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粘度指数改进剂特点及应用

粘度指数改进剂(Viscosity Index  Improver) 又叫增粘剂,通常用VII表示。其主要用于内燃机油、液压油、自动传动液和齿轮油中,在润滑油中加入量比较大的一类添加剂。常用的粘度指数改进剂(VII)包括聚甲基丙烯酸酯(PMA)、乙烯丙烯共聚物(OCP)、聚异丁烯(PIB)和氢化苯乙烯二烯烃共聚物(HSD)四大类。VII能稠化基础油、改善油品粘温性,要求VII对油的抗氧化安定性、清净性无有害影响、稠化油在机械剪切力下粘度损失小。好的VII对稠化力、剪切稳定性、低温性能和热氧化安定性是有很高要求的。

1、粘度指数改进剂应用概况

早在30年代就在液压油和大炮齿轮油中加聚异丁烯(PIB),40年代出现了聚甲基丙烯酸(PMA),60年代末到70年代初出现了乙丙共聚物(EPC)、烯烃共聚物(OCP)和氢化苯乙烯二烯烃共聚物(HSD),其中包括氢化苯乙烯丁二烯烃共聚物(SD)及氢化苯乙烯异戊二烯烃共聚物(HSP)等高分子化合物。80年代又出现了分散性高分子化合物。人们称这些高分子化合物为增粘剂。当前VII的发展趋势是在改善剪切安定性、热氧化安定性和低温性能的同时,兼具降凝和分散性能。

2、粘度指数改进剂作用机理

VII是一种油溶性高分子聚合物,在室温下呈橡胶或固体形态,其分子量从几万到几十万。当这种高分子聚合物溶解在润滑油中后形成线团结构,使油品的粘度远大于溶剂的粘度才能增稠。在低温下,高分子聚合物以线团状存在,对油品粘度影响不大;随着温度升高,其线团伸张,有效容积增大,使油品粘度显著增大。VII就是基于不同温度下具有不同形态,对粘度产生不同影响,以增加油品粘度和改进粘温性能。

3、粘度指数改进剂使用性能

VII的性能有增粘能力、剪切稳定性、低温性能和高温清净性、热氧化安定性等方面。

3.1 增粘性能与剪切稳定性

增稠能力主要取决于VII的分子量大小和分子上的主链碳数以及在基础油中的形态。分子量越大,稠化能力越强(η=Kma):η为特性粘度,K为系数因子;m为分子量;a为常数)。

VII的增稠能力决定多级发动机油中VII的加入量,VII增稠能力越大,加入量越小,多级油的成本也就越低,对多级发动机油的清净性影响小。

剪切稳定性是VII的一个重要的使用性能,它直接影响多级发动机油粘度的稳定性。聚合物在油品中的剪切稳定性,指的是聚合物分子链在机械作用下断开(降解)的难易程度,取决于聚合物结构及分子量大小(dp/dt=K(Pt-Pcri)2 :P为聚合度,-dp/d t为t时间的降解(聚合度变小)速率,Pt为t时间的聚合度,Pcri为能在溶液中自由运动而不会被机械力破坏的最大聚合度,称临界聚合度;K是与聚合物结构有关的降解速率常数。)同类型VII,分子量越大剪切稳定性就越差。与此相反,分子量越大稠化能力就越强。

改善剪切稳定性的方法有几种:一是降低VII的分子量以及使分子量分布变窄;二是通过改善聚合物结构稳定性,使聚合物在保持较高稠化能力的同时, 具有较好的剪切稳定性。

3.2 低温性能

VII对多级油低温性能的影响有低温启动性和低温泵送性两个指标表示。VII在改善油品高温粘度的同时,也会对油品的低温粘度产生一定的负面影响。低温启动性是指油品在低温下发动机能否正常发动,用低温启动粘度(CCS)来表示;低温泵送性是指在低温启动时,短时间内润滑油系统油压达到正常,以保证发动机的关键部位得到充分润滑,用微型旋转粘度计(MRV)来评定。在不同的温度环境下,VII对油品低温粘度的影响程度不同。

3.3 高温清净性

由于高分子聚合物在高温下易热氧化分解,因此加人VII对多级油的清净性有明显影响。VII分子量越小,对油品的高温清净性影响就越小。分散型粘度指数改进剂对油品高温清净性的影响小于非分散型粘度指数改进剂。

通常用成漆板试验模拟油品在高温下的成胶情况,试验中成漆板成胶的胶重表示油品的清净性,成胶量越小,油品的清净性越好。

3.4 热氧化安定性

主要指VII在经受热氧化分解后导致粘度下降、酸值增加、环槽积碳增多和粘环等系列问题。VII本身的热氧化安定性会影响稠化油的热氧化安定性,因此评价VII都将热氧化安定性作为一项重要指标。

4、常用的几种粘度指数改进剂性能比较及应用

现将常用几种VII增粘能力、剪切稳定性、低温性能、热氧化安定性进行对比见表1:

表1 常用的几种粘度指数改进剂性能比较

在实际生产中可根据需要合理选择VII种类,既可以达到提高油品质量又降低成本的目的。

结束语

粘度指数改进剂能稠化基础油、改变油品的粘温性,使?品具有良好的高温润滑性和低温流动性,同时要求粘度指数改进剂对油品的抗氧化安定性、清净性不产生明显的有害影响,还要求稠化油在机械剪切作用下粘度损失适度。在实际应用中,要将几种性能进行平衡,才能发挥好粘度指数改进剂作用。因此在润滑油的研制生产中,评价粘度指数

发布时间:2021-10-14
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