Viskozita mazacieho oleja klesá so zvyšovaním teploty aViskozitný index (VI)je indikátor na meranie stupňa zmeny viskozity s teplotou. Čím vyššie je VI oleja, tým menší je stupeň zmeny viskozity s teplotou. Vo všeobecnosti je index viskozity minerálneho oleja (parafínový základ) zvyčajne 96-120, na prípravu oleja pre viacstupňové spaľovacie motory (ICE alebo IC) oleja s vynikajúcimi viskozitno-teplotnými charakteristikami a iných priemyselných mazív s vysokým indexom viskozity je potrebné pridať prípravok na zlepšenie indexu viskozity (VII) alebo použiť syntetický základový olej.

Viscosity Index Improvers VII in Lubricant

Názvy aditív na kontrolu viskozity- Ako ľudia nazývajú túto chemikáliu

Prísady na kontrolu viskozity sú známe aj pod niekoľkými ďalšími názvami, vrátane:

Modifikátory viskozity (VM)
Zlepšovače viskozitného indexu (VII)
Zlepšovače viskozity
Zahusťovacie činidlá
Zahusťovacie prísady
Stabilizátory viskozity
Zosilňovače viskozity

Tieto výrazy sa často používajú zameniteľne na označenie aditív, ktoré pomáhajú kontrolovať viskozitu mazív za rôznych prevádzkových podmienok.

Hlavná história prípravku na zlepšenie viskozity

Skôr v 30. rokoch 20. storočia sa vysokomolekulárna zmes používala na hydraulický olej a prevodový olej kanónov na zlepšenie viskozitno-teplotného výkonu.
Polyizobutylén (PIB)je jedným z prvých vyvinutých VII. V tridsiatych rokoch 20. storočia výskumníci v Standard Oil Company (teraz ExxonMobil) vyvinuli proces výroby PIB s vysokou molekulovou hmotnosťou, ktorý mal lepšie vlastnosti zlepšujúce VI.
Polymetakrylát, (PMA)bol prvýkrát vyvinutý v 50. rokoch minulého storočia ako náhrada syntetického kaučuku. V 70. rokoch začali výskumníci skúmať použitie PMA ako VII v mazivách. Zistili, že PMA majú vynikajúcu šmykovú stabilitu, dobrý výkon pri nízkych teplotách a odolnosť voči oxidácii.
Kopolymér etylénu a propylénu (EPC)aleboolefínové kopolyméry (OCP)boli prvýkrát vyvinuté v 60. rokoch ako náhrada za polyizobutylén (PIB), ktorý bol v tom čase dominantným VII. OCP sú kopolyméry alfa-olefínov a iných monomérov, ako je etylén a propylén. V 70. a 80. rokoch sa OCP stal široko používaným pri výrobe motorových olejov a iných mazív. Boli obzvlášť populárne v Severnej Amerike, kde sa používali na zlepšenie výkonu pri nízkych teplotách.
20. storočie 70. roky: Vývoj Shell ChemicalPolyméry styrén-izoprén, ktoré sú známe svojou dobrou šmykovou stabilitou a nízkoteplotným výkonom, vďaka čomu sú široko používané v prípravkoch na zlepšenie viskozitného indexu automobilových motorových olejov.

Tieto polymérne zlúčeniny sa nazývajú zahusťovacie prísady alebo zlepšovače indexu viskozity.

napr. pridanie PMA do minerálneho oleja môže účinne zvýšiť jeho viskozitu, najmä pri vysokých teplotách. Táto zlúčenina sa bežne označuje ako zlepšovač viskozity vďaka svojej schopnosti ovplyvňovať viskozitu a teplotu oleja. Konkrétne zvyšuje index viskozity oleja, a preto je tiež známy ako zlepšovač indexu viskozity.

Trhový podiel prípravkov na zlepšovanie viskozitného indexu je na vzostupe vďaka rýchlemu vývoju viacrozsahových mazív. Viacrozsahové motorové oleje vyžadujú zlepšený index viskozity, aby si zachovali svoj výkon v širokom rozsahu teplôt. Výsledkom je, že zlepšovače indexu viskozity sa stali nevyhnutnými v priemysle mazania. Podľa štatistík tvoria tieto VII približne 22,5 % celkovej spotreby mazacích prísad.

