Introduzione generale ai miglioratori dell'indice di viscosità dei lubrificanti

Contenuto di questo articolo.

Nomi degli additivi per il controllo della viscosità: come la gente chiama questa sostanza chimica.

Storia principale del miglioratore di viscosità

Perché i miglioratori dell’indice di viscosità sono così importanti? - Il valore dei miglioratori dell'indice di viscosità (VII) nei lubrificanti.

Migliorare le prestazioni viscosità-temperatura dei lubrificanti

Ridurre il consumo di energia, ridurre al minimo l'usura e ridurre l'attrito nei macchinari

Semplificare i prodotti lubrificanti

Aumenta la produzione di oli lubrificanti ad alta viscosità

Prestazioni del miglioratore dell'indice di viscosità

Stabilità al taglio

Capacità di ispessimento

Stabilità termica/ossidativa

Prestazioni a bassa temperatura

Alta temperatura, elevata velocità di taglio (HTHS)

Miglioratori tipici dell'indice di viscosità

Confronto delle proprietà di diversi miglioratori dell'indice di viscosità comunemente utilizzati （VII）

 

 

La viscosità dell'olio lubrificante diminuisce con l'aumento della temperatura, e ilIndice di viscosità (VI)è un indicatore per misurare il grado di variazione della viscosità con la temperatura. Maggiore è il VI dell'olio, minore è il grado di variazione della viscosità con la temperatura. Generalmente, l'indice di viscosità dell'olio minerale (base di paraffina) è solitamente 96-120, per preparare olio per motori a combustione interna multigrado (motore ICE o IC) con eccellenti caratteristiche di viscosità - temperatura e altri lubrificanti industriali ad alto indice di viscosità, è necessario aggiungere il Miglioratore dell'Indice di Viscosità (VII) o utilizzare olio base sintetico.

Nomi degli additivi per il controllo della viscosità- Come la gente chiama questa sostanza chimica

 

Gli additivi per il controllo della viscosità sono conosciuti anche con molti altri nomi, tra cui:

• Modificatori di viscosità (VM)
• Miglioratori dell'indice di viscosità (VII)
• Miglioratori della viscosità
• Agenti addensanti
• Additivi addensanti
• Stabilizzatori di viscosità
• Esaltatori di viscosità

 

Questi termini sono spesso usati in modo intercambiabile per riferirsi ad additivi che aiutano a controllare la viscosità dei lubrificanti in diverse condizioni operative.

 

Storia principale del miglioratore di viscosità

 

• All'inizio degli anni '30 il composto ad alto peso molecolare veniva utilizzato per l'olio idraulico e l'olio per ingranaggi di cannoni per migliorare le prestazioni di viscosità-temperatura.
• Poliisobutilene (PIB)è uno dei primi VII ad essere sviluppato. Negli anni '30, i ricercatori della Standard Oil Company (ora ExxonMobil) svilupparono un processo per produrre PIB ad alto peso molecolare, che aveva migliori proprietà di miglioramento del VI.
• Polimetacrilato, (PMA)è stato sviluppato per la prima volta negli anni '50 come sostituto della gomma sintetica. Negli anni '70, i ricercatori iniziarono a studiare l'uso dei PMA come VII nei lubrificanti. Hanno scoperto che i PMA avevano un’eccellente stabilità al taglio, buone prestazioni a bassa temperatura e resistenza all’ossidazione.
• Copolimero di etilene propilene (EPC)OCopolimeri olefinici (OCP)furono sviluppati per la prima volta negli anni '60 come sostituto del poliisobutilene (PIB), che all'epoca era il VII dominante. Gli OCP sono copolimeri di alfa-olefine e altri monomeri, come etilene e propilene. Negli anni '70 e '80 l'OCP divenne ampiamente utilizzato nella produzione di oli motore e altri lubrificanti. Erano particolarmente apprezzati nel Nord America, dove venivano utilizzati per migliorare le prestazioni a bassa temperatura.
• 20° secolo e anni '70: nasce la Shell ChemicalPolimeri stirene-isoprene, noti per la loro buona stabilità al taglio e le prestazioni alle basse temperature, che li rendono ampiamente utilizzati nei miglioratori dell'indice di viscosità degli oli per motori automobilistici.

