【粘度指数改进剂对车用润滑油性能影响】 润滑油粘度指数计算

　　(中国石油华东润滑油厂，江苏 太仓 215433)�� 　　 　　摘要：粘度指数改进剂的种类很多，性能各异，影响润滑油流变能力的粘度指数改进剂是调配车用油的关键成分。文章介绍了不同粘度指数改进剂的作用与性能，分析了不同粘度指数改进剂对车用油低温粘度及高温高剪切粘度产生的不同影响，阐述了不同粘度指数改进剂在不同油品中的选择性与适应性。对于不同用途的车用油，选择合适的粘度指数改进剂是非常重要的，除了考虑其增稠能力、低温性能等指标外，还需关注其剪切稳定性。实验证明，选择剪切稳定性好的粘度指数改进剂，对保证优良、稳定的产品质量，进而突出产品特色是不无裨益的。��
　　关键词：粘度数指改进剂；车用油；低温性能；高温高剪切
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　　中图分类号：TE624.82 文献标识码：A��
　　
　　0 前言�
　　
　　随着汽车行业的发展，全球车用润滑油需求快速增长，发动机油在氧化稳定性、抗磨损及沉积物控制、挥发性、燃油经济性和排放处理方面的逐步改进，对车用润滑油的组成及性能有深远的影响。而车用润滑油的重要组成――基础油和添加剂必须进行最优化调整以满足各种高性能的标准要求，其中，影响车用润滑油流变能力的粘度指数改进剂是调配车用油的关键成分。�
　　
　　1 粘度指数改进剂（VII）的种类及性能�
　　
　　粘度指数改进剂的出现始于20世纪30年代，其种类很多，化学成分各不相同，常用的有聚异丁烯（PIB）、聚甲基丙烯酸酯（PMA）、乙丙共聚物（OCP）及氢化苯乙烯双烯共聚物（HSD）等。80年代后，占主导地位的是OCP和PMA粘指剂，见表1。目前，生产车用油使用较多的也是这两种粘指剂。两种粘指剂在不同油品中均表现了良好的性能。��
　　表1 聚甲基丙烯酸酯（PMA）与乙丙共聚物�（OCP）性能比较
　　
　　2 粘度指数改进剂与车用油各性能间的关系�
　　
　　由于大多数车用油考虑到燃油经济性及排放性，因此都必须考虑挥发性及高低温流变性的平衡。为了满足SAE多级油对�CCS�的要求，在低温情况下，必须考虑低粘度基础油与粘度指数改进剂之间的平衡。基础油粘度越低，VII加入量越大，�CCS�值越高，蒸发损失也就越高。而在高温条件下，VII的选择除了要考虑100 ℃下的运动粘度要求外，还要考虑SAE对高温高剪切最小粘度的要求。�
　　不同化学类别的粘指剂，对油品的�CCS�低温粘度、粘度指数和高温高剪切粘度影响也不同。因此，选择不同种类及剪切稳定性的粘度指数改进剂将会极大地影响油品中各组分的配比，并极大地影响生产成本。�
　　2.1 PMA 和OCP粘度指数改进剂对�CCS�和�HTHS�的贡献�
　　为了评价剪切安定性，我们评估了10个PMA类粘指剂及3个OCP类粘指剂。它们覆盖了较宽范围的剪切稳定性及增稠效果。每种增粘剂在150SN基础油中将粘度调整到8.5 mm�2/s,10.5 mm�2/s及13.0 mm�2/s。然后测定其-25 ℃的�CCS�粘度、粘度指数及高温高剪切粘度,结果见表2。�
　　从表2可以看出：随着�CCS�粘度的增加，高温高剪切粘度也在增加。在相同的�CCS�下，使用OCP比
　　
　　 (注：作者简介：王巧玲（1972-），女，工程师，上海理工大学管理学院工程硕士在读，现任中国石油华东润滑油厂生产技术部副主任，曾多次在有关杂志发表文章并获奖。）
　　
　　PMA粘指剂调合油品的高温高剪切粘度大；也就是说，当油品的100 ℃粘度增加时，其高温高剪切粘度因增粘剂种类的不同而不同。当调合100 ℃粘度为10.5 mm�2/s 的油品时，分子量最大的PMA 4增粘剂，其高温高剪切及�CCS�粘度与100 ℃粘度为8.5 mm�2/s使用OCP 1粘指剂的油品相同。��
　　表2 PMA和OCP粘指剂在不同粘度下对��CCS、VI及HTHS�的贡献
　　
　　
　　2.2 PMA及OCP粘度指数改进剂对�CCS�和�HTHS�的影响�
　　图1列出了各个油样的�HTHS�及�CCS�数值曲线。��
　　
　　图1 PMA及OCP粘指剂对�HTHS�及�CCS�的影响��
　　根据曲线趋势做线性回归分析：�
　　PMA曲线:�HTHS�(mPa•s)=-0.53+0.874×�CCS�(Pa•s)；R�2=0.952（R代表线性相关性系数）�
　　OCP曲线:�HTHS�(mPa•s)=-2.49+1.532×CCS�(Pa•s)；R�2=0.951（R代表线性相关性系数）�
　　由上面的分析数据表明，要平衡产品性能及成本之间的矛盾并不是一件简单的事。为此，各公司使用了不同的策略。有的选择了剪切稳定性良好的粘指剂以保证油品高温高剪切粘度。同时调整基础油比例来补偿�CCS�的偏高；而另外一些公司则选择采用剪切稳定性稍差的粘指剂尽量提高油品粘度指数从而减少使用成本较高的基础油。�
　　
　　3 不同粘度指数改进剂在油品中的适应性�
　　
　　一个好的粘度指数改进剂不仅要求增粘能力强、剪切稳定性好，而且要求良好的低温性能和热氧化安定性能。在实际生产中，不同的油品选择粘指剂的侧重点也不同。�
　　3.1 粘度指数改进剂在多级内燃机油中的选择性�
　　 增粘能力是粘度指数改进剂的一个很重要性能。粘度指数改进剂的增粘能力越大，加量越小，多级油的成本也就越低。增粘能力主要与粘度指数改进剂的分子量大小和分子上的主链碳数［―CH2―］以及在基础油中的形态有关。常用粘度指数改进剂的增粘能力顺序如下：乙丙共聚物＞聚异丁烯＞苯乙烯-丁二烯共聚物＞聚甲基丙烯酸酯，如图2所示。��
　　
　　图2 粘指剂的稠化能力��
