潤滑油在工業(yè)齒輪箱運行過程中，受到攪拌、震蕩等作用，體系中會混入空氣，兩相介質在界面張力的作用下形成泡沫。此外，潤滑油中的表面活性劑富集于氣泡表面，分子間的電荷效應、空間位阻效應以及自身的馬格朗尼效應會增加潤滑油的穩(wěn)泡傾向。
在機械設備運行過程中，泡沫的出現(xiàn)會破壞齒輪表面油膜的完整性，使得潤滑方式從混合潤滑向邊界潤滑靠近，從而導致齒輪表面磨損、疲勞、點蝕、燒結等問題;泡沫的長期存在還會加速油品老化，嚴重影響油品的使用壽命。在有循環(huán)系統(tǒng)的齒輪箱中，通過試車階段對液壓設備排氣，調整回油管路位置、控制油溫變化、校準液面高度等物理手段可避免工業(yè)齒輪油泡沫的產生。然而，由于實際工況的復雜多變，物理手段難以穩(wěn)定、高效地解決泡沫問題，工業(yè)上常使用抗泡劑提高油品的泡沫性能，以減少泡沫的出現(xiàn)。
目前，潤滑油中常用的抗泡劑有三種技術路線：丙烯酸酯型、改性硅氧烷型、丙烯酸酯復配改性硅氧烷型。其消泡機理為：微米級的單體富集于氣泡壁表面，會使得氣泡壁局部的表面張力變低，厚度減小，最終使氣泡破裂，如圖 1 所示。此外，抗泡劑能夠進入氣泡壁，并向氣液界面擴散。因結構的特殊性，其自身可進行斷鏈分解，從而破壞氣泡的穩(wěn)定性，達到消泡的作用，如圖 2 所示。由于抗泡劑屬于消耗型添加劑，新油的泡沫性能往往較為優(yōu)異，但在使用了一段時間后，潤滑油受外界環(huán)境影響導致自身劣化，體系的泡沫性能會大幅下降。目前，潤滑油低碳、長壽命的議題越來越受到關注。隨著工業(yè)齒輪油換油周期變長，工業(yè)齒輪箱會存在因在用油泡沫性能不佳而出現(xiàn)故障的隱患。因此，研究工業(yè)齒輪油泡沫長效抑制方案，對于保證工業(yè)齒輪箱的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。
本文考察了不同類型抗泡劑在 L-CKD 工業(yè)齒輪油中的泡沫性能，并模擬油品的老化進程，探討了不同類型抗泡劑在工業(yè)齒輪油中長效泡沫控制的差異。
一、試驗部分
試驗材料及油品
所選用的抗泡劑為：丙烯酸酯型A1、A2;改性硅氧烷型B1、B2;丙烯酸酯復配改性硅氧烷型(以下簡稱復配型)C1、C2。將上述抗泡劑按照 0.03%(質量分數(shù))加劑量與兩種黏度規(guī)格(VG150、 VG320)的 L-CKD 工業(yè)齒輪油進行調配，共獲得 12 個油品。
試驗方法
相容性試驗：相容性試驗為實驗室自建方法，其是針對潤滑油與抗泡劑兼容性作外觀評價，在油品的液面、液底和主體外觀 3 個維度上評價相容性等級(1~5 級，1 級為穩(wěn)定性最優(yōu)，5級最差)，將 3 個維度評級相加得出總評級。本試驗相容性等級的觀察特性見表 1。
泡沫性能試驗：通過 GB/T 12579《潤滑油泡沫特性測定法》評估潤滑油的泡沫性能。
模擬老化試驗(SH/T 0123)：為模擬獲得較長使用年限的工業(yè)齒輪油，按照 SH/T 0123《極壓潤滑油氧化性能測定法》，將試驗樣品通入恒壓干燥的空氣，在 95 ℃ 下放置 312 h，最終獲得老化后的油樣。
二、結果與討論
抗泡劑在 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG150)中的性能評價
相容性：室溫下靜置 14 d 后，開展抗泡劑相容性評價，評價結果見表 2。
由表 1 可以看出，無抗泡劑加入時，相容性評級為 4.0。在 3 種類型的抗泡劑中，改性硅氧烷型的相容性評級較低(B14.5，B24.0)，復配型相容性評級較高(C14.5，C26.0)，丙烯酸酯型居中(A15.0，A24.5)。整體而言，對于 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG150)，改性硅氧烷型的抗泡劑與油品的相容性最佳。
泡沫性能：不同抗泡劑調配油品的泡沫性能見表 3。
由表3 可以看出，未加入抗泡劑時，L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG150)在室溫和高溫下均易產生泡沫，泡沫性能較差。加入抗泡劑后，油品在常溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的泡沫性能，然而，在高溫環(huán)境中，泡沫性能存在明顯差異：加入 A2 或 B1 時，泡沫傾向為 0 mL，而加入 C2 時，泡沫傾向為 90 mL。因此，可優(yōu)選丙烯酸酯型 A2 和改性硅氧烷型 B1 于 VG150 中使用。
