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黏度指數(shù)改進(jìn)劑對潤滑油性能的影響
時間 : 2022-10-09 作者 :
摘要：為了提高潤滑油的黏度指數(shù)和黏溫特性，改善潤滑油的低溫起動性能和高溫黏度保持性能，通常在潤滑油中添加黏度指數(shù)改進(jìn)劑（簡稱黏指劑）以獲得高低溫性能優(yōu)良、適用溫度和地區(qū)范圍更廣的多級潤滑油。
目前市場主流的黏度指數(shù)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。
氫化苯乙烯雙烯共聚物（HSD）黏度指數(shù)改進(jìn)劑具有特殊的星狀結(jié)構(gòu)或嵌段結(jié)構(gòu)，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(shù)改進(jìn)劑的低溫性能也很突出，特別適用于調(diào)配高端多級汽油機(jī)油，也可用于調(diào)配多級柴油機(jī)油。
黏度指數(shù)改進(jìn)劑是一種油溶性的鏈狀高分子聚合物，其作用機(jī)理是在低溫時黏度指數(shù)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(nèi)摩擦影響減小，相應(yīng)地對潤滑油的稠化能力也降低；在高溫時黏度指數(shù)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(nèi)摩擦影響顯著增加，相應(yīng)地對潤滑油的稠化能力也提高，因此黏度指數(shù)改進(jìn)劑能大幅提升潤滑油的黏度指數(shù)，即添加了黏度指數(shù)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。
一、主要類型
二、性能要求
衡量黏度指數(shù)改進(jìn)劑性能的指標(biāo)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方面。這四個方面的指標(biāo)越好，黏度指數(shù)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(shù)改進(jìn)劑尚待開發(fā)，相對來說HSD型黏度指數(shù)改進(jìn)劑的性能比較全面和均衡。
2.1 稠化能力
黏度指數(shù)改進(jìn)劑的稠化能力（以D值表示）是黏度指數(shù)改進(jìn)劑對油品黏度的貢獻(xiàn)值，D值越大，黏度指數(shù)改進(jìn)劑的稠化能力越強(qiáng)。在150SN基礎(chǔ)油中加入1.0%的黏度指數(shù)改進(jìn)劑，溶解后測定100℃運動黏度，減去基礎(chǔ)油的100℃運動黏度得到的增加值即為黏度指數(shù)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(shù)改進(jìn)劑的稠化能力，見式（1）：ηsp=（η-η0）/η0 （1）
式（1）中，η0為基礎(chǔ)油的黏度，η為含有黏度指數(shù)改進(jìn)劑的基礎(chǔ)油的黏度。ηsp越大，表示黏度指數(shù)改進(jìn)劑的稠化能力越強(qiáng)。ηsp與溫度、黏度指數(shù)改進(jìn)劑的含量及基礎(chǔ)油黏度都有關(guān)系，并不是黏度指數(shù)改進(jìn)劑固有的常數(shù)，因此在比較不同黏度指數(shù)改進(jìn)劑的ηsp時必須采用相同的基準(zhǔn)。
2.2 低溫性能
黏度指數(shù)改進(jìn)劑對潤滑油低溫性能的影響主要通過低溫動力黏度（CCS）和低溫泵送黏度（MRV）來表征。CCS主要反映潤滑油的低溫起動性能，CCS 數(shù)值越小，潤滑油在低溫下越容易啟動；MRV主要反映潤滑油的低溫泵送性能，MRV數(shù)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(shù)改進(jìn)劑對潤滑油的CCS和MRV的負(fù)面影響較小。
2.3 剪切安定性
黏度指數(shù)改進(jìn)劑作為一種高分子聚合物，在受到剪切力作用時分子鏈會發(fā)生斷裂，導(dǎo)致其稠化能力下降。添加了剪切安定性差的黏度指數(shù)改進(jìn)劑的多級潤滑油在使用過程中，因受到油泵、活塞等機(jī)械部件的剪切作用，黏度會明顯下降，造成異常磨損，機(jī)油消耗和燃油稀釋也會加劇。
