在过去十年中，对生物基液压油的需求增加，特别是对于汽车玻璃钢碰撞吸能保险杆液压机等应用。改变的动机来自于用户对环境风险的更多意识以及政府为农产品创造新市场的政策。

这种市场转化的主要障碍之一是生物基酯流体或可生物降解流体（生物油）对传统矿物液压油污染的敏感性。典型情况涉及在从矿物油转化为生物油期间不完全冲洗或在维护和再填充期间缺乏关注。这是更详细地分析污染效应的动机。

污染的影响
由于矿物油污染水平达到百分之几，因此在转换过程中报告了过量泡沫产生，空气释放不良或过滤器堵塞等问题。因此，可能会发生故障甚至严重损坏设备。例如，在已转换的可汽车玻璃钢碰撞吸能保险杆液压机中，在转换后的几个月内需要频繁更换过滤器，在此期间后恢复正常间隔。

关于汽车玻璃钢碰撞吸能保险杆液压机设备转换为生物油的不成功的报道很多，但这些报告大多没有记载和不准确。几乎没有关于这个问题的文献。液压设备制造商的经验以及他们对昂贵的保修索赔的恐惧使得对生物油的使用产生了非常谨慎和限制的态度。

可生物降解的液压油首先根据德国机械制造商协会（VDMA）的建议进行标准化，最终导致颁布国际标准ISO 15380.ISO 15380标准要求生物油污染不超过2％。污染物是普通的液压油，在HLPD或发动机油的情况下是1％。

与流体制造商的讨论表明，主要的恶化影响甚至可能不是由矿物油本身引起的，而是由含有金属的添加剂引起的，这些添加剂会攻击酯分子中的脂肪酸并最终导致形成皂状反应产物。

市场形势和转换实践
在过去十年中，可生物降解和生物基液压油的市场份额不断增加。尽管市场取得了一些进展，但大多数现有的汽车玻璃钢碰撞吸能保险杆液压机设备仍然在其液压系统中使用矿物油。决定订购含有生物油的新机器的公司也希望转换现有机器，减少其库存中不同润滑剂的数量。因此，二手机器从矿物油到生物油的转换目前比收购装有生物油的新设备工厂的产量更大。


汽车玻璃钢碰撞吸能保险杆液压机液压系统仅在容器中具有略多于其流体体积的一半。很大一部分流体分布在管道，气缸和其他液压元件中。如果没有打开连接，很难排出80％或90％的流体。因此，除非要安排需要完全拆卸的主要维护工作，否则不可能达到旧流体的98％排放结果以获得低于2％的新流体污染水平。

要转换为生物油并避免混合新旧流体，液压系统需要冲洗，通常需要冲洗几次。图2中给出了需要几次冲洗循环以获得所需2％结果的体积平衡的示例。在该示例中，假设在排空之后，27％的旧流体仍然留在系统中。更好的排水将减少循环次数。


应该清楚的是，这是一个昂贵且耗时的过程。此外，2％规则有几个缺点：

每种生物油产品都不同。有些人比其他人更宽容。
每种矿物油产品都不同。有些人比其他人更具攻击性。
每个液压系统都不同。有些设计比其他设计更容忍污染。
在完成冲洗程序后很难测量生物油中的矿物油含量。
除了这些问题之外，即使在成功冲洗之后，污染风险也会在后期阶段出现，包括重新填充泄漏损失，错误的维护说明，外部设备的连接等等。

实验装置
流体动力传动和控制研究所（IFAS）的实验研究了被矿物油污染的生物基油的相关特性。目标是了解问题的严重程度，并收集有关在不同浓度和组合下发生哪些影响的信息。

为此，选择了来自不同制造商的HETG和HEES类型的10种不同的生物液压产品。这些生物油与七种矿物油产品相结合，包括常见的HLP46以及HLPD，HVLP，无锌HLP，发动机油SAE 15W-40和一种化石基合成酯。发动机油被添加到矿物污染物的选择中，因为它有时用作液压油。在ISO 15380（附录A）的转换指南中也提到了1％污染的下限。这些污染物流体的浓度范围为0.1％至20％，这取决于实验过程中观察到的影响程度。

虽然粘度，密度和对密封件和软管中使用的弹性材料的影响等特性没有显示出意想不到的变化，但发现泡沫产生和过滤器堵塞是需要进一步研究的最关键方面。对空气释放性能也有一些影响。

从先前的测试序列可以清楚地看出，根据温度的不同，反应可能需要几个小时或几天。在60℃的储存温度下，大多数反应在8小时内完成。因此，用于以下实验的所有测试样品首先在60摄氏度下进行20小时热处理。


泡沫实验根据ASTM D 892标准进行，其中通过将空气吹入流体中产生泡沫。在关闭泡沫产生后立即测量泡沫体积两次，并在10分钟后再次测量。对所有样品进行先前的热处理，发现在标准测试程序中推荐的不同温度下仅需要一个24℃的泡沫序列而不是三个序列。

过滤实验在25℃下用具有1.2微米孔径和47毫米直径的纸过滤器进行。选择孔径是因为越来越多的汽车玻璃钢碰撞吸能保险杆液压机液压系统配备了具有非常精细过滤器的旁路过滤系统。

