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漲知識|黏度指數改進(jìn)劑對潤滑油性能的影響

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摘要:為了提高潤滑油的黏度指數和黏溫特性,改善潤滑油的低溫起動(dòng)性能和高溫黏度保持性能,通常在潤滑油中添加黏度指數改進(jìn)劑(簡(jiǎn)稱(chēng)黏指劑)以獲得高低溫性能優(yōu)良、適用溫度和地區范圍更廣的多級潤滑油。
黏度指數改進(jìn)劑對潤滑油性能的影響
為了提高潤滑油黏度指數和黏溫特性,改善潤滑油的低溫起動(dòng)性能和高溫黏度保持性能,通常在潤滑油中添加黏度指數改進(jìn)劑(簡(jiǎn)稱(chēng)黏指劑)以獲得高低溫性能優(yōu)良、適用溫度和地區范圍更廣的多級潤滑油。
 
黏度指數改進(jìn)劑是一種油溶性的鏈狀高分子聚合物,其作用機理是在低溫時(shí)黏度指數改進(jìn)劑分子鏈卷曲收縮,流體力學(xué)體積和表面積變小,對潤滑油的內摩擦影響減小,相應地對潤滑油的稠化能力也降低;在高溫時(shí)黏度指數改進(jìn)劑分子鏈膨脹,流體力學(xué)體積和表面積增大,對潤滑油的內摩擦影響顯著(zhù)增加,相應地對潤滑油的稠化能力也提高,因此黏度指數改進(jìn)劑能大幅提升潤滑油的黏度指數,即添加了黏度指數改進(jìn)劑的潤滑油具有更低的低溫黏度和更高的高溫黏度,適用的溫度范圍更廣。
 
1、主要類(lèi)型
目前市場(chǎng)主流的黏度指數改進(jìn)劑主要有聚異丁烯(PIB)、聚甲基丙烯酸酯(PMA)、乙烯丙烯共聚物(OCP)和氫化苯乙烯雙烯共聚物(HSD)四大類(lèi)。
 
2、性能要求
衡量黏度指數改進(jìn)劑性能的指標主要有稠化能力、低溫性能、剪切安定性和熱氧化安定性四個(gè)方面。這四個(gè)方面的指標越好,黏度指數改進(jìn)劑的綜合性能就越優(yōu)異,但是這些性能很難兼顧,尤其是稠化能力和剪切安定性這一對矛盾很難平衡。
 
到目前為止,各方面性能均為優(yōu)異的黏度指數改進(jìn)劑尚待開(kāi)發(fā),相對來(lái)說(shuō)HSD型黏度指數改進(jìn)劑的性能比較全面和均衡。
 
2.1 稠化能力
黏度指數改進(jìn)劑的稠化能力(以D值表示)是黏度指數改進(jìn)劑對油品黏度的貢獻值,D值越大,黏度指數改進(jìn)劑的稠化能力越強。在150SN基礎油中加入1.0%的黏度指數改進(jìn)劑,溶解后測定100℃運動(dòng)黏度,減去基礎油的100℃運動(dòng)黏度得到的增加值即為黏度指數改進(jìn)劑的稠化能力。
 
比黏度(以ηsp表示)也可用于衡量黏度指數改進(jìn)劑的稠化能力,見(jiàn)式(1):ηsp=(η-η0)/η0 (1)
 
式(1)中,η0為基礎油的黏度,η為含有黏度指數改進(jìn)劑的基礎油的黏度。ηsp越大,表示黏度指數改進(jìn)劑的稠化能力越強。ηsp與溫度、黏度指數改進(jìn)劑的含量及基礎油黏度都有關(guān)系,并不是黏度指數改進(jìn)劑固有的常數,因此在比較不同黏度指數改進(jìn)劑的ηsp時(shí)必須采用相同的基準。
 
2.2 低溫性能
黏度指數改進(jìn)劑對潤滑油低溫性能的影響主要通過(guò)低溫動(dòng)力黏度(CCS)和低溫泵送黏度(MRV)來(lái)表征。CCS主要反映潤滑油的低溫起動(dòng)性能,CCS 數值越小,潤滑油在低溫下越容易啟動(dòng);MRV主要反映潤滑油的低溫泵送性能,MRV數值越小,潤滑油在低溫下越容易泵送至潤滑部位。低溫性能好的黏度指數改進(jìn)劑對潤滑油的CCS和MRV的負面影響較小。
 
2.3 剪切安定性
黏度指數改進(jìn)劑作為一種高分子聚合物,在受到剪切力作用時(shí)分子鏈會(huì )發(fā)生斷裂,導致其稠化能力下降。添加了剪切安定性差的黏度指數改進(jìn)劑的多級潤滑油在使用過(guò)程中,因受到油泵、活塞等機械部件的剪切作用,黏度會(huì )明顯下降,造成異常磨損,機油消耗和燃油稀釋也會(huì )加劇。
 
