Viskoznost mazalnega olja se zmanjšuje s povišanjem temperature inIndeks viskoznosti (VI)je indikator za merjenje stopnje spremembe viskoznosti s temperaturo. Višji ko je VI olja, manjša je stopnja spremembe viskoznosti s temperaturo. Na splošno je indeks viskoznosti mineralnega olja (parafinska osnova) običajno 96-120, za pripravo olja za večgradni motor z notranjim zgorevanjem (motor ICE ali IC) z odličnimi viskoznostno-temperaturnimi značilnostmi in drugimi industrijskimi mazivi z visokim indeksom viskoznosti je potrebno dodati sredstvo za izboljšanje indeksa viskoznosti (VII) ali uporabiti sintetično bazno olje.

Viscosity Index Improvers VII in Lubricant

Imena dodatkov za uravnavanje viskoznosti- Kako ljudje imenujejo to kemikalijo

Dodatki za nadzor viskoznosti so znani tudi pod številnimi drugimi imeni, vključno z:

Modifikatorji viskoznosti (VM)
Sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti (VII)
Sredstva za izboljšanje viskoznosti
Sredstva za zgoščevanje
Dodatki za zgoščevanje
Stabilizatorji viskoznosti
Sredstva za povečanje viskoznosti

Ti izrazi se pogosto uporabljajo izmenično za aditive, ki pomagajo nadzorovati viskoznost maziv v različnih pogojih delovanja.

Glavna zgodovina sredstva za izboljšanje viskoznosti

V začetku tridesetih let 20. stoletja so visoko molekularne spojine uporabljali za hidravlično olje in olje za topovske menjalnike za izboljšanje viskoznosti in temperature.
Poliizobutilen (PIB)je eden prvih VII, ki je bil razvit. V tridesetih letih 20. stoletja so raziskovalci pri Standard Oil Company (zdaj ExxonMobil) razvili postopek za proizvodnjo PIB z visoko molekulsko maso, ki je imel boljše lastnosti za izboljšanje VI.
Polimetakrilat, (PMA)je bil prvič razvit v petdesetih letih 20. stoletja kot nadomestek za sintetični kavčuk. V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so raziskovalci začeli raziskovati uporabo PMA kot VII v mazivih. Ugotovili so, da imajo PMA odlično strižno stabilnost, dobro delovanje pri nizkih temperaturah in odpornost proti oksidaciji.
Etilen propilen kopolimer (EPC)ozolefinski kopolimeri (OCP)so bili prvič razviti v šestdesetih letih prejšnjega stoletja kot zamenjava za poliizobutilen (PIB), ki je bil takrat prevladujoči VII. OCP so kopolimeri alfa-olefinov in drugih monomerov, kot sta etilen in propilen. V sedemdesetih in osemdesetih letih 20. stoletja se je OCP široko uporabljal v proizvodnji motornih olj in drugih maziv. Še posebej so bili priljubljeni v Severni Ameriki, kjer so jih uporabljali za izboljšanje delovanja pri nizkih temperaturah.
70. stoletje 20. stoletja: Razvita družba Shell ChemicalStiren-izoprenski polimeri, ki so znani po svoji dobri strižni stabilnosti in učinkovitosti pri nizkih temperaturah, zaradi česar se pogosto uporabljajo v izboljševalcih indeksa viskoznosti za motorna olja za avtomobile.

Te polimerne spojine se imenujejo dodatki za zgoščevanje ali sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti.

Npr. dodatek PMA mineralnemu olju lahko učinkovito poveča njegovo viskoznost, zlasti pri visokih temperaturah. Ta spojina se običajno imenuje sredstvo za izboljšanje viskoznosti zaradi svoje sposobnosti vplivanja na viskoznostno temperaturno delovanje olja. Natančneje, poveča indeks viskoznosti olja, zato je znan tudi kot sredstvo za izboljšanje indeksa viskoznosti.

