Общее введение в присадки, улучшающие индекс вязкости смазочных материалов

Содержание этой статьи.

Названия присадок для контроля вязкости — как люди называют это химическое вещество.

Основная история улучшителя вязкости

Почему улучшители индекса вязкости так важны? - Значение присадок, улучшающих индекс вязкости (VII), в смазочных материалах.

Улучшение вязкостно-температурных характеристик смазочных материалов

Уменьшите потребление энергии, минимизируйте износ и уменьшите трение в оборудовании.

Упрощение смазочных материалов

Увеличивает производство высоковязких смазочных масел.

Эффективность присадки для улучшения индекса вязкости

Устойчивость к сдвигу

Способность утолщения

Термическая/окислительная стабильность

Низкотемпературная производительность

Высокая температура, высокая скорость сдвига (HTHS)

Типичные присадки, улучшающие индекс вязкости

Сравнение свойств нескольких широко используемых присадок, улучшающих индекс вязкости (VII)

 

 

Вязкость смазочного масла уменьшается с повышением температуры.Индекс вязкости (VI)является индикатором для измерения степени изменения вязкости в зависимости от температуры. Чем выше VI масла, тем меньше степень изменения вязкости с температурой. Как правило, индекс вязкости минерального масла (парафиновой основы) обычно равен 96-120. Для приготовления всесезонного масла для двигателей внутреннего сгорания (ДВС или внутреннего сгорания) с превосходными вязкостно-температурными характеристиками и других промышленных смазочных материалов с высоким индексом вязкости необходимо добавить присадку для улучшения индекса вязкости (VII) или использовать синтетическое базовое масло.

Названия присадок для контроля вязкости- Как люди называют это химическое вещество

 

Присадки для контроля вязкости также известны под несколькими другими названиями, в том числе:

• Модификаторы вязкости (ВМ)
• Улучшители индекса вязкости (VII)
• Улучшители вязкости
• Загустители
• Загущающие добавки
• Стабилизаторы вязкости
• Усилители вязкости

 

Эти термины часто используются как взаимозаменяемые для обозначения присадок, которые помогают контролировать вязкость смазочных материалов в различных условиях эксплуатации.

 

Основная история улучшителя вязкости

 

• Ранее, в 1930-х годах, высокомолекулярное соединение использовалось в гидравлическом и пушечном трансмиссионном масле для улучшения вязкостно-температурных характеристик.
• Полиизобутилен (ПИБ)является одним из первых разработанных VII. В 1930-х годах исследователи из Standard Oil Company (ныне ExxonMobil) разработали процесс производства высокомолекулярного PIB, который имел лучшие свойства, улучшающие VI.
• Полиметакрилат (ПМА)Впервые был разработан в 1950-х годах как заменитель синтетического каучука. В 1970-х годах исследователи начали исследовать использование ПМА в качестве VII в смазочных материалах. Они обнаружили, что ПМА обладают превосходной стабильностью к сдвигу, хорошими низкотемпературными характеристиками и устойчивостью к окислению.
• Сополимер этилена и пропилена (EPC)илиОлефиновые сополимеры (OCP)Впервые были разработаны в 1960-х годах в качестве замены полиизобутилена (ПИБ), который в то время был доминирующим VII. OCP представляют собой сополимеры альфа-олефинов и других мономеров, таких как этилен и пропилен. В 1970-х и 1980-х годах ОСР стал широко использоваться в производстве моторных масел и других смазочных материалов. Они были особенно популярны в Северной Америке, где их использовали для улучшения характеристик при низких температурах.
• 70-е годы 20-го века: разработка компании Shell ChemicalСтирол-изопреновые полимеры, которые известны своей хорошей стабильностью к сдвигу и низкотемпературными характеристиками, что делает их широко используемыми в присадках для улучшения индекса вязкости автомобильных моторных масел.

 

Эти полимерные соединения называются загущающими добавками или улучшителями индекса вязкости.

 

например, добавление ПМА к минеральному маслу может эффективно повысить его вязкость, особенно при высоких температурах. Это соединение обычно называют присадкой, улучшающей вязкость, из-за его способности влиять на вязкостно-температурные характеристики масла. В частности, он повышает индекс вязкости масла, поэтому его также называют улучшителем индекса вязкости.

