一種黏度指數改進劑的評價方法

賈藝峰,柯友勝,花卉

(中國石油克拉瑪依石化有限責任公司,新疆 克拉瑪依 834003)

一種黏度指數改進劑的評價方法

賈藝峰,柯友勝,花卉

(中國石油克拉瑪依石化有限責任公司,新疆 克拉瑪依 834003)

不同廠家生產聚甲基丙烯酸酯性質存在差異，對油品性質改善作用不同，通常的評價方法，考察黏度指數改進劑的增黏能力、低溫性能、抗剪切性能等，不能反映潤滑油在使用過程中發生的性質變化，文中采用剪切與氧化評價方法結合，考察聚甲基丙烯酸酯的增黏能力、低溫性能、抗剪切性能、熱氧化安定性等變化，反映了潤滑油的使用壽命。

增黏能力;低溫性;抗剪切性;熱氧化安定性;黏度指數

0 引言

黏度指數改進劑又稱增黏劑或黏度劑，是一種高分子化合物。開始于20世紀30 年代，在50-70年代間聚異丁烯(簡稱：PIB)和聚甲基丙烯酸酯(簡稱：PMA)占統治地位，70年代以后烯烴共聚物(簡稱：OCP)變主導地位，近年SD、DOCP、CPMA及OCP與PMA復合，占較大份額。黏度指數改進劑主要用在適應寬溫度范圍的潤滑油中，如內燃機油、齒輪油、液壓油等。用黏度指數改進劑配制的多級內燃機油具有良好的低溫啟動性和高溫潤滑性，可簡化用油品種,實現油品通用化，與不含黏度指數改進劑的單級內燃機油相比，多級內燃機油能降低燃料油的消耗，并顯著降低軸承磨損。

一種好的黏度指數改進劑應具有增黏能力強、低溫性能好、抗剪切性能好和熱氧化安定性優異四個主要性能。黏度指數改進劑PMA是含有極性基的聚合物，增黏作用不如PIB和OCP，但改進黏度指數作用優異，同時具有降凝作用，被廣泛應用于低溫性質要求較高的潤滑油中。

市場銷售的不同廠家生產的某種油品，可能存在某項性質差別較小，但在使用一段時間后，油品的優劣性質顯現出來，這主要是由于嚴苛的條件下，油品中黏度指數改進劑發生聚合或裂解反應，導致油品性質發生變化。通常的黏度指數改進劑評價方法，可評價增黏能力、低溫性能、抗剪切性能，不能反應出油品的使用壽命。評價幾種相同組成的黏度指數改進劑，通常的評價方法更難區分其優劣性，本文采用不同廠家生產的同一種黏度指數改進劑PMA，模擬潤滑油的使用工況，建立一個抗氧化性評價方法，結合油品的抗剪切評價方法，評價黏度指數改進劑性質變化，可較好的評價出不同廠家生產的同一種黏度指數改進劑的性質差別。

1 稠化原理

黏度指數改進劑在潤滑油中，隨溫度的變化其分子呈不同狀態而影響油品的性能。高溫時，添加劑的分子溶脹，溶液內摩擦增加，導致溶液的黏度有所增加。低溫時，添加劑分子收縮蜷曲，對溶液(油)的內摩擦影響不大，對油的黏度影響較小。黏度指數改進劑正是基于不同溫度下呈現不同的形態來影響潤滑油的黏度，達到改善油品黏溫性能的目的。

2 黏度指數改進劑評價

2.1原料性質

PMA是用不同碳數的甲基丙烯酸酯單體為原料，以苯甲酰過氧化物或偶氮二異丁腈作為引發劑，以硫醇作為分子量調節劑，在甲苯或其他烴溶劑中進行溶液聚合制備。PMA是用的較早較廣泛的品種之一，結構烷基側鏈的R為碳數，對產品影響較大，通過改變R的平均碳數、碳數分布和聚合物分子量大小，得到一系列不同性能和用途的產品。見表1。

