孫文斌，張 倩，黃作鑫，武志強(qiáng)，葉蔚甄

(中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院，北京 100083)

2016年12月API推出了最新一代柴油機(jī)油規(guī)格——CK-4規(guī)格。CK-4柴油機(jī)油適用于采用廢氣再循環(huán)(EGR)、顆粒過(guò)濾器(DPF)等尾氣后處理技術(shù)的重負(fù)荷高速四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，可滿足2017年美國(guó)發(fā)布的公路用車排放標(biāo)準(zhǔn)。目前，該規(guī)格柴油機(jī)油已成為國(guó)外市場(chǎng)主流產(chǎn)品。隨著我國(guó)燃油排放法規(guī)及發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的不斷升級(jí)，CK-4柴油機(jī)油的市場(chǎng)應(yīng)用潛力將會(huì)逐漸增大[1-2]。

CK-4規(guī)格要求柴油機(jī)油通過(guò)Mack T-11，Mack T-13，COAT，Cat C13，Cat 1N，Mack T-12，Cummins ISM，Cummins ISB，RFWT共9個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，綜合考察油品的煙炱分散性能、抗氧化性能、抗磨性能、清凈性能等。在這9個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中，有7個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙炱。煙炱的聚集會(huì)增大油品黏度，加劇發(fā)動(dòng)機(jī)磨損，造成濾網(wǎng)堵塞，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用[3-6]，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)失敗，因此CK-4油品開發(fā)的關(guān)鍵在于解決油品的煙炱分散問(wèn)題。

API CJ-4和CK-4柴油機(jī)油規(guī)格要求采用Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)評(píng)定柴油機(jī)油的煙炱分散性能。與Mack T-8E發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)相比，Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)時(shí)柴油機(jī)油中煙炱的最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)由3.8%提高到6.7%。對(duì)油品增溶、分散煙炱的性能要求大幅提高[7-9]。

因此，基于對(duì)Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)工況、指標(biāo)及發(fā)動(dòng)機(jī)煙炱結(jié)構(gòu)、組成分析，探索建立與Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)關(guān)聯(lián)性較好的模擬試驗(yàn)；并通過(guò)該模擬試驗(yàn)及分子模擬技術(shù)對(duì)不同分子結(jié)構(gòu)分散劑的分散性能進(jìn)行考察，開發(fā)高效的分散劑，為新研發(fā)柴油機(jī)油通過(guò)Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)提供技術(shù)支持。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原 料

研制油品-1、研制油品-2，自研；參比油1～參比油4，某公司提供。6個(gè)油品均為API CK-4 15W-40黏度規(guī)格的柴油機(jī)油，其中參比油1、參比油2、研制油品-2通過(guò)了Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)；參比油3、參比油4、研制油品-1未通過(guò)Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。炭黑，VULCAN XC-72R型，美國(guó)卡博特公司生產(chǎn)，其主要性質(zhì)如表1所示。

表1 炭黑的主要性質(zhì)

1.2 柴油機(jī)油性能評(píng)定方法

按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法ASTM D7156—2010a進(jìn)行Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，評(píng)定CK-4規(guī)格柴油機(jī)油的分散性能。發(fā)動(dòng)機(jī)為Mack E-TECH V-MAC Ⅲ型、排量1 200 cm3、直列六缸四沖程渦輪增壓帶EGR后處理系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 800 r/min、試驗(yàn)油溫88 ℃、試驗(yàn)時(shí)間252 h。

傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)方法：在試驗(yàn)油品中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～6%的炭黑，用高速乳化機(jī)分散炭黑，測(cè)定分散炭黑油品相對(duì)于新油的100 ℃黏度增長(zhǎng)。黏度增長(zhǎng)越低，說(shuō)明油品的分散性能越好。乳化機(jī)轉(zhuǎn)速9 000 r/min，攪拌時(shí)間5 min。

成焦板試驗(yàn)：將試驗(yàn)油品飛濺到高溫鋁板表面，通過(guò)測(cè)定鋁板表面成焦的質(zhì)量，考察油品的清凈性能。試驗(yàn)板溫為330 ℃，油溫為130 ℃，時(shí)間為3 h。

