淺析汽油機(jī)油中黏度指數(shù)改進(jìn)劑選型

劉銳，郭春梅，馬丙水，高志斌，尹國棟

(山東京博石油化工有限公司，山東 濱州 256500)

0 引言

隨著我國國際化水平不斷提高，綜合實(shí)力不斷強(qiáng)大，中國已經(jīng)成為乘用車的制造和消費(fèi)大國，巨大的乘用車保有量中，美系、德系、日韓系及奮起直追的國產(chǎn)系汽油車坐擁各自市場份額。汽車行業(yè)不斷進(jìn)步，對配套車用潤滑油產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平提出更高要求，以期為發(fā)動(dòng)機(jī)性能提供更加充足的保障[1-4]。

黏度指數(shù)改進(jìn)劑(以下簡稱黏指劑)是汽油機(jī)油配方中必不可少的重要添加劑種類，其結(jié)構(gòu)為高分子化合物，通常具有以下性質(zhì)：(1)油溶性；(2)溫度升高時(shí)，分子伸展，體積增大，增黏能力變大；(3)溫度降低時(shí)，分子收縮，體積減小，增黏能力變小。正是這種特性決定了黏指劑可改善油品的黏溫性能，提高油品黏度指數(shù)，使得高溫下不稀薄、低溫下不黏稠，拓寬產(chǎn)品可使用的溫度范圍[5-11]。

黏指劑性能好壞，直接影響到汽車運(yùn)行平穩(wěn)性。目前常見的有以下4種構(gòu)型的黏指劑：聚異丁烯(PIB)、聚甲基丙烯酸酯(PMA)、乙烯丙烯共聚物(OCP)、氫化苯乙烯雙烯共聚物(HSD)。聚異丁烯(PIB)是最早開發(fā)出來的黏指劑類型，具有優(yōu)異的剪切穩(wěn)定性和熱氧化安定性，但其低溫性能較差，不宜配制低溫在5W以下和高低溫跨度大的油品。聚甲基丙烯酸酯(PMA)低溫性能、熱氧化安定性、增黏性都較好，但其剪切穩(wěn)定性較差，不宜用來配制對剪切穩(wěn)定性要求高的油品，更適宜使用在某些工業(yè)油上。乙烯丙烯共聚物(OCP)的增黏性、剪切穩(wěn)定性、熱氧化安定性都較好，是目前應(yīng)用最廣泛的黏指劑。氫化苯乙烯雙烯共聚物(HSD)具有優(yōu)異的抗剪切穩(wěn)定性、增黏性和熱穩(wěn)定性。OCP型和HSD型都適合作為汽油機(jī)油潤滑油黏指劑，但其低溫性能均稍差一些，如配制低溫油品，需要加入降凝劑[12-15]。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本文對適合調(diào)配汽油機(jī)油的HSD型和OCP型黏度指數(shù)改進(jìn)劑進(jìn)行對比測試，從增黏能力、低溫性能和抗剪切能力三方面進(jìn)行考察。

1.1 增黏能力對比

本試驗(yàn)分別選取HSD型和OCP型常用黏指劑HSD1#、HSD2#、OCP1#和OCP2#，基本情況見表1。

表1 黏度指數(shù)改進(jìn)劑基本信息

以Ⅱ類基礎(chǔ)油150N為空白，分別加入相同比例的四款黏指劑，考察100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度和黏度指數(shù)變化情況，數(shù)據(jù)見表2。

表2 黏指劑不同加入量對運(yùn)動(dòng)黏度指標(biāo)影響

由表2可知：

(1)當(dāng)空白中加入相同量的黏指劑時(shí)，運(yùn)動(dòng)黏度提高幅度從大到小分別為HSD1#>HSD2#>OCP2#>OCP1#，并且HSD型黏指劑的增黏效果是同等添加量OCP型黏指劑增黏效果的二倍左右。

(2)當(dāng)相同黏度時(shí)，6、7組與12、13組對比，同樣調(diào)配至10 mm2/s左右，HSD型黏指劑黏度指數(shù)增量明顯高于OCP型黏指劑。

(3)相同類型黏指劑增黏效果相當(dāng)。

1.2 低溫性能對比

低溫性能主要通過CCS(低溫動(dòng)力黏度)、MRV(低溫泵送黏度)和傾點(diǎn)值來表征。

選取兩種型號中增黏能力突出的OCP2#和HSD1#，為保證低溫性能考察的溫度點(diǎn)更加準(zhǔn)確，分別調(diào)制成品配方SN 5W-30和SN 5W-40兩種黏度等級，保證同一黏度等級其他添加劑量、基礎(chǔ)油搭配比例相同，變量只留黏指劑和基礎(chǔ)油加入量進(jìn)行評價(jià),配方理化性質(zhì)見表3。