 

Questi composti polimerici sono chiamati additivi addensanti o miglioratori dell'indice di viscosità.

 

Ad esempio, l'aggiunta di PMA all'olio minerale può effettivamente aumentarne la viscosità, in particolare alle alte temperature. Questo composto è comunemente indicato come miglioratore della viscosità per la sua capacità di influenzare le prestazioni di viscosità-temperatura dell'olio. Nello specifico, migliora l'indice di viscosità dell'olio, motivo per cui è noto anche come miglioratore dell'indice di viscosità.

 

La quota di mercato dei miglioratori dell'indice di viscosità è in aumento a causa del rapido sviluppo di lubrificanti multigrado. Gli oli motore multigrado richiedono un indice di viscosità migliorato per mantenere le loro prestazioni in un ampio intervallo di temperature. Di conseguenza, i miglioratori dell’indice di viscosità sono diventati essenziali nel settore della lubrificazione. Secondo le statistiche, questi VII rappresentano circa il 22,5% del consumo totale di additivi per lubrificanti.

 

Perché i miglioratori dell’indice di viscosità sono così importanti? - Il valore dei miglioratori dell'indice di viscosità (VII) nei lubrificanti.

 

Migliorare le prestazioni viscosità-temperatura dei lubrificanti

 

Uno dei motivi principali per cui i miglioratori dell'indice di viscosità (VII) Gli additivi sono molto apprezzati perché migliorano le prestazioni viscosità-temperatura dei lubrificanti. Sono esposti lubrificanti con additivi VII, come oli motore, oli per ingranaggi e oli idraulicibuone prestazioni a bassa temperatura e lubrificazione ad alta temperatura, che è essenziale per garantire il buon funzionamento e la protezione dei macchinari. Inoltre, i lubrificanti con additivi VII possonosoddisfare i requisiti di molteplici gradi di viscosità, rendendoli versatili e adatti all'uso in diverse applicazioni e condizioni durante tutto l'anno.

 

Ridurre il consumo di energia, ridurre al minimo l'usura e ridurre l'attrito nei macchinari

 

I miglioratori dell'indice di viscosità svolgono un ruolo cruciale nel ridurre il consumo di energia, minimizzare l'usura e diminuire l'attrito nei macchinari. Rispetto ai lubrificanti monogrado, i lubrificanti multigrado formulati con miglioratori dell'indice di viscosità consumano meno lubrificante e olio combustibile, con conseguente riduzione significativa dell'usura meccanica. I lubrificanti multigrado hanno prestazioni viscosità-temperatura più uniformi, con variazioni di viscosità minori rispetto ai cambiamenti di temperatura rispetto ai lubrificanti monogrado. Ciò garantisce un'adeguata lubrificazione delle parti mobili ad alte temperature, riducendo l'usura. A basse temperature, i lubrificanti multigrado hanno una viscosità inferiore rispetto agli oli monogrado, facilitando l'avviamento del motore e risparmiando energia. Rispetto agli oli monogrado con lo stesso livello di viscosità, come SAE 10W/30 rispetto a SAE 30, gli oli multigrado possono risparmiare dal 2% al 3% sul consumo di carburante.

