Generel introduktion til viskositetsindeksforbedrende midler til smøremiddel

Indholdet af denne artikel.

Navne på viskositetskontroltilsætningsstoffer - hvordan folk kalder dette kemikalie.

Chief History of Viskositetsforbedrer

Hvorfor viskositetsindeksforbedrer er så vigtige? - Værdien af ​​viskositetsindeksforbedrende midler (VII'er) i smøremidler.

Forbedre smøremidlernes viskositet-temperatur-ydelse

Reducer energiforbruget, minimer slid og reducer friktionen i maskiner

Forenkle smøremiddelprodukter

Øger produktionen af ​​højviskositetssmøreolier

Ydeevne af viskositetsindeksforbedrer

Forskydningsstabilitet

Fortykkelsesevne

Termisk/oxidativ stabilitet

Lav temperatur ydeevne

Høj temperatur, høj forskydningshastighed (HTHS)

Typiske viskositetsindeksforbedrer

Sammenligning af egenskaber for flere almindeligt anvendte viskositetsindeksforbedrer (VII)

 

 

Smøreoliens viskositet falder med stigningen i temperaturen, og denViskositetsindeks (VI)er en indikator til at måle graden af ​​viskositetsændring med temperaturen. Jo højere VI af olien er, jo mindre er graden af ​​viskositetsændring med temperaturen. Generelt er viskositetsindekset for mineralolie (paraffinbase) sædvanligvis 96-120, for at forberede multigrade intern forbrændingsmotor (ICE- eller IC-motor) olie med fremragende viskositet – temperaturegenskaber og andre industrielle smøremidler med højt viskositetsindeks, er det nødvendigt for at tilføje Viscosity Index Imrover (VII) eller bruge syntetisk baseolie.

Navne på viskositetskontroladditiver- Hvordan folk kalder dette kemikalie

 

Viskositetskontroltilsætningsstoffer er også kendt under flere andre navne, herunder:

• Viskositetsmodificerende midler (VM)
• Viskositetsindeksforbedrer (VII)
• Viskositetsforbedrer
• Fortykningsmidler
• Fortykkende tilsætningsstoffer
• Viskositetsstabilisatorer
• Viskositetsforstærkere

 

Disse termer bruges ofte i flæng for at henvise til additiver, der hjælper med at kontrollere smøremidlers viskositet under forskellige driftsforhold.

 

Chief History of Viskositetsforbedrer

 

• Tidligere i 1930'erne blev High Molecular Compound brugt til hydraulikolie og kanongearolie for at forbedre viskositet-temperaturydelsen.
• Polyisobutylen (PIB)er en af ​​de første VII'er, der blev udviklet. I 1930'erne udviklede forskere ved Standard Oil Company (nu ExxonMobil) en proces til fremstilling af højmolekylær PIB, som havde bedre VI-forbedrende egenskaber.
• Polymethacrylat, (PMA)blev først udviklet i 1950'erne som en erstatning for syntetisk gummi. I 1970'erne begyndte forskere at undersøge brugen af ​​PMA'er som VII'er i smøremidler. De fandt ud af, at PMA'er havde fremragende forskydningsstabilitet, god ydeevne ved lav temperatur og modstandsdygtighed over for oxidation.
• Ethylen Propylen Copolymer (EPC)ellerOlefin copolymerer (OCP)blev først udviklet i 1960'erne som en erstatning for polyisobutylen (PIB), som var den dominerende VII på det tidspunkt. OCP'er er copolymerer af alfa-olefiner og andre monomerer, såsom ethylen og propylen. I 1970'erne og 1980'erne blev OCP meget brugt i produktionen af ​​motorolier og andre smøremidler. De var særligt populære i Nordamerika, hvor de blev brugt til at forbedre ydeevnen ved lav temperatur.
• 20. århundrede 70'erne: Shell Chemical udvikletStyren-isopren polymerer, som er kendt for deres gode forskydningsstabilitet og ydeevne ved lav temperatur, hvilket gør dem meget brugte i viskositetsindeksforbedrende midler til motorolier til biler.

 

Disse polymerforbindelser kaldes Thickening Additives eller Viscosity Index Improvers.

 

f.eks. kan tilsætning af PMA til mineralolie effektivt forbedre dens viskositet, især ved høje temperaturer. Denne forbindelse omtales almindeligvis som en viskositetsforbedrer på grund af dens evne til at påvirke oliens viskositet-temperaturydelse. Specifikt forbedrer det oliens viskositetsindeks, hvorfor det også er kendt som en viskositetsindeksforbedrer.

