量的提高，需要相应的添加剂技术的发展。改善内燃机油的性能，摩擦改进剂具有非常重要的作用，其发展趋势及研究动向主要表现在以下几方面：

　　(1)单剂功能的加强，向多功能方向发展；

　　(2)无灰添加剂的开发以及功能的加强，代替或部分代替目前的有灰金属添加剂，如氮或硼化合物；

　　(3)摩擦改进剂类型的探索，寻找更有效的添加剂类型，特别是某些稀土元素(钨)添加剂的研究，有望取得良好的进展；

　　(4)研究能够替代金属硫磷酸盐的添加剂，减少磷对发动机系统的影响；

　　(5)添加荆复合技术的研究，以符合更好的经济原则和综合性能；

　　(6)摩擦改进剂作用机理的研究，指导人们更好地认识其作用机理并应用于实际的内燃机油配方。