 

Semplificare i prodotti lubrificanti

 

I miglioratori dell'indice di viscosità svolgono un ruolo fondamentale nella semplificazione dei prodotti lubrificanti. Ad esempio, i lubrificanti universali per trattori possono fungere contemporaneamente da olio motore, olio per ingranaggi, fluido per trasmissione e olio per freni, grazie all'uso di miglioratori dell'indice di viscosità. Ciò semplifica l'inventario dei prodotti lubrificanti necessari, riducendo i costi associati allo stoccaggio e alla gestione di più lubrificanti. Inoltre, l'uso di lubrificanti universali può ridurre la confusione e gli errori nella scelta e nell'applicazione dei lubrificanti, contribuendo in definitiva a migliorare le prestazioni e l'affidabilità delle apparecchiature. La capacità di semplificare i prodotti lubrificanti attraverso l'uso di miglioratori dell'indice di viscosità li ha resi un componente prezioso nel settore dei lubrificanti.

 

Aumenta la produzione di oli lubrificanti ad alta viscosità

 

A causa della disponibilità limitata di risorse di olio base ad alta viscosità, i miglioratori dell'indice di viscosità sono diventati ingredienti essenziali negli oli lubrificanti. Aggiungendo miglioratori dell'indice di viscosità agli oli base a bassa viscosità, l'olio risultante può sostituire gli oli base ad alta viscosità, aumentando la produzione di oli lubrificanti ad alta viscosità e facendo un uso più razionale delle risorse.

Negli oli motore, i miglioratori dell'indice di viscosità sono fondamentali per creare oli motore multigrado meno dipendenti dalla temperatura. In effetti, i miglioratori dell'indice di viscosità sono un componente vitale degli oli motore secondo la specifica dell'olio motore per autovetture ILSAC GF-5. Gli oli motore multigrado formulati con miglioratori dell'indice di viscosità possono mantenere la viscosità ad alte temperature e condizioni di taglio elevato, garantendo allo stesso tempo che gli oli lubrificanti possano essere pompati a basse temperature.

 

Nei fluidi del gruppo propulsore come gli oli per ingranaggi e i fluidi per trasmissioni automatiche, i miglioratori dell'indice di viscosità servono a ridurre al minimo le variazioni di viscosità nell'intervallo di temperature di esercizio più ampio possibile mantenendo una buona stabilità al taglio. Il miglioratore dell'indice di viscosità più comunemente utilizzato è negli oli motore multigrado, che rappresentano circa il 60% di tutti gli oli lubrificanti. La quantità di miglioratore dell'indice di viscosità utilizzato negli oli motore può raggiungere fino al 15% (frazione di massa). Tra i vari tipi di additivi, i miglioratori dell’indice di viscosità sono quelli utilizzati in quantità maggiori, rappresentando circa il 23% di tutte le vendite di additivi.

 

Attualmente, gli oli lubrificanti a risparmio energetico con un migliore risparmio di carburante sono oli motore multigrado combinati da oli base a bassa viscosità con modificatori dell'attrito, miglioratori dell'indice di viscosità e depressori del punto di scorrimento. I miglioratori dell'indice di viscosità possono ridurre la perdita di attrito nelle zone di lubrificazione mista e idrodinamica, mentre i modificatori di attrito possono ridurre la perdita di attrito nelle zone di lubrificazione limite e miste. Con la giusta formulazione, i miglioratori dell'indice di viscosità e i modificatori dell'attrito possono lavorare insieme per ridurre l'attrito e migliorare l'efficienza energetica degli oli lubrificanti.

 

Prestazioni del miglioratore dell'indice di viscosità

 

1. Stabilità al taglio

 

La stabilità al taglio è la capacità di un polimero di resistere allo stress di taglio, che è una prestazione cruciale dei miglioratori dell'indice di viscosità. Quando un miglioratore dell'indice di viscosità ha una scarsa stabilità al taglio, la catena principale del polimero si romperà sotto l'azione dello stress di taglio, portando ad un calo della viscosità. Di conseguenza, l'olio lubrificante miscelato non può mantenere il suo grado di viscosità originale, causando un aumento dell'usura e del consumo di carburante. Per ulteriori informazioni, fare clicMiglioratore della stabilità al taglio e dell'indice di viscosità nel lubrificante.