剪切安定性是衡量黏度指數改進(jìn)劑性能優(yōu)劣的重要指標之一,主要采用柴油噴嘴法,超聲波法或L-38單缸法對黏度指數改進(jìn)劑的剪切安定性進(jìn)行評定評價(jià),以剪切安定性指數(SSI)來(lái)表征黏度指數改進(jìn)劑的剪切安定性的優(yōu)劣,SSI數值越小,黏度指數改進(jìn)劑的剪切安定性越好,見(jiàn)式(2):SSI=(V1-V2)/(V1-V0) (2)
 
式(2)中,V1為剪切前100℃運動(dòng)黏度,V2為剪切后100℃運動(dòng)黏度,V0為基礎油100℃運動(dòng)黏度。
 
2.4 熱氧化安定性
黏度指數改進(jìn)劑屬于高分子聚合物,一般會(huì )在100℃左右開(kāi)始發(fā)生熱氧化降解,降解產(chǎn)生大量的低分子化合物,同時(shí)部分低分子化合物也會(huì )發(fā)生縮聚反應,產(chǎn)生分子質(zhì)量更高的高分子化合物。黏度指數改進(jìn)劑熱氧化降解產(chǎn)生的自由基也會(huì )加速基礎油的氧化,使多級潤滑油的黏度先下降,然后急劇上升。
 
黏度指數改進(jìn)劑的熱氧化安定性的評定方法主要有曲軸箱模擬試驗法,旋轉氧彈法和L-38單缸法等。
 
3、不同黏度指數改進(jìn)劑的性能及應用
常用的聚異丁烯(PIB)、聚甲基丙烯酸酯(PMA)、乙烯丙烯共聚物(OCP)和氫化苯乙烯雙烯共聚物(HSD)黏度指數改進(jìn)劑的稠化能力,低溫性能,剪切安定性和熱氧化安定性的對比見(jiàn)表1。
從表1的比較中可以看到,聚異丁烯(PIB)黏度指數改進(jìn)劑的具有良好的剪切安定性和熱氧化安定性,但是其稠化能力和低溫性能較差,不適合調配跨度較大和黏度級別較低的多級內燃機油,一般用于調配多級齒輪油、液壓油、絕緣油和金屬加工油,低分子質(zhì)量的PIB多用于調配二沖程發(fā)動(dòng)機油。
 
聚甲基丙烯酸酯(PMA)黏度指數改進(jìn)劑的低溫性能和熱氧化安定性?xún)?yōu)異,剪切安定性也不錯(尤其是新型梳狀PMA黏度指數改進(jìn)劑的SSI能達到5%以?xún)鹊膬?yōu)秀水平),但是其稠化能力較差,達到相同的黏度級別需要添加的量更多,導致對潤滑油的清凈性影響較大。聚甲基丙烯酸酯(PMA)黏度指數改進(jìn)劑的成本較高,因此其多用于調配高檔潤滑油,如低黏度級別的多級汽油機油,自動(dòng)變速箱油,超低溫液壓油等,不適合單獨用于調配對清凈性要求很高的多級柴油機油。
 
乙烯丙烯共聚物(OCP)黏度指數改進(jìn)劑具有良好的綜合性能,且其原料豐富易得、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,因此價(jià)格也有很大的優(yōu)勢。良好的綜合性能和突出的性?xún)r(jià)比使乙烯丙烯共聚物(OCP)黏度指數改進(jìn)劑成為目前使用最多的黏度指數改進(jìn)劑,其銷(xiāo)售量占所有黏度指數改進(jìn)劑的60%以上。乙烯丙烯共聚物(OCP)黏度指數改進(jìn)劑主要用于多級發(fā)動(dòng)機油,特別適用于調配柴油機油。但因其低溫性能一般,在調配低黏度級別的多級油時(shí)需與酯型降凝劑復配使用。
 
氫化苯乙烯雙烯共聚物(HSD)黏度指數改進(jìn)劑具有特殊的星狀結構或嵌段結構,分子質(zhì)量分布較窄,因此稠化能力和剪切安定性比較均衡,在具有較高稠化能力的同時(shí)也具有優(yōu)良的剪切安定性。氫化苯乙烯雙烯共聚物(HSD)黏度指數改進(jìn)劑的低溫性能也很突出,特別適用于調配高端多級汽油機油,也可用于調配多級柴油機油。
 
4、結束語(yǔ)
目前主流的聚異丁烯(PIB)、聚甲基丙烯酸酯(PMA)、乙烯丙烯共聚物(OCP)和氫化苯乙烯雙烯共聚物(HSD)黏度指數改進(jìn)劑各具獨特的性能特征,相應地適用于不同的多級潤滑油。隨著(zhù)發(fā)動(dòng)機技術(shù)的不斷進(jìn)步,環(huán)保排放及燃油經(jīng)濟性法規的日益嚴苛,與之配套的多級發(fā)動(dòng)機油不斷升級換代,對多級發(fā)動(dòng)機油添加劑的性能也提出了更高的要求。黏度指數改進(jìn)劑作為一種非常重要的添加劑,正朝著(zhù)開(kāi)發(fā)綜合性能優(yōu)異的新型黏度指數改進(jìn)劑和在現有黏度指數改進(jìn)劑基礎上應用分子設計技術(shù)定向合成多功能黏度指數改進(jìn)劑的方向發(fā)展。
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