Tržni delež sredstev za izboljšanje indeksa viskoznosti narašča zaradi hitrega razvoja večstopenjskih maziv. Večstopenjska motorna olja potrebujejo izboljšan indeks viskoznosti, da ohranijo svojo učinkovitost v širokem razponu temperatur. Posledično so sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti postala nujna v industriji maziv. Po statističnih podatkih ti VII predstavljajo približno 22,5% celotne porabe aditivov za maziva.

Zakaj so sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti tako pomembna? - Vrednost sredstev za izboljšanje indeksa viskoznosti (VII) v mazivih.

Izboljšajte viskozno-temperaturno delovanje maziv

Eden ključnih razlogov, zakaj so sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti (VII) aditivov, ki so zelo cenjeni, je, da izboljšajo viskoznostno-temperaturno delovanje maziv. Razstavljajo se maziva z aditivi VII, kot so motorna olja, olja za menjalnike in hidravlična olja.dobro delovanje pri nizkih temperaturah in mazanje pri visokih temperaturah, ki je bistvenega pomena za zagotavljanje nemotenega delovanja in zaščite strojev. Poleg tega lahko maziva z aditivi VIIizpolnjujejo zahteve več stopenj viskoznosti, zaradi česar so vsestranski in primerni za uporabo v različnih aplikacijah in pogojih skozi vse leto.

Zmanjšajte porabo energije, zmanjšajte obrabo in zmanjšajte trenje v strojih

Sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti igrajo ključno vlogo pri zmanjšanju porabe energije, zmanjšanju obrabe in zmanjšanju trenja v strojih. V primerjavi z enostopenjskimi mazivi večstopenjska maziva, oblikovana z izboljševalci indeksa viskoznosti, porabijo manj maziva in kurilnega olja, kar ima za posledico bistveno manjšo mehansko obrabo. Večstopenjska maziva imajo bolj gladko razmerje viskoznost-temperatura z manjšimi variacijami viskoznosti glede na temperaturne spremembe kot enostopenjska maziva. To zagotavlja ustrezno mazanje gibljivih delov pri visokih temperaturah, kar zmanjšuje obrabo in trganje. Pri nizkih temperaturah imajo večstopenjska maziva nižjo viskoznost kot enostopenjska olja, kar olajša zagon motorja in varčuje z energijo. V primerjavi z enostopenjskimi olji iste stopnje viskoznosti, kot je SAE 10W/30 v primerjavi s SAE 30, lahko večstopenjska olja prihranijo do 2 % do 3 % pri porabi goriva.

Poenostavite maziva

Sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti igrajo ključno vlogo pri poenostavitvi maziv. Na primer, univerzalna traktorska maziva lahko služijo kot motorno olje, olje za menjalnike, tekočina za menjalnik in zavorno olje hkrati, zahvaljujoč uporabi sredstev za izboljšanje indeksa viskoznosti. To poenostavlja inventar potrebnih maziv, kar zmanjšuje stroške, povezane s shranjevanjem in upravljanjem več maziv. Poleg tega lahko uporaba univerzalnih maziv povzroči manj zmede in napak pri izbiri in uporabi maziv, kar na koncu prispeva k izboljšani zmogljivosti in zanesljivosti opreme. Zmožnost poenostavitve mazivnih izdelkov z uporabo sredstev za izboljšanje indeksa viskoznosti jih je naredila dragoceno komponento v industriji maziv.

Poveča proizvodnjo visoko viskoznih mazalnih olj

Zaradi omejene razpoložljivosti virov baznega olja z visoko viskoznostjo so sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti postala bistvena sestavina mazalnih olj. Z dodajanjem sredstev za izboljšanje indeksa viskoznosti baznim oljem z nizko viskoznostjo lahko nastalo olje nadomesti bazna olja z visoko viskoznostjo, kar poveča proizvodnjo visokoviskoznih mazalnih olj in racionalnejšo porabo virov.