表3 配方理化性質(zhì)

表3(續(xù))

由表3數(shù)據(jù)可知：

(1)兩款黏指劑調(diào)配至相同黏度范圍，HSD型配方黏度指數(shù)略高于OCP型；

(2)在降凝劑作用下，傾點(diǎn)均相同；

(3)低溫泵送黏度MRV值會(huì)隨著黏度和其他低溫性質(zhì)變化，相同等級間兩組配方MRV差距約1.5%左右，在單個(gè)指標(biāo)測定重復(fù)性范圍內(nèi)，可看做相當(dāng)；

(4)CCS屬于模擬冷啟動(dòng)表觀黏度，可直接反應(yīng)低溫性能好壞，HSD的配方黏度偏大，但CCS值卻要小于OCP，并且差值超出單個(gè)指標(biāo)重復(fù)性范圍，說明HSD低溫性能較好。

綜上所述，HSD型黏指劑的低溫性能好于OCP型。

1.3 抗剪切能力對比

研究者主要是站在黏度指數(shù)改進(jìn)劑的使用效果角度來評測，所以選擇的是機(jī)油配方的高溫高剪值與實(shí)際應(yīng)用黏度保持能力來對比黏度指數(shù)改進(jìn)劑的抗剪切能力。

1.3.1 配方HTHS值對比

HTHS是高溫高剪切黏度的簡稱，4組配方HTHS值見圖1。

圖1 配方HTHS值對比

從圖1結(jié)果來看，在同一黏度級別下，HSD配方和OCP配方的HTHS值相當(dāng)。

1.3.2 行車試驗(yàn)黏度保持能力對比

根據(jù)多次行車經(jīng)驗(yàn)，抗剪切指標(biāo)與實(shí)際應(yīng)用有可能會(huì)有差距，所以為更進(jìn)一步對抗剪切能力評測，對四組配方進(jìn)行行車試驗(yàn)，監(jiān)測黏度變化情況，試驗(yàn)如下：

(1)SN 5W-30應(yīng)用車型：別克英朗；SN 5W-40應(yīng)用車型：現(xiàn)代瑞納；

(2)行車工況：3-8月份，城市間道路；

(3)10000 km行車試驗(yàn)，在0 km /1000 km /3000 km /5000 km /8000 km /10000 km分別跟蹤取樣，監(jiān)測100 ℃黏度變化及其他指標(biāo)。黏度變化見圖2。

圖2 行車試驗(yàn)運(yùn)動(dòng)黏度變化對比

行車試驗(yàn)全程無異常情況。跟蹤檢測圖2數(shù)據(jù)顯示：

(1)由于配方中相同等級油品其他組分相同，說明兩者抗氧化能力相近，所以試驗(yàn)過程中由于氧化所導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)黏度增加幅度默認(rèn)相當(dāng)。

(2)四組配方運(yùn)動(dòng)黏度變化均呈現(xiàn)先降低后小幅度增加趨勢。

(3)加入OCP型黏指劑的兩組配方100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度下降率在11%左右，加入HSD型黏指劑的兩組配方100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度下降率在6%左右，說明HSD型在高溫下的黏度保持力更優(yōu)。

黏度變化直接影響行駛油壓穩(wěn)定性，但四組配方在指標(biāo)監(jiān)測過程中均沒有達(dá)到GB/T 8028《汽油機(jī)油換油指標(biāo)》范圍，說明兩種類型黏指劑的黏度保持力均合格。

2 總結(jié)

通過對OCP型和HSD型常用黏指劑進(jìn)行增黏能力、低溫性能和抗剪切性能三方面考察，得到如下結(jié)論：

(1)相同添加量下，HSD型黏指劑增黏幅度是OCP型近二倍；調(diào)配至相同黏度下，HSD型的黏度指數(shù)增量明顯高于OCP型黏指劑。

(2)在同等黏度級別下，HSD型黏指劑的低溫性能優(yōu)于OCP型。

(3)在相同黏度級別下，OCP型配方的HTHS值與HSD型相當(dāng)，但OCP型配方在行車試驗(yàn)中的運(yùn)動(dòng)黏度下降幅度明顯大于HSD型，說明HSD型黏指劑具有更優(yōu)秀的黏度保持能力。