Prečo sú zlepšovače indexu viskozity také dôležité? - Hodnota zlepšovačov viskozitného indexu (VII) v mazivách.

Zlepšenie viskozitno-teplotného výkonu mazív

Jeden z kľúčových dôvodov, prečo zlepšovače viskozitného indexu (VII) aditíva sú vysoko cenené je, že zlepšujú viskozitno-teplotné vlastnosti mazív. Vystavujú sa mazivá s prísadami VII, ako sú motorové oleje, prevodové oleje a hydraulické olejedobrý výkon pri nízkych teplotách a vysokoteplotné mazanie, ktorá je nevyhnutná pre zabezpečenie plynulej prevádzky a ochrany strojových zariadení. Okrem toho môžu mazivá s prísadami VIIspĺňajú požiadavky viacerých stupňov viskozity, vďaka čomu sú všestranné a vhodné na použitie v rôznych aplikáciách a podmienkach počas celého roka.

Znížte spotrebu energie, minimalizujte opotrebovanie a znížte trenie v strojoch

Zlepšovače viskozitného indexu zohrávajú kľúčovú úlohu pri znižovaní spotreby energie, minimalizácii opotrebovania a znižovaní trenia v strojoch. V porovnaní s jednostupňovými mazivami spotrebúvajú viacstupňové mazivá formulované so zlepšovačmi viskozitného indexu menej maziva a vykurovacieho oleja, čo vedie k výraznému zníženiu mechanického opotrebenia. Viacstupňové mazivá majú hladší viskozitno-teplotný výkon s menšími zmenami viskozity pri zmenách teploty ako jednostupňové mazivá. To zaisťuje dostatočné mazanie pohyblivých častí pri vysokých teplotách, čím sa znižuje opotrebovanie. Pri nízkych teplotách majú viacstupňové mazivá nižšiu viskozitu ako jednostupňové oleje, čo uľahčuje štartovanie motora a šetrí energiu. V porovnaní s jednostupňovými olejmi s rovnakou úrovňou viskozity, ako je SAE 10W/30 verzus SAE 30, môžu viacrozsahové oleje ušetriť až 2 % až 3 % spotreby paliva.

Zjednodušte mazacie produkty

Zlepšovače viskozitného indexu zohrávajú kľúčovú úlohu pri zjednodušovaní mazacích produktov. Napríklad univerzálne traktorové mazivá môžu slúžiť ako motorový olej, prevodový olej, prevodová kvapalina a brzdový olej naraz, vďaka použitiu zlepšovačov viskozitného indexu. To zjednodušuje inventarizáciu potrebných mazacích produktov a znižuje náklady spojené so skladovaním a správou viacerých mazív. Okrem toho môže použitie univerzálnych mazív viesť k menšiemu zmätku a chybám pri výbere a aplikácii maziva, čo v konečnom dôsledku prispieva k zlepšeniu výkonu a spoľahlivosti zariadenia. Schopnosť zjednodušiť mazacie produkty pomocou zlepšovačov viskozitného indexu z nich urobila cennú zložku v priemysle mazív.

Zvyšuje produkciu vysokoviskóznych mazacích olejov

V dôsledku obmedzenej dostupnosti zdrojov vysokoviskóznych základových olejov sa látky zlepšujúce viskozitný index stali základnými zložkami mazacích olejov. Pridaním zlepšovákov viskozitného indexu do základových olejov s nízkou viskozitou môže výsledný olej nahradiť základové oleje s vysokou viskozitou, čo zvyšuje produkciu vysokoviskóznych mazacích olejov a racionálnejšie využíva zdroje.

V motorových olejoch sú zlepšovače indexu viskozity kľúčové pri vytváraní viacstupňových motorových olejov, ktoré sú menej závislé od teploty. V skutočnosti sú látky zlepšujúce viskozitný index životne dôležitou súčasťou motorových olejov podľa špecifikácie motorového oleja pre osobné automobily ILSAC GF-5. Viacstupňové motorové oleje formulované so zlepšovačmi viskozitného indexu dokážu udržať viskozitu pri vysokých teplotách a podmienkach vysokého strihu a zároveň zabezpečiť čerpanie mazacích olejov pri nízkych teplotách.

