摩擦改進劑

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　　摩擦改進劑是指降低潤滑油在邊界潤滑條件下摩擦繫數的添加劑，它的作用主要是在金屬錶面形成一層潤滑保護膜，避免金屬突峰間的直接接觸，使混合潤滑和邊界潤滑狀態下的摩擦繫數下降，降低了摩擦阻力和磨損，達到節油目的。

　　常見的摩擦改進劑包括羧酸和它們的衍生物，酰胺、酰亞胺、胺及其衍生物，磷和磷酸衍生物、有機聚合物和有機金屬化合物，有機金屬化合物是在內燃機油中應用較廣泛的一類產品，這類化合物有二烷基二硫代氨基甲酸鉬(MoDTC)、二烷基二硫代氨基磷酸鉬、有機鉬混合物等。隨著環保要求的提高，含硫、磷的摩擦改進劑受到了制約，不含金屬及硫、磷的環保型摩擦改進劑的作用更加突出^[1]。

　　1.有機摩擦改進劑的類型及其作用機理

　　(1)有機摩擦改進劑的類型

　　通常有機摩擦改進劑的一端有1個極性基團，這個極性基團是摩擦改進劑有效性的主導因素之一。從化學結構劃分，常用的有機摩擦改進劑主要有：①羧酸或其衍生物；②酰亞胺、胺及其衍生物；③磷或膦酸衍生物；④有機聚合物。

　　(2)有機摩擦改進劑的作用機理

　　有機摩擦改進劑作用機理通常有以下3種形式：

　　①形成化學反應膜。這類產品主要有飽和脂肪酸、磷酸和硫代磷酸及含硫脂肪酸。其機理基本與抗磨劑相似，添加劑與金屬錶面反應形成保護膜，從而減少摩擦。但兩者最根本的區別在於摩擦改進劑的化學反應膜出現在混合潤滑狀態較溫和的負載、溫度條件下，要求摩擦改進劑的化學活性相當高，如類似硫磷的化學結構。硬脂酸是1個例外。在理論上，隨著溫度的升高，由於分子從金屬錶面解吸下來，硬脂酸的減摩效果應下降。但有試驗表明，隨著溫度的升高，硬脂酸形成化學反應膜，減摩效果得到增強；

　　②形成物理吸附膜。這類產品主要有長鏈羧酸、酯、醚、胺、胺基化合物、酰亞胺。溶解在油中的摩擦改進劑藉助分子的極性基團吸著在金屬錶面，碳氫長鏈溶解在油中，垂直於金屬錶面，導致出現摩擦改進劑分子的多層基體。金屬錶面摩擦改進劑膜的厚度和減摩效應與以下幾個參數有關：一是極性基團的極性越強，金屬錶面摩擦改進劑膜的厚度和強度越大；二是摩擦改進劑的碳氫直鏈有利於產生更強的減摩膜；三是基礎油的鏈長和摩擦改進劑的鏈長相近有利於產生更強的減摩膜，但摩擦改進劑的鏈長比基礎油鏈長影響更大；四是溫度提高可改善摩擦改進劑膜的厚度和強度，但如果溫度過高，也許會使摩擦改進劑分子從金屬錶面解吸下來；

　　③形成聚合物。這類產品主要有不飽和複合酯、異丁烯酸鹽(酯)、不飽和脂肪酸、硫化石蠟。低摩擦性聚合物的形成是一特殊的例子。它不形成固體膜，而是在接觸溫度和負載下形成液體膜，膜兩側的金屬錶面並不發生反應。形成此聚合物需要具備以下幾個特點：一是相對低的活性；二是聚合物的機械和熱穩定性好，不溶於潤滑油；三是聚合物與金屬錶面之間形成強的吸著或化學鍵；四是聚合物膜形成速度快。

