Polepszacz wskaźnika stabilności i lepkości ścinania w smarze.

Stabilność ścinaniato zdolność polimeru do przeciwstawiania się naprężeniom ścinającym, co jest kluczowym parametremPolepszacze wskaźnika lepkości. Gdy środek poprawiający wskaźnik lepkości ma słabą odporność na ścinanie, główny łańcuch polimeru pęka pod wpływem naprężenia ścinającego, co prowadzi do spadku lepkości. W rezultacie zmieszany olej smarowy nie może zachować swojej pierwotnej klasy lepkości, co powoduje zwiększone zużycie i zużycie paliwa.

Odporność na ścinanie jest związana ze stopniem polimeryzacji (względny ciężar cząsteczkowy), stopniem dyspersji (względny rozkład ciężaru cząsteczkowego) oraz hydrodynamiką polimeru w roztworze polepszaczy wskaźnika lepkości.

Im dłuższy łańcuch polimeru (im większa względna masa cząsteczkowa) i im większa dyspersja, tym łatwiej pęka, co skutkuje gorszą odpornością na ścinanie.

I odwrotnie, im mniejsza względna masa cząsteczkowa polimeru, tym lepsza odporność na ścinanie, ale szybkość obróbki będzie większa, co jest szkodliwe dla czystości. Dlatego konieczne jest jedynie osiągnięcie wymaganej stabilności na ścinanie, a nie ślepe dążenie do jak najmniejszej stabilności na ścinanie.

 

Jak wyrazić stabilność ścinania?

 

Mineralny olej bazowy jest płynem newtonowskim, którego lepkość nie ma nic wspólnego z szybkością ścinania. Olej smarowy (olej wielosezonowy) z dodatkiem polepszacza wskaźnika lepkości zmienia właściwości płynięcia oleju bazowego i staje się płynem nienewtonowskim. Lepkość zmienia się wraz ze wzrostem lub spadkiem szybkości ścinania.

Pod działaniem naprężeń ścinających lepkość oleju wielosezonowego zmniejszy się, co wyraża się szybkością spadku lepkości lub szybkością utraty lepkości (Wskaźnik stabilności ścinania, SSI).

Gdy polimer zostanie poddany działaniu dużej szybkości ścinania, nastąpi przejściowa utrata lepkości. W tym czasie szybkość ścinania wynosi zwykle około 10⁴s^-1, a jego cząsteczki będą płynąć wzdłuż kierunku osiowego i staną się uporządkowane. Kształt polimeru zmienia się z linii sferycznej. Aglomeraty zmieniają się w wydłużone struktury, które zajmują mniejszą objętość hydrodynamiczną, co powoduje spadek lepkości. Ta utrata lepkości jest odwracalna i można ją odzyskać, gdy zniknie naprężenie ścinające, więc ta utrata lepkości jest tymczasowa, wyrażona przezTymczasowy wskaźnik stabilności na ścinanie (TSI).

W miarę dalszego zwiększania szybkości ścinania coraz więcej cząsteczek ulega deformacji, co powoduje większą utratę lepkości, aż do osiągnięcia maksymalnego stopnia odkształcenia. Gdy szybkość ścinania osiągnie wartość powyżej 10⁶s^-1Oprócz tymczasowej utraty lepkości występuje również nieodwracalna utrata lepkości spowodowana rozerwaniem łańcucha polimeru, co nazywa się trwałą utratą lepkości. Trwały wskaźnik stabilności na ścinanie (Wskaźnik trwałej stabilności ścinania, PSSI) reprezentuje. Rozerwanie łańcucha polimeru zwykle zachodzi w środku łańcucha, gdzie wiązanie węgiel-węgiel jest rozdzielane, tworząc dwie mniejsze cząsteczki.

Im większa masa cząsteczkowa polimeru, tym łatwiej ulega on deformacji i degradacji mechanicznej. Jednak gdy względna masa cząsteczkowa polimeru jest wystarczająco mała, nie nastąpi nawet trwała utrata lepkości, a zwykle nie jest łatwo spowodować dalszą degradację, więc proces degradacji jest samoograniczający.

Szybkość ścinania każdej części silnika jest inna, a tymczasowa utrata lepkości jest również inna. Przekładnia, łożysko, tłok i ściana cylindra są największe, a tymczasowa utrata lepkości jest również duża, więc łatwo jest spowodować zużycie i ścieranie tych części

 

Szybkość ścinania w oleju do silników benzynowych

Szybkość ścinania		Części silnika	Wpływ
A	103/s~104/s	Tylny pierścień tłokowy, trzpień zaworu, wlot pompy	Zużycie paliwa, płynność w niskich temperaturach
B	105/s~106/s	Łożyska poprzeczne, tłoki, ścianki cylindrów	Zużycie łożysk, zatarcie, gorące rozruchy
C	106/s-1~108/s	Koła zębate, krzywki, popychacze	nosić

 

Utratę lepkości mierzy się za pomocą lepkości kinematycznej (KV) przed i po ścinaniu. Trwała stabilność na ścinanie jest częściej definiowana przez wskaźnik trwałej stabilności na ścinanie (PSSI) lub po prostu SSI, zgodnie z ASTM D6022 w następujący sposób:

 

PSSI=SSI=（V₀-V_S）/(V₀-V_b)*100

 

V_o= lepkość nieścinanego oleju

V_s= lepkość ścinanego oleju

V_b= lepkość płynu bazowego (bez polimeru)

 

Istnieją trzy powszechnie stosowane metody pomiaru stabilności na ścinanie.