V kvapalinách hnacieho ústrojenstva, ako sú prevodové oleje a kvapaliny pre automatické prevodovky, slúžia zlepšovače viskozitného indexu na minimalizáciu zmien viskozity v najširšom možnom rozsahu prevádzkových teplôt pri zachovaní dobrej stability v šmyku. Najbežnejšie používaný prostriedok na zlepšenie indexu viskozity je vo viacstupňových motorových olejoch, ktoré tvoria približne 60 % všetkých mazacích olejov. Množstvo činidla na zlepšenie indexu viskozity použitého v motorových olejoch môže dosiahnuť až 15 % (hmotnostný podiel). Spomedzi rôznych typov prísad sa v najväčšom množstve používajú látky zlepšujúce index viskozity, ktoré predstavujú približne 23 % všetkých predajov prísad.

V súčasnosti sú energeticky úsporné mazacie oleje s lepšou spotrebou paliva viacstupňové motorové oleje kombinované z nízkoviskóznych základových olejov s modifikátormi trenia, zlepšovačmi indexu viskozity a látkami znižujúcimi bod tuhnutia. Zlepšovače viskozitného indexu môžu znížiť straty trením v zmiešaných a hydrodynamických zónach mazania, zatiaľ čo modifikátory trenia môžu znížiť straty trením v hraničných a zmiešaných zónach mazania. So správnym zložením môžu zlepšovače indexu viskozity a modifikátory trenia spolupracovať pri znižovaní trenia a zlepšovaní energetickej účinnosti mazacích olejov.

Výkon zlepšovača indexu viskozity

1. Stabilita v šmyku

Stabilita v šmyku je schopnosť polyméru odolávať šmykovému namáhaniu, čo je rozhodujúca vlastnosť zlepšovačov indexu viskozity. Keď má činidlo zlepšujúce index viskozity zlú stabilitu v šmyku, hlavný reťazec polyméru sa pôsobením šmykového napätia pretrhne, čo vedie k poklesu viskozity. V dôsledku toho si zmiešaný mazací olej nemôže zachovať svoj pôvodný stupeň viskozity, čo spôsobuje zvýšené opotrebovanie a spotrebu paliva. Pre viac, prosím klikniteZlepšovač šmykovej stability a indexu viskozity v mazive.

2. Schopnosť zahusťovania

Schopnosť zahusťovania je veľmi dôležitá vlastnosť zlepšovača indexu viskozity. Čím väčšia je zahusťovacia schopnosť prípravku na zlepšenie viskozitného indexu, tým menšie je dávkovanie a tým nižšie sú náklady na viacstupňové mazivo.
Schopnosť zahusťovania polyméru závisí hlavne od relatívnej molekulovej hmotnosti činidla zlepšujúceho viskozitný index, počtu uhlíkov v hlavnom reťazci molekuly (-[-CH2-]-) a formy v základovom oleji. .
Poradie schopnosti zahusťovania komerčne dostupných látok zlepšujúcich index viskozity je nasledovné:

HSD ≈ OCP > PIB > PMA

3. Tepelná/oxidačná stabilita

Tepelná/oxidačná stabilita je ďalším dôležitým hodnotiacim indexom VII. Zlepšovače viskozitného indexu sú pri skutočnom použití vystavené vysokoteplotnej oxidácii a termooxidačnému rozkladu a tento rozklad povedie k sérii problémov, ako je zníženie viskozity, zvýšenie hodnoty kyslosti a zvýšenie usadenín uhlíka v prstencovej drážke. Vysokomolekulárne polyméry vo všeobecnosti nepodliehajú zjavnému termooxidačnému rozkladu pod 60 stupňov a začínajú sa termooxidačne rozkladať pri 100-200 stupňoch . Termooxidačná stabilita polyméru súvisí so štruktúrou VII.

