Introducció general als milloradors de l'índex de viscositat per a lubricants

Contingut d'aquest article.

Noms dels additius de control de viscositat: com la gent anomena aquest producte químic.

Història principal del millorador de la viscositat

Per què són tan importants els milloradors de l'índex de viscositat? - El valor dels milloradors de l'índex de viscositat (VII) en lubricants.

Millorar el rendiment viscositat-temperatura dels lubricants

Redueix el consum d'energia, minimitza el desgast i redueix la fricció de la maquinària

Simplificar els productes lubricants

Augmenta la producció d'olis lubricants d'alta viscositat

Rendiment del millorador de l'índex de viscositat

Estabilitat de cisalla

Capacitat d'engrossiment

Estabilitat tèrmica/oxidativa

Rendiment a baixa temperatura

Alta temperatura, alta velocitat de cisalla (HTHS)

Milloradors típics de l'índex de viscositat

Comparació de propietats de diversos milloradors de l'índex de viscositat utilitzats habitualment (VII)

 

 

La viscositat de l'oli lubricant disminueix amb l'augment de la temperatura, i laÍndex de viscositat (VI)és un indicador per mesurar el grau de canvi de viscositat amb la temperatura. Com més alt sigui el VI de l'oli, menor serà el grau de canvi de viscositat amb la temperatura. En general, l'índex de viscositat de l'oli mineral (base de parafina) sol ser 96-120, per preparar oli de motor de combustió interna multigrau (motor ICE o IC) amb excel·lents característiques de viscositat - temperatura i altres lubricants industrials d'índex de viscositat elevat, és necessari per afegir un millorador de l'índex de viscositat (VII) o utilitzar oli base sintètic.

Noms dels additius de control de viscositat- Com la gent diu aquesta substància química

 

Els additius de control de viscositat també es coneixen amb altres noms, com ara:

• Modificadors de viscositat (VM)
• Millora de l'índex de viscositat (VII)
• Millora de la viscositat
• Agents espessidors
• Additius espessidors
• Estabilitzadors de viscositat
• Potenciadors de la viscositat

 

Aquests termes s'utilitzen sovint de manera intercanviable per referir-se a additius que ajuden a controlar la viscositat dels lubricants en diferents condicions de funcionament.

 

Història principal del millorador de la viscositat

 

• A principis de la dècada de 1930, el compost d'alta molecular es va utilitzar per a l'oli hidràulic i l'oli d'engranatges de canó per millorar el rendiment de la viscositat i la temperatura.
• Poliisobutilè (PIB)és un dels primers VII que es van desenvolupar. A la dècada de 1930, els investigadors de la Standard Oil Company (ara ExxonMobil) van desenvolupar un procés per produir PIB d'alt pes molecular, que tenia millors propietats de millora del VI.
• Polimetacrilat (PMA)es va desenvolupar per primera vegada a la dècada de 1950 com a substitut del cautxú sintètic. A la dècada de 1970, els investigadors van començar a investigar l'ús de PMA com a VII en lubricants. Van trobar que els PMA tenien una excel·lent estabilitat a la cisalla, un bon rendiment a baixa temperatura i una resistència a l'oxidació.
• Copolímer d'etilè propilè (EPC)oCopolímers d'olefina (OCP)es van desenvolupar per primera vegada a la dècada de 1960 com a substitut del poliisobutilè (PIB), que era el VII dominant en aquell moment. Els OCP són copolímers d'alfa-olefines i altres monòmers, com l'etilè i el propilè. A les dècades de 1970 i 1980, l'OCP es va fer servir àmpliament en la producció d'olis de motor i altres lubricants. Van ser especialment populars a Amèrica del Nord, on es van utilitzar per millorar el rendiment a baixa temperatura.
• Segle XX Anys 70: Shell Chemical desenvolupatPolímers d'estirè-isoprè, que són coneguts per la seva bona estabilitat al cisallament i el seu rendiment a baixa temperatura, el que els fa àmpliament utilitzats en milloradors d'índex de viscositat per a olis de motor d'automòbil.

 

Aquests compostos polimèrics s'anomenen additius espessidors o milloradors de l'índex de viscositat.

 

Per exemple, l'addició de PMA a l'oli mineral pot millorar eficaçment la seva viscositat, especialment a altes temperatures. Aquest compost es coneix comunament com un millorador de la viscositat a causa de la seva capacitat per influir en el rendiment de la viscositat i la temperatura de l'oli. Concretament, millora l'índex de viscositat de l'oli, per això també es coneix com a millorador de l'índex de viscositat.