通过过滤器下游侧的恒定真空强制流动。对于该实验，将三个60毫升的样品倒入相同的过滤器中，记录每个步骤所需的时间。通过增加生产时间，在过程中在过滤器中产生的障碍变得明显。

根据DIN 51381测试空气释放，其几乎等同于ISO 9120.在确定的条件下将空气吹入流体中。该测试需要测量直到流体的空气含量减少回0.2％的时间。

从所有测试的生物油中，发现两个（数字1和7）对矿物油污染更敏感，并进行了更详细的调查。两者都是来自不同制造商的合成酯，具有50％或更多的生物基含量并且在市场上被广泛接受。

用于污染实验的矿物油将在结果中参考，字母如表1所示。


视力检查
在大多数情况下，目视检查可以提供物业变化有多严重的早期指示。化学反应的结果通常表现为浑浊，如果保持静止，通常在容器的底部，或者作为漂浮在流体中或上方的较大颗粒。



泡沫生成
生物油1和不同浓度的不同污染物的泡沫测试结果如图6所示。每个样品指示泡沫体积两次，发泡后立即（上限值），然后是10分钟沉降时间后（下限值） 。在生物油的ISO 15380标准中，两者的耐受水平分别为150ml和0ml。


最左边的色谱柱是纯生物油，它表现出远低于允许最大值的良好价值。液压油A，B和D的污染在2％时显示出更高但仍然可接受的结果，但在浓度为5％或更高时超过允许的最大值。污染物浓度越高，即使在10分钟后也存在越多的泡沫。在发动机油C的情况下，即使0.5％的污染（ISO标准允许的一半）也会导致不可接受的性能。有趣的是，最后一根色谱柱（无锌矿物质F）表明，即使是高达10％的污染，也不会在此测试中造成任何问题。

虽然生物油1在纯净条件下具有良好的发泡值并且受到污染物的严重影响，但生物油7在没有被污染的情况下是平均的，但是除了发动机油C之外的所有污染物表现出几乎不变的行为。在发动机油的情况下，只有0.5％的含量会导致问题。



由于无锌矿物油F似乎没有引起任何问题，因此检查锌和其他金属的影响很有意思。为了概述，将每个泡沫测试的两个值组合，并将总和绘制在混合物的总金属含量上。对于生物油1，金属含量和发泡问题之间存在几乎线性的函数关系。在20微克/克（20ppm）以上，发泡达到不可接受的水平。在图9中，图片完全不同，其中生物油7仅显示发动机油的问题，而不是其他油的问题。发动机油含钙量高，而许多液压油添加剂是锌基物质。


过滤
如前所述，过滤器实验通过相同的过滤器产生三个连续的吞吐量时间。首先在纯净条件下测试生物油，然后测试各种污染物。纯生物油易于过滤，所有三次通过都需要相同的时间。对于生物油1，矿物油A和B的污染显示轻微增加和过滤器堵塞趋势为5％，以及完全堵塞10％。在所有浓度从0.5％向上的发动机油C中可以看到明显的堵塞趋势。添加无锌矿物油F即使在10％的水平下也不会对纯生物油产生任何变化。



生物油7在泡沫测试中比生物油1更稳定，在汽车玻璃钢碰撞吸能保险杆液压机过滤器测试中对矿物油更加敏感。普通液压油A的2％污染导致逐渐过滤器堵塞。在这种情况下，即使是无锌矿物油F也会造成5％的微小问题（生物油1的浓度的一半）。在通过10％浓度的油B（洗涤剂HLPD）后，过滤变得更容易，其中20％的过滤器堵塞比5％或10％更少。

空气释放
ISO 15380标准中的空气释放时间限制为10分钟，这是两种生物油在纯净条件下保持的值。添加矿物油会增加测量的时间，但只有浓度超过2％（发动机油C超过1％），这是可以接受的。与泡沫测试一样，生物油1在纯条件下最初优于生物油2，但对污染更敏感。



结论
市场上销售的一些生物基液压油对普通液压油的污染很敏感。在较高污染水平达到几个百分点时出现的问题包括反应产物的形成，这导致混合物的过滤，发泡和空气释放性能差。

显然，劣化程度与添加的矿物油的量无关，而与通过一些矿物油产品中存在的添加剂引入的金属的量相关。因此，分析矿物流体的金属含量：锌，钙和镁。

观察到的效果对于不同的生物油产品和不同的矿物油是特定的。这种影响需要几个小时或几天才能完成。这有几个实际后果：

生物油和矿物油之间的反应在很大范围内变化，取决于所用汽车玻璃钢碰撞吸能保险杆液压机产品的组合。污染的2％容差水平是一个非常粗略的措施。
无金属或无锌矿物油似乎不会引起重大问题。
观察到的延迟效应增加了用户的故障风险，因为当设备从矿物油转换为生物油几小时或几天后出现问题时，合格的维护人员可能不再可用。
作为转化后的质量检查，混合物中剩余的金属含量在标准实验室程序中比矿物油的量更容易分析。
可以为每种生物油产品定义特定的金属耐受性指数，也可以作为产品开发的性能指标，最终取代ISO 15380标准中不可弯曲的2％规则。