内燃机油低温性能间的相关性探讨|锂电池低温性能

　　摘要：文章针对不同质量级别的内燃机油进行试验，考察内燃机油低温性能之间的相关性，目的在于考虑能否用试验时间短的倾点等结果判断试验时间长的边界泵送黏度试验结果的趋势，以便缩短生产配合分析周期，提高生产效率。研究证明，长周期的边界泵送黏度与倾点、低温动力黏度单因素问无相关性，而与降凝剂的种类、降凝剂添加比例、倾点、低温动力黏度等多因素间有良好的相关性。在生产配方稳定的前提下，长周期的边界泵送黏度试验结果趋势可以通过回归方程验证。
　　关键词：内燃机油；低温性能；相关性
　　中图分类号：TE626.32　文献标识码：A
　　0、引言
　　对于内燃机油而言，低温性能是非常关键的质量指标，也是生产过程中严格控制的技术指标。一般情况下，内燃机油的低温性能由倾点、表观黏度(以下简称为CcS)、低温下�动机油屈服应力和边界泵送黏度(或温度)(以下简称MRV)等项目组成。而这些低温性能项目的检测，试验分析的周期相差很大，短的不到1 h，长的需要50 h，在配合生产的分析过程中，像MRV等长周期的分析项目有时严重制约着生产速度和效率。
　　虽然影响内燃机油低温性能的因素很多，但其间有着必然的相互影响趋势，所以，通过探讨内燃机油低温性能之间影响趋势和相关性，一方面，在生产配方稳定的前提下，考虑是否可以利用产品的倾点、ccs这些快速分析项目的检测结果判断内燃机油的屈服应力和MRV等长时间分析项目的质量结果趋势，使得对那些经常性、长周期运行的检测项目采取抽检的方式进行质量管理和控制，以便大大提高生产配合分析的速率，进而提高生产效率。另一方面，利用内燃机油低温性能指标间的影响趋势和相互关系，加强内燃机油低温性能检测结果间的相互比对和相互判断，对分析检测过程中出现的一些异常数据、不合格数据等的客观真实性予以合理判断，有利于加强质量管理和实验室分析数据的监督。
　　
　　1、试验部分
　　1.1　试验对象的选择
　　针对内燃机油不同质量级别，选择了CD 15W－40柴油机油、CF－4 20W－50柴油机油、SG 15W－40汽油机油、SJ 10W－30摩托车油和SL 5W－40汽油机油为考察对象，分别加入不同品种、不同比例的降凝剂，进行内燃机油的运动黏度、倾点、CCS、MRV等试验分析，考察内燃机油低温性能指标之间的趋势和相关性。
　　1.2　试验结果
　　按照生产工艺要求，选取相应的基础油、添加剂。选择4种不同降凝效果的降凝剂，降凝效果从编号1到4逐渐降低。其中，1号和2号为聚甲基丙烯酸酯类，3号为聚α－烯烃类，4号为醇酯类聚合物。按照不同的比例进行油品调合，生产不同倾点的内燃机油进行运动黏度和低温性能的分析。生产工艺及分析结果见表1～表5。
　　2、内燃机油低温性能之间相关性分析
　　2.1　CD 15W－40柴油机油的低温性能分析
　　GB 11122－2006产品标准规定CD 15W－40的质量指标要求为：倾点不高于－23℃，－15℃的CCS不大于3500 mPa?s，在无屈服应力下，－20 ℃的边界泵送黏度不大于30000 mPa?s。从表1分析数据来看，降凝剂加剂量为0.1％时倾点虽然为－21℃，不合格，但是，一15℃的CCS是合格的，－20℃的屈服应力和MRV也是合格的，并且，随着降凝剂的加入比例由0.1％增大到1.5％，既是倾点随之由－21℃降低到－30℃，由不合格达到合格，但是对CCS和MRV的结果影响不大，也就是说，当CCS和MRV合格之后，降凝剂的再加入和倾点的降低对它们的检测结果影响不大。
　　那么降凝剂的种类、降凝剂的添加量、倾点、CCS、MRV之间有没有定量关系呢?如果有定量关系则通过降凝剂的种类、降凝剂的添加量、倾点、CCS则可预测测定周期最长的MRV，从而大幅度缩短检测时间，提高生产效率。
　　