 

La quota de mercat dels milloradors de l'índex de viscositat està augmentant a causa del ràpid desenvolupament de lubricants multigraus. Els olis de motor multigraus requereixen un índex de viscositat millorat per mantenir el seu rendiment en una àmplia gamma de temperatures. Com a resultat, els milloradors de l'índex de viscositat s'han convertit en essencials a la indústria de la lubricació. Segons les estadístiques, aquests VII representen al voltant del 22,5% del consum total d'additius lubricants.

 

Per què són tan importants els milloradors de l'índex de viscositat? - El valor dels milloradors de l'índex de viscositat (VII) en lubricants.

 

Millorar el rendiment viscositat-temperatura dels lubricants

 

Una de les raons clau per les quals millora l'índex de viscositat (VII) Els additius són molt valorats és que milloren el rendiment viscositat-temperatura dels lubricants. Exhibeixen lubricants amb additius VII, com ara olis de motor, olis d'engranatges i olis hidràulics.bon rendiment a baixa temperatura i lubricació a alta temperatura, que és essencial per garantir un bon funcionament i protecció de la maquinària. A més, els lubricants amb additius VII podencomplir els requisits de diversos graus de viscositat, fent-los versàtils i aptes per al seu ús en diferents aplicacions i condicions durant tot l'any.

 

Redueix el consum d'energia, minimitza el desgast i redueix la fricció de la maquinària

 

Els milloradors de l'índex de viscositat tenen un paper crucial a l'hora de reduir el consum d'energia, minimitzar el desgast i reduir la fricció a la maquinària. En comparació amb els lubricants d'un sol grau, els lubricants multigraus formulats amb milloradors de l'índex de viscositat consumeixen menys lubricant i fuel, el que resulta en un desgast mecànic significativament reduït. Els lubricants multigraus tenen un rendiment de viscositat i temperatura més suaus, amb menors variacions de viscositat en els canvis de temperatura que els lubricants d'un sol grau. Això garanteix una lubricació adequada de les peces mòbils a altes temperatures, reduint el desgast. A baixes temperatures, els lubricants multigraus tenen una viscositat més baixa que els olis monograus, cosa que facilita l'arrencada del motor i estalvia energia. En comparació amb olis d'un sol grau del mateix nivell de viscositat, com SAE 10W/30 versus SAE 30, els olis multigraus poden estalviar fins a un 2% a un 3% en el consum de combustible.

 

Simplificar els productes lubricants

 

Els milloradors de l'índex de viscositat tenen un paper fonamental en la simplificació dels productes lubricants. Per exemple, els lubricants universals per a tractors poden servir com a oli de motor, oli d'engranatges, fluid de transmissió i oli de frens alhora, gràcies a l'ús de milloradors de l'índex de viscositat. Això simplifica l'inventari de productes lubricants necessaris, reduint els costos associats amb l'emmagatzematge i la gestió de múltiples lubricants. A més, l'ús de lubricants universals pot conduir a menys confusió i error en la selecció i aplicació de lubricants, contribuint finalment a millorar el rendiment i la fiabilitat dels equips. La capacitat de simplificar els productes lubricants mitjançant l'ús de milloradors de l'índex de viscositat els ha convertit en un component valuós en la indústria dels lubricants.

 

Augmenta la producció d'olis lubricants d'alta viscositat

 

A causa de la disponibilitat limitada de recursos d'oli base d'alta viscositat, els milloradors de l'índex de viscositat s'han convertit en ingredients essencials en olis lubricants. En afegir milloradors d'índex de viscositat als olis de base de baixa viscositat, l'oli resultant pot substituir els olis de base d'alta viscositat, la qual cosa augmenta la producció d'olis lubricants d'alta viscositat i fa un ús més racional dels recursos.

En els olis de motor, els milloradors de l'índex de viscositat són crucials per crear olis de motor multigraus que depenen menys de la temperatura. De fet, els milloradors de l'índex de viscositat són un component vital dels olis de motor segons l'especificació d'oli de motor de cotxes de passatgers GF-5 ILSAC. Els olis de motor de diversos graus formulats amb milloradors de l'índex de viscositat poden mantenir la viscositat a altes temperatures i condicions de cisalla elevada alhora que garanteixen que els olis lubricants es puguin bombejar a baixes temperatures.

 

En els fluids del tren motriu, com ara els olis d'engranatges i els fluids de transmissió automàtica, els milloradors de l'índex de viscositat serveixen per minimitzar els canvis de viscositat en el rang de temperatura de funcionament més ampli possible alhora que mantenen una bona estabilitat de cisalla. El millorador de l'índex de viscositat més utilitzat és en olis de motor multigraus, que representen aproximadament el 60% de tots els olis lubricants. La quantitat de millorador de l'índex de viscositat utilitzat en olis de motor pot arribar fins a un 15% (fracció de massa). Entre els diferents tipus d'additius, els milloradors de l'índex de viscositat s'utilitzen en quantitats més grans, representant al voltant del 23% de totes les vendes d'additius.