按照高溫腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法SH/T 0754—2005，將銅、鉛、錫、磷青銅4種金屬片浸入100 mL試驗(yàn)油品中，在135 ℃下通入流量為5 L/h的空氣，試驗(yàn)時(shí)間168 h。通過(guò)測(cè)定油品中金屬元素的含量及金屬試片評(píng)級(jí)來(lái)考察油品的高溫抗腐蝕性能。

1.3 分析表征

使用日立公司生產(chǎn)的Hitachi S-4800型發(fā)射掃描電鏡對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)煙炱和炭黑樣品的形貌進(jìn)行表征；用美國(guó)CANNON公司生產(chǎn)的CAV-2100全自動(dòng)運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定儀測(cè)試油品的100 ℃黏度。

2 結(jié)果與討論

2.1 API CK-4規(guī)格柴油機(jī)油的研發(fā)難題

2.1.1 Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)高在2015—2016兩年中，美國(guó)西南研究院采用Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)評(píng)測(cè)柴油機(jī)油樣品，通過(guò)率僅為28%，說(shuō)明該臺(tái)架試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)要求苛刻，較難通過(guò)。與API CH-4規(guī)格要求的Mack T-8E發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)通過(guò)指標(biāo)對(duì)比，Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的通過(guò)指標(biāo)明顯提高。Mack T-8E發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)要求：當(dāng)柴油機(jī)油中煙炱質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.8%時(shí)，柴油機(jī)油的100 ℃黏度增加不超過(guò)11.5 mm2/s。而Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)要求：當(dāng)柴油機(jī)油中的煙炱質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%時(shí)，其100 ℃黏度增加不超過(guò)4 mm2/s；當(dāng)柴油機(jī)油中的煙炱質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%時(shí)，其100 ℃黏度增加不超過(guò)12 mm2/s。另一方面，Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)將柴油機(jī)油中煙炱最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)由Mack T-8E的4.8%提高至6.7%，因而對(duì)柴油機(jī)油增溶、分散煙炱的性能要求大幅提高。

2.1.2 傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)與Mack T-11試驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性差采用傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)方法模擬Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，對(duì)多種潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油和添加劑進(jìn)行篩選、優(yōu)化，得到分散性能優(yōu)異的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油和添加劑組合，得到API CK-4柴油機(jī)油規(guī)格的研制油品-1。研制油品-1與參比油1、參比油2的傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)和Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果如表2和圖1所示。

表2 油品的分散試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果

圖1 研制油品-1的Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)評(píng)定數(shù)據(jù)

從表2可以看出：在傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)中，研制油品-1的100 ℃黏度增長(zhǎng)率為33%，明顯低于參比油1和參比油2的100 ℃黏度增長(zhǎng)率；但是研制油品-1未能通過(guò)Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，而參比油1和參比油2則通過(guò)了該發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，說(shuō)明傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)與Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)關(guān)聯(lián)性很差。分析原因，由圖1可以看出：在Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中，當(dāng)油品中煙炱質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于3%時(shí)，研制油品-1的100 ℃黏度增長(zhǎng)緩慢；當(dāng)油品煙炱質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，研制油品-1的100 ℃黏度增長(zhǎng)出現(xiàn)拐點(diǎn)，其后呈指數(shù)型增長(zhǎng)；當(dāng)油品煙炱質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.23%時(shí)，油品的100 ℃黏度增長(zhǎng)已高達(dá)205.12 mm2/s，遠(yuǎn)高于Mack T-11試驗(yàn)通過(guò)指標(biāo)要求，說(shuō)明通過(guò)傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)優(yōu)化得到的全配方柴油機(jī)油，在油品煙炱質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，不能有效分散Mack T-11試驗(yàn)中發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的煙炱。因此，對(duì)于Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，需要建立關(guān)聯(lián)性更好的模擬試驗(yàn)方法，以優(yōu)化得到對(duì)Mack T-11試驗(yàn)煙炱分散性更好的柴油機(jī)油。