　　由图2可知，乙丙共聚物的碳原子基本在主链上，所以稠化能力最强。如配制多级SAE10W/40油，达到相同的稠化能力时，OCP用量最少，PMA用量最多，PMA用量大约是OCP用量的2~3倍。考虑到OCP粘指剂在剪切稳定性、高温高剪切性等方面表现的性能较好，故在多级油的调合中，我们多采用OCP粘指剂，在保证质量的前提下，可大大降低原材料成本，增加更大的利润空间。�
　　3.2 粘度指数改进剂在齿轮油中的选择性�
　　粘度稳定性是齿轮油使用过程中的一个重要特性。尤其是像大跨度粘度级别75W/90的齿轮油，选择剪切稳定性好的粘指剂对车辆的传动系统良好运行、保护齿轮都是不无裨益的。�
　　齿轮油须满足J306 JUL98 规格要求中20 h KRL 试验(CEC L-45-A-99)的要求。SAE J306 JUL98 共有4 个粘度级别，见表3，由于各粘度等级油品的粘度范围不同，因此在KRL 试验后粘度损失的最大值也不同。特别是SAE85 要求更为苛刻，其KRL 20 h试验后的最大粘度损失不得大于18.5%，这就要求选用剪切稳定性非常好的粘指剂。��
　　表3 SAE J306 JUL98 等级范围
　　
　　采用适当基础油加入PMA粘指剂及复合添加剂调试GL-5 75W/90齿轮油，并测得质量数据，见表4。�
　　表4 GL-5 75W/90工艺方案及分析数据
　　
　　PMA粘指剂除有增粘作用外，还具有良好的降凝作用，特别适用于生产低温要求严格的齿轮油及液压油。由表4数据看，采用PMA粘指剂生产的75W/90级齿轮油无论在低温粘度及粘度稳定性方面均表现出优异的性能。故工业生产多级齿轮油时，大多采用聚甲基丙烯酸酯类（PMA）粘指剂，以保证多级齿轮油优质稳定的质量，适用于高速低扭矩、低速高扭矩下操作的各种齿轮，避免齿轮产生擦伤、磨损、腐蚀、剥落等破坏形式。�
　　
　　4 结论�
　　
　　对于不同用途的车用油，选择合适的粘指剂是非常重要的。大多数润滑油规格中包含剪切稳定性的要求,所以选择粘指剂时要鉴别其是否能满足要求达到的剪切稳定性。 明确地说,选用剪切稳定性更好的粘指剂比增加粘指剂的使用量更有必要,而且这样未必会增加成本。�
　　由于粘指剂在控制油品流变性能方面扮演着非常重要的角色，因此，在生产昆仑车用油时必须仔细筛选基础油及添加剂，这在平衡成本及性能之间也起着非常重要的作用。文章没有进一步讨论粘指剂对油泥、积炭及磨损的影响，但是这些聚合物的合理使用对于提高高性价比的配方优化提供了更多选择。
　　
　　�参考文献：�
　　［1］ 黄文轩.润滑剂添加剂应用指南［M］.北京：中国石化出版社,2003.
　　
　　EFFECTS OF VISCOSITY INDEX IMPROVERS ON THE� PERFORMANCES OF VEHICLE LUBE OILS��
　　WANG Qiao-ling, ZHANG Wei-dong�
　　(PetroChina East China Blending Plant, Taicang 215433, China)��
　　Abstract:There are many kinds of viscosity index improvers, and their performances are also respectively different. The viscosity index improver which affects the rheological ability of lubricating oil is the main ingredient for preparing the vehicle oil. In this paper, the functions and the performances of the different viscosity index improvers are introduced, and the effects of different viscosity index improvers on the low temperature viscosity and the high temperature high shear viscosity （HTHSV） of vehicle lubricating oil are analyzed. The selectivity and the adaptability of the different viscosity index improvers in different vehicle lubricating oils are elaborated also. Regarding to the vehicle oils with different uses, it is very important to choose appropriate viscosity index improver. Also, it is necessary to pay attention to the shear stability besides the thickening ability and low temperature performance. Experiments prove that the viscosity index improver with excellent shear stability can guarantee the stable product quality and the prominent product feature.��
　　Key Words:viscosity index improver; vehicle lube oil; low temperature performance; high temperature high shear