前篇文章我们介绍了PAO类型的合成齿轮油，讲到了PAO的粘温特性、高温粘度、低温流动性、高温抗氧化能力，宽泛的工作温度范围、低挥发性、良好的节能性以及和普通齿轮油的各项性能对比，了解了优质的PAO合成齿轮油可以有效延长换油周期，减少油品的总消耗量，在降低设备故障率的前提下提高设备的工作效率从而帮助用户降低总的运行和维护成本。今天我们再介绍一下另外一种类型的合成齿轮油：PAG（PolyalkyleneGlycol 聚乙二醇类）合成齿轮油。
关键词：节能，微点蚀，高温氧化，热稳定，水解稳定性，吸水性，水分解性，兼容性
PAG合成油由于其优异的性能在工业齿轮领域应用非常广泛，但在船舶领域应用不是特别多，有个别设备厂家会推荐使用PAG类型的合成齿轮油，如下面所示的某设备厂家的推荐说明，建议使用VG220粘度等级的PAG合成齿轮油。
1. PAG合成齿轮油的优点
提高齿轮特别是蜗轮蜗杆的效率，节省能耗
优异的抗微点蚀能力
极佳的抗高温氧化和热稳定性
极少的沉积物产生
水解稳定性
PAG无需大量添加剂即可提供实质性的性能优势。添加剂剂量过多，尤其是金属添加剂不一定是一件好事。基础油和添加剂对不同类型齿轮油的相对影响如下图1所示。
图1：基础油和添加剂的影响
关于PAG的有趣事实：
与矿物油和PAO类型合成油不同，由于PAG密度比水大，游离水会浮在PAG的顶部而不是沉在底部，所以从底部防水不再适用于PAG类型合成油
粘度指数是典型PAO合成油的两倍左右，在工作温度下可以保持更高的粘度
低温下PAG可以与水完全混溶
2. PAG的吸水特性
2.1 两种类型的PAG
PAG聚乙二醇来自环氧化物，分为环氧乙烷（EO）如下图2左，和环氧丙烷（PO）如下图2右所示。
图2：EO 和PO
聚合是吸收小分子并将其化学连接成长链的过程，如下图3所示称为EO PAG，一般用于化妆品、洗发水和食品工业。
EO PAG特点：
由于极性氧链因此EP极压特性一般
牵引系数极低，降低能耗和降低工作温度
高温抗氧化和热稳定性
室温下呈蜡状固体
水溶性（不与油混合），由于具有相对较低的碳氢化合物性质，没有空间位阻
由于EO PAG的结构，导致其是水溶性的特点，如下图4所示：
图4：为什么EO PAG是水溶性
如下图5所示的是PO PAG，一般用于润滑油。
PO PAG的特点：
由于极性氧链因此EP极压特性一般
低牵引系数，降低能耗和降低工作温度
抗高温氧化和热稳定性，部分是由于氧含量高
不溶于水（与油混溶），具有较高的碳氢化合物性质和位阻，但仍然容易吸收水
为什么PO PAG不是水溶性而是油溶性的，由于其独特的结构特点决定，如下图6所示：
图6：PO PAG不是水溶性的原因
2.2 水解稳定性和吸湿性之间的区别
水解稳定性是有水存在时油品发生化学反应和分解趋势的程度。如果油具有水解稳定性，它将不会与水发生化学反应。 PAG在水解方面非常稳定，即PAG在水存在下不会分解。而吸湿性是用于描述油品吸引或吸收水趋势的术语， PAG类型的润滑油通常是吸湿性的。
2.3 PAG的吸水率
各种润滑油在20°C时的近似水饱和度分析如下图7所示，PAG的吸水性是PAO的百倍：
图7：不同类型齿轮油的吸水率对比
2.4 关于水污染的注意事项
PAG合成油在水存在时不会分解，但是它们会吸收水而不是分水，这点与矿物油和PAO合成油相反
美孚PAG系列产品的新油含水量小于2000 ppm，直到水含量大于20,000 ppm（2%）时才开始看到油变浑浊
某些润滑油供应商声称他们的PAG合成油可以最高容纳10％（100,000 ppm）的水一起使用。尽管PAG在这种污染水平下还能进行润滑，但系统里会存在腐蚀问题。所以我们建议将10,000 ppm（1%）作为PAG合成油的水含量上限
数据显示尽管蒸馏水不存在腐蚀问题，但是有盐分的水或被污染的PAG合成油和优质的PAO油相比更容易导致系统腐蚀问题。而船舶领域的水污染一般都是有盐分的水污染
矿物油和PAO合成油在300-500ppm的水下可能会开始出现浑浊。优质碳氢成分的油品容易分水。如果被污染且不能分水，它们会乳化，这将大大降低其润滑能力