2.2 新模擬試驗(yàn)方法的建立

建立與Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)關(guān)聯(lián)性更好模擬試驗(yàn)方法，需要考慮兩個(gè)問(wèn)題：一是模擬試驗(yàn)方法中的發(fā)動(dòng)機(jī)煙炱模擬物與Mack T-11試驗(yàn)中發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生煙炱在性能上的相似性；二是模擬試驗(yàn)條件與發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)工況的對(duì)應(yīng)性。

2.2.1 煙炱模擬物與發(fā)動(dòng)機(jī)煙炱的形貌及結(jié)構(gòu)分析發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，燃料燃燒產(chǎn)生煙炱的結(jié)構(gòu)以石墨化的炭黑為主，因此研究人員多采用炭黑作為發(fā)動(dòng)機(jī)煙炱的模擬物。本研究按照標(biāo)準(zhǔn)方法《橡膠薄膜滲透方法》(SH/T 0034—1990)提取Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)后油品中的煙炱，用掃描電鏡對(duì)模擬物炭黑和提取煙炱進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 模擬物炭黑及發(fā)動(dòng)機(jī)煙炱的形貌

由圖2可以看出，炭黑與煙炱顆粒的形貌相似，兩者的初始粒徑均為20～60 nm。另外，國(guó)內(nèi)外對(duì)煙炱結(jié)構(gòu)組成的研究[10-12]發(fā)現(xiàn)：煙炱中C—C單鍵以石墨碳的sp2雜化形式存在，煙炱微粒由石墨薄片無(wú)規(guī)則堆積而成；炭黑是無(wú)定形碳，同樣是由石墨薄片無(wú)規(guī)則堆積而成。因此，炭黑與煙炱的形貌和結(jié)構(gòu)組成具有一定的相似性。

研究還表明[11-12]，隨著柴油機(jī)油中煙炱質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，煙炱會(huì)集聚形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使柴油機(jī)油的100 ℃黏度逐漸增大。對(duì)比不同炭黑和煙炱含量對(duì)油品的增稠性能，結(jié)果如表3所示。

表3 不同含量炭黑/煙炱對(duì)油品100 ℃黏度的影響

由表3可知：添加炭黑和煙炱均使油品產(chǎn)生黏度增長(zhǎng)，而且二者對(duì)油品的增稠效果相似；隨著油品中炭黑或煙炱質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，油品的黏度逐漸增大，原因在于煙炱及炭黑均為納米級(jí)微粒，具有較高的表面自由能，因而會(huì)自發(fā)聚集，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致油品的黏度增長(zhǎng)[11]。

綜合上述分析，炭黑與煙炱在形貌、結(jié)構(gòu)組成及對(duì)油品的增稠性能方面均具有相似性，因此可以將炭黑用作Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中煙炱的模擬物。

2.2.2 傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)與Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)工況對(duì)比對(duì)比傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)與Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)工況(見表4)，可以發(fā)現(xiàn)二者存在明顯差異：Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的試驗(yàn)時(shí)間為252 h，試驗(yàn)溫度為88 ℃；而且，從發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)開始，試驗(yàn)油品就處于不斷的高溫老化過(guò)程，油品中的分散劑、抗氧劑、基礎(chǔ)油等不斷發(fā)生氧化、降解。與新油的性能相比，試驗(yàn)后期油品的性能發(fā)生顯著的變化，而試驗(yàn)后期油品的性能對(duì)油品能否通過(guò)Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)具有決定性的作用。

表4 兩種模擬試驗(yàn)方法與Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法的主要參數(shù)

傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)方法僅在常溫下考察新油對(duì)炭黑的分散性能，油品中的各種添加劑和基礎(chǔ)油均沒有發(fā)生氧化、降解。傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)方法無(wú)法反映油品因老化而產(chǎn)生的性能變化，因此，其試驗(yàn)結(jié)果與和Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果關(guān)聯(lián)性差。