表1 聚甲基丙烯酸酯性質

2.2基礎油性質

試驗室采用5號工業白油作為原料，進行不同的聚甲基丙烯酸酯性質考察。見表2。

表2 減震器油基礎油性質分析

表2(續)

2.3黏度指數改進劑考察

對于黏度指數改進劑或增黏劑來說，應具有增黏能力大、低溫性能好、抗剪切性能好和熱氧化安定性好四個主要性能。試驗室采用5號工業白油基礎油，考察潤滑油黏度指數改進劑A、B、C、D、E五個聚甲基丙烯酸酯，對基礎油黏度指數的改善作用，黏度指數改進劑加量10%。見表3。

表3 黏度指數改進劑考察

從表3可看出，增黏能力C最好，其次為B。黏溫性能 B最好，其次為D、A。

增黏能力：C>B>A>E>D。

黏度指數：B>D>A>E>C。

(1)抗氧化性評價

試驗方法：在潤滑油工作過程中，設備摩擦產生熱量，導致局部溫度升高，高溫條件下油品發生氧化反應，油品中含黏度指數改進劑等聚合物，發生分子聚合反應，油品黏度增大，導致工作效率降低，影響設備使用壽命。試驗室模擬潤滑油使用工況，設計黏度指數改進劑評價方法，試驗條件見表4，表5。

表4 氧化試驗條件

注：本次試驗條件根據減震器油使用工況制定，其他油品評價，可根據具體使用工況制定。

表5 黏度指數改進劑抗氧化性考察

黏度變化率=(氧化后黏度-氧化前黏度)/氧化前黏度X100%，見圖6。

圖1 黏度指數改進劑抗氧化性黏度變化

小結：黏度指數改進劑抗氧化性考察，通過圖1可以看出，經過氧化試驗后，B樣品黏度變化最小，抗氧化性最好。C、E樣品黏度變化其次，D、A樣品抗氧化性較差。

抗氧化安定(穩定)性評價結果：B>C>E>A>D。

(2)抗剪切性評價

將含黏度指數改進劑的試樣，置于聚能頭中，試驗樣品在40 ℃溫度，經受600 s的超聲波剪切處理，測定其黏度的變化，最后計算試樣的黏度下降率，以樣品的黏度下降率來評價其剪切安定性。

試驗方法：在潤滑油工作過程中，在有活塞運動的情況下，油品分子受到剪切作用，發生分子鍵斷裂，特別是大分子的黏度指數改進劑的影響較大，試驗室模擬潤滑油使用工況，設計黏度指數改進劑評價方法，本次試驗采用：共振頻率20 kHz,10 min，考察試驗樣品性質變化。見表6，表7，圖1。

表6 剪切試驗條件

表7 黏度指數改進劑抗剪切性考察

圖2 黏度指數改進劑抗剪切性黏度變化

小結：黏度指數改進劑抗剪切性考察，通過圖2可以看出，經過剪切試驗后，B樣品黏度變化最小，抗剪切性最好。A、E樣品黏度變化其次，C樣品抗剪切性較差。抗剪切性評價結果，抗剪切穩定性依次：B>A>D>E>C。

(3)抗氧化、抗剪切評價

將含黏度指數改進劑試驗樣品，經過試驗溫度110 ℃,72 h的氧化試驗后，經過剪切試驗，共振頻率20 kHz,10 min，考察試驗樣品性質變化。見表8，圖3。

表8 黏度指數改進劑抗氧化、抗剪切性考察

圖3 黏度指數改進劑抗氧化、抗剪切性考察

小結：考察黏度指數改進劑，試驗室建立模擬方法評價，試驗樣品經過氧化試驗、剪切試驗后，考察試驗樣品性質變化。通過考察可看出，B樣的黏度變化率最小，說明黏度指數改進劑B的抗氧化、抗剪切性最好。

