一种黏度指数改进剂的评价方法

贾艺峰,柯友胜,花卉

(中国石油克拉玛依石化有限责任公司,新疆 克拉玛依 834003)

一种黏度指数改进剂的评价方法

贾艺峰,柯友胜,花卉

(中国石油克拉玛依石化有限责任公司,新疆 克拉玛依 834003)

不同厂家生产聚甲基丙烯酸酯性质存在差异，对油品性质改善作用不同，通常的评价方法，考察黏度指数改进剂的增黏能力、低温性能、抗剪切性能等，不能反映润滑油在使用过程中发生的性质变化，文中采用剪切与氧化评价方法结合，考察聚甲基丙烯酸酯的增黏能力、低温性能、抗剪切性能、热氧化安定性等变化，反映了润滑油的使用寿命。

增黏能力;低温性;抗剪切性;热氧化安定性;黏度指数

0 引言

黏度指数改进剂又称增黏剂或黏度剂，是一种高分子化合物。开始于20世纪30 年代，在50-70年代间聚异丁烯(简称：PIB)和聚甲基丙烯酸酯(简称：PMA)占统治地位，70年代以后烯烃共聚物(简称：OCP)变主导地位，近年SD、DOCP、CPMA及OCP与PMA复合，占较大份额。黏度指数改进剂主要用在适应宽温度范围的润滑油中，如内燃机油、齿轮油、液压油等。用黏度指数改进剂配制的多级内燃机油具有良好的低温启动性和高温润滑性，可简化用油品种,实现油品通用化，与不含黏度指数改进剂的单级内燃机油相比，多级内燃机油能降低燃料油的消耗，并显著降低轴承磨损。

一种好的黏度指数改进剂应具有增黏能力强、低温性能好、抗剪切性能好和热氧化安定性优异四个主要性能。黏度指数改进剂PMA是含有极性基的聚合物，增黏作用不如PIB和OCP，但改进黏度指数作用优异，同时具有降凝作用，被广泛应用于低温性质要求较高的润滑油中。

市场销售的不同厂家生产的某种油品，可能存在某项性质差别较小，但在使用一段时间后，油品的优劣性质显现出来，这主要是由于严苛的条件下，油品中黏度指数改进剂发生聚合或裂解反应，导致油品性质发生变化。通常的黏度指数改进剂评价方法，可评价增黏能力、低温性能、抗剪切性能，不能反应出油品的使用寿命。评价几种相同组成的黏度指数改进剂，通常的评价方法更难区分其优劣性，本文采用不同厂家生产的同一种黏度指数改进剂PMA，模拟润滑油的使用工况，建立一个抗氧化性评价方法，结合油品的抗剪切评价方法，评价黏度指数改进剂性质变化，可较好的评价出不同厂家生产的同一种黏度指数改进剂的性质差别。

1 稠化原理

黏度指数改进剂在润滑油中，随温度的变化其分子呈不同状态而影响油品的性能。高温时，添加剂的分子溶胀，溶液内摩擦增加，导致溶液的黏度有所增加。低温时，添加剂分子收缩蜷曲，对溶液(油)的内摩擦影响不大，对油的黏度影响较小。黏度指数改进剂正是基于不同温度下呈现不同的形态来影响润滑油的黏度，达到改善油品黏温性能的目的。

2 黏度指数改进剂评价

2.1原料性质

PMA是用不同碳数的甲基丙烯酸酯单体为原料，以苯甲酰过氧化物或偶氮二异丁腈作为引发剂，以硫醇作为分子量调节剂，在甲苯或其他烃溶剂中进行溶液聚合制备。PMA是用的较早较广泛的品种之一，结构烷基侧链的R为碳数，对产品影响较大，通过改变R的平均碳数、碳数分布和聚合物分子量大小，得到一系列不同性能和用途的产品。见表1。