2.2.3 炭黑老化分散模擬試驗(yàn)方法的建立針對(duì)上述分析，對(duì)傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)方法進(jìn)行改進(jìn)，增加油品老化過(guò)程，建立了炭黑老化分散模擬試驗(yàn)方法。炭黑老化分散模擬試驗(yàn)方法分為油品老化階段和油品分散階段：首先，在傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，炭黑老化分散模擬試驗(yàn)方法將新油樣品在高溫、氧氣氣氛下，進(jìn)行一定時(shí)間的老化；然后在老化后的油品中加入炭黑，測(cè)定老化后油品加入炭黑后相對(duì)于新油的100 ℃黏度增長(zhǎng)率。試驗(yàn)參數(shù)見表4。

由表4可知，Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的溫度為88 ℃、時(shí)間為252 h。根據(jù)van’t Hoff規(guī)則，溫度每升高10 ℃，老化反應(yīng)速率提高2～4倍。因此，新建方法設(shè)定油品老化階段試驗(yàn)溫度為110 ℃、時(shí)間為60 h，該條件下模擬試驗(yàn)油品的老化效果與Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)具有較好的對(duì)應(yīng)性。

故新建的炭黑老化分散模擬試驗(yàn)方法為：油品老化階段，在300 mL試驗(yàn)油品中加入一定質(zhì)量比例的催化劑，在油溫110 ℃、試驗(yàn)時(shí)間60 h、氧氣流速83 mL/min下進(jìn)行油品老化試驗(yàn)，考察油品分散性能的保持性；油品分散階段，參考Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中煙炱含量范圍的擴(kuò)大，將傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)方法中炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)由4%改進(jìn)為2%～6%，而炭黑分散轉(zhuǎn)速和時(shí)間不變，仍保持分散轉(zhuǎn)速為9 000 r/min，分散時(shí)間為5 min。

2.2.4 炭黑老化分散模擬試驗(yàn)方法與Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性為考察新建的炭黑老化分散模擬試驗(yàn)結(jié)果與Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)聯(lián)性，分別采用兩種試驗(yàn)方法對(duì)參比油1～參比油4及研制油品-1進(jìn)行分散性能評(píng)定，結(jié)果如表5所示。

從表5可以看出，在新建的炭黑老化分散模擬試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的參比油1和參比油2的100 ℃黏度增長(zhǎng)率較低，而未通過(guò)Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的參比油3、參比油4及研制油品-1的100 ℃黏度增長(zhǎng)率較高。說(shuō)明炭黑老化分散模擬試驗(yàn)結(jié)果與Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)性，可以反映試驗(yàn)油品在該試驗(yàn)條件下分散性能的差異。

表5 油品的炭黑老化分散模擬試驗(yàn)與Mack T-11試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果比較

在新建的炭黑老化分散模擬試驗(yàn)中，由于增加了油品老化試驗(yàn)階段，使得模擬試驗(yàn)的工況條件與發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)工況條件更加接近，因而可以有效評(píng)價(jià)柴油機(jī)油分散性能在老化階段的穩(wěn)定性。因此，新建的炭黑老化分散模擬試驗(yàn)方法可以作為API CK-4規(guī)格柴油機(jī)油研發(fā)過(guò)程中添加劑篩選和配方優(yōu)化的模擬評(píng)定試驗(yàn)方法。

2.3 柴油機(jī)油無(wú)灰分散劑的篩選

2.3.1 分子模擬優(yōu)化分散劑結(jié)構(gòu)為解決發(fā)動(dòng)機(jī)煙炱聚集引起的潤(rùn)滑油黏度增長(zhǎng)和摩擦副磨損加重問(wèn)題，在柴油機(jī)油配方中，多采用丁二酰亞胺類無(wú)灰分散劑[13]來(lái)增溶、分散油品中的煙炱，防止其聚集沉積。丁二酰亞胺類無(wú)灰分散劑在合成過(guò)程中，受反應(yīng)條件的影響，合成產(chǎn)物會(huì)呈現(xiàn)不同的分子結(jié)構(gòu)。以雙聚異丁烯丁二酰亞胺的合成反應(yīng)為例，在不同反應(yīng)條件下，合成產(chǎn)物主要有3種化合物，分別命名為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ化合物，其分子結(jié)構(gòu)如式(1)～式(3)所示。3種化合物的主要區(qū)別在于其分子結(jié)構(gòu)中所含酰胺基團(tuán)[式(4)]與酰亞胺基團(tuán)[式(5)]的比例。其中，式(1)化合物含有2個(gè)酰胺基團(tuán)，式(2)化合物含有1個(gè)酰胺基團(tuán)和1個(gè)酰亞胺基團(tuán)，式(3)化合物含有2個(gè)酰亞胺基團(tuán)。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