 

2. Abilità di ispessimento

 

La capacità di ispessimento è una prestazione molto importante del miglioratore dell'indice di viscosità. Maggiore è la capacità addensante del miglioratore dell'indice di viscosità, minore sarà il dosaggio e minore il costo del lubrificante multigrado.
La capacità addensante del polimero dipende principalmente dalla massa molecolare relativa del miglioratore dell'indice di viscosità, dal numero di atomi di carbonio della catena principale sulla molecola (-[-CH2-]-) e dalla forma nell'olio base .
L'ordine di capacità addensante dei miglioratori dell'indice di viscosità disponibili in commercio è il seguente:

HSD ≈ OCP > PIB > PMA

 

3. Stabilità termica/ossidativa

 

La stabilità termica/ossidativa è un altro importante indice di valutazione dei VII. I miglioratori dell'indice di viscosità sono soggetti all'ossidazione ad alta temperatura e alla decomposizione termoossidativa nell'uso reale, e la decomposizione porterà a una serie di problemi come diminuzione della viscosità, aumento dell'indice di acidità e aumento del deposito di carbonio nella scanalatura dell'anello. I polimeri ad alto peso molecolare generalmente non subiscono un'evidente decomposizione termoossidativa al di sotto di 60 gradi e iniziano a decomporsi termoossidativamente a 100-200 gradi. La stabilità termo-ossidativa del polimero è correlata alla struttura di VII.

 

L'ordine di stabilità all'ossidazione del VII disponibile in commercio è:

PMA > PIB > OCP ≈ HSD

 

4. Prestazioni a bassa temperatura

 

La viscosità a bassa temperatura degli oli motore è una caratteristica reologica cruciale. Per consentire l'avviamento del veicolo a basse temperature, la viscosità degli oli motore nei cuscinetti deve essere inferiore a un valore critico. Questo valore è determinato attraverso esperimenti sulla capacità di avviamento del motore a bassa temperatura ed è definito nella norma SAE J300 per tutti i gradi "W".

Il miglioratore dell'indice di viscositàha un'influenza importante sulle prestazioni a bassa temperatura degli oli motore multigrado e esistono due valori critici che indicano l'indice di prestazione a bassa temperatura degli oli motore multigrado:avviamento a bassa temperatura e pompabilità a bassa temperatura.

 

Capacità di avvio a bassa temperatura

Ci sono molti fattori che influenzano la capacità di avviamento a bassa temperatura, uno degli indicatori più importanti è la viscosità a bassa temperatura, minore è la viscosità a bassa temperatura, più facile sarà l'avvio.
Generalmente,Simulatore di avviamento a freddo (CCS)viene utilizzato per misurare la viscosità apparente dell'olio multigrado a basse temperature. Un simulatore di avviamento a freddo è un reometro azionato ad un'elevata velocità di taglio a una temperatura ambiente fissa per simulare il flusso di olio lubrificante nei cuscinetti del motore all'avvio. Dopo l'avviamento del motore, l'olio deve poter fluire liberamente anche nella pompa dell'olio ed essere distribuito nelle varie tubazioni dell'olio del motore.
Le proprietà a bassa temperatura dei diversi VII sono piuttosto diverse e il PMA mostra una viscosità inferiore in un ampio intervallo di velocità di taglio, quindi il PMA ha le migliori prestazioni CCS. La catena molecolare del PIB è relativamente rigida perché ha molte catene laterali metiliche e la sua viscosità aumenta rapidamente alle basse temperature, quindi le prestazioni a bassa temperatura del PIB sono le peggiori.

Capacità di pompaggio dell'olio motore a bassa temperatura

Quando il motore viene avviato a bassa temperatura, la pressione dell'olio del sistema di lubrificazione deve essere normalizzata in breve tempo per garantire che tutte le parti del motore siano lubrificate in tempo, altrimenti si causerà usura. La capacità dell'olio motore di essere pompato in varie parti del motore è chiamata capacità di pompaggio.