 

Actualment, els olis lubricants que estalvien energia amb una millor economia de combustible són olis de motor multigraus combinats a partir d'olis base de baixa viscositat amb modificadors de fricció, milloradors d'índex de viscositat i depressors del punt d'abocament. Els milloradors de l'índex de viscositat poden reduir la pèrdua de fricció a les zones de lubricació mixta i hidrodinàmica, mentre que els modificadors de fricció poden reduir la pèrdua de fricció a les zones de lubricació límit i mixta. Amb la formulació adequada, els milloradors de l'índex de viscositat i els modificadors de fricció poden treballar junts per reduir la fricció i millorar l'eficiència energètica dels olis lubricants.

 

Rendiment del millorador de l'índex de viscositat

 

1. Estabilitat al cisallament

 

L'estabilitat de cisalla és la capacitat d'un polímer de resistir l'esforç de cisalla, que és un rendiment crucial dels milloradors de l'índex de viscositat. Quan un millorador de l'índex de viscositat té una estabilitat de cisalla deficient, la cadena principal del polímer es trencarà sota l'acció de la tensió de cisalla, provocant una caiguda de la viscositat. Com a resultat, l'oli lubricant barrejat no pot mantenir el seu grau de viscositat original, la qual cosa provoca un augment del desgast i el consum de combustible. Per a més informació, feu clicMillora de l'estabilitat de cisalla i l'índex de viscositat en lubricant.

 

2. Capacitat d'engrossiment

 

La capacitat d'engrossiment és un rendiment molt important del millorador de l'índex de viscositat. Com més gran sigui la capacitat d'espessiment del millorador de l'índex de viscositat, menor serà la dosi i menor serà el cost del lubricant multigrau.
La capacitat d'espessiment del polímer depèn principalment de la massa molecular relativa del millorador de l'índex de viscositat, del nombre de carbonis de la cadena principal de la molècula (-[-CH2-]-) i de la forma de l'oli base. .
L'ordre de la capacitat d'espessiment dels milloradors d'índex de viscositat disponibles comercialment és el següent:

HSD ≈ OCP > PIB > PMA

 

3. Estabilitat tèrmica/oxidativa

 

L'estabilitat tèrmica/oxidativa és un altre índex d'avaluació important dels VII. Els milloradors de l'índex de viscositat estan subjectes a una oxidació a alta temperatura i una descomposició termo-oxidativa en l'ús real, i la descomposició comportarà una sèrie de problemes com ara la disminució de la viscositat, l'augment del valor d'àcid i l'augment del dipòsit de carboni de la ranura de l'anell. Els polímers d'alt nivell molecular generalment no pateixen una descomposició termo-oxidativa evident per sota dels 60 graus i comencen a descompondre's termo-oxidativament a 100-200 graus. L'estabilitat termo-oxidativa del polímer està relacionada amb l'estructura de VII.

 

L'ordre d'estabilitat a l'oxidació del VII disponible comercialment és:

PMA > PIB > OCP ≈ HSD

 

4. Rendiment a baixa temperatura

 

La viscositat a baixa temperatura dels olis de motor és una característica reològica crucial. Perquè el vehicle pugui arrencar en temps fred, la viscositat dels olis de motor dels coixinets ha d'estar per sota d'un valor crític. Aquest valor es determina mitjançant experiments de capacitat d'arrencada del motor a baixa temperatura i es defineix dins de SAE J300 per a tots els graus "W".

El millorador de l'índex de viscositatté una influència important en el rendiment a baixa temperatura dels olis de motor multigraus, i hi ha dos valors crítics que indiquen l'índex de rendiment a baixa temperatura dels olis de motor multigraus:arrencada a baixa temperatura i bombabilitat a baixa temperatura.

 

Capacitat d'inici a baixa temperatura

Hi ha molts factors que afecten la capacitat d'arrencada a baixa temperatura, un dels indicadors més importants és la viscositat a baixa temperatura, com més petita sigui la viscositat a baixa temperatura, més fàcil és començar.
En general,Simulador de marxa en fred (CCS)s'utilitza per mesurar la viscositat aparent de l'oli multigrau a baixes temperatures. Un simulador d'arrencada en fred és un reòmetre que funciona a una velocitat de cisalla elevada a una temperatura ambient fixa per simular el flux d'oli lubricant als coixinets del motor durant l'arrencada. Després d'engegar el motor, l'oli també ha de poder fluir lliurement a la bomba d'oli i distribuir-se a les diferents línies d'oli del motor.
Les propietats de baixa temperatura dels diferents VII són força diferents i el PMA mostra una viscositat més baixa en una àmplia gamma de velocitats de cisalla, de manera que el PMA té el millor rendiment de CCS. La cadena molecular del PIB és relativament rígida perquè té moltes cadenes laterals de metil i la seva viscositat augmenta ràpidament a baixes temperatures, de manera que el rendiment a baixa temperatura del PIB és el pitjor.

