聚a-烯烃航空润滑基础油高温裂解衰变研究费逸伟郭青鹏姚婷杨学（空军勤务学院航空油料物资系，江苏徐州221000；沈空后油料装备供应维修站，辽宁沈阳110000）-烯烃航空润滑基础油在高温作用下会发生严重的裂解衰变，由此引发聚a -烯烃航空润滑油性能改变，难以满足现代飞机发动机使用的要求。从聚a-烯烃的本体结构特点出发，分析了聚a -烯烃润滑基础油在高温作用下热裂解的衰变过程，比较了聚a -烯烃润滑基础油高温裂解前后理化性能的变化，并且论述了聚a -烯烃航空润滑基础油高温热裂解衰变程度评定方法。

　　目前，合成航空润滑油凭借其优异的性能，在航空和航天等润滑条件特殊的场合发挥了重要的作用。

　　随着现代航空发动机性能的不断提高，发动机的增压比、涡轮前温度逐渐攀升，导致航空润滑油工作温度不断升高，各种问题也在现实中涌现出来，从而要求油品的使用性能越来越高。其中润滑油高温裂解导致滑油品质衰变的问题尤为凸显，航空润滑油高温裂解是影响润滑油在作业飞机中使用的重要因素，也是决定润滑油使用寿命的关键，随着航空发动机涡轮前温度的提高，其影响越大。

　　-烯烃合成基础油是当前主要机型润滑用油的主要成分，应用十分广泛。但聚a -烯烃的热裂解衰变问题一直影响着发动机的润滑性能，是导致飞机发动机发生故障的一个重要原因。因此，研究聚a-烯烃合成航空润滑基础油在实际使用条件下的热裂解衰变性能，掌握其热裂解规律，讨论热裂解对润滑油理化性能的影响，以期有效保证润滑油在航空发动机中的可靠使用，以及实现润滑油品质的全程监控提供重要的科学依据和关键的技术支撑。

　　聚a-烯烃的结构特点分析聚a-烯烃（PAO）是以线性a-烯烃为单体，在催化剂作用下聚合，并经过加氢以及蒸馏等程序处理，获得的以三聚体、四聚体和五聚体为主要成分的聚a -烯烃基础油，其结构均是比较规则的长链烷烃，分子结构通式如所示：聚a-烯烃结构和蜡裂解法，我国目前仍采用石蜡裂解法，鲜见乙烯齐聚法的工业生产00.齐聚法生产的PAO是较规整匀称并呈梳状结构的异构烷烃，其侧链长度均匀且整齐，一般碳原子数在Q-q.之间不等（左所示）。蜡裂解工艺生产的PAO侧链不如齐聚法生产的PAO匀称规整0，侧链长短不（右所示），并且裂解产物中含较多内烯、双烯等杂质，所以蜡裂解工艺生产的PAO质量次于齐聚法生产的PAO.综上可见，PA0是种宽馏分的混合物，其化学分子式不确定。并以其独特的分子链结构，赋予PAO合成润滑油优异的性能。

　　PA0结构示意图聚a-烯烃润滑基础油热裂解衰变过程及理化性能变化分析2.1聚a-烯烃热裂解衰变过程PAO是一类带有梳状结构特殊的烷烃，目前鲜见对PA0热裂解过程的研究，但其他烷烃的热裂解研究具有较高的价值。Song等研究了烷烃的热裂解过程，即自由基的反应过程，和其他链的反应机理相同，包括链引发、链传递和链终止。同时，各种烷烃的脱氢能力与其分子结构密切相关0，叔碳氢*易，仲碳氢次之，伯碳氢较难。异构烷烃中的C-C键或C-H键的键能较正构烷烃的键能小，易断裂，异构烷烃更容易发生裂解或脱氢反应。由此可以推测，聚a-烯烃润滑基础油的热裂解符合自由基链反应机理，其热裂解的链反应仍可分为链的起始、链的传递、链的分支及链的中断4个历程。

　　曹国超等6在加氢润滑油基础油的结构组成与氧化安定性的关系研究中，通过对同种类型不同型号-6润滑基础油及其在不同温度下反应产物进行GC/MS分析得出结论：具有大分子链的润滑基础油在高温作用下发生了热裂解反应，生成了大量的小分子的正构烷烃、烯烃及异构烷烃等物质，是润滑油在高温作用下理化性能发生变化的主要原因。

　　通过以上分析，PAO作为大分子异构烷烃，在高温作用下容易发生分子链断裂，生成小分子的烷烃、异构烷烃及烯烃等物质。对于PAO的高温裂化过程，可由以下通式表示：2.2理化性能变化分析润滑油分子结构与其理化性能有着密切的相关性，经过高温裂解反应，PA0结构性能的变化必将引起其理化性能的变化。从分子层面探究油品成分及其结构，对于掌握润滑基础油的理化性能有重要意义。