剪切安定性是衡量黏度指數(shù)改進(jìn)劑性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)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(shù)改進(jìn)劑的剪切安定性進(jìn)行評定評價，以剪切安定性指數(shù)（SSI）來表征黏度指數(shù)改進(jìn)劑的剪切安定性的優(yōu)劣，SSI數(shù)值越小，黏度指數(shù)改進(jìn)劑的剪切安定性越好，見式（2）：SSI=（V1-V2）/（V1-V0） （2）
式（2）中，V1為剪切前100℃運動黏度，V2為剪切后100℃運動黏度，V0為基礎(chǔ)油100℃運動黏度。
2.4 熱氧化安定性
黏度指數(shù)改進(jìn)劑屬于高分子聚合物，一般會在100℃左右開始發(fā)生熱氧化降解，降解產(chǎn)生大量的低分子化合物，同時部分低分子化合物也會發(fā)生縮聚反應(yīng)，產(chǎn)生分子質(zhì)量更高的高分子化合物。黏度指數(shù)改進(jìn)劑熱氧化降解產(chǎn)生的自由基也會加速基礎(chǔ)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(shù)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(zhuǎn)氧彈法和L-38單缸法等。
三、不同黏度指數(shù)改進(jìn)劑的性能及應(yīng)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(shù)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表1。
從表1的比較中可以看到，聚異丁烯（PIB）黏度指數(shù)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(diào)配跨度較大和黏度級別較低的多級內(nèi)燃機(jī)油，一般用于調(diào)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(diào)配二沖程發(fā)動機(jī)油。
聚甲基丙烯酸酯（PMA）黏度指數(shù)改進(jìn)劑的低溫性能和熱氧化安定性優(yōu)異，剪切安定性也不錯（尤其是新型梳狀PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑的SSI能達(dá)到5%以內(nèi)的優(yōu)秀水平），但是其稠化能力較差，達(dá)到相同的黏度級別需要添加的量更多，導(dǎo)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(shù)改進(jìn)劑的成本較高，因此其多用于調(diào)配高檔潤滑油，如低黏度級別的多級汽油機(jī)油，自動變速箱油，超低溫液壓油等，不適合單獨用于調(diào)配對清凈性要求很高的多級柴油機(jī)油。
乙烯丙烯共聚物（OCP）黏度指數(shù)改進(jìn)劑具有良好的綜合性能，且其原料豐富易得、生產(chǎn)工藝簡單，因此價格也有很大的優(yōu)勢。良好的綜合性能和突出的性價比使乙烯丙烯共聚物（OCP）黏度指數(shù)改進(jìn)劑成為目前使用最多的黏度指數(shù)改進(jìn)劑，其銷售量占所有黏度指數(shù)改進(jìn)劑的60%以上。乙烯丙烯共聚物（OCP）黏度指數(shù)改進(jìn)劑主要用于多級發(fā)動機(jī)油，特別適用于調(diào)配柴油機(jī)油。但因其低溫性能一般，在調(diào)配低黏度級別的多級油時需與酯型降凝劑復(fù)配使用。
四、結(jié)束語
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(shù)改進(jìn)劑各具獨特的性能特征，相應(yīng)地適用于不同的多級潤滑油。隨著發(fā)動機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，環(huán)保排放及燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)的日益嚴(yán)苛，與之配套的多級發(fā)動機(jī)油不斷升級換代，對多級發(fā)動機(jī)油添加劑的性能也提出了更高的要求。黏度指數(shù)改進(jìn)劑作為一種非常重要的添加劑，正朝著開發(fā)綜合性能優(yōu)異的新型黏度指數(shù)改進(jìn)劑和在現(xiàn)有黏度指數(shù)改進(jìn)劑基礎(chǔ)上應(yīng)用分子設(shè)計技術(shù)定向合成多功能黏度指數(shù)改進(jìn)劑的方向發(fā)展。
