PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)減振器油性能的影響

張遂心, 杜恭，梁依經(jīng)，于海，周康，王玉玲

(1.中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060；2.中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油廠，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)鐵路和汽車行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)整車及相關(guān)部件的要求越來(lái)越高[1]。減振器肩負(fù)著車輛許多重要的性能，而減振器油與減振器是一體化同壽命的，減振器油的特性直接影響行車的安全性、舒適性和穩(wěn)定性。根據(jù)調(diào)研，目前鐵路、汽車和摩托車三大行業(yè)的減振器油占據(jù)總量的80%以上[2]，產(chǎn)品黏度指數(shù)范圍比較廣，在120～350之間，凸顯出黏度指數(shù)改進(jìn)劑的選擇及加量尤為重要。

黏度指數(shù)改進(jìn)劑是一種油溶性高分子化合物[3]，常用的主要有PIB、PMA、OCP和HSD四種類型，車用油配方中主要是采用OCP和PMA[4]，減振器油對(duì)黏溫性能、低溫性能、剪切性能及氧化安定性要求非常高，黏度指數(shù)改進(jìn)劑是制備減振器油的最主要原材料之一[5-7]，要想同時(shí)滿足這些性能，唯有PMA類型的黏度指數(shù)改進(jìn)劑能滿足要求。本文主要介紹PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑在不同黏度基礎(chǔ)油、相同黏度不同類型基礎(chǔ)油中感受性影響，同時(shí)分析了不同加劑量對(duì)減振器油(KSA)關(guān)鍵性能的影響。

1 PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑在不同黏度的基礎(chǔ)油中感受性影響

同一黏度指數(shù)改進(jìn)劑在不同黏度的基礎(chǔ)油中感受性差別很大，表1為不加PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑前，三種不同黏度Ⅱ類基礎(chǔ)油的理化性能，表2為將同一種PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑加入到不同黏度Ⅱ類基礎(chǔ)油中的感受性對(duì)比，在達(dá)到黏度指數(shù)均為200的條件下，考察黏度指數(shù)改進(jìn)劑PMA在不同基礎(chǔ)油中的感受性差異。

表1 不同黏度的基礎(chǔ)油理化性能

表2 PMA在不同黏度的基礎(chǔ)油中感受性對(duì)比

從表2可以看出，在達(dá)到黏度指數(shù)為200的基礎(chǔ)上，隨著基礎(chǔ)油黏度的增大，黏度指數(shù)改進(jìn)劑需求量隨之增多，說(shuō)明黏度越大，對(duì)黏度指數(shù)改進(jìn)劑感受性越差。在KSA-1油品中，不加黏度指數(shù)改進(jìn)劑之前，40 ℃基礎(chǔ)油黏度為9.1 mm2/s，黏度指數(shù)為110，加入5.5%的PMA后，減振器油黏度為13.20 mm2/s，黏度指數(shù)為202，可知在這一種低黏度基礎(chǔ)油中，每加入1%的黏度指數(shù)改進(jìn)劑，40 ℃黏度增大0.7個(gè)單位，黏度指數(shù)增加17，傾點(diǎn)降低5 ℃；在KSA-2油品中，每加入1%的黏度指數(shù)改進(jìn)劑，40 ℃黏度增大1.6個(gè)單位，黏度指數(shù)增加11,傾點(diǎn)降低3.5 ℃；在大黏度KSA-3油品中，每加入1%的黏度指數(shù)改進(jìn)劑，40 ℃黏度增大2.3個(gè)單位，黏度指數(shù)增加7，傾點(diǎn)降低2.7 ℃。圖1可以明顯看出不同黏度減振器油對(duì)同一種黏度指數(shù)改進(jìn)劑的感受性變化值，因此，隨著基礎(chǔ)油黏度的增大，每加入1%的黏度指數(shù)改進(jìn)劑，增稠能力升高，黏度指數(shù)增長(zhǎng)能力下降，傾點(diǎn)降低程度降低。

圖1 黏度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)不同黏度減振器油性能的影響變化值

2 PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)相同黏度不同類型基礎(chǔ)油的影響

表3為PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)相同黏度不同類型基礎(chǔ)油的影響，KSA-4至KSA-8配方中的黏度指數(shù)改進(jìn)劑類型、復(fù)合劑、加劑量、調(diào)制的減振器油40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度等條件相同下，唯獨(dú)基礎(chǔ)油部分組成不一樣，最終調(diào)合得到的減振器油黏度指數(shù)、傾點(diǎn)及氧化安定性差別很大。由此可見(jiàn)，在基礎(chǔ)油微小組成的變化下，黏度指數(shù)改進(jìn)劑的感受性有很大區(qū)別，在進(jìn)行油配方設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)仔細(xì)篩選基礎(chǔ)油，將黏度相近的基礎(chǔ)油進(jìn)行深入考察，做一些基礎(chǔ)油之間的復(fù)配工作，根據(jù)最終目標(biāo)產(chǎn)品，兼顧經(jīng)濟(jì)性，選擇最佳的基礎(chǔ)油組成。

表3 PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)相同黏度不同類型基礎(chǔ)油的影響

表3(續(xù))