　　-烯烃分子链结构中，直链烷烃赋予PAO良好的粘温特性，且随着主链长度的增长，粘度和粘度指数增大。而在高温作用下，聚a-烯烃大分子异构烷烃发生裂解反应，生成小分子的正构烷烃、异构烷烃及烯烃。正构烷烃的熔点较高，低温流动性能较差，并且正构烷烃粘度较小，所以，大量小分子的正构烷烃的生成，势必造成油液粘度的减小。同时，在高温的作用下也有大量单甲基异构烷烃的生成，相比于大分子多侧链的PAO，其主链长度较短，分子侧链数目较少，同样致使油样的粘度下降。

　　-烯烃合成基础油在高温作用下的热裂解反应，使其结构组成发生了变化，而结构组成变化正是油品粘度衰变的主要原因，特别是大量正构烷烃的生成，造成了PAO粘度急剧减小。

　　一23低温流动性多侧链的异构烷烃骨架有利于PAO保持良好的低温流动性，且在异构体烷烃中，分支的长短、数目及位置都对PA0的低温流动性产生影响，支链越长、分支越多且在主链的中部，低温性能越好。而在高温作用后，异构烷烃的主链长度减小，且大部分是单甲基烷烃，甲基的位置多居于主链端部，从而导致高温反应后油样低温流动性变差。同时，反应样中生成的小分子正构烷烃和烯烃，都因自身结构因素表现出较差的低温流动性，也成为PA0高温反应后低温流动性变差的主要原因。

　　航空润滑基础油的热安定性，与自身的结构特性密切相关。对于高温反应后PAO在用油，反应油样中小分子烯烃的增加，致使不饱和键的数量增加，成为影响PAO在用油热安定性变差的主要因素。

　　聚a-烯烃润滑基础油热裂解衰变程度评定方法高温热裂解程度是表征航空发动机润滑油能否使用的关键性指标，也是决定其使用温度的重要参数。评价润滑油衰变的传统方法是测定其色度、粘度、酸值等理化性能来决定润滑油是否符合继续使用的要求，但这些传统的分析过程步骤繁琐，采样频率低，耗时长，并且不能从根本上有效反应润滑油衰变程度，因此有必要采取种快速有效的新方法对航空润滑油的热裂解衰变过程进行监控。

　　近年来，傅立叶变换红外光谱（FTIR）分析技术、气相色谱-质谱（GC/MS）联用技术越来越广泛的被应用于油样监测，为从分子层面表征反应样热裂解衰变程度提供保证。

　　3.1傅立叶变换红外光谱（FTIR）分析技术目前，国外使用红外光谱对在用油的分析技术已经比较成熟，利用红外光谱监测在用润滑油的质量变化已经列为标准方法（ASTME2412-04），且研究较为深入。国内还没有相应的标准方法，但由于该技术具有快速、准确、重复性好、试验油样少、不受人为干扰等优点，因此越来越多的研究者将其作为在用油品质量监控的种方法。

　　冯新泸等利用PE1725X傅立叶变换红外光谱仪，选取红外光谱表征的润滑油结构族组成信息作为特征尺度来研究润滑油组成结构与粘度、低温动力粘度的关系，研究了新疆彩南基础油的粘度随温度变化情况，并总结出润滑油组成、结构与粘度变化的相关关系。Wiseman等9使用FTIR分析法对润滑油的降解过程进行了监控研究，取得较好的效果。

　　傅立叶变换红外光谱技术有着快速、准确、综合性强等优势，在润滑油检测方面，终将取代陈旧的理化性能指标检测方法。该技术从润滑油成分结构出发，有效表征在用油的衰变程度，在润滑油行业必会得到广泛的应用。

　　3.2气相色谱-质谱（GC/MS）联用技术是种结合气相色谱和质谱的特性，在试样中鉴别不同物质的方法。气相色谱具有极强的分离能力；质谱对未知化合物具有独特的鉴定能力，且灵敏度极高，因此GC/MS是分离和检测复杂化合物的*有力工具之广泛应用于环保行业、石油化工、医药行业、农业及食品安全等领域。董二慧M和赵惠菊应用GC/MS分析方法对润滑油及有机溶剂中各烃组分的结构和含量进行了定性和定量的研究，效果显著；曹国超等对PAO -6润滑基础油及其在不同温度下反应产物进行GC/MS分析，有效得出油样高温裂解后小分子产物的具体结构信息。

　　综上，利用GC/MS联用技术可以分析基础油经高温反应后的总离子流色谱图，探讨各离子碎片的组分变化情况，研究润滑基础油的热裂解程度，从而实现对战机主滑油的全程品质监控和分析在用润滑油的性能变化提供重要的科学依据。

　　结束语本文从聚a-烯烃的本体结构特点入手，研究了聚a -烯烃润滑基础油的热裂解衰变过程，分析了PAO高温裂解前后理化性能的变化；对聚a -烯烃高温热裂解衰变程度评定方法进行了综述，通过红外光谱分析技术可以确定在用润滑油发生的化学变化程度，GC/MS可以分析润滑油高温反应前后的分子结构组成的变化情况，并且具有定性和定量分析能力。

　　综上可知，利用先进的分析检测技术，能够对聚a -烯烃润滑基础油的热裂解衰变程度进行有效评定，为探究聚a-烯烃润滑基础油热裂解衰变后的诸多问题，奠定了良好的科学基础。