对于高水污染的环境如船舶领域，仍首选碳氢成分的油品如普通矿物油或PAO合成油，因为分水好过吸水，并且腐蚀防护通常更好。除非系统有防止水污染的装置，如配备具有干燥功能的透气孔或呼吸器等
2.5 具有干燥功能的呼吸器
将PAG合成油与干燥剂呼吸器结合使用以控制水污染（如下图8左所示），有时也会使用囊状透气孔以防止热胀冷缩时水汽的进入（如下图8右所示）：
图8：呼吸器
3. PAG的高温抗氧化以及热稳定性
PAG优异的高温抗氧化以及热稳定性，不易产生沉积物：
主链中第三个原子（如下图9所示）上的氧具有出色的溶解能力，从而允许他们溶解大多数氧化产物
因为聚合物主链中的所有碳原子都已经连接了一个氧原子，所以与矿物油或PAO合成油相比，更多的氧原子攻击和氧化基础油的难度要大得多
PAG的结构导致它们在非常高的温度下膨胀，热分解产物是短链，会蒸发而没有沉积物
PAG的氧化副产物是酯类，酯类副产物本身具有很高的溶解能力
4. PAG的防锈性能
如果添加适当的添加剂，PAG合成齿轮油可以非常有效地防止生锈。但当存在盐分时，相比优质的PAO合成齿轮油或矿物齿轮油，PAG合成齿轮油的防锈性能通常会下降。需要注意的是：水污染几乎总是涉及溶解盐分的水，而不仅仅是蒸馏水，特别是船舶领域。如下图10所示，三种不同类型油品的抗腐蚀测试结果对比。
图10：抗腐蚀测试对比
5. PAG的能效
齿轮效率的对比如下图11所示：
图11：能效对比
工作温度每下降10°C，油品和密封件的寿命都将增加近一倍，所以更高的效率意味着更低的工作温度以及更长的密封件和油品的使用寿命，如下图12所示。
图12：不同油品的工作温度对比
6. PAG的微点蚀性能
微点蚀（如下图13所示）是混合滚动/滑动EHL接触（如齿轮和滚动轴承）中出现的疲劳现象，其特点是形成约10 微米大小左右的小凹坑，也被认为是齿轮的灰斑或结霜，经常在运行的第一年内发生（前105 - 106个压力周期）。关于微点蚀的详细介绍可以参考前几篇文章中的相关内容。
图13：齿面的微点蚀
使用FVA 54程序进行FZG微点蚀测试，具体测试台架和程序介绍请参考前面文章【齿轮油的性能-上】中相关内容。测试评估的结果包括：微点蚀面积，重量的减轻以及牙齿轮廓偏差，如下图14所示。
图14：FVA54测试结果对比
7. PAG的更换
PAG合成油可以和矿物油或PAO合成油混用吗？
不可以！尽管某些PAG合成油不会与矿物油或PAO合成油发生化学反应，但它们不能兼容（不能形成可溶的混合物）
如果将PAG合成油与矿物油或PAO合成油混合，则在混合或搅拌下会形成乳液。乳液可能不会流动而且不能提供润滑
不同类型的PAG合成油也不一定可以兼容，如PO PAG和PO/PE PAG是不能相互兼容的，具体可以咨询润滑油供应商
如果从矿物油或PAO合成齿轮油更换为PAG合成齿轮油，或PAG合成齿轮油更换为PAO合成齿轮油时，则应使用适当的冲洗流程，如先将系统里的油品彻底排净，用准备替换的油品将系统冲洗后再加入需要使用的油品
更换PAG合成齿轮油时还需要注意和密封材料以及金属部件涂层的兼容性，很多密封以及涂层材料和PAG类型的合成齿轮油不兼容
如前所介绍，有些设备厂家建议使用PAG合成齿轮油，此时需要注意水污染的防护，如无条件使用有干燥功能的透气孔，则在设备保修期以外可以考虑更换成优质的PAO合成齿轮油以避免发生系统腐蚀的现象，具体操作可以咨询设备厂家或润滑油供应商。这里要强调的是PAG合成齿轮油性能虽好，但是其容易吸水，所以还是需要注意操作环境是否可以满足其使用。
8. 结束语
上述我们介绍了PAG的一些特性，其优点有：比较宽泛的工作温度范围、润滑性优于PAO以及合成酯类润滑油、在有水的环境下比合成酯类产品有更长的使用寿命（脂类也容易吸水，但抗水分解能力不如PAG）、出色的抗高温氧化以及热稳定性、出色的沉积物控制、减少高滑动接触应用中的能耗。但PAG也有局限性，如PAG不能与PAO或矿物油混溶、并且需要进行涂层和密封件兼容性的测试验证、由于PAG倾向于吸水而不是分水所以其抗腐蚀性一般。如需使用PAG合成齿轮油，一定要注意避免水污染的影响。
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