 

Доля рынка присадок, улучшающих индекс вязкости, растет благодаря быстрому развитию всесезонных смазочных материалов. Всесезонным моторным маслам требуется улучшенный индекс вязкости, чтобы сохранять свои характеристики в широком диапазоне температур. В результате присадки, улучшающие индекс вязкости, стали незаменимыми в смазочной промышленности. По статистике эти VII составляют около 22,5% от общего потребления смазочных присадок.

 

Почему улучшители индекса вязкости так важны? - Значение присадок, улучшающих индекс вязкости (VII), в смазочных материалах.

 

Улучшение вязкостно-температурных характеристик смазочных материалов

 

Одна из ключевых причин, почему улучшители индекса вязкости (VII) Присадки высоко ценятся тем, что они улучшают вязкостно-температурные характеристики смазочных материалов. Смазочные материалы с присадками VII, такие как моторные масла, трансмиссионные масла и гидравлические масла, проявляютхорошие низкотемпературные характеристики и высокотемпературная смазка, что необходимо для обеспечения бесперебойной работы и защиты техники. Кроме того, смазочные материалы с присадками VII могутсоответствовать требованиям нескольких классов вязкости, что делает их универсальными и пригодными для использования в различных условиях и условиях в течение всего года.

 

Уменьшите потребление энергии, минимизируйте износ и уменьшите трение в оборудовании.

 

Присадки, улучшающие индекс вязкости, играют решающую роль в снижении энергопотребления, минимизации износа и снижении трения в оборудовании. По сравнению с односортными смазочными материалами, всесезонные смазочные материалы, содержащие присадки, улучшающие индекс вязкости, потребляют меньше смазочного материала и мазута, что приводит к значительному снижению механического износа. Всесезонные смазочные материалы имеют более плавную вязкостно-температурную зависимость с меньшими колебаниями вязкости при изменении температуры, чем односортные смазочные материалы. Это обеспечивает достаточную смазку движущихся частей при высоких температурах, снижая износ. При низких температурах всесезонные смазочные материалы имеют более низкую вязкость, чем односортные масла, что облегчает запуск двигателя и экономит энергию. По сравнению с односезонными маслами того же уровня вязкости, например SAE 10W/30 по сравнению с SAE 30, всесезонные масла позволяют сэкономить до 2–3 % расхода топлива.

 

Упрощение смазочных материалов

 

Присадки, улучшающие индекс вязкости, играют решающую роль в упрощении производства смазочных материалов. Например, универсальные тракторные смазочные материалы могут служить одновременно моторным маслом, трансмиссионным маслом, трансмиссионной жидкостью и тормозным маслом благодаря использованию присадок, улучшающих индекс вязкости. Это упрощает инвентаризацию необходимых смазочных материалов, сокращая затраты, связанные с хранением и управлением несколькими смазочными материалами. Кроме того, использование универсальных смазочных материалов может привести к уменьшению путаницы и ошибок при выборе и применении смазочных материалов, что в конечном итоге способствует повышению производительности и надежности оборудования. Возможность упростить смазочные материалы за счет использования присадок, улучшающих индекс вязкости, сделала их ценным компонентом в индустрии смазочных материалов.

 

Увеличивает производство высоковязких смазочных масел.

 

Из-за ограниченной доступности ресурсов высоковязких базовых масел присадки, улучшающие индекс вязкости, стали важными ингредиентами смазочных масел. Путем добавления в низковязкие базовые масла присадки, улучшающей индекс вязкости, полученное масло может заменить высоковязкие базовые масла, что увеличивает производство высоковязких смазочных масел и позволяет более рационально использовать ресурсы.

В моторных маслах присадки, улучшающие индекс вязкости, играют решающую роль в создании всесезонных моторных масел, менее зависимых от температуры. Фактически, присадки, улучшающие индекс вязкости, являются жизненно важным компонентом моторных масел в соответствии со спецификацией моторного масла для легковых автомобилей ILSAC GF-5. Всесезонные моторные масла, содержащие присадки, улучшающие индекс вязкости, могут сохранять вязкость при высоких температурах и условиях высокого сдвига, а также обеспечивают возможность перекачивания смазочных масел при низких температурах.

