Algemene inleiding tot viscositeitsindexverbeteraars voor smeermiddelen

Inhoud van dit artikel.

Namen van viscositeitscontroleadditieven - hoe mensen deze chemische stof noemen.

Belangrijkste geschiedenis van viscositeitsverbeteraars

Waarom zijn viscositeitsindexverbeteraars zo belangrijk? - De waarde van viscositeitsindexverbeteraars (VII's) in smeermiddelen.

Verbeter de viscositeit-temperatuurprestaties van smeermiddelen

Verminder het energieverbruik, minimaliseer slijtage en verminder de wrijving in machines

Vereenvoudig smeermiddelproducten

Verhoogt de productie van hoogviskeuze smeeroliën

Prestaties van viscositeitsindexverbeteraar

Afschuifstabiliteit

Verdikkingsvermogen

Thermische/oxidatieve stabiliteit

Prestaties bij lage temperaturen

Hoge temperatuur, hoge afschuifsnelheid (HTHS)

Typische viscositeitsindexverbeteraars

Vergelijking van eigenschappen van verschillende veelgebruikte viscositeitsindexverbeteraars (VII)

 

 

De viscositeit van smeerolie neemt af naarmate de temperatuur stijgt, en deViscositeitsindex (VI)is een indicator om de mate van viscositeitsverandering met de temperatuur te meten. Hoe hoger de VI van de olie, hoe kleiner de mate van viscositeitsverandering met de temperatuur. Over het algemeen is de viscositeitsindex van minerale olie (op paraffinebasis) meestal 96-120, om multigrade verbrandingsmotorolie (ICE- of IC-motor) te bereiden met uitstekende viscositeit – temperatuurkenmerken en andere industriële smeermiddelen met een hoge viscositeitsindex is het noodzakelijk om Viscositeitsindexverbeteraar (VII) toe te voegen of synthetische basisolie te gebruiken.

Namen van viscositeitscontroleadditieven- Hoe mensen deze chemische stof noemen

 

Viscositeitscontroleadditieven zijn ook bekend onder verschillende andere namen, waaronder:

• Viscositeitsmodificatoren (VM)
• Viscositeitsindexverbeteraars (VII)
• Viscositeitsverbeteraars
• Verdikkingsmiddelen
• Verdikkingsadditieven
• Viscositeitsstabilisatoren
• Viscositeitsversterkers

 

Deze termen worden vaak door elkaar gebruikt om te verwijzen naar additieven die helpen de viscositeit van smeermiddelen onder verschillende bedrijfsomstandigheden te beheersen.

 

Belangrijkste geschiedenis van viscositeitsverbeteraars

 

• Eerder in de jaren dertig werd High Molecular Compound gebruikt voor hydraulische olie en kanontandwielolie om de viscositeit-temperatuurprestaties te verbeteren.
• Polyisobutyleen (PIB)is een van de eerste VII's die werd ontwikkeld. In de jaren dertig ontwikkelden onderzoekers van Standard Oil Company (nu ExxonMobil) een proces om PIB met een hoog molecuulgewicht te produceren, dat betere VI-verbeterende eigenschappen had.
• Polymethacrylaat, (PMA)werd voor het eerst ontwikkeld in de jaren vijftig als vervanging voor synthetisch rubber. In de jaren zeventig begonnen onderzoekers het gebruik van PMA's als VII's in smeermiddelen te onderzoeken. Ze ontdekten dat PMA's uitstekende afschuifstabiliteit, goede prestaties bij lage temperaturen en weerstand tegen oxidatie hadden.
• Ethyleenpropyleencopolymeer (EPC)ofOlefinecopolymeren (OCP)werden voor het eerst ontwikkeld in de jaren zestig als vervanging voor polyisobutyleen (PIB), destijds de dominante VII. OCP's zijn copolymeren van alfa-olefinen en andere monomeren, zoals ethyleen en propyleen. In de jaren zeventig en tachtig werd OCP op grote schaal gebruikt bij de productie van motoroliën en andere smeermiddelen. Ze waren vooral populair in Noord-Amerika, waar ze werden gebruikt om de prestaties bij lage temperaturen te verbeteren.
• 20e eeuw, jaren '70: Shell Chemical ontwikkeldStyreen-isopreen polymeren, die bekend staan ​​om hun goede afschuifstabiliteit en prestaties bij lage temperaturen, waardoor ze veel worden gebruikt in viscositeitsindexverbeteraars voor automotoroliën.