V motornih oljih so sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti ključna pri ustvarjanju večstopenjskih motornih olj, ki so manj odvisna od temperature. Pravzaprav so sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti pomembna sestavina motornih olj v skladu s specifikacijo motornega olja za osebna vozila ILSAC GF-5. Večstopenjska motorna olja, oblikovana s sredstvi za izboljšanje indeksa viskoznosti, lahko ohranijo viskoznost pri visokih temperaturah in visokih strižnih pogojih, hkrati pa zagotavljajo črpanje mazalnih olj pri nizkih temperaturah.

V tekočinah za pogonski sklop, kot so olja za menjalnike in tekočine za avtomatske menjalnike, sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti služijo za zmanjšanje sprememb viskoznosti v najširšem možnem območju delovne temperature, hkrati pa ohranjajo dobro strižno stabilnost. Najpogosteje uporabljeno sredstvo za izboljšanje indeksa viskoznosti je v večstopenjskih motornih oljih, ki predstavljajo približno 60 % vseh mazalnih olj. Količina sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti, ki se uporablja v motornih oljih, lahko doseže do 15 % (masni delež). Med različnimi vrstami aditivov se v največji meri uporabljajo sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti, ki predstavljajo okoli 23 % celotne prodaje aditivov.

Trenutno so energijsko varčna mazalna olja z boljšo porabo goriva večstopenjska motorna olja, kombinirana iz baznih olj z nizko viskoznostjo z modifikatorji trenja, izboljševalci indeksa viskoznosti in depresorji. Sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti lahko zmanjšajo izgubo zaradi trenja v conah mešanega in hidrodinamičnega mazanja, medtem ko lahko modifikatorji trenja zmanjšajo izgubo zaradi trenja v conah mejnega in mešanega mazanja. S pravilno formulacijo lahko sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti in modifikatorji trenja skupaj zmanjšajo trenje in izboljšajo energetsko učinkovitost mazalnih olj.

Delovanje sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti

1. Strižna stabilnost

Strižna stabilnost je sposobnost polimera, da se upre strižnim obremenitvam, kar je ključnega pomena za izboljšavo indeksa viskoznosti. Če ima sredstvo za izboljšanje indeksa viskoznosti slabo strižno stabilnost, se bo glavna veriga polimera zlomila pod delovanjem strižne napetosti, kar bo povzročilo padec viskoznosti. Posledično mešanica mazalnega olja ne more ohraniti svoje prvotne stopnje viskoznosti, kar povzroči večjo obrabo in porabo goriva. Za več klikniteIzboljševalec strižne stabilnosti in indeksa viskoznosti v mazivu.

2. Sposobnost zgostitve

Sposobnost zgoščevanja je zelo pomembna učinkovitost sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti. Večja ko je sposobnost zgoščevanja sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti, manjši je odmerek in nižji so stroški večgradnega maziva.
Sposobnost zgoščevanja polimera je v glavnem odvisna od relativne molekulske mase sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti, števila ogljikovih atomov glavne verige v molekuli (-[-CH2-]-) in oblike v osnovnem olju. .
Vrstni red sposobnosti zgoščevanja komercialno dostopnih sredstev za izboljšanje indeksa viskoznosti je naslednji:

HSD ≈ OCP > PIB > PMA

3. Termična/oksidacijska stabilnost

Termična/oksidativna stabilnost je še en pomemben indeks vrednotenja VII. Sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti so pri dejanski uporabi podvržena visokotemperaturni oksidaciji in termooksidativni razgradnji, razgradnja pa bo povzročila vrsto težav, kot so zmanjšanje viskoznosti, povečanje vrednosti kisline in povečanje usedlin ogljika v obročnih utorih. Visokomolekularni polimeri na splošno niso izpostavljeni očitni termooksidativni razgradnji pod 60 stopinjami in začnejo termooksidativno razpadati pri 100-200 stopinjah. Termooksidacijska stabilnost polimera je povezana s strukturo VII.