抗泡劑在 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)中的性能評價
相容性：室溫下靜置 14 d 后，開展抗泡劑相容性評價，評價結果見表 4。
由表 4 可以看出，無抗泡劑加入時，相容性評級為 3.5。加入抗泡劑后，油品的相容性評級在 3.5~4.0 的區(qū)間內，與無抗泡劑加入時差異較小，表明各抗泡劑均與 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)的相容性較好。
泡沫性能：不同抗泡劑調配油品的泡沫性能見表 5。
由表5可以看出，未加入抗泡劑時，L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)在室溫和高溫下均易產生泡沫，泡沫性能較差;與 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG150)相比，高溫下表現(xiàn)出更高的泡沫傾向，消泡時間也更長。然而，加入抗泡劑后，油品在常溫和高溫下均表現(xiàn)出較好的泡沫性，僅在加入 A1 和 C1 時，在高溫下表現(xiàn)出輕微泡沫傾向。
為進一步區(qū)分上述抗泡劑的性能差異，同時考察抗泡劑的長效穩(wěn)定性，將加入抗泡劑的 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)進行模擬老化試驗，將老化后油樣再次進行泡沫性試驗，結果見表 6、圖 3。
由表 6、圖 3 可以看出，加入 A2 或 B1 時，老化后油品泡沫性能優(yōu)異，仍然滿足 GB 5903《工業(yè)閉式齒輪油》的新油指標要求 [程序 I：≤ 50/50(mL/mL);程序 II：≤ 50/50(mL/mL);程序 III：≤ 50/50(mL/mL)]。
使用 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)的大型設備，其運行工況相對嚴苛，齒輪箱難以避免污染物的侵入。在以A2、B1調配的L-CKD工業(yè)齒輪油(VG320)中分別加入 1%(質量分數(shù))的水，并進行泡沫性試驗，考察抗泡劑在水存在環(huán)境下的性能表現(xiàn)，結果見表 7。
由表 7 可以看出，即便加入 1% (質量分數(shù))水，油品均表現(xiàn)出優(yōu)異的泡沫性能，尤其是加入 A2 時，高溫泡沫性能比加入 B1 時更優(yōu)。其是由于改性硅氧烷體系(B1)中未反應完全的硅氧鍵，會在過量水環(huán)境下發(fā)生水解，導致自身結構破壞失去活性，從而影響體系的消泡能力。因此，水存在環(huán)境下，A2 與 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)的配伍性更佳。
三、結論
☆外觀評價結果表明，經室溫儲存 14 d 后，除丙烯酸酯復配改性硅氧烷型抗泡劑 C2 及丙烯酸酯型 A1與 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG150)的相容性較差外，其他抗泡劑與 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG150)油品的相容性與無抗泡劑加入時差別不大;所有抗泡劑與 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)油品的相容性與無抗泡劑加入時差別不大。
☆丙烯酸酯型抗泡劑 A2 和改性硅氧烷型抗泡劑 B1，在 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG150/ VG320)中均表現(xiàn)出優(yōu)異的泡沫性能，且加入 A2 或 B1 的 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)在經過模擬老化試驗后，泡沫性能依然符合 GB 5903 的新油指標要求，可為工業(yè)齒輪油提供長效的泡沫控制。
☆加入 1%(質量分數(shù))水時，與改性硅氧烷型抗泡劑 B1 相比，丙烯酸酯型抗泡劑 A2 在 L-CKD 工業(yè)齒輪油(VG320)中的泡沫性能表現(xiàn)更優(yōu)，展示出更好的穩(wěn)定性。使用此種抗泡劑將使油品具有優(yōu)異的泡沫性能，提供更為長久的潤滑保護性能。
參考文獻略.