Ogólne wprowadzenie do polepszaczy wskaźnika lepkości smarów

Treść tego artykułu.

Nazwy dodatków regulujących lepkość – jak ludzie nazywają tę substancję chemiczną.

Główna historia polepszaczy lepkości

Dlaczego polepszacze wskaźnika lepkości są tak ważne? - Wartość polepszaczy wskaźnika lepkości (VII) w smarach.

Popraw wydajność smarów w zakresie lepkości i temperatury

Zmniejsz zużycie energii, zminimalizuj zużycie i zmniejsz tarcie w maszynach

Uprość produkty smarne

Zwiększa produkcję olejów smarowych o dużej lepkości

Działanie polepszacza wskaźnika lepkości

Stabilność ścinania

Zdolność zagęszczania

Stabilność termiczna/oksydacyjna

Wydajność w niskich temperaturach

Wysoka temperatura, duża szybkość ścinania (HTHS)

Typowe polepszacze wskaźnika lepkości

Porównanie właściwości kilku powszechnie stosowanych środków polepszających wskaźnik lepkości (VII)

 

 

Lepkość oleju smarowego maleje wraz ze wzrostem temperatury, aWskaźnik lepkości (VI)jest wskaźnikiem mierzącym stopień zmiany lepkości wraz z temperaturą. Im wyższy współczynnik VI oleju, tym mniejszy stopień zmiany lepkości wraz z temperaturą. Ogólnie rzecz biorąc, wskaźnik lepkości oleju mineralnego (baza parafinowa) wynosi zwykle 96-120, w celu przygotowania wielosezonowego oleju do silników spalinowych (silniki ICE lub IC) o doskonałej charakterystyce lepkościowo-temperaturowej i innych smarów przemysłowych o wysokim wskaźniku lepkości, konieczne jest dodać polepszacz wskaźnika lepkości (VII) lub użyć syntetycznego oleju bazowego.

Nazwy dodatków regulujących lepkość- Jak ludzie nazywają tę substancję chemiczną

 

Dodatki regulujące lepkość są również znane pod kilkoma innymi nazwami, w tym:

• Modyfikatory lepkości (VM)
• Polepszacze wskaźnika lepkości (VII)
• Polepszacze lepkości
• Środki zagęszczające
• Dodatki zagęszczające
• Stabilizatory lepkości
• Wzmacniacze lepkości

 

Terminy te są często używane zamiennie w odniesieniu do dodatków, które pomagają kontrolować lepkość smarów w różnych warunkach pracy.

 

Główna historia polepszaczy lepkości

 

• Wcześniej, w latach trzydziestych XX wieku, w oleju hydraulicznym i oleju przekładniowym armat stosowano związek wysokocząsteczkowy w celu poprawy właściwości lepkościowo-temperaturowych.
• Poliizobutylen (PIB)jest jednym z pierwszych opracowanych VII. W latach trzydziestych XX wieku badacze ze Standard Oil Company (obecnie ExxonMobil) opracowali proces produkcji PIB o dużej masie cząsteczkowej, który ma lepsze właściwości poprawiające VI.
• Polimetakrylan (PMA)został po raz pierwszy opracowany w latach pięćdziesiątych XX wieku jako substytut kauczuku syntetycznego. W latach 70. XX wieku badacze rozpoczęli badania nad zastosowaniem PMA jako związków VII w smarach. Odkryli, że PMA charakteryzują się doskonałą odpornością na ścinanie, dobrą wydajnością w niskich temperaturach i odpornością na utlenianie.
• Kopolimer etylenowo-propylenowy (EPC)LubKopolimery olefin (OCP)zostały po raz pierwszy opracowane w latach sześćdziesiątych XX wieku jako zamiennik poliizobutylenu (PIB), który był wówczas dominującym środkiem VII. OCP to kopolimery alfa-olefin i innych monomerów, takich jak etylen i propylen. W latach 70. i 80. OCP stało się powszechnie stosowane w produkcji olejów silnikowych i innych smarów. Były szczególnie popularne w Ameryce Północnej, gdzie używano ich do poprawy wydajności w niskich temperaturach.
• XX w. Lata 70.: Opracowano firmę Shell ChemicalPolimery styrenowo-izoprenowe, które są znane ze swojej dobrej odporności na ścinanie i działania w niskich temperaturach, co czyni je szeroko stosowanymi w polepszaczach wskaźnika lepkości olejów do silników samochodowych.