 

Markedsandelen for Viscosity Index Improvers er stigende på grund af den hurtige udvikling af multi-grade smøremidler. Multi-grade motorolier kræver et forbedret viskositetsindeks for at opretholde deres ydeevne over en lang række temperaturer. Som et resultat er viskositetsindeksforbedrende midler blevet essentielle i smøreindustrien. Ifølge statistikker udgør disse VII omkring 22,5 % af det samlede forbrug af smøremiddeladditiver.

 

Hvorfor viskositetsindeksforbedrer er så vigtige? - Værdien af ​​viskositetsindeksforbedrende midler (VII'er) i smøremidler.

 

Forbedre smøremidlernes viskositet-temperatur-ydelse

 

En af de vigtigste grunde til, at Viscosity Index Improvers (VII) additiver er højt værdsat, er, at de forbedrer smøremidlernes viskositet-temperatur ydeevne. Smøremidler med VII-additiver, såsom motorolier, gearolier og hydraulikolier, udvisergod lav temperatur ydeevne og høj temperatur smøring, hvilket er essentielt for at sikre problemfri drift og beskyttelse af maskineri. Derudover kan smøremidler med VII-additiveropfylde kravene til flere viskositetsgrader, hvilket gør dem alsidige og velegnede til brug i forskellige applikationer og forhold i løbet af året.

 

Reducer energiforbruget, minimer slid og reducer friktionen i maskiner

 

Viskositetsindeksforbedrende midler spiller en afgørende rolle i at reducere energiforbruget, minimere slid og sænke friktionen i maskineri. Sammenlignet med single-grade smøremidler, bruger multi-grade smøremidler formuleret med viskositetsindeksforbedrende midler mindre smøremiddel og brændselsolie, hvilket resulterer i betydeligt reduceret mekanisk slid. Multi-grade smøremidler har en jævnere viskositet-temperatur ydeevne, med mindre viskositetsvariationer over temperaturændringer end enkelt-grade smøremidler. Dette sikrer tilstrækkelig smøring af bevægelige dele ved høje temperaturer, hvilket reducerer slitage. Ved lave temperaturer har multi-grade smøremidler en lavere viskositet end single-grade olier, hvilket gør det lettere at starte motoren og sparer energi. Sammenlignet med single-grade olier med samme viskositetsniveau, såsom SAE 10W/30 versus SAE 30, kan multi-grade olier spare op til 2% til 3% på brændstofforbruget.

 

Forenkle smøremiddelprodukter

 

Viskositetsindeksforbedrer spiller en afgørende rolle i at forenkle smøreprodukter. For eksempel kan universelle traktorsmøremidler fungere som motorolie, gearolie, transmissionsvæske og bremseolie på én gang takket være brugen af ​​viskositetsindeksforbedrer. Dette forenkler lagerbeholdningen af ​​de nødvendige smøremidler, hvilket reducerer omkostningerne forbundet med opbevaring og håndtering af flere smøremidler. Derudover kan brugen af ​​universelle smøremidler føre til mindre forvirring og fejl i smøremiddelvalg og påføring, hvilket i sidste ende bidrager til forbedret udstyrs ydeevne og pålidelighed. Evnen til at forenkle smøremiddelprodukter gennem brug af viskositetsindeksforbedrende midler har gjort dem til en værdifuld komponent i smøremiddelindustrien.

 

Øger produktionen af ​​højviskositetssmøreolier

 

På grund af den begrænsede tilgængelighed af højviskositetsbaseolieressourcer er viskositetsindeksforbedrende midler blevet essentielle ingredienser i smøreolier. Ved at tilføje viskositetsindeksforbedrende midler til lavviskositetsbaseolier kan den resulterende olie erstatte højviskositetsbasisolier, hvilket øger produktionen af ​​højviskositetssmøreolier og gør en mere rationel udnyttelse af ressourcerne.

I motorolier er viskositetsindeksforbedrende midler afgørende for at skabe multi-grade motorolier, der er mindre afhængige af temperaturen. Faktisk er viskositetsindeksforbedrende midler en vital komponent i motorolier i henhold til ILSAC GF-5-specifikationen for motorolie til personbiler. Multi-grade motorolier formuleret med viskositetsindeksforbedrende midler kan opretholde viskositeten ved høje temperaturer og høje forskydningsforhold, samtidig med at de sikrer, at smøreolier kan pumpes ved lave temperaturer.