總結：試驗室采用5號工業白油為基礎油，考察潤滑油黏度指數改進劑A、B、C、D、E，對基礎油黏度指數的改善作用，黏度指數改進劑加量10%。經過黏度指數改進劑增黏能力、低溫性能、抗剪切性能和熱氧化安定性四個主要性能考察，聚甲基丙烯酸酯(B、E)增黏能力大、低溫性能好、抗剪切性能和熱氧化安定好，B樣的增黏能力、低溫性能、抗剪切性能和熱氧化安定性最好，因此，選擇B作為汽車減震器油黏度指數改進劑。

3 評價方法分析

本次試驗所選用不同生產廠的聚甲基丙烯酸酯樣品，普通評價方法，不能反映潤滑油在使用過程中，受到剪切與氧化作用后，潤滑油變稠或變稀過程，特別是低溫條件下的潤滑油性質變化。

本試驗方法，通過模擬潤滑油使用工況，進行聚甲基丙烯酸酯抗氧化性考察，其意義在于，解決實際應用中潤滑油使用后黏度變大，即潤滑油使用后變稠的問題，特別是低溫條件下油品黏度變大的問題。

本試驗方法，通過模擬潤滑油使用工況，進行聚甲基丙烯酸酯抗剪切性考察，其意義在于，解決實際應用中潤滑油使用后黏度變小，即潤滑油使用后變稀的問題，特別是高溫條件下油品黏度變小的問題。

本試驗方法，通過模擬潤滑油使用工況，進行聚甲基丙烯酸酯抗氧化性、抗剪切性考察，其意義在于，解決實際應用中潤滑油使用后黏度變化，即潤滑油使用后變稀或變稠的問題，特別是高溫條件下油品黏度變小，低溫條件下油品黏度變大的問題。

通過本次試驗可以看出，不同廠家生產的聚甲基丙烯酸酯，增黏能力與黏溫性能沒有必然聯系，稠化能力強，但黏度指數不一定高，抗剪切性能與熱氧化安定性沒有必然聯系，抗剪切性好，熱氧化安定性不一定好。

4 結論

本文介紹一種評價油品的試驗方法，特別是評價含黏度指數改進劑及其他高分子物質的樣品，由于不同油品使用環境不同，可根據實際情況，建立模擬評價條件。本次試驗方法的好處在于，不需要增加特殊的儀器設備，采用超聲波剪切實驗儀、恒溫烘箱，即可進行油品抗剪切性、抗氧化性考察。通過黏度變化可評選出聚甲基丙烯酸酯的優劣。

[1] 張景河.現代潤滑油與燃料添加劑[M].北京:中國石化出版社,1991.

[2] 李洪燕, 武志強.基礎油及黏度指數改進劑對潤滑油高溫清凈性的影響[J].石油煉制與化工,2001,32(10):53-55.

[3] 王國金, 朱和菊,葉元凱,等.OCP黏度指數改進劑分子結構對稠化性能的影響[J].潤滑與密封,1999(6):19-21.

An Evaluation Method of Viscosity Index Improver

JIA Yi-feng, KE You-sheng, HUA Hui

(PetroChina Karamay Petrochemical Company, Karamay 834003, China)

The polymethacrylate of different manufacturers has different properties and different improving effect on oil property. In general, the thickening ability, low temperature performance and shear resistance of viscosity index improver are investigated, but it cannot reflect the change of nature of lubricants during use. In this paper, the method of shear and oxidation evaluation was used to study the change of thickening ability, low temperature performance, shear resistance, and thermal oxidation stability of polymethacrylate. It can reflect the service life of lubricating oil.

thickening ability; low temperature performance; shear stability; thermal oxidation stability; viscosity index

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.05.009

1002-3119(2017)05-0040-05

TE624.82

A

2017-04-24。

賈藝峰，工程師，2001年畢業于江漢石油學院化學工程與工藝專業，主要從事潤滑油及潤滑脂的研究，曾公開發表論文8篇。E-mail:ypsjiayifeng@petrochina.com.cn