 

Deze polymeerverbindingen worden verdikkingsadditieven of viscositeitsindexverbeteraars genoemd.

 

De toevoeging van PMA aan minerale olie kan bijvoorbeeld de viscositeit ervan effectief verhogen, vooral bij hoge temperaturen. Deze verbinding wordt gewoonlijk een viscositeitsverbeteraar genoemd vanwege zijn vermogen om de viscositeit-temperatuurprestaties van de olie te beïnvloeden. Concreet verbetert het de viscositeitsindex van de olie, daarom wordt het ook wel een viscositeitsindexverbeteraar genoemd.

 

Het marktaandeel van Viscositeitsindexverbeteraars stijgt door de snelle ontwikkeling van multigrade smeermiddelen. Multigrade motoroliën vereisen een verbeterde viscositeitsindex om hun prestaties over een breed temperatuurbereik te behouden. Als gevolg hiervan zijn viscositeitsindexverbeteraars essentieel geworden in de smeermiddelindustrie. Volgens statistieken vertegenwoordigen deze VII ongeveer 22,5% van het totale verbruik aan smeermiddeladditieven.

 

Waarom zijn viscositeitsindexverbeteraars zo belangrijk? - De waarde van viscositeitsindexverbeteraars (VII's) in smeermiddelen.

 

Verbeter de viscositeit-temperatuurprestaties van smeermiddelen

 

Een van de belangrijkste redenen waarom viscositeitsindexverbeteraars (VII) additieven worden zeer gewaardeerd omdat ze de viscositeit-temperatuurprestaties van smeermiddelen verbeteren. Smeermiddelen met VII-additieven, zoals motoroliën, transmissieoliën en hydraulische oliën, vertonengoede prestaties bij lage temperaturen en smering bij hoge temperaturen, wat essentieel is voor een soepele werking en bescherming van machines. Bovendien kunnen smeermiddelen met VII-additieven dat welvoldoen aan de eisen van meerdere viscositeitsklassen, waardoor ze veelzijdig en geschikt zijn voor gebruik in verschillende toepassingen en omstandigheden gedurende het hele jaar.

 

Verminder het energieverbruik, minimaliseer slijtage en verminder de wrijving in machines

 

Viscositeitsindexverbeteraars spelen een cruciale rol bij het verminderen van het energieverbruik, het minimaliseren van slijtage en het verminderen van wrijving in machines. Vergeleken met single-grade smeermiddelen verbruiken multi-grade smeermiddelen geformuleerd met viscositeitsindexverbeteraars minder smeermiddel en stookolie, wat resulteert in aanzienlijk verminderde mechanische slijtage. Multigrade-smeermiddelen hebben soepelere viscositeit-temperatuurprestaties, met kleinere viscositeitsvariaties bij temperatuurveranderingen dan single-grade-smeermiddelen. Dit zorgt voor een adequate smering van bewegende delen bij hoge temperaturen, waardoor slijtage wordt verminderd. Bij lage temperaturen hebben multigrade-smeermiddelen een lagere viscositeit dan single-grade-oliën, waardoor het gemakkelijker wordt om de motor te starten en energie te besparen. In vergelijking met singlegrade-oliën met hetzelfde viscositeitsniveau, zoals SAE 10W/30 versus SAE 30, kunnen multigrade-oliën tot 2% tot 3% besparen op het brandstofverbruik.