 

Te związki polimerowe nazywane są dodatkami zagęszczającymi lub polepszaczami wskaźnika lepkości.

 

np. dodatek PMA do oleju mineralnego może skutecznie zwiększyć jego lepkość, szczególnie w wysokich temperaturach. Związek ten jest powszechnie określany jako środek polepszający lepkość ze względu na jego zdolność do wpływania na lepkość i temperaturę oleju. W szczególności poprawia wskaźnik lepkości oleju, dlatego jest również znany jako polepszacz wskaźnika lepkości.

 

Udział w rynku polepszaczy wskaźnika lepkości rośnie ze względu na szybki rozwój smarów wielosezonowych. Wielosezonowe oleje silnikowe wymagają ulepszonego wskaźnika lepkości, aby zachować swoje właściwości w szerokim zakresie temperatur. W rezultacie polepszacze wskaźnika lepkości stały się niezbędne w branży smarowania. Według statystyk te VII stanowią około 22,5% całkowitego zużycia dodatków do smarów.

 

Dlaczego polepszacze wskaźnika lepkości są tak ważne? - Wartość polepszaczy wskaźnika lepkości (VII) w smarach.

 

Popraw wydajność smarów w zakresie lepkości i temperatury

 

Jednym z kluczowych powodów, dla których środki polepszające wskaźnik lepkości (VII) dodatki są wysoko cenione, ponieważ poprawiają parametry lepkości i temperatury smarów. Wykazują smary z dodatkami VII, takie jak oleje silnikowe, oleje przekładniowe i oleje hydraulicznedobre działanie w niskich temperaturach i smarowanie w wysokich temperaturach, co jest niezbędne dla zapewnienia sprawnego działania i ochrony maszyn. Dodatkowo smary z dodatkami VII mogąspełniają wymagania wielu klas lepkości, dzięki czemu są wszechstronne i nadają się do stosowania w różnych zastosowaniach i warunkach przez cały rok.

 

Zmniejsz zużycie energii, zminimalizuj zużycie i zmniejsz tarcie w maszynach

 

Polepszacze wskaźnika lepkości odgrywają kluczową rolę w zmniejszaniu zużycia energii, minimalizowaniu zużycia i obniżaniu tarcia w maszynach. W porównaniu do smarów jednosezonowych, smary wielosezonowe zawierające polepszacze wskaźnika lepkości zużywają mniej smaru i oleju opałowego, co skutkuje znacznie mniejszym zużyciem mechanicznym. Smary wielosezonowe charakteryzują się lepszą lepkością i temperaturą, przy mniejszych zmianach lepkości w zależności od zmian temperatury niż smary jednosezonowe. Zapewnia to odpowiednie smarowanie ruchomych części w wysokich temperaturach, zmniejszając zużycie. W niskich temperaturach smary wielosezonowe mają niższą lepkość niż oleje jednosezonowe, co ułatwia uruchomienie silnika i oszczędza energię. W porównaniu do olejów jednosezonowych o tym samym poziomie lepkości, np. SAE 10W/30 w porównaniu do SAE 30, oleje wielosezonowe mogą zaoszczędzić od 2% do 3% zużycia paliwa.

 

Uprość produkty smarne

 

Polepszacze wskaźnika lepkości odgrywają kluczową rolę w upraszczaniu produktów smarnych. Na przykład uniwersalne oleje do ciągników mogą służyć jednocześnie jako olej silnikowy, olej przekładniowy, płyn przekładniowy i olej hamulcowy dzięki zastosowaniu polepszaczy wskaźnika lepkości. Upraszcza to inwentaryzację potrzebnych produktów smarnych, redukując koszty związane z przechowywaniem wielu smarów i zarządzaniem nimi. Ponadto stosowanie uniwersalnych środków smarnych może prowadzić do mniejszej liczby nieporozumień i błędów w doborze i stosowaniu środków smarnych, ostatecznie przyczyniając się do poprawy wydajności i niezawodności sprzętu. Możliwość uproszczenia produktów smarnych poprzez zastosowanie polepszaczy wskaźnika lepkości uczyniła je cennym składnikiem w przemyśle smarów.