Poradie oxidačnej stability komerčne dostupného VII je:

PMA > PIB > OCP ≈ HSD

4. Výkon pri nízkych teplotách

Viskozita motorových olejov pri nízkych teplotách je rozhodujúcou reologickou charakteristikou. Aby bolo možné vozidlo naštartovať v chladnom počasí, musí byť viskozita motorových olejov v ložiskách pod kritickou hodnotou. Táto hodnota je určená prostredníctvom experimentov so schopnosťou štartovania motora pri nízkych teplotách a je definovaná v rámci SAE J300 pre všetky triedy „W“.

Zlepšovač indexu viskozitymá dôležitý vplyv na nízkoteplotný výkon viacrozsahových motorových olejov a existujú dve kritické hodnoty, ktoré označujú index nízkoteplotného výkonu viacrozsahových motorových olejov:nízkoteplotný nábeh a nízkoteplotná čerpateľnosť.

Možnosť štartovania pri nízkej teplote

Existuje mnoho faktorov, ktoré ovplyvňujú nízkoteplotnú štartovateľnosť, jedným z najdôležitejších ukazovateľov je nízkoteplotná viskozita, čím menšia je nízkoteplotná viskozita, tým ľahšie sa štartuje.
vo všeobecnostiSimulátor studeného štartovania (CCS)sa používa na meranie zdanlivej viskozity viacstupňového oleja pri nízkych teplotách. Simulátor studeného štartu je reometer prevádzkovaný pri vysokej šmykovej rýchlosti pri stálej teplote okolia na simuláciu toku mazacieho oleja do ložísk motora pri štartovaní. Po naštartovaní motora musí mať olej tiež možnosť voľne tiecť do olejového čerpadla a distribuovať ho do rôznych olejových potrubí motora.
Nízkoteplotné vlastnosti rôznych VII sú celkom odlišné a PMA vykazuje nižšiu viskozitu v širokom rozsahu šmykových rýchlostí, takže PMA má najlepší CCS výkon. Molekulový reťazec PIB je relatívne tuhý, pretože má veľa metylových bočných reťazcov a jeho viskozita sa rýchlo zvyšuje pri nízkych teplotách, takže výkonnosť PIB pri nízkych teplotách je najhoršia.

Schopnosť nízkoteplotného čerpadla motorového oleja

Keď sa motor naštartuje pri nízkej teplote, tlak oleja v systéme mazacieho oleja sa musí v krátkom čase normalizovať, aby sa zabezpečilo včasné premazanie všetkých častí motora, inak dôjde k opotrebovaniu. Schopnosť motorového oleja čerpať do rôznych častí motora sa nazýva čerpacia kapacita.

Čerpateľnosť motorového oleja závisí od zdanlivej viskozity za podmienok čerpania. Testy ukázali, že nízkoteplotná čerpacia viskozita viacstupňového oleja nie je vyššia ako 3 Pa·s, čo môže zabezpečiť dodávku čerpacieho oleja, a táto viskozita sa nazýva kritická čerpacia viskozita. Teplota, pri ktorej sa dosiahne kritická čerpacia viskozita, sa nazýva kritická teplota čerpania, ktorá sa meria mini-rotačným viskozimetrom (MRV). MRV je reometer s nízkou šmykovou rýchlosťou, ktorý sa používa na simuláciu čerpateľnosti viacstupňového motorového oleja vozidla po dvoch dňoch voľnobehu v chladnom počasí.

SAE J300 tiež špecifikuje horné limity viskozity MRV pre všetky motorové oleje triedy "W". MRV dokáže merať ako limit prietoku viskozity, tak aj limit odporu vzduchu. Priemerná teplota čerpania (BPT) predpovedaná MRV má dobrú koreláciu s priemernou limitnou teplotou čerpania motora.

Brookefieldova viskozita môže určiť limit viskozitného prietoku a Nasledujúca tabuľka uvádza účinky rôznych typov zlepšovačov viskozitného indexu na výkon čerpania pri nízkych teplotách.