 

I drivlinjevæsker som gearolier og automatiske gearolier tjener viskositetsindeksforbedrende midler til at minimere ændringer i viskositet over det bredest mulige driftstemperaturområde og samtidig opretholde god forskydningsstabilitet. Den mest almindeligt anvendte viskositetsindeksforbedrer er i multi-grade motorolier, som udgør cirka 60 % af alle smøreolier. Mængden af ​​viskositetsindeksforbedrende middel i motorolier kan nå op til 15 % (massefraktion). Blandt forskellige typer af additiver anvendes viskositetsindeksforbedrende midler i de største mængder, der tegner sig for omkring 23% af alt additivsalg.

 

I øjeblikket er energibesparende smøreolier med bedre brændstoføkonomi multi-grade motorolier kombineret fra lavviskositetsbasisolier med friktionsmodifikatorer, viskositetsindeksforbedrende midler og flydepunktsnedsættende midler. Viskositetsindeksforbedrende midler kan reducere friktionstab i blandede og hydrodynamiske smørezoner, mens friktionsmodifikatorer kan reducere friktionstab i grænse- og blandede smørezoner. Med den rigtige formulering kan viskositetsindeksforbedrende midler og friktionsmodificerende midler arbejde sammen for at reducere friktionen og forbedre energieffektiviteten af ​​smøreolier.

 

Ydeevne af viskositetsindeksforbedrer

 

1. Forskydningsstabilitet

 

Forskydningsstabilitet er en polymers evne til at modstå forskydningsspænding, hvilket er en afgørende ydeevne for viskositetsindeksforbedrende midler. Når et viskositetsindeksforbedrende middel har dårlig forskydningsstabilitet, vil polymerens hovedkæde bryde under påvirkning af forskydningsspænding, hvilket fører til et fald i viskositeten. Som følge heraf kan den blandede smøreolie ikke opretholde sin oprindelige viskositetsgrad, hvilket medfører øget slid og brændstofforbrug. For mere, klik venligstForskydningsstabilitet og viskositetsindeksforbedrer i smøremiddel.

 

2. Fortykkelsesevne

 

Fortykkelsesevne er en meget vigtig ydeevne af viskositetsindeksforbedrer. Jo større viskositetsindeksforbedringsmidlets fortykningsevne er, jo mindre er doseringen, og jo lavere er prisen på multigrade-smøremidlet.
Polymerens fortykkelsesevne afhænger hovedsageligt af viskositetsindeksforbedringsmidlets relative molekylmasse, carbontallet for hovedkæden på molekylet (-[-CH2-]-) og formen i basisolien .
Rækkefølgen af ​​fortykningsevne af kommercielt tilgængelige viskositetsindeksforbedrende midler er som følger:

HSD ≈ OCP > PIB > PMA

 

3. Termisk/oxidativ stabilitet

 

Termisk/oxidativ stabilitet er et andet vigtigt evalueringsindeks for VII'er. Viskositetsindeksforbedrende midler er udsat for højtemperaturoxidation og termooxidativ nedbrydning i faktisk brug, og nedbrydningen vil føre til en række problemer såsom viskositetsfald, stigning i syreværdien og stigning i ringrillekulstofaflejringer. Højmolekylære polymerer gennemgår generelt ikke tydelig termooxidativ nedbrydning under 60 grader og begynder at nedbrydes termooxidativt ved 100-200 grader. Den termooxidative stabilitet af polymeren er relateret til strukturen af ​​VII.

 

Rækkefølgen af ​​oxidationsstabilitet af kommercielt tilgængelig VII er:

PMA > PIB > OCP ≈ HSD

 

4. Lav temperatur ydeevne

 

Motoroliers lavtemperaturviskositet er en afgørende reologisk egenskab. For at sætte køretøjet i stand til at starte i koldt vejr, skal viskositeten af ​​motorolierne i lejerne være under en kritisk værdi. Denne værdi bestemmes gennem lavtemperaturmotorstartevneeksperimenter og er defineret i SAE J300 for alle "W" kvaliteter.

Viskositetsindeksforbedrerhar en vigtig indflydelse på lavtemperatur-ydelsen af ​​multi-grade motorolier, og der er to kritiske værdier, der angiver lavtemperatur-ydelsesindekset for multi-grade motorolier:lav temperatur opstart og lav temperatur pumpbarhed.

 

Lav temperatur startevne

Der er mange faktorer, der påvirker lavtemperaturens startevne, en af ​​de vigtigste indikatorer er lavtemperaturviskositeten, jo mindre lavtemperaturviskositeten er, jo lettere er det at starte.
Generelt,Cold Cranking Simulator (CCS)bruges til at måle den tilsyneladende viskositet af multi-grade olie ved lave temperaturer. En koldstartsimulator er et rheometer, der betjenes ved en høj forskydningshastighed ved en fast omgivelsestemperatur for at simulere strømmen af ​​smøreolie ind i motorlejerne ved opstart. Efter at motoren er startet, skal olien også kunne løbe frit ind i oliepumpen og fordeles til motorens forskellige olieledninger.
Lavtemperaturegenskaberne for forskellige VII'er er ret forskellige, og PMA viser lavere viskositet i en lang række forskydningshastigheder, så PMA har den bedste CCS-ydeevne. Den molekylære kæde af PIB er relativt stiv, fordi den har mange methylsidekæder, og dens viskositet stiger hurtigt ved lave temperaturer, så lavtemperaturydelsen af ​​PIB er den værste.