 

Zwiększa produkcję olejów smarowych o dużej lepkości

 

Ze względu na ograniczoną dostępność zasobów olejów bazowych o dużej lepkości, polepszacze wskaźnika lepkości stały się niezbędnymi składnikami olejów smarowych. Dodając polepszacze wskaźnika lepkości do olejów bazowych o niskiej lepkości, powstały olej może zastąpić oleje bazowe o wysokiej lepkości, co zwiększa produkcję olejów smarowych o wysokiej lepkości i powoduje bardziej racjonalne wykorzystanie zasobów.

W olejach silnikowych polepszacze wskaźnika lepkości odgrywają kluczową rolę w tworzeniu wielosezonowych olejów silnikowych, które są mniej zależne od temperatury. W rzeczywistości polepszacze wskaźnika lepkości są istotnym składnikiem olejów silnikowych zgodnie ze specyfikacją oleju silnikowego do samochodów osobowych ILSAC GF-5. Wielosezonowe oleje silnikowe zawierające polepszacze wskaźnika lepkości mogą utrzymać lepkość w wysokich temperaturach i warunkach wysokiego ścinania, zapewniając jednocześnie możliwość pompowania olejów smarowych w niskich temperaturach.

 

W płynach układu napędowego, takich jak oleje przekładniowe i płyny do automatycznych skrzyń biegów, polepszacze wskaźnika lepkości służą do minimalizowania zmian lepkości w możliwie najszerszym zakresie temperatur roboczych, przy jednoczesnym zachowaniu dobrej odporności na ścinanie. Najczęściej stosowanym polepszaczem wskaźnika lepkości są wielosezonowe oleje silnikowe, które stanowią około 60% wszystkich olejów smarowych. Ilość polepszacza wskaźnika lepkości stosowanego w olejach silnikowych może sięgać do 15% (ułamek masowy). Spośród różnego rodzaju dodatków w największej ilości stosuje się polepszacze wskaźnika lepkości, które stanowią około 23% całej sprzedaży dodatków.

 

Obecnie energooszczędne oleje smarowe charakteryzujące się lepszą oszczędnością paliwa to wielosezonowe oleje silnikowe będące połączeniem olejów bazowych o niskiej lepkości z modyfikatorami tarcia, polepszaczami wskaźnika lepkości i obniżającymi temperaturę płynięcia. Polepszacze wskaźnika lepkości mogą zmniejszać straty tarcia w strefach smarowania mieszanego i hydrodynamicznego, natomiast modyfikatory tarcia mogą zmniejszać straty tarcia w strefach smarowania granicznego i mieszanego. Przy odpowiedniej recepturze polepszacze wskaźnika lepkości i modyfikatory tarcia mogą współpracować, aby zmniejszyć tarcie i poprawić efektywność energetyczną olejów smarowych.

 

Działanie polepszacza wskaźnika lepkości

 

1. Stabilność na ścinanie

 

Odporność na ścinanie to zdolność polimeru do wytrzymywania naprężeń ścinających, co jest kluczowym parametrem polepszaczy wskaźnika lepkości. Gdy polepszacz wskaźnika lepkości ma słabą stabilność na ścinanie, główny łańcuch polimeru pęknie pod działaniem 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. Aby uzyskać więcej, kliknijPolepszacz stabilności ścinania i wskaźnika lepkości w smarze.