 

● Metoda dyszy diesla

● Metoda ultradźwiękowa

● metoda L-38 (stopień ścinania jest mierzony po 10 godzinach pracy silnika L-38)

 

Surowość tych trzech metod jest bardzo różna. Specyfikacje oleju do silników spalinowych w Stanach Zjednoczonych, Europie i Chinach wykorzystują odpowiednio metodę L-38, metodę dyszy diesla i metodę ultradźwiękową. Wszystkie trzy metody wymagają, aby lepkość po ścinaniu nadal mieściła się w zakresie lepkości określonym dla tego gatunku oleju.

 

Porównanie SSI zkopolimer etylenowo-propylenowy (OCP) VIIw ramach różnych metod badawczych.

 

PRZEDMIOT	procent SSI
	Wtryskiwacz oleju napędowego	Sonic Shear	Test silnika L-38
Kopolimery etylenowo-propylenowe są powszechnie stosowane w Stanach Zjednoczonych i Chinach	48.5	38	20~22
Powszechnie stosowane kopolimery etylenowo-propylenowe zgodne ze specyfikacjami europejskimi	28.3	21.7	12

 

Powyższa tabela pokazuje, że wartość SSI kopolimerów etylenu i propylenu powszechnie stosowanych w Stanach Zjednoczonych i Chinach wynosi około 50 procent dla wtryskiwacza oleju napędowego, około 40 procent dla Sonic Shear i około 20 procent dla silnika L-38 Test.

Wartość SSI kopolimerów etylenu i propylenu powszechnie stosowanych zgodnie ze specyfikacjami europejskimi wynosi około 30 procent metodą wtrysku oleju napędowego, około 22 procent metodą Sonic Shear i około 12 procent metodą L-38 Engine Test.

Należy pamiętać, że wartość SSI zależy od konkretnego urządzenia ścinającego używanego do pomiaru stabilności na ścinanie.

 

Wymagania dotyczące odporności na ścinanie różnych olejów smarowych:

 

Olej do silników benzynowych<  Diesel Engine Oil  <   Automatic Transmission Fluid (ATF)  <   Hydraulic Oil  <   Gear Oil.

 

Różne produkty olejów smarowych mają odpowiednie metody badania stabilności ścinania, aby spełnić ich wymagania.Metody testoweCzy:

Smar do skrzyni korbowej: metoda Sonic Shear (zarówno 5 min, jak i 10 min), 3200 km (2000 mil) Road Shear test, metoda L-38, metoda wtrysku oleju napędowego, test Peugeot 204.

Olej do automatycznej skrzyni biegów i olej hydrauliczny: Dexron ATF, HETC T-13, 10,{2}} cykli, test pompy wspomagania układu kierowniczego Chryslera, 4 godz. × 93,3 stopnia (warunki testu obejmują 4137 kPa × 1700 obr./min i 2758 kPa × 1800 obr./min. /min).

Olej przekładniowy: ALI Test punktowy o zmiennej sile - Określenie stabilności na ścinanie (test punktowy AL I o zmiennej sile - Test oznaczający stabilność na ścinanie) 93,3 stopnia × 120 godz.

 

SSI określone różnymi metodami testu ścinania

Rodzaje smarów	Olej do skrzyni korbowej			ATF	Olej hydrauliczny	Olej przekładniowy
Metoda badania	Sonic Shear①	L-38,10h	Wtryskiwacz oleju napędowego②	Dexron ATF③10000 cykli	Test pompy④	ALIVSST⑤
Akryloid 702⑥	30	20	45	49	52	89
Akryloid 955⑦	23	12	36	43	45	--
Akryloid 1017⑧	0	0	0.5	0	1	15~20

 

① ASTM D-2603, min. 5 min.

② DIN-51382: Wtryskiwacz oleju napędowego: 10W-30/10W-40.

③ Dexron ATF, HETC T-13, 10000 cykli.

④ Test pompy wspomagania układu kierowniczego Chryslera, 4h×93. 3 stopnie, obciążenie 2758 kPa, 1800 obr./min.

⑤ Test oceny zmiennej nasilenia ALI — określenie stabilności przy ścinaniu, 93,3 stopnie × 120h.

⑥ Acryloid 702: PMA z efektem obniżania temperatury krzepnięcia, odpowiedni do oleju do silników benzynowych.

⑦ Acryloid 955: MA o działaniu obniżającym temperaturę krzepnięcia i dyspergującym, odpowiedni do olejów do silników benzynowych i Diesla

⑧ Akryloid 1017: PMA, odpowiedni do płynu do automatycznych skrzyń biegów, oleju hydraulicznego i wielosezonowego oleju przekładniowego.

 

Metoda badania stabilności na ścinanie KRLzostała uznana w przemyśle smarowym jako dokładna metoda testu ścinania do przewidywania utraty lepkości oleju smarowego w rzeczywistych warunkach pracy i stała się ważnym narzędziem oceny w rozwoju nowoczesnych produktów olejowych smarowych.