Vrstni red oksidacijske stabilnosti komercialno dostopnega VII je:

PMA > PIB > OCP ≈ HSD

4. Zmogljivost pri nizkih temperaturah

Nizkotemperaturna viskoznost motornih olj je ključna reološka lastnost. Da bi omogočili zagon vozila v hladnem vremenu, mora biti viskoznost motornih olj v ležajih pod kritično vrednostjo. Ta vrednost je določena s poskusi zmožnosti zagona motorja pri nizkih temperaturah in je opredeljena v okviru SAE J300 za vse razrede "W".

Izboljševalec indeksa viskoznostipomembno vpliva na nizkotemperaturno delovanje večstopenjskih motornih olj in obstajata dve kritični vrednosti, ki označujeta nizkotemperaturni indeks učinkovitosti večstopenjskih motornih olj:nizkotemperaturni zagon in nizkotemperaturna črpalnost.

Možnost zagona pri nizkih temperaturah

Obstaja veliko dejavnikov, ki vplivajo na sposobnost zagona pri nizkih temperaturah, eden najpomembnejših kazalcev je nizkotemperaturna viskoznost, manjša kot je nizkotemperaturna viskoznost, lažji je zagon.
Na splošno,Simulator hladnega zagona (CCS)se uporablja za merjenje navidezne viskoznosti večstopenjskega olja pri nizkih temperaturah. Simulator hladnega zagona je reometer, ki deluje pri visoki strižni hitrosti pri fiksni temperaturi okolja za simulacijo pretoka mazalnega olja v ležaje motorja ob zagonu. Po zagonu motorja mora tudi olje lahko prosto teči v oljno črpalko in se porazdeliti po različnih oljnih napeljavah motorja.
Nizkotemperaturne lastnosti različnih VII so precej različne in PMA kaže nižjo viskoznost v širokem razponu strižnih stopenj, zato ima PMA najboljšo zmogljivost CCS. Molekularna veriga PIB je razmeroma toga, ker ima veliko metilnih stranskih verig, njegova viskoznost pa pri nizkih temperaturah hitro narašča, zato je nizkotemperaturna zmogljivost PIB najslabša.

Črpanje motornega olja pri nizkih temperaturah

Ko se motor zažene pri nizki temperaturi, je treba tlak olja v sistemu mazalnega olja normalizirati v kratkem času, da se zagotovi pravočasno mazanje vseh delov motorja, sicer bo prišlo do obrabe. Sposobnost črpanja motornega olja v različne dele motorja imenujemo zmogljivost črpanja.

Črpanje motornega olja je odvisno od navidezne viskoznosti v pogojih črpanja. Preskusi so pokazali, da nizkotemperaturna črpalna viskoznost večstopenjskega olja ni višja od 3Pa·s, kar lahko zagotovi oskrbo s črpalnim oljem, in ta viskoznost se imenuje kritična črpalna viskoznost. Temperatura, pri kateri je dosežena kritična črpalna viskoznost, se imenuje kritična črpalna temperatura, ki se meri z mini rotacijskim viskozimetrom (MRV). MRV je reometer z nizko strižno hitrostjo, ki se uporablja za simulacijo črpanja večgradnega motornega olja vozila po dvodnevnem prostem teku v hladnem vremenu.

SAE J300 določa tudi zgornje meje viskoznosti MRV za vsa motorna olja razreda "W". MRV lahko meri tako mejo pretoka viskoznosti kot mejo zračnega upora. Povprečna temperatura črpanja (BPT), ki jo predvideva MRV, je v dobri korelaciji s povprečno mejno temperaturo črpanja motorja.

Brookefieldova viskoznost lahko določi mejno vrednost pretoka viskoznosti in V naslednji tabeli so navedeni učinki različnih vrst sredstev za izboljšanje indeksa viskoznosti na zmogljivost črpanja pri nizkih temperaturah.

5. Visoka temperatura, visoka strižna hitrost （HTHS）

High-Temperature High Shear (HTHS) je indikator stabilnosti viskoznosti motornega olja pri visoki temperaturi in visokem strigu, kar odraža sposobnost motornega olja, da ohrani mazanje pri visoki temperaturi in visokih strižnih pogojih.HTHS lahko preprosto razumemo kot trdnost oljnega filma.