5. Vysoká teplota, vysoká rýchlosť strihu （HTHS）

High-Temperature High Shear (HTHS) je indikátor stability viskozity motorového oleja pri vysokej teplote a vysokom strihu, ktorý odráža schopnosť motorového oleja udržiavať mazanie pri vysokej teplote a podmienkach vysokého strihu.HTHS môžeme jednoducho chápať ako silu olejového filmu.

Viskozita má rozhodujúci význam pre mazanie. Viskozita viacstupňového motorového oleja pri vysokej teplote sa testuje kapilárnym viskozimetrom s nízkou šmykovou rýchlosťou na meranie kinematickej viskozity pri 100 stupňoch. V prípade nenewtonských kvapalín viacstupňového olejového systému nemôže viskozita meraná kapilárou s nízkym strihom odrážať viskozitu motora pri pracovných podmienkach vysokej teploty (150 stupňov) a vysokej rýchlosti strihu (106 s^-1).

Výskum ukazuje, že zdanlivá viskozita meraná pri teplote 150 stupňov a šmykovej rýchlosti 10⁶s^-1má dobrú koreláciu s opotrebovaním ložiska motora. Keď bol SAE J300 revidovaný v roku 1995 a bola pridaná minimálna vysoká teplota a vysoká šmyková viskozita (vysoká teplota, vysoká rýchlosť strihu, HTHS) pre každý stupeň viskozity. Vysoká teplota a vysoká šmyková viskozita sa merajú pri veľmi vysokej šmykovej rýchlosti (10⁶ s^-1) a teplotu (150 stupňov), ktorá je podobná ako pri prevádzke ložísk kľukovej skrine v ustálenom stave.

Vo všeobecnosti platí, že vysokokvalitný zlepšovač indexu viskozity musí byť nielen silnýzahusťovacie schopnostiadobrá šmyková stabilitaale vyžaduje aj dobrévýkon pri nízkych teplotáchavysoká tepelná oxidačná stabilita.

Chemická štruktúra zlepšovačov viskozitného indexu úzko súvisí s ich výkonnosťou. Polyméry s vysokým obsahom uhľovodíkov, ako je OCP, majú vynikajúce účinky na zvýšenie viskozity, ale ich schopnosť zlepšiť index viskozity (VI) nie je taká dobrá.

Na druhej strane polyméry obsahujúce polárne skupiny, ako je PMA, nie sú také účinné ako OCP na zahustenie maziva, ale majú vynikajúce schopnosti na zlepšenie viskozity a môžu tiež znížiť bod tuhnutia.

Typické zlepšovače indexu viskozity

Typické zlepšovače indexu viskozity	Skratka
Kopolymér etylénu a propylénu, kopolymér olefínov (etylén a propylén)	OCP
Polymetakrylát	PMA
Kopolymér hydrostyrén-vinyldién	HSD
Polyizobutylén	PIB

Porovnanie vlastností niekoľkých bežne používaných zlepšovačov viskozitného indexu （VII）

Výkon VII	Zahustiť schopnosť	VI Zlepšenie	Stabilita v šmyku	Znížte bod tuhnutia	Viskozita pri nízkej teplote		Šmyková viskozita pri vysokej teplote	Oxidačná stabilita
Výkon VII	Zahustiť schopnosť	VI Zlepšenie	Stabilita v šmyku	Znížte bod tuhnutia	CCS	Brookfield	Šmyková viskozita pri vysokej teplote	Oxidačná stabilita
PMA	Dobre	Veľmi dobre	nie dobré - veľmi dobré	Veľmi dobre	Veľmi dobre	Veľmi dobre	Dobre	Dobre
OCP	Veľmi dobre	Dobre	nie dobrý - dobrý	Zlé	Dobre	Zlé	Dobre	Dobre
HSD	Veľmi dobre	Dobre	Veľmi dobre	Zlé	Dobre	Zlé	Dobre	Dobre
Mix OCP&PMA	Dobre	Dobre	Dobre	Dobre	Veľmi dobre	Dobre	Dobre	Dobre

Dvojica:Pochopenie aditív do detergentov v motorových olejoch: Prehľad

Ďalšie:Zlepšovač šmykovej stability a indexu viskozity v mazive.