 

2. Zdolność zagęszczania

 

Zdolność zagęszczania jest bardzo ważną cechą polepszacza wskaźnika lepkości. Im większa zdolność zagęszczania polepszacza wskaźnika lepkości, tym mniejsza dawka i niższy koszt wielosezonowego smaru.
Zdolność zagęszczania polimeru zależy głównie od względnej masy cząsteczkowej polepszacza wskaźnika lepkości, liczby atomów węgla w głównym łańcuchu cząsteczki (-[-CH2-]-) oraz postaci oleju bazowego .
Kolejność zdolności zagęszczającej dostępnych w handlu polepszaczy wskaźnika lepkości jest następująca:

HSD ≈ OCP > PIB > PMA

 

3. Stabilność termiczna/oksydacyjna

 

Stabilność termiczna/oksydacyjna to kolejny ważny wskaźnik oceny VII. Polepszacze wskaźnika lepkości podlegają w rzeczywistym użyciu utlenianiu w wysokiej temperaturze i rozkładowi termooksydacyjnemu, a rozkład będzie prowadzić do szeregu problemów, takich jak spadek lepkości, wzrost liczby kwasowej i wzrost osadów węglowych w rowku pierścieniowym. Polimery wielkocząsteczkowe na ogół nie ulegają oczywistemu rozkładowi termooksydacyjnemu poniżej 60 stopni i zaczynają rozkład termooksydacyjny w 100-200 stopniu. Stabilność termooksydacyjna polimeru jest związana ze strukturą VII.

 

Kolejność stabilności utleniania dostępnego w handlu VII jest następująca:

PMA > PIB > OCP ≈ HSD

 

4. Wydajność w niskich temperaturach

 

Lepkość w niskich temperaturach olejów silnikowych jest kluczową cechą reologiczną. Aby umożliwić uruchomienie pojazdu w niskich temperaturach, lepkość olejów silnikowych w łożyskach musi być niższa od wartości krytycznej. Wartość tę określa się na podstawie eksperymentów dotyczących zdolności rozruchu silnika w niskiej temperaturze i definiuje się ją w ramach normy SAE J300 dla wszystkich klas „W”.

Polepszacz wskaźnika lepkościma istotny wpływ na zachowanie wielosezonowych olejów silnikowych w niskich temperaturach i istnieją dwie wartości krytyczne wskazujące wskaźnik działania wielosezonowych olejów silnikowych w niskich temperaturach:rozruch w niskiej temperaturze i pompowalność w niskiej temperaturze.

 

Możliwość rozruchu w niskiej temperaturze

Istnieje wiele czynników wpływających na zdolność rozruchu w niskiej temperaturze, jednym z najważniejszych wskaźników jest lepkość w niskiej temperaturze, im mniejsza lepkość w niskiej temperaturze, tym łatwiej jest uruchomić.
Ogólnie,Symulator zimnego rozruchu (CCS)służy do pomiaru lepkości pozornej olejów wielosezonowych w niskich temperaturach. Symulator zimnego rozruchu to reometr pracujący przy dużej szybkości ścinania w stałej temperaturze otoczenia w celu symulacji przepływu oleju smarowego do łożysk silnika podczas rozruchu. Po uruchomieniu silnika olej musi również mieć możliwość swobodnego przepływu do pompy olejowej i rozprowadzany do różnych przewodów olejowych silnika.
Właściwości niskotemperaturowe różnych VII są zupełnie różne, a PMA wykazuje niższą lepkość w szerokim zakresie szybkości ścinania, więc PMA ma najlepszą wydajność CCS. Łańcuch molekularny PIB jest stosunkowo sztywny, ponieważ ma wiele bocznych łańcuchów metylowych, a jego lepkość szybko wzrasta w niskich temperaturach, więc działanie PIB w niskich temperaturach jest najgorsze.

Zdolność pompowania oleju silnikowego w niskich temperaturach

Gdy silnik jest uruchamiany w niskiej temperaturze, ciśnienie oleju w układzie oleju smarowego musi zostać znormalizowane w krótkim czasie, aby zapewnić terminowe nasmarowanie wszystkich części silnika, w przeciwnym razie spowoduje to zużycie. Zdolność oleju silnikowego do pompowania do różnych części silnika nazywana jest wydajnością pompowania.