 

В жидкостях для трансмиссии, таких как трансмиссионные масла и жидкости для автоматических трансмиссий, присадки, улучшающие индекс вязкости, служат для минимизации изменений вязкости в максимально широком диапазоне рабочих температур, сохраняя при этом хорошую устойчивость к сдвигу. Наиболее часто используемая присадка, улучшающая индекс вязкости, содержится в всесезонных моторных маслах, на которые приходится около 60% всех смазочных масел. Количество присадки, улучшающей индекс вязкости, используемой в моторных маслах, может достигать до 15% (массовая доля). Среди различных типов присадок присадки, улучшающие индекс вязкости, используются в наибольших количествах, на их долю приходится около 23% всех продаж присадок.

 

В настоящее время энергосберегающие смазочные масла с повышенной топливной экономичностью представляют собой всесезонные моторные масла, комбинированные из маловязких базовых масел с модификаторами трения, присадками, улучшающими индекс вязкости, и депрессорными присадками. Присадки, улучшающие индекс вязкости, могут снизить потери на трение в зонах смешанной и гидродинамической смазки, а модификаторы трения могут снизить потери на трение в граничных и смешанных зонах смазки. При правильной рецептуре присадки, улучшающие индекс вязкости, и модификаторы трения могут работать вместе, уменьшая трение и повышая энергоэффективность смазочных масел.

 

Эффективность присадки для улучшения индекса вязкости

 

1. Устойчивость к сдвигу

 

Стабильность сдвига — это способность полимера противостоять напряжению сдвига, что является решающим фактором присадок, улучшающих индекс вязкости. Когда присадка, улучшающая индекс вязкости, имеет плохую устойчивость к сдвигу, основная цепь полимера разрывается под действием напряжения сдвига, что приводит к падению вязкости. В результате смешанное смазочное масло не может сохранять исходную вязкость, что приводит к повышенному износу и расходу топлива. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, нажмитеУлучшитель стабильности сдвига и индекса вязкости в смазочных материалах.

 

2. Способность утолщать

 

Способность загущать — очень важная характеристика присадки, улучшающей индекс вязкости. Чем выше загущающая способность присадки, улучшающей индекс вязкости, тем меньше дозировка и тем ниже стоимость универсальной смазки.
Способность загущать полимер в основном зависит от относительной молекулярной массы присадки, улучшающей индекс вязкости, числа атомов углерода в основной цепи молекулы (-[-CH2-]-) и формы в базовом масле. .
Порядок загущающей способности имеющихся в продаже присадок для улучшения индекса вязкости следующий:

HSD ≈ OCP > PIB > PMA

 

3. Термическая/окислительная стабильность

 

Термическая/окислительная стабильность является еще одним важным показателем оценки VII. Присадки, улучшающие индекс вязкости, подвергаются высокотемпературному окислению и термоокислительному разложению при фактическом использовании, и разложение приведет к ряду проблем, таких как снижение вязкости, увеличение кислотного числа и увеличение нагара в кольцевых канавках. Высокомолекулярные полимеры обычно не подвергаются очевидному термоокислительному разложению при температуре ниже 60 градусов и начинают термоокислительное разложение при 100-200 степени. Термоокислительная стабильность полимера связана со строением VII.

 

Порядок окислительной устойчивости коммерчески доступного VII составляет:

PMA > PIB > OCP ≈ HSD

 

4. Низкотемпературная производительность

 

Низкотемпературная вязкость моторных масел является важнейшей реологической характеристикой. Чтобы автомобиль мог завестись в мороз, вязкость моторных масел в подшипниках должна быть ниже критического значения. Это значение определяется путем экспериментов по запуску двигателя при низких температурах и определяется в соответствии с SAE J300 для всех классов «W».

Улучшитель индекса вязкостиоказывает важное влияние на низкотемпературные характеристики всесезонных моторных масел, и существует два критических значения, указывающих на низкотемпературный индекс эффективности всесезонных моторных масел:низкотемпературный пуск и низкотемпературная прокачиваемость.

 

Возможность низкотемпературного запуска

Факторов, влияющих на низкотемпературный пуск, множество, одним из наиболее важных показателей является низкотемпературная вязкость, чем меньше низкотемпературная вязкость, тем легче заводится.
В целом,Симулятор холодного запуска (CCS)используется для измерения кажущейся вязкости всесезонного масла при низких температурах. Имитатор холодного запуска представляет собой реометр, работающий при высокой скорости сдвига при фиксированной температуре окружающей среды и имитирующий поток смазочного масла в подшипники двигателя при запуске. После запуска двигателя масло также должно иметь возможность свободно поступать в масляный насос и распределяться по различным масляным магистралям двигателя.
Низкотемпературные свойства разных VII VII сильно различаются, а PMA демонстрирует меньшую вязкость в широком диапазоне скоростей сдвига, поэтому PMA имеет лучшие характеристики CCS. Молекулярная цепь ПИБ относительно жесткая, поскольку она имеет много метильных боковых цепей, а ее вязкость быстро увеличивается при низких температурах, поэтому низкотемпературные характеристики ПИБ являются худшими.