Capacitat de bomba de baixa temperatura de l'oli de motor

Quan el motor s'engega a baixa temperatura, la pressió de l'oli del sistema d'oli lubricant s'ha de normalitzar en poc temps per assegurar-se que totes les parts del motor estiguin lubricades a temps, en cas contrari, provocarà desgast. La capacitat de l'oli de motor de ser bombejat a diverses parts del motor s'anomena capacitat de bombeig.

La bombabilitat de l'oli de motor depèn de la viscositat aparent en les condicions de bombeig. Les proves han demostrat que la viscositat de bombeig a baixa temperatura de l'oli multigrau no és superior a 3Pa·s, cosa que pot garantir el subministrament d'oli de bombeig, i aquesta viscositat s'anomena viscositat crítica de bombeig. La temperatura a la qual s'assoleix la viscositat crítica de bombeig s'anomena temperatura crítica de bombeig, que es mesura amb un mini viscosímetre rotatiu (MRV). El MRV és un reòmetre de baixa velocitat de cisalla que s'utilitza per simular la bombabilitat de l'oli de motor multigrau d'un vehicle després d'estar al ralentí durant dos dies en temps fred.

SAE J300 també especifica límits superiors de viscositat MRV per a tots els olis de motor de grau "W". MRV pot mesurar tant el límit de flux de viscositat com el límit de resistència de l'aire. La temperatura mitjana de bombeig (BPT) predita per MRV té una bona correlació amb la temperatura límit mitjana de bombeig del motor.

La viscositat de Brookefield pot determinar el límit de flux de viscositat i la taula següent enumera els efectes dels diferents tipus de milloradors de l'índex de viscositat sobre el rendiment del bombeig a baixa temperatura.

 

5. Alta temperatura, alta velocitat de cisalla (HTHS)

 

High-Temperature High Shear (HTHS) és un indicador de l'estabilitat de la viscositat de l'oli de motor a alta temperatura i alt cisallament, que reflecteix la capacitat de l'oli de motor per mantenir la lubricació en condicions d'alta temperatura i alta cisalla.Simplement podem entendre HTHS com la força de la pel·lícula d'oli.

La viscositat té una importància decisiva en la lubricació. La viscositat a alta temperatura de l'oli de motor multigrau es prova amb un viscosímetre capil·lar de baixa velocitat de cisalla per mesurar la viscositat cinemàtica a 100 graus. Per als fluids no newtonians del sistema d'oli de diverses etapes, la viscositat mesurada pel capil·lar de baixa cisalla no pot reflectir la viscositat del motor en condicions de treball d'alta temperatura (150 graus) i alta velocitat de cisalla (106 s).^-1). 

La investigació mostra que la viscositat aparent mesurada a la temperatura de 150 graus i la velocitat de cisalla de 10⁶s^-1té una bona correlació amb el desgast del coixinet del motor. Quan es va revisar SAE J300 el 1995, es va afegir la viscositat mínima d'alta temperatura i alta cisalla (alta temperatura, alta velocitat de cisalla, HTHS) per a cada grau de viscositat. La temperatura alta i la viscositat de cisalla alta es mesuren a una velocitat de cisalla molt alta (10⁶ s^-1) i temperatura (150 graus), que és similar a l'entorn de flux dels coixinets del cárter de cigonyal en estat estacionari.

 

En general, un millorador de l'índex de viscositat d'alta qualitat no només ha de tenir un fortcapacitat d'engrossimentibona estabilitat al cisallamentperò també requereix bérendiment a baixes temperaturesialta estabilitat a l'oxidació tèrmica.

L'estructura química dels milloradors de l'índex de viscositat està estretament relacionada amb el seu rendiment. Els polímers elevats basats en hidrocarburs com l'OCP tenen excel·lents efectes d'augment de la viscositat, però la seva capacitat per millorar l'índex de viscositat (VI) no és tan bona.

D'altra banda, els polímers que contenen grups polars com el PMA no són tan eficaços com l'OCP per espessir el lubricant, però tenen excel·lents capacitats de millora de l'IV i també poden reduir el punt d'aigua.

 

Milloradors típics de l'índex de viscositat

 

 

Comparació de propietats de diversos milloradors de l'índex de viscositat utilitzats habitualment (VII)