Motorolies pumpeevne ved lav temperatur

Når motoren startes ved lav temperatur, skal smøreoliesystemets olietryk normaliseres på kort tid for at sikre, at alle dele af motoren bliver smurt i tide, ellers vil det forårsage slitage. Motorolies evne til at blive pumpet til forskellige dele af motoren kaldes pumpekapacitet.

Motoroliens pumpbarhed afhænger af den tilsyneladende viskositet under pumpeforholdene. Tests har vist, at lavtemperaturpumpeviskositeten af ​​multigrade olie ikke er højere end 3Pa·s, hvilket kan sikre pumpeolieforsyningen, og denne viskositet kaldes Critical Pumping Viscosity. Den temperatur, hvor den kritiske pumpeviskositet nås, kaldes den kritiske pumpetemperatur, som måles med et Mini-Rotary Viscometer (MRV). MRV er et reometer med lav forskydningshastighed, der bruges til at simulere pumpbarheden af ​​et køretøjs multigrade motorolie efter tomgang i to dage i koldt vejr.

SAE J300 specificerer også øvre MRV-viskositetsgrænser for alle motorolier af "W"-kvalitet. MRV kan måle både flowgrænsen for viskositet og grænsen for luftmodstand. Den gennemsnitlige pumpetemperatur (BPT) forudsagt af MRV har en god korrelation med den gennemsnitlige grænsepumpetemperatur for motoren.

Brookefield-viskositet kan bestemme viskositetsflowgrænsen, og den følgende tabel viser virkningerne af forskellige typer viskositetsindeksforbedrende midler på lavtemperaturpumpeydelse.

 

5. Høj temperatur, høj forskydningshastighed (HTHS)

 

High-Temperature High Shear (HTHS) er en indikator for viskositetsstabiliteten af ​​motorolie under høj temperatur og høj forskydning, hvilket afspejler motoroliens evne til at opretholde smøring under høje temperaturer og høje forskydningsforhold.Vi kan simpelthen forstå HTHS som oliefilmstyrken.

Viskositet har en afgørende betydning for smøring. Højtemperaturviskositeten af ​​multi-grade motorolie testes af et kapillarviskosimeter med lav forskydningshastighed for at måle den kinematiske viskositet ved 100 grader. For ikke-newtonske væsker i et flertrins oliesystem kan viskositeten målt af kapillarrøret med lav forskydning ikke afspejle motorens viskositet under arbejdsbetingelser med høj temperatur (150 grader) og høj forskydningshastighed (106s)^-1). 

Forskningen viser, at den tilsyneladende viskositet målt ved en temperatur på 150 grader og forskydningshastigheden på 10⁶s^-1har en god sammenhæng med sliddet på motorlejet. Da SAE J300 blev revideret i 1995, blev den mindste høje temperatur og høj forskydningsviskositet (Høj temperatur, høj forskydningshastighed, HTHS) tilføjet for hver viskositetsklasse. Høj temperatur og høj forskydningsviskositet måles ved en meget høj forskydningshastighed (10⁶ s^-1) og temperatur (150 grader ), som svarer til strømningsmiljøet for drift af krumtaphuslejer i en stabil tilstand.

 

Generelt skal en viskositetsindeksforbedrer af høj kvalitet ikke kun have stærkfortykningsevneroggod forskydningsstabilitetmen kræver også godtydeevne ved lave temperatureroghøj termisk oxidationsstabilitet.

Den kemiske struktur af viskositetsindeksforbedrende midler er tæt forbundet med deres ydeevne. Kulbrintebaserede højpolymerer såsom OCP har fremragende viskositetsforøgende effekter, men deres evne til at forbedre viskositetsindekset (VI) er ikke så god.

På den anden side er polymerer, der indeholder polære grupper, såsom PMA, ikke så effektive som OCP til at fortykke smøremidlet, men de har fremragende VI-forbedringsevner, og de kan også reducere flydepunktet.

 

Typiske viskositetsindeksforbedrer

 

 

Sammenligning af egenskaber for flere almindeligt anvendte viskositetsindeksforbedrer (VII)