　　采用ExeeⅡ的数据分析工具，分别对不同类型的降凝剂以MRV为因变量，以降凝剂的添加量、倾点、CCS为自变量进行多元线性回归，回归分析结果汇总于表6。其中PP代表倾点。
　　根据表6复相关系数可见，MRV单独与CCS或倾点间相关性最差，MRV与倾点和ECS之间相关性提高，MRV与降凝剂添加量、倾点和CCS之间相关性最好，所以对此后的油样只研究MRV与降凝剂添加量、倾点和CCS之间相关性。3种降凝剂均遵循该规律，但不同类型的降凝剂其相关程度不同，故必须区分降凝剂的种类。对1号降凝剂，MRV与降凝剂添加量、倾点和cCS之间完全相关，在基础油和其他添加剂相同的情况下，对1号降凝剂完全可以用降凝剂的添加量、倾点、CCS来预测MRV的结果。
　　2.2　CF－4 20W－50柴油机油的低温性能分析
　　GB 11122―2006产品标准规定CF－4 20W－50的质量指标要求为：倾点不高于－20℃，－15℃的CCS不大于9500 mPa?s，在无屈服应力下，－20℃的边界泵送黏度不大于60000 mPa?s。
　　CF－4 20W一50柴油机油在MRV的试验过程中，由于仪器的原因只是记录边界泵送黏度，对屈服应力没有记录，所以，在下面的分析中，暂不考虑屈服应力。
　　从表2分析数据来看，当用降凝效果较差的4号做降凝剂时，最高倾点为－16℃，不合格，但是－15℃的CCS为7880 mPa?s，－20℃的MRV为32200 mPa?s，均合格。而且，在4种降凝剂的考察过程中，随着降凝剂加入比例由0.3％增大到1.5％，倾点由－16℃不合格达到－28℃合格，CCS和MRV的结果均合格，结果测定值变化也不大，也就是说，当CCS和MRV合格之后，降凝剂加入比例的继续增大和倾点结果的不断降低对CF－4 20W一50柴油机油的CCS和MRV结果影响不大。
　　由表2的试验结果看出，对于CF－4 20W－50级别的柴油机油，当油品的倾点合格时，CCS和MRV也能够达到合格，而且，结果变化不随着降凝剂的加入比例增大而大幅度变化。
　　同样采用Excell的数据分析工具，分别对不同类型的降凝剂以MRV为因变量，以降凝剂的添加量、倾点、CCS为自变量进行多元线性回归，回归分析结果汇总于表7。
　　
　　从相关系数看，MRV与有关变量的相关性均较好。
　　2.3　SG 15W－40汽油机油的低温性能分析
　　GBlll21―2006产品标准规定SG 15W－40汽油机油的质量指标要求为：倾点不高于－25℃，－20℃的CCS不大于7000 mPa?s，在无屈服应力条件下，25℃的边界泵送黏度不大于60000 mPa?s。从表3分析数据来看，倾点全部低于－25℃，均合格，在此条件下，－20 ℃的CCS也全部合格，并且，随着降凝剂加入比例的增大，倾点的进一步降低，20℃的CCS测定结果值变化不大。
　　对于屈服应力和MRV来说，所有的降凝剂在加 入O.1％时，虽然倾点均低于－25℃，甚至达到－38℃，均合格，但是，屈服应力基本在280≤Y≤315 Pa范围内，不合格，－25℃边界泵送黏度基本大于176000 mPa?s，不合格：当降凝剂加入0.3％时，倾点虽然变化不大，但屈服应力和边界泵送黏度变化很大，屈服应力虽然不合格，但明显改善，基本在70≤Y≤105 Pa范围内；－25℃边界泵送黏度基本在40000 mPa?s左右，全部合格。
　　当降凝剂加入比例大于0.3％以上，屈服应力和边界泵送黏度达到合格后，继续再增加降凝剂的加入比例，对屈服应力和边界泵送黏度测定结果值影响不大。
　　
　　由此可以看出，对于SG 15W－40级别的汽油机油，倾点合格时，CCS也能合格，但是MRV和屈服应力并不一定合格，只有当降凝剂加入比例大于0.3％时，倾点合格，MRV和屈服应力才有可能合格。