Viskoznost ima odločilen pomen pri mazanju. Visokotemperaturna viskoznost večstopenjskega motornega olja se testira s kapilarnim viskozimetrom z nizko strižno hitrostjo za merjenje kinematične viskoznosti pri 100 stopinjah. Za ne-newtonske tekočine večstopenjskega oljnega sistema viskoznost, izmerjena s kapilaro z nizkim strigom, ne more odražati viskoznosti motorja v delovnih pogojih visoke temperature (150 stopinj) in visoke strižne hitrosti (106 s^-1).

Raziskave kažejo, da je navidezna viskoznost, izmerjena pri temperaturi 150 stopinj in strižni hitrosti 10 stopinj.⁶s^-1ima dobro korelacijo z obrabo ležaja motorja. Ko je bil SAE J300 revidiran leta 1995, je bila za vsako stopnjo viskoznosti dodana najmanjša visoka temperatura in visoka strižna viskoznost (visoka temperatura, visoka strižna stopnja, HTHS). Visoka temperatura in visoka strižna viskoznost se merita pri zelo visoki strižni hitrosti (10⁶ s^-1) in temperaturo (150 stopinj), ki je podobna pretočnemu okolju delujočih ležajev ohišja motorja v stabilnem stanju.

Na splošno visokokakovostno sredstvo za izboljšanje indeksa viskoznosti ne potrebuje samo močnesposobnosti zgoščevanjaindobra strižna stabilnostampak zahteva tudi dobrodelovanje pri nizkih temperaturahinvisoka toplotna oksidacijska stabilnost.

Kemična struktura sredstev za izboljšanje indeksa viskoznosti je tesno povezana z njihovim delovanjem. Visoko polimeri na osnovi ogljikovodikov, kot je OCP, imajo odlične učinke povečanja viskoznosti, vendar njihova sposobnost izboljšanja indeksa viskoznosti (VI) ni tako dobra.

Po drugi strani pa polimeri, ki vsebujejo polarne skupine, kot je PMA, niso tako učinkoviti kot OCP za zgostitev maziva, vendar imajo odlične zmožnosti izboljšanja VI in lahko tudi zmanjšajo litišče.

Tipična sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti

Tipična sredstva za izboljšanje indeksa viskoznosti	Okrajšava
Kopolimer etilen-propilena, kopolimer olefina (etilen in propilen)	OCP
Polimetakrilat	PMA
Kopolimer hidrostirena in vinil diena	HSD
Poliizobutilen	PIB

Primerjava lastnosti več pogosto uporabljenih sredstev za izboljšanje indeksa viskoznosti （VII）

Izvedba VII	Zgostiti sposobnost	VI Izboljšanje	Strižna stabilnost	Znižajte točko tečenja	Nizkotemperaturna viskoznost		Visokotemperaturna strižna viskoznost	Oksidacijska stabilnost
Izvedba VII	Zgostiti sposobnost	VI Izboljšanje	Strižna stabilnost	Znižajte točko tečenja	CCS	Brookfield	Visokotemperaturna strižna viskoznost	Oksidacijska stabilnost
PMA	Dobro	Zelo dobro	ni dobro - zelo dobro	Zelo dobro	Zelo dobro	Zelo dobro	Dobro	Dobro
OCP	Zelo dobro	Dobro	ni dobro - dobro	Slab	Dobro	Slab	Dobro	Dobro
HSD	Zelo dobro	Dobro	Zelo dobro	Slab	Dobro	Slab	Dobro	Dobro
Mešanica OCP&PMA	Dobro	Dobro	Dobro	Dobro	Zelo dobro	Dobro	Dobro	Dobro

Par:Razumevanje detergentnih dodatkov v motornih oljih: pregled

Naslednji:Izboljševalec strižne stabilnosti in indeksa viskoznosti v mazivu.