La pompabilità dell'olio motore dipende dalla viscosità apparente nelle condizioni di pompaggio. I test hanno dimostrato che la viscosità di pompaggio a bassa temperatura dell'olio multigrado non è superiore a 3Pa·s, il che può garantire la fornitura di olio di pompaggio, e questa viscosità è chiamata viscosità critica di pompaggio. La temperatura alla quale viene raggiunta la viscosità critica di pompaggio è chiamata temperatura critica di pompaggio, che viene misurata con un mini-viscosimetro rotativo (MRV). L'MRV è un reometro a bassa velocità di taglio utilizzato per simulare la pompabilità dell'olio motore multigrado di un veicolo dopo essere rimasto al minimo per due giorni in condizioni climatiche fredde.

SAE J300 specifica inoltre i limiti di viscosità MRV superiori per tutti gli oli motore di grado "W". MRV può misurare sia il limite di flusso della viscosità che il limite della resistenza dell'aria. La temperatura media di pompaggio (BPT) prevista dall'MRV ha una buona correlazione con la temperatura limite media di pompaggio del motore.

La viscosità Brookefield può determinare il limite del flusso di viscosità e la tabella seguente elenca gli effetti di diversi tipi di miglioratori dell'indice di viscosità sulle prestazioni di pompaggio a bassa temperatura.

 

5. Alta temperatura, elevata velocità di taglio (HTHS)

 

High-Temperature High Shear (HTHS) è un indicatore della stabilità della viscosità dell'olio motore ad alta temperatura e taglio elevato, che riflette la capacità dell'olio motore di mantenere la lubrificazione in condizioni di temperatura elevata e taglio elevato.Possiamo semplicemente intendere HTHS come la resistenza del film d'olio.

La viscosità ha un significato decisivo sulla lubrificazione. La viscosità ad alta temperatura dell'olio motore multigrado viene testata da un viscosimetro capillare a bassa velocità di taglio per misurare la viscosità cinematica a 100 gradi. Per i fluidi non newtoniani del sistema di olio multistadio, la viscosità misurata dal capillare a basso taglio non può riflettere la viscosità del motore in condizioni di lavoro di alta temperatura (150 gradi) e alta velocità di taglio (106 s)^-1). 

La ricerca mostra che la viscosità apparente misurata alla temperatura di 150 gradi e la velocità di taglio di 10⁶s^-1ha una buona correlazione con l'usura del cuscinetto del motore. Quando SAE J300 è stato rivisto nel 1995, è stata aggiunta la viscosità minima ad alta temperatura e ad alto taglio (alta temperatura, alto tasso di taglio, HTHS) per ciascun grado di viscosità. L'alta temperatura e l'elevata viscosità di taglio vengono misurate a una velocità di taglio molto elevata (10⁶ s^-1) e temperatura (150 gradi), che è simile all'ambiente di flusso dei cuscinetti del basamento operativi in ​​uno stato stazionario.

 

In generale, un miglioratore dell'indice di viscosità di alta qualità non deve solo essere fortecapacità di addensamentoEbuona stabilità al taglioma richiede anche del beneprestazioni a basse temperatureEelevata stabilità all'ossidazione termica.

La struttura chimica dei miglioratori dell'indice di viscosità è strettamente correlata alle loro prestazioni. Gli alti polimeri a base di idrocarburi come l'OCP hanno eccellenti effetti di aumento della viscosità, ma la loro capacità di migliorare l'indice di viscosità (VI) non è altrettanto buona.

D'altra parte, i polimeri contenenti gruppi polari come il PMA non sono efficaci quanto l'OCP per addensare il lubrificante, ma hanno eccellenti capacità di miglioramento dell'VI e possono anche ridurre il punto di scorrimento.

 

Miglioratori tipici dell'indice di viscosità

 

 

Confronto delle proprietà di diversi miglioratori dell'indice di viscosità comunemente utilizzati （VII）