 

Vereenvoudig smeermiddelproducten

 

Viscositeitsindexverbeteraars spelen een cruciale rol bij het vereenvoudigen van smeermiddelproducten. Universele tractorsmeermiddelen kunnen bijvoorbeeld in één keer dienen als motorolie, versnellingsbakolie, transmissievloeistof en remolie, dankzij het gebruik van viscositeitsindexverbeteraars. Dit vereenvoudigt de inventarisatie van de benodigde smeermiddelen, waardoor de kosten die gepaard gaan met het opslaan en beheren van meerdere smeermiddelen worden verlaagd. Bovendien kan het gebruik van universele smeermiddelen leiden tot minder verwarring en fouten bij de selectie en toepassing van smeermiddelen, wat uiteindelijk kan bijdragen aan verbeterde prestaties en betrouwbaarheid van de apparatuur. Het vermogen om smeermiddelproducten te vereenvoudigen door het gebruik van viscositeitsindexverbeteraars heeft ze tot een waardevol onderdeel in de smeermiddelenindustrie gemaakt.

 

Verhoogt de productie van hoogviskeuze smeeroliën

 

Vanwege de beperkte beschikbaarheid van basisoliebronnen met een hoge viscositeit zijn viscositeitsindexverbeteraars essentiële ingrediënten in smeeroliën geworden. Door viscositeitsindexverbeteraars toe te voegen aan laagviskeuze basisoliën, kan de resulterende olie hoogviskeuze basisoliën vervangen, waardoor de productie van hoogviskeuze smeeroliën toeneemt en er rationeler gebruik wordt gemaakt van hulpbronnen.

In motoroliën zijn viscositeitsindexverbeteraars van cruciaal belang bij het creëren van multigrade motoroliën die minder afhankelijk zijn van de temperatuur. In feite zijn viscositeitsindexverbeteraars een essentieel onderdeel van motoroliën volgens de ILSAC GF-5 motoroliespecificatie voor personenauto's. Multigrade motoroliën geformuleerd met viscositeitsindexverbeteraars kunnen de viscositeit behouden bij hoge temperaturen en omstandigheden met hoge afschuiving, terwijl ze er ook voor zorgen dat smeeroliën bij lage temperaturen kunnen worden verpompt.

 

In aandrijflijnvloeistoffen zoals versnellingsbakolie en automatische transmissievloeistoffen dienen viscositeitsindexverbeteraars om veranderingen in de viscositeit over een zo breed mogelijk bedrijfstemperatuurbereik te minimaliseren, terwijl een goede afschuifstabiliteit behouden blijft. De meest gebruikte viscositeitsindexverbeteraar zit in multigrade motoroliën, die ongeveer 60% van alle smeeroliën uitmaken. De hoeveelheid viscositeitsindexverbeteraar die in motoroliën wordt gebruikt, kan oplopen tot 15% (massafractie). Van de verschillende soorten additieven worden de viscositeitsindexverbeteraars in de grootste hoeveelheden gebruikt; zij vertegenwoordigen ongeveer 23% van alle verkopen van additieven.

 

Momenteel zijn energiebesparende smeeroliën met een lager brandstofverbruik multigrade motoroliën, gecombineerd met laagviskeuze basisoliën met wrijvingsmodificatoren, viscositeitsindexverbeteraars en vloeipuntverlagers. Viscositeitsindexverbeteraars kunnen wrijvingsverlies in gemengde en hydrodynamische smeerzones verminderen, terwijl wrijvingsmodificatoren wrijvingsverlies in de grens- en gemengde smeerzones kunnen verminderen. Met de juiste formulering kunnen viscositeitsindexverbeteraars en wrijvingsmodificatoren samenwerken om wrijving te verminderen en de energie-efficiëntie van smeeroliën te verbeteren.

 

Prestaties van viscositeitsindexverbeteraar

 

1. Afschuifstabiliteit

 

Afschuifstabiliteit is het vermogen van een polymeer om weerstand te bieden aan schuifspanning, wat een cruciale prestatie is van viscositeitsindexverbeteraars. Wanneer een viscositeitsindexverbeteraar een slechte afschuifstabiliteit heeft, zal de hoofdketen van het polymeer breken onder invloed van schuifspanning, wat leidt tot een daling van de viscositeit. Als gevolg hiervan kan de gemengde smeerolie zijn oorspronkelijke viscositeitsgraad niet behouden, wat leidt tot verhoogde slijtage en brandstofverbruik. Klik voor meer informatieAfschuifstabiliteit en viscositeitsindexverbeteraar in smeermiddel.