　　2.其他摩擦改進劑類型及其作用原理

　　(1)金屬有機化合物型摩擦改進劑

　　金屬有機化合物型摩擦改進劑的類型主要有鉬或銅的化合物，諸如二硫代磷酸鉬、二硫代氨基甲酸鹽、油酸銅、水楊酸鹽或酯、二烴基二硫代磷酸鹽等。

　　金屬有機化合物型摩擦改進劑的作用機理：一是鉬可能滲入進粗糙面，二是形成聚合物形式的膜，三是形成聚態的二硫化鉬(最可接受的理論)，四是由於金屬(銅)的選擇性轉移形成導致易剪切的薄金屬膜等。金屬有機化合物型摩擦改進劑的作用機理還不完全為人所知。

　　(2)非油溶性摩擦改進劑

　　非油溶性摩擦改進劑較經典的有石墨、二硫化鉬及新出現的特氟隆(聚四氟乙烯)、聚酰胺、氟化石墨、硼酸鹽等。這一類型的摩擦改進劑的作用機理主要是形成低剪切率的層狀結構或在金屬錶面形成易延展或可塑層，從而導致摩擦減少。

　　3.不同摩擦改進劑的主要區別

　　相對來說，鉬基金屬有機化合物在邊界潤滑狀態下非常活躍，但有機摩擦改進劑在混合潤滑狀態下更活躍。

　　實際上，有機摩擦改進劑的作用大於使用低粘度油對混合潤滑狀態增長的補償。在某種程度上，鉬基金屬化合物顯示出與有機摩擦改進劑相同的效應，但後者在混合潤滑狀態中表現出很小的摩擦繫數，尤其在最苛刻的低速、高負載的條件下。有機摩擦改進劑主要是以吸收層形式作用，它出現在相對低的溫度。而鉬化合物以二硫化鉬的聚合物形式作用，需要在高溫環境下才能出現。另外，儘管鉬基金屬化合物會提高燃料經濟性，但有資料表明，將其加入到基礎油或全配方發動機油中會增加TEOST沉積物水平，這是不期望的。

　　另外，儘管鉬基金屬化合物摩擦改進劑在日本廣泛使用，並能提高燃料經濟性達0.3％，但程式VI_B發動機試驗限制其使用，因此，選用有效的有機摩擦改進劑以提高燃料經濟性更為重要。

　　隨著內燃機技術的不斷發展，內燃機的用油質量也進一步提高。目前汽油機油產品已有SJ／GF-2，而規格已發展到API SL／IL SAC GF-3，預計2001年可以上市；柴油機油的產品發展到CH-4，更高檔次的油品API PC-9在隨後的兩三年內也可能會出現。

　　為了滿足這些油品的要求，特別是節能和環保限制，給添加劑的研究提出了更高的要求，在汽油機油IISAC GF-3規格中，程式VIB除了對0W／5W有較高的節能要求外，也要求其他多級油有1．0％左右的節能。因此，如何在現有配方技術的基礎上，通過合適的摩擦改進劑，加強油品的節能效果，已成為添加劑研究工作者的一項重要任務。另一方面，廢氣再迴圈(EGR)的引人，催化轉化器的使用，對油品磷含量和灰分提出了苛刻要求，如在ILSAC GF-3中，磷含量必須控制在0．10％ 以下，油濾網堵塞最大為20％，以保證EGR的正常工作，使汽車的尾氣排放符合嚴格的環保要求。同時，如何使用合適的基礎油和添加劑技術，滿足愈來愈嚴格的排放標準，這對添加劑的發展也是一個挑戰。

　　內燃機油質量的提高，需要相應的添加劑技術的發展。改善內燃機油的性能，摩擦改進劑具有非常重要的作用，其發展趨勢及研究動向主要表現在以下幾方面：

　　(1)單劑功能的加強，向多功能方向發展；

　　(2)無灰添加劑的開發以及功能的加強，代替或部分代替目前的有灰金屬添加劑，如氮或硼化合物；

　　(3)摩擦改進劑類型的探索，尋找更有效的添加劑類型，特別是某些稀土元素(鎢)添加劑的研究，有望取得良好的進展；

　　(4)研究能夠替代金屬硫磷酸鹽的添加劑，減少磷對發動機系統的影響；

　　(5)添加荊複合技術的研究，以符合更好的經濟原則和綜合性能；

　　(6)摩擦改進劑作用機理的研究，指導人們更好地認識其作用機理並應用於實際的內燃機油配方。