Pompowalność oleju silnikowego zależy od lepkości pozornej w warunkach pompowania. Badania wykazały, że lepkość pompowania w niskich temperaturach oleju wielosezonowego nie jest większa niż 3Pa·s, co może zapewnić dostawę oleju do pompowania, a lepkość ta nazywana jest krytyczną lepkością pompowania. Temperatura, w której osiągana jest krytyczna lepkość pompowania, nazywana jest krytyczną temperaturą pompowania i jest mierzona za pomocą miniwiskozymetru obrotowego (MRV). MRV to reometr o niskiej szybkości ścinania, używany do symulacji pompowalności wielosezonowego oleju silnikowego pojazdu po dwóch dniach pracy na biegu jałowym w niskich temperaturach.

SAE J300 określa również górne limity lepkości MRV dla wszystkich olejów silnikowych klasy „W”. MRV może mierzyć zarówno granicę przepływu lepkości, jak i granicę oporu powietrza. Średnia temperatura pompowania (BPT) przewidywana przez MRV ma dobrą korelację ze średnią temperaturą graniczną pompowania silnika.

Lepkość Brookefielda może określić granicę przepływu lepkości. W poniższej tabeli wymieniono wpływ różnych typów polepszaczy wskaźnika lepkości na wydajność pompowania w niskich temperaturach.

 

5. Wysoka temperatura, duża szybkość ścinania (HTHS)

 

Wysokotemperaturowe wysokie ścinanie (HTHS) to wskaźnik stabilności lepkości oleju silnikowego w wysokiej temperaturze i przy dużym ścinaniu, który odzwierciedla zdolność oleju silnikowego do utrzymywania smarowania w warunkach wysokiej temperatury i dużego ścinania.Możemy po prostu rozumieć HTHS jako wytrzymałość filmu olejowego.

Lepkość ma decydujące znaczenie dla smarowania. Lepkość wielosezonowego oleju silnikowego w wysokich temperaturach bada się za pomocą wiskozymetru kapilarnego o niskim współczynniku ścinania w celu pomiaru lepkości kinematycznej w temperaturze 100 stopni. W przypadku płynów nienewtonowskich wielostopniowego układu olejowego lepkość mierzona przez kapilarę o niskim ścinaniu nie może odzwierciedlać lepkości silnika w warunkach pracy wysokiej temperatury (150 stopni) i dużej szybkości ścinania (106 s^-1). 

Z badań wynika, że ​​lepkość pozorna mierzona w temperaturze 150 stopni i szybkości ścinania 10⁶s^-1wykazuje dobrą korelację ze zużyciem łożyska silnika. Po poprawieniu SAE J300 w 1995 r. i dodaniu minimalnej lepkości w wysokiej temperaturze i wysokim ścinaniu (wysoka temperatura, duża szybkość ścinania, HTHS) dla każdego stopnia lepkości. Wysoka temperatura i wysoka lepkość przy ścinaniu są mierzone przy bardzo dużej szybkości ścinania (10⁶ s^-1) i temperaturę (150 stopni), która jest podobna do środowiska przepływu pracujących łożysk skrzyni korbowej w stanie ustalonym.

 

Ogólnie rzecz biorąc, wysokiej jakości polepszacz wskaźnika lepkości musi nie tylko posiadać silne właściwościzdolności zagęszczaniaIdobra stabilność ścinaniaale wymaga też dobrawydajność w niskich temperaturachIwysoka stabilność termiczna na utlenianie.

Budowa chemiczna polepszaczy wskaźnika lepkości jest ściśle powiązana z ich działaniem. Wysokie polimery na bazie węglowodorów, takie jak OCP, mają doskonałe działanie zwiększające lepkość, ale ich zdolność do poprawiania wskaźnika lepkości (VI) nie jest tak dobra.

Z drugiej strony polimery zawierające grupy polarne, takie jak PMA, nie są tak skuteczne jak OCP w zagęszczaniu smaru, ale mają doskonałe możliwości ulepszania VI i mogą również obniżać temperaturę płynięcia.

 

Typowe polepszacze wskaźnika lepkości

 

 

Porównanie właściwości kilku powszechnie stosowanych środków polepszających wskaźnik lepkości (VII)