 

2. Verdikkingsvermogen

 

Het verdikkingsvermogen is een zeer belangrijke prestatie van de viscositeitsindexverbeteraar. Hoe groter het verdikkingsvermogen van de viscositeitsindexverbeteraar, hoe kleiner de dosering en hoe lager de kosten van het multigrade smeermiddel.
Het verdikkingsvermogen van het polymeer hangt voornamelijk af van de relatieve molecuulmassa van de viscositeitsindexverbeteraar, het koolstofgetal van de hoofdketen op het molecuul (-[-CH2-]-) en de vorm in de basisolie. .
De volgorde van het verdikkingsvermogen van in de handel verkrijgbare viscositeitsindexverbeteraars is als volgt:

HSD ≈ OCP > PIB > PMA

 

3. Thermische/oxidatieve stabiliteit

 

Thermische/oxidatieve stabiliteit is een andere belangrijke evaluatie-index van VII's. Viscositeitsindexverbeteraars zijn bij feitelijk gebruik onderhevig aan oxidatie bij hoge temperatuur en thermo-oxidatieve ontleding, en de ontleding zal leiden tot een reeks problemen zoals afname van de viscositeit, toename van de zuurwaarde en toename van koolstofafzetting in de ringgroef. Hoogmoleculaire polymeren ondergaan over het algemeen geen duidelijke thermo-oxidatieve ontleding onder de 60 graden, en beginnen thermo-oxidatief te ontleden bij 100-200 graden. De thermo-oxidatieve stabiliteit van het polymeer houdt verband met de structuur van VII.

 

De volgorde van oxidatiestabiliteit van in de handel verkrijgbare VII is:

PMA > PIB > OCP ≈ HSD

 

4. Prestaties bij lage temperaturen

 

De viscositeit van motoroliën bij lage temperaturen is een cruciaal reologisch kenmerk. Om het voertuig bij koud weer te kunnen starten, moet de viscositeit van de motoroliën in de lagers onder een kritische waarde liggen. Deze waarde wordt bepaald door experimenten met het startvermogen van motoren bij lage temperatuur en wordt gedefinieerd binnen SAE J300 voor alle "W"-klassen.

De viscositeitsindexverbeteraarheeft een belangrijke invloed op de prestaties bij lage temperaturen van multigrade motoroliën, en er zijn twee kritische waarden die de prestatie-index bij lage temperaturen van multigrade motoroliën aangeven:opstarten bij lage temperaturen en verpompbaarheid bij lage temperaturen.

 

Startmogelijkheid bij lage temperatuur

Er zijn veel factoren die het startvermogen bij lage temperaturen beïnvloeden. Een van de belangrijkste indicatoren is de viscositeit bij lage temperaturen. Hoe kleiner de viscositeit bij lage temperaturen, hoe gemakkelijker het is om te starten.
Over het algemeen,Koudstartsimulator (CCS)wordt gebruikt om de schijnbare viscositeit van multigrade olie bij lage temperaturen te meten. Een koudestartsimulator is een reometer die met een hoge afschuifsnelheid en een vaste omgevingstemperatuur werkt om de stroming van smeerolie in de motorlagers bij het starten te simuleren. Nadat de motor is gestart, moet de olie ook vrij in de oliepomp kunnen stromen en over de verschillende olieleidingen van de motor kunnen worden verdeeld.
De eigenschappen bij lage temperaturen van verschillende VII's zijn behoorlijk verschillend, en PMA vertoont een lagere viscositeit bij een breed scala aan afschuifsnelheden, dus PMA heeft de beste CCS-prestaties. De moleculaire keten van PIB is relatief stijf omdat deze veel methylzijketens heeft, en de viscositeit ervan neemt snel toe bij lage temperaturen, dus de prestaties van PIB bij lage temperaturen zijn het slechtst.

Pompvermogen van motorolie bij lage temperaturen

Wanneer de motor bij een lage temperatuur wordt gestart, moet de oliedruk van het smeeroliesysteem in korte tijd worden genormaliseerd om ervoor te zorgen dat alle onderdelen van de motor op tijd worden gesmeerd, anders ontstaat er slijtage. Het vermogen van motorolie om naar verschillende delen van de motor te worden gepompt, wordt pompcapaciteit genoemd.

