淺析汽油機油中黏度指數改進劑選型

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，綜合實力不斷強大，中國已經成為乘用車的制造和消費大國，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系汽油車坐擁各自市場份額。汽車行業不斷進步，對配套車用潤滑油產業的技術水平提出更高要求，以期為發動機性能提供更加充足的保障[1-4]。

黏度指數改進劑(以下簡稱黏指劑)是汽油機油配方中必不可少的重要添加劑種類，其結構為高分子化合物，通常具有以下性質：(1)油溶性；(2)溫度升高時，分子伸展，體積增大，增黏能力變大；(3)溫度降低時，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，使得高溫下不稀薄、低溫下不黏稠，拓寬產品可使用的溫度范圍[5-11]。

黏指劑性能好壞，直接影響到汽車運行平穩性。目前常見的有以下4種構型的黏指劑：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)是最早開發出來的黏指劑類型，具有優異的剪切穩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，但其剪切穩定性較差，不宜用來配制對剪切穩定性要求高的油品，更適宜使用在某些工業油上。乙烯丙烯共聚物(OCP)的增黏性、剪切穩定性、熱氧化安定性都較好，是目前應用最廣泛的黏指劑。氫化苯乙烯雙烯共聚物(HSD)具有優異的抗剪切穩定性、增黏性和熱穩定性。OCP型和HSD型都適合作為汽油機油潤滑油黏指劑，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 實驗內容

本文對適合調配汽油機油的HSD型和OCP型黏度指數改進劑進行對比測試，從增黏能力、低溫性能和抗剪切能力三方面進行考察。

1.1 增黏能力對比

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

表1 黏度指數改進劑基本信息

以Ⅱ類基礎油150N為空白，分別加入相同比例的四款黏指劑，考察100 ℃運動黏度和黏度指數變化情況，數據見表2。

表2 黏指劑不同加入量對運動黏度指標影響

由表2可知：

(1)當空白中加入相同量的黏指劑時，運動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)當相同黏度時，6、7組與12、13組對比，同樣調配至10 mm2/s左右，HSD型黏指劑黏度指數增量明顯高于OCP型黏指劑。

(3)相同類型黏指劑增黏效果相當。

1.2 低溫性能對比

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

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更加準確，分別調制成品配方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、基礎油搭配比例相同，變量只留黏指劑和基礎油加入量進行評價,配方理化性質見表3。

表3 配方理化性質

表3(續)

由表3數據可知：

(1)兩款黏指劑調配至相同黏度范圍，HSD型配方黏度指數略高于OCP型；

(2)在降凝劑作用下，傾點均相同；

(3)低溫泵送黏度MRV值會隨著黏度和其他低溫性質變化，相同等級間兩組配方MRV差距約1.5%左右，在單個指標測定重復性范圍內，可看做相當；

(4)CCS屬于模擬冷啟動表觀黏度，可直接反應低溫性能好壞，HSD的配方黏度偏大，但CCS值卻要小于OCP，并且差值超出單個指標重復性范圍，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改進劑的使用效果角度來評測，所以選擇的是機油配方的高溫高剪值與實際應用黏度保持能力來對比黏度指數改進劑的抗剪切能力。

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結果來看，在同一黏度級別下，HSD配方和OCP配方的HTHS值相當。

1.3.2 行車試驗黏度保持能力對比

根據多次行車經驗，抗剪切指標與實際應用有可能會有差距，所以為更進一步對抗剪切能力評測，對四組配方進行行車試驗，監測黏度變化情況，試驗如下：

(1)SN 5W-30應用車型：別克英朗；SN 5W-40應用車型：現代瑞納；

(2)行車工況：3-8月份，城市間道路；

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

圖2 行車試驗運動黏度變化對比

行車試驗全程無異常情況。跟蹤檢測圖2數據顯示：

(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，所以試驗過程中由于氧化所導致的運動黏度增加幅度默認相當。

(2)四組配方運動黏度變化均呈現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 ℃運動黏度下降率在11%左右，加入HSD型黏指劑的兩組配方100 ℃運動黏度下降率在6%左右，說明HSD型在高溫下的黏度保持力更優。

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

2 總結

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

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

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