　　同样采用ExceⅡ的数据分析工具，分别对不同类型的降凝剂以MRV为因变量，以降凝剂的添加量、倾点、CCS为自变量进行多元线性回归，回归分析结果汇总于表8。
　　由表8可见，对SG 15W－40等级的油品，MRV与有关变量完全相关，标准误差为0。
　　2.4　SJ 10W－30摩托车油的低温性能分析
　　Q／SY RH2022―2005产品标准规定SJ 10W－30摩托车油的质量指标要求为：倾点不大于一30℃，一25℃的CCS不大于7000 mPa?s，在无屈服应力下，一30℃的边界泵送黏度不大于60000 mPa?s。
　　SJ 10W一30摩托车油的MRV试验过程中，由于仪器原因，只是记录低温动力黏度，对屈服应力没有记录，所以，在下面的分析中，暂不考虑屈服应力。
　　从表4分析数据看出，考察降凝剂的最低加入比例为0.3％，倾点除加入降凝效果较差的4号降凝剂0.3％不合格外，其余全部合格，而且对应的CCS和边界泵送黏度(MRV)测定结果也全部合格。情况类似于SG 15W-40汽油机油。
　　从本次试验的表4分析数据来看，由于选择了低凝加氢基础油，低温性能自身比较好，当降凝剂加入比例大于0.3％，SJ 10W30摩托车油的倾点合格时，CCS和MRV也能合格。
　　同样采用ExceⅡ的数据分析工具，分别对不同类型的降凝剂以MRV为因变量，以降凝剂的添加量、倾点、CCS为自变量进行多元线性回归，回归分析结果汇总于表9。
　　由表9可见，对SJ 10W－30等级的油品，MRV与有关变量完全相关，标准误差为O。
　　2.5　SL 5W-40汽油机油的低温性能分析
　　GB 11121－2006产品标准规定SL 5W－40汽油机油的质量指标要求为：倾点不大于－35℃，－30℃的CCS不大于6600 mPa?s，在无屈服应力下，35 cC边界泵送黏度不大于60000 mPa?s。
　　由于产品质量对低温性能要求很高，所以，对降凝效果比较差的4号降凝剂没有做考察试验。
　　从表5分析数据看出，不加任何降凝剂时，产品的倾点已经达到－30℃，虽然不合格，但是倾点很低了。当加入0.1％的3号降凝剂时，倾点达到－42℃，合格，CCS测定结果也合格，但是，屈服应力为35≤Y≤70 Pa，不合格，－35℃边界泵送黏度为104000 mPa?s，也不合格，而且结果偏大很多；当加入等于和大于0.3％的3号降凝剂时，倾点结果基本没有变化，为－42℃，而屈服应力和边界泵送黏度均达到合格，而且趋于稳定，随降凝剂加入比例的继续增大而变化不大。对于降凝效果较好的l号和2号降凝剂来看，加入0.1％及其以上比例，其倾点、低温动力黏度(CCS)、屈服应力和边界泵送黏度均合格，而且，随降凝剂加入比例由0.1％到1.1％的不断增大，其倾点、CCS、MRV等低温性能测定结果基本不变，对产品的低温性能影响不大。
　　
　　从SL 5W－40汽油机油的考察分析数据更加清楚地看到，降凝剂加入比例小于0.3％时，既是倾点合格，但油品的MRV和屈服应力并不一定合格，当降凝剂加入比例大于0.3％时，虽然油品的倾点测定结果值变化不大，但是油品的MRV和屈服应力均能合格。
　　同样采用ExceⅡ的数据分析工具，分别对不同类型的降凝剂以MRV为因变量，以降凝剂的添加量、倾点、CCS为自变量进行多元线性回归，回归分析结果汇总于表10。
　　由表10可见，对SL 5W-40等级的油品，添加1号和3号降凝剂时，MRV与有关变量相关性比较显著，而添加2号降凝剂时，MRV有关变量相关性比较差。
　　3、结论
　　(1)MRV单独与CCS或倾点问基本没有相关性，故不能依据倾点或者CCS指标是否合格判断MRV是否合格。
　　(2)MRV与降凝剂添加量、倾点和CCS之间有良好的相关性，在配方稳定的前提下可通过回归方程相互验证分析数据，但不同类型的降凝剂其相关程度不同。