De verpompbaarheid van motorolie hangt af van de schijnbare viscositeit onder de pompomstandigheden. Tests hebben aangetoond dat de pompviscositeit van multigrade olie bij lage temperaturen niet hoger is dan 3Pa·s, wat de toevoer van pompolie kan garanderen. Deze viscositeit wordt kritische pompviscositeit genoemd. De temperatuur waarbij de kritische pompviscositeit wordt bereikt, wordt de kritische pomptemperatuur genoemd, die wordt gemeten met een Mini-Rotary Viscometer (MRV). De MRV is een reometer met lage afschuifsnelheid die wordt gebruikt om de verpompbaarheid van de multigrade motorolie van een voertuig te simuleren na twee dagen stationair draaien bij koud weer.

SAE J300 specificeert ook de bovenste MRV-viscositeitslimieten voor alle motoroliën van "W"-klasse. MRV kan zowel de stroomlimiet van de viscositeit als de limiet van de luchtweerstand meten. De gemiddelde pomptemperatuur (BPT) voorspeld door MRV heeft een goede correlatie met de gemiddelde limietpomptemperatuur van de motor.

De Brookefield-viscositeit kan de viscositeitsstroomlimiet bepalen, en de volgende tabel geeft een overzicht van de effecten van verschillende soorten viscositeitsindexverbeteraars op de pompprestaties bij lage temperaturen.

 

5. Hoge temperatuur, hoge afschuifsnelheid (HTHS)

 

High-Temperature High Shear (HTHS) is een indicator voor de viscositeitsstabiliteit van motorolie bij hoge temperaturen en hoge afschuiving, wat het vermogen van motorolie weerspiegelt om de smering te behouden onder omstandigheden van hoge temperatuur en hoge afschuiving.We kunnen HTHS eenvoudigweg begrijpen als de oliefilmsterkte.

Viscositeit heeft een beslissende betekenis voor de smering. De viscositeit bij hoge temperaturen van multigrade motorolie wordt getest met een capillaire viscosimeter met lage afschuifsnelheid om de kinematische viscositeit bij 100 graden te meten. Voor niet-Newtoniaanse vloeistoffen van een meertrapsoliesysteem kan de viscositeit gemeten door het capillair met lage afschuiving niet de viscositeit van de motor weerspiegelen onder de werkomstandigheden van hoge temperaturen (150 graden) en hoge afschuifsnelheid (106s).^-1). 

Uit het onderzoek blijkt dat de schijnbare viscositeit gemeten bij een temperatuur van 150 graden en een afschuifsnelheid van 10⁶s^-1heeft een goede correlatie met de slijtage van het motorlager. Toen SAE J300 in 1995 werd herzien, werd de minimale viscositeit bij hoge temperatuur en hoge afschuiving (hoge temperatuur, hoge afschuifsnelheid, HTHS) voor elke viscositeitsklasse toegevoegd. Hoge temperatuur en hoge afschuifviscositeit worden gemeten bij een zeer hoge afschuifsnelheid (10⁶ s^-1) en temperatuur (150 graden), wat vergelijkbaar is met de stromingsomgeving van werkende carterlagers in een stabiele toestand.

 

Over het algemeen moet een hoogwaardige viscositeitsindexverbeteraar niet alleen sterk zijnverdikkende vermogensEngoede afschuifstabiliteitmaar vereist ook goedprestaties bij lage temperaturenEnhoge thermische oxidatiestabiliteit.

De chemische structuur van viscositeitsindexverbeteraars hangt nauw samen met hun prestaties. Op koolwaterstoffen gebaseerde hoge polymeren zoals OCP hebben uitstekende viscositeitsverhogende effecten, maar hun vermogen om de viscositeitsindex (VI) te verbeteren is niet zo goed.

Aan de andere kant zijn polymeren die polaire groepen zoals PMA bevatten niet zo effectief als OCP om het smeermiddel te verdikken, maar ze hebben uitstekende VI-verbeteringsmogelijkheden en ze kunnen ook het vloeipunt verlagen.

 

Typische viscositeitsindexverbeteraars

 

 

Vergelijking van eigenschappen van verschillende veelgebruikte viscositeitsindexverbeteraars (VII)