3 PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)氧化安定性的影響

PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑不僅對(duì)減振器油的黏度、黏度指數(shù)和傾點(diǎn)有影響，對(duì)其氧化安定性也有顯著影響，圖2為同一黏度指數(shù)改進(jìn)劑不同加劑量對(duì)減振器油氧化安定性的影響，試驗(yàn)均在同批次同配方的基礎(chǔ)油中進(jìn)行，試驗(yàn)方法為SH/T 0193。可以看出，黏度指數(shù)改進(jìn)劑每增加0.5%，氧化安定性就會(huì)隨之變差，當(dāng)黏度指數(shù)改進(jìn)劑從7%增加到7.5%，氧化安定性降低22 min，降低了4%；當(dāng)黏度指數(shù)改進(jìn)劑從8%增加到8.5%，氧化安定性降低了130 min，降低幅度很大，降低了23%。因此在配方研究中，PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑加劑量應(yīng)選擇合適的比例，如果為了提升黏度指數(shù)，一味地增加黏度指數(shù)改進(jìn)劑比例，對(duì)減振器油的氧化安定性影響很大，可考慮換個(gè)PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑，比增加黏度指數(shù)改進(jìn)劑加劑量更有必要。

圖2 PMA加劑量對(duì)減振器油氧化安定性的影響

4 PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)剪切安定性的影響

4.1 不同加劑量的PMA對(duì)相同基礎(chǔ)油的剪切性能影響

減振器的工作就是將油品不斷剪切的過(guò)程，因此對(duì)油品的剪切性能要求很高。圖3為不同加劑量PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑在相同的基礎(chǔ)油中對(duì)剪切安定性的影響，并對(duì)比了性能相同的進(jìn)口PMA和國(guó)產(chǎn)PMA在剪切安定性上的差距。

圖3 KRL剪切變化率隨PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑加劑量的變化

從圖3可以看出，隨著進(jìn)口PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑加劑量的增加，減振器油100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度剪切變化率增大，加劑量每增加0.5%，剪切變化率提升幅度隨之增大，從0.7提升到1.8。相比進(jìn)口PMA，國(guó)產(chǎn)PMA對(duì)減振器油的剪切變化率影響更差，加劑量每增加0.5%，國(guó)產(chǎn)黏度指數(shù)改進(jìn)劑比進(jìn)口產(chǎn)品在剪切變化率上高出4%左右，而且隨著加劑量的增加，剪切變化率提升幅度更大，從1.4增大到2.3。減振器油KRL剪切變化率一般要求不大于25%，市場(chǎng)上幾家國(guó)產(chǎn)PMA在其他性能與進(jìn)口PMA相當(dāng)?shù)臈l件下，剪切安定性較差，因此只能用進(jìn)口產(chǎn)品，建議國(guó)內(nèi)黏度指數(shù)改進(jìn)劑研發(fā)單位加快對(duì)PMA剪切性能的改善，早日打破使用純進(jìn)口PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑的瓶頸。

4.2 相同加劑量PMA對(duì)不同基礎(chǔ)油剪切性能的影響

在相同黏度指數(shù)改進(jìn)劑加劑量的條件下，基礎(chǔ)油組分微小的變化，使得減振器油的剪切安定性差別很大。表4是PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)3種不同基礎(chǔ)油調(diào)制的減振器油剪切性能的影響，可以看出，3種減振器油40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度相近的條件下，配方中基礎(chǔ)油組分有微小的變化，使得黏度指數(shù)與剪切性能有一定的差距，KSA-10與KSA-11的剪切性能相差4.1個(gè)單位，黏度指數(shù)相差9個(gè)單位。因此，同一種黏度指數(shù)改進(jìn)劑在不同基礎(chǔ)油中感受性完全不一樣，建議今后在做配方研究時(shí)，盡量將相同黏度基礎(chǔ)油考察完整，這樣精細(xì)的考察才能做出性價(jià)比高的產(chǎn)品。

表4 PMA對(duì)不同基礎(chǔ)油調(diào)制的減振器油剪切性能影響

5 結(jié)論與建議

通過(guò)本文試驗(yàn)得出的結(jié)論及建議如下：

(1)隨著基礎(chǔ)油黏度的增大，黏度指數(shù)改進(jìn)劑需求量增多，黏度越大，對(duì)黏度指數(shù)改進(jìn)劑感受性越差，每增加1%的黏度指數(shù)改進(jìn)劑，增稠能力隨之越強(qiáng)，黏度指數(shù)增長(zhǎng)能力越來(lái)越小，傾點(diǎn)降低程度越來(lái)越低。

(2)在其他條件相同的條件下，隨著PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑加劑量的增多，其氧化安定性及剪切安定性的變差幅度越大。建議黏度指數(shù)改進(jìn)劑加劑量應(yīng)選擇合適的比例，必要的時(shí)候可考慮換個(gè)PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑，比一味地增加黏度指數(shù)改進(jìn)劑加劑量更有必要。

(3)基礎(chǔ)油組成微小的變化下，對(duì)黏度指數(shù)改進(jìn)劑的感受性差別很大，建議必須仔細(xì)篩選基礎(chǔ)油及其復(fù)配工作，選擇合適的基礎(chǔ)油組成，這樣精細(xì)的考察才能做出性價(jià)比更高的產(chǎn)品。

(4)目前考察的市場(chǎng)上幾家國(guó)產(chǎn)PMA，在其他性能與進(jìn)口PMA相當(dāng)?shù)臈l件下，唯獨(dú)剪切安定性較差，建議國(guó)內(nèi)黏度指數(shù)改進(jìn)劑研發(fā)單位加快對(duì)PMA剪切性能的改善，早日打破使用純進(jìn)口PMA黏度指數(shù)改進(jìn)劑的瓶頸。