Низкотемпературная прокачиваемость моторного масла

При запуске двигателя при низкой температуре давление масла в масляной системе должно нормализоваться за короткое время, чтобы обеспечить своевременную смазку всех частей двигателя, в противном случае это приведет к износу. Способность моторного масла перекачиваться в различные части двигателя называется перекачивающей способностью.

Прокачиваемость моторного масла зависит от кажущейся вязкости в условиях перекачки. Испытания показали, что низкотемпературная вязкость всесезонного масла не превышает 3Па·с, что позволяет обеспечить подачу перекачиваемого масла, и эта вязкость называется критической вязкостью перекачки. Температура, при которой достигается критическая вязкость накачки, называется критической температурой накачки и измеряется мини-роторным вискозиметром (MRV). MRV — это реометр с низкой скоростью сдвига, используемый для моделирования прокачиваемости всесезонного моторного масла автомобиля после двухдневного простоя на холостом ходу в холодную погоду.

SAE J300 также определяет верхние пределы вязкости MRV для всех моторных масел класса W. MRV может измерять как предел вязкости, так и предел сопротивления воздуха. Средняя температура накачки (BPT), прогнозируемая MRV, имеет хорошую корреляцию со средней предельной температурой накачки двигателя.

Вязкость по Брукфилду может определять предел вязкости потока. В следующей таблице перечислено влияние различных типов присадок, улучшающих индекс вязкости, на производительность низкотемпературной перекачки.

 

5. Высокая температура, высокая скорость сдвига (HTHS)

 

High-Temperature High Shear (HTHS) — это показатель стабильности вязкости моторного масла при высокой температуре и высоком сдвиге, который отражает способность моторного масла сохранять смазку в условиях высокой температуры и высокого сдвига.Мы можем просто понимать HTHS как прочность масляной пленки.

Вязкость имеет решающее значение для смазки. Высокотемпературная вязкость всесезонного моторного масла проверяется с помощью капиллярного вискозиметра с низкой скоростью сдвига для измерения кинематической вязкости при 100 градусах. Для неньютоновских жидкостей многоступенчатой ​​масляной системы вязкость, измеренная капилляром с низким сдвигом, не может отражать вязкость двигателя в рабочих условиях высокой температуры (150 градусов) и высокой скорости сдвига (106 с).^-1). 

Исследования показывают, что кажущаяся вязкость, измеренная при температуре 150 градусов и скорости сдвига 10⁶s^-1имеет хорошую корреляцию с износом подшипника двигателя. Когда в 1995 году был пересмотрен SAE J300, для каждого класса вязкости была добавлена ​​минимальная вязкость при высоких температурах и высоких скоростях сдвига (высокая температура, высокая скорость сдвига, HTHS). Высокая температура и высокая сдвиговая вязкость измеряются при очень высокой скорости сдвига (10⁶ s^-1) и температуре (150 градусов ), что соответствует среде потока работающих картерных подшипников в установившемся режиме.

 

Как правило, высококачественная присадка, улучшающая индекс вязкости, должна не только обладать сильнымиутолщающие способностиихорошая устойчивость к сдвигуно и требует хорошегоработоспособность при низких температурахивысокая термоокислительная стабильность.

Химическая структура присадок, улучшающих индекс вязкости, тесно связана с их эксплуатационными характеристиками. Высокополимеры на основе углеводородов, такие как OCP, обладают превосходным эффектом повышения вязкости, но их способность улучшать индекс вязкости (VI) не так хороша.

С другой стороны, полимеры, содержащие полярные группы, такие как PMA, не так эффективны, как OCP, для загущения смазочного материала, но они обладают превосходными возможностями улучшения индекса вязкости, а также могут снизить температуру застывания.

 

Типичные присадки, улучшающие индекс вязкости

 

 

Сравнение свойств нескольких широко используемых присадок, улучшающих индекс вязкости (VII)