為篩選性能更優(yōu)的分散劑化合物結(jié)構(gòu)，通過(guò)Materials Studio 8.0分子模擬軟件計(jì)算上述3種化合物在煙炱表面的吸附情況。模擬中以石墨晶體為煙炱的模型，并對(duì)石墨表面進(jìn)行改性以提高石墨表面的氧元素含量[14-15]，使其元素組成與發(fā)動(dòng)機(jī)煙炱的組成相同。因此，在每100個(gè)石墨碳原子中添加2個(gè)羥基基團(tuán)和1個(gè)羧基基團(tuán)。煙炱模型共包含兩層原子結(jié)構(gòu)，改性前模型含有416個(gè)碳原子，改性后增加8個(gè)羥基基團(tuán)和4個(gè)羧基基團(tuán)。構(gòu)造煙炱模型的晶胞參數(shù)為：棱長(zhǎng)a=3.197 4 nm，棱寬b=3.408 0 nm，棱高c=7.000 0 nm，棱間夾角α，β，γ均為90°。煙炱模型俯視圖和側(cè)視圖如圖3所示，圖中以連接成網(wǎng)狀的各灰色小球?yàn)闊熿票砻娴奶荚?，紅色小球代表氧原子，白色小球代表氫原子。為簡(jiǎn)化計(jì)算，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ化合物分子結(jié)構(gòu)中的n值均設(shè)定為5。

圖3 煙炱模型—氧原子； —碳原子； —?dú)湓?/p>

選用Forcite模塊優(yōu)化分散劑化合物Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，得到其在90 ℃下的能量最低構(gòu)象，用Adsorption Locator模塊計(jì)算得到Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ化合物在煙炱模型上的吸附能分別為-1 253，-1 322，-1 359 kJ/mol。計(jì)算采用COMPASSⅡ力場(chǎng)、NVT系綜，靜電加和方式為Ewald & Group，van der Waals加和方式為Atom based。由分散劑在煙炱模型上的吸附能為負(fù)值可知，該吸附反應(yīng)為放熱反應(yīng)，而且吸附能的值越小代表吸附能力越強(qiáng)。因此，只含酰亞胺基團(tuán)的化合物Ⅲ吸附力最強(qiáng)，同時(shí)含酰亞胺基團(tuán)和酰胺基團(tuán)的化合物Ⅱ次之、只含酰胺基團(tuán)的化合物Ⅰ吸附力最弱。因此，可知酰亞胺基團(tuán)對(duì)煙炱的吸附力比酰胺基團(tuán)更強(qiáng)，化合物Ⅲ的煙炱分散作用最優(yōu)。

2.3.2 不同結(jié)構(gòu)組成分散劑的性能對(duì)比酰胺基團(tuán)與酰亞胺基團(tuán)發(fā)現(xiàn)，酰亞胺基團(tuán)在高溫下容易分解產(chǎn)生水，若分散劑分子結(jié)構(gòu)中含有較多的酰亞胺結(jié)構(gòu)基團(tuán)可能會(huì)影響調(diào)合油品其他性能，如抗乳化性、清凈性、抗腐蝕性等，因而需要考察酰亞胺基團(tuán)對(duì)調(diào)合油品其他性能的影響。

本研究通過(guò)控制反應(yīng)條件，合成了含酰亞胺基團(tuán)與酰胺基團(tuán)不同摩爾比的兩種分散劑：分散劑-1和分散劑-2。分別將分散劑-1、分散劑-2按相同配比調(diào)合得到全配方柴油機(jī)油(油品中除分散劑外，其他添加劑及基礎(chǔ)油組合相同)，得到樣品-1和樣品-2，分別通過(guò)成焦板試驗(yàn)和高溫腐蝕試驗(yàn)考察分散劑不同酰亞胺基團(tuán)占比對(duì)調(diào)合油品清凈性能及抗腐蝕性能的影響，結(jié)果如表6所示。

表6 分散劑不同酰亞胺基團(tuán)占比對(duì)調(diào)合油品清凈性及抗腐蝕性能的影響

由表6知，對(duì)于添加不同酰亞胺基團(tuán)占比分散劑的調(diào)合柴油機(jī)油樣品-1和樣品-2，其成焦板試驗(yàn)的生焦質(zhì)量和高溫腐蝕試驗(yàn)后油品金屬元素含量變化、腐蝕級(jí)別都相近，說(shuō)明分散劑分子中酰亞胺基團(tuán)占比的變化不會(huì)對(duì)調(diào)合油品的清凈性和抗腐蝕性能造成負(fù)面影響。因此，選用分子結(jié)構(gòu)中酰亞胺基團(tuán)占比高的分散劑更有利于提高調(diào)合柴油機(jī)油的分散性能。

2.4 采用炭黑老化分散模擬試驗(yàn)優(yōu)化柴油機(jī)油配方

采用炭黑老化分散模擬試驗(yàn)篩選潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油和多種添加劑復(fù)合配方，在平衡油品抗氧化性能、清凈性能、低溫性能、抗剪切性能等性能的基礎(chǔ)上，調(diào)配得到研制油品-2?？疾煅兄朴推?2、參比油1和參比油2在添加不同量炭黑時(shí)的分散性能，結(jié)果如表7所示。

表7 油品的炭黑老化分散模擬試驗(yàn)評(píng)定結(jié)果

從表7可知，研制油品-2在新建的炭黑老化模擬試驗(yàn)中表現(xiàn)出優(yōu)異的炭黑分散性能，在添加不同量炭黑時(shí)，研制油品-2的100 ℃黏度增長(zhǎng)率均最低。在此基礎(chǔ)上，采用Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)評(píng)定研制油品-2的分散性能，結(jié)果如表8所示。

表8 研制油品-2的Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)評(píng)定結(jié)果

由表8可知，研制油品-2通過(guò)了Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，可很好地控制由于煙炱含量增加造成的油品100 ℃黏度增長(zhǎng)。結(jié)果表明新建的炭黑老化分散模擬試驗(yàn)結(jié)果與Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果具有較好的關(guān)聯(lián)性。

3 結(jié) 論

對(duì)傳統(tǒng)炭黑模擬分散試驗(yàn)方法進(jìn)行改進(jìn)，增加油品老化過(guò)程，建立的炭黑老化分散模擬試驗(yàn)方法，包括老化階段和分散階段，其中老化階段方法參數(shù)：試驗(yàn)油300 mL，試驗(yàn)油溫110 ℃，試驗(yàn)時(shí)間60 h，氧氣流速83 mL/min；分散階段方法參數(shù)：炭黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%～6%，分散轉(zhuǎn)速9 000 r/min，分散時(shí)間5 min。炭黑老化分散模擬試驗(yàn)結(jié)果與Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)聯(lián)性好，可作為評(píng)價(jià)高檔柴油機(jī)油煙炱分散性能的模擬方法。

通過(guò)新建的炭黑老化分散模擬試驗(yàn)和分子模擬手段等，對(duì)不同結(jié)構(gòu)無(wú)灰分散劑進(jìn)行考察，結(jié)果顯示：無(wú)灰分散劑中酰亞胺基團(tuán)表現(xiàn)出優(yōu)異的煙炱分散性能，分散劑分子中酰亞胺基團(tuán)占比的變化不會(huì)對(duì)油品的清凈性能和腐蝕性能造成負(fù)面影響。

采用新建的炭黑老化分散模擬試驗(yàn)篩選了潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油和多種添加劑復(fù)合配方，得到全配方柴油機(jī)油。其煙炱分散性能優(yōu)異，可很好控制煙炱引起的油品黏度增長(zhǎng)，順利通過(guò)了Mack T-11發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。