表1 聚甲基丙烯酸酯性质

2.2基础油性质

试验室采用5号工业白油作为原料，进行不同的聚甲基丙烯酸酯性质考察。见表2。

表2 减震器油基础油性质分析

表2(续)

2.3黏度指数改进剂考察

对于黏度指数改进剂或增黏剂来说，应具有增黏能力大、低温性能好、抗剪切性能好和热氧化安定性好四个主要性能。试验室采用5号工业白油基础油，考察润滑油黏度指数改进剂A、B、C、D、E五个聚甲基丙烯酸酯，对基础油黏度指数的改善作用，黏度指数改进剂加量10%。见表3。

表3 黏度指数改进剂考察

从表3可看出，增黏能力C最好，其次为B。黏温性能 B最好，其次为D、A。

增黏能力：C>B>A>E>D。

黏度指数：B>D>A>E>C。

(1)抗氧化性评价

试验方法：在润滑油工作过程中，设备摩擦产生热量，导致局部温度升高，高温条件下油品发生氧化反应，油品中含黏度指数改进剂等聚合物，发生分子聚合反应，油品黏度增大，导致工作效率降低，影响设备使用寿命。试验室模拟润滑油使用工况，设计黏度指数改进剂评价方法，试验条件见表4，表5。

表4 氧化试验条件

注：本次试验条件根据减震器油使用工况制定，其他油品评价，可根据具体使用工况制定。

表5 黏度指数改进剂抗氧化性考察

黏度变化率=(氧化后黏度-氧化前黏度)/氧化前黏度X100%，见图6。

图1 黏度指数改进剂抗氧化性黏度变化

小结：黏度指数改进剂抗氧化性考察，通过图1可以看出，经过氧化试验后，B样品黏度变化最小，抗氧化性最好。C、E样品黏度变化其次，D、A样品抗氧化性较差。

抗氧化安定(稳定)性评价结果：B>C>E>A>D。

(2)抗剪切性评价

将含黏度指数改进剂的试样，置于聚能头中，试验样品在40 ℃温度，经受600 s的超声波剪切处理，测定其黏度的变化，最后计算试样的黏度下降率，以样品的黏度下降率来评价其剪切安定性。

试验方法：在润滑油工作过程中，在有活塞运动的情况下，油品分子受到剪切作用，发生分子键断裂，特别是大分子的黏度指数改进剂的影响较大，试验室模拟润滑油使用工况，设计黏度指数改进剂评价方法，本次试验采用：共振频率20 kHz,10 min，考察试验样品性质变化。见表6，表7，图1。

表6 剪切试验条件

表7 黏度指数改进剂抗剪切性考察

图2 黏度指数改进剂抗剪切性黏度变化

小结：黏度指数改进剂抗剪切性考察，通过图2可以看出，经过剪切试验后，B样品黏度变化最小，抗剪切性最好。A、E样品黏度变化其次，C样品抗剪切性较差。抗剪切性评价结果，抗剪切稳定性依次：B>A>D>E>C。

(3)抗氧化、抗剪切评价

将含黏度指数改进剂试验样品，经过试验温度110 ℃,72 h的氧化试验后，经过剪切试验，共振频率20 kHz,10 min，考察试验样品性质变化。见表8，图3。

表8 黏度指数改进剂抗氧化、抗剪切性考察

图3 黏度指数改进剂抗氧化、抗剪切性考察

小结：考察黏度指数改进剂，试验室建立模拟方法评价，试验样品经过氧化试验、剪切试验后，考察试验样品性质变化。通过考察可看出，B样的黏度变化率最小，说明黏度指数改进剂B的抗氧化、抗剪切性最好。

总结：试验室采用5号工业白油为基础油，考察润滑油黏度指数改进剂A、B、C、D、E，对基础油黏度指数的改善作用，黏度指数改进剂加量10%。经过黏度指数改进剂增黏能力、低温性能、抗剪切性能和热氧化安定性四个主要性能考察，聚甲基丙烯酸酯(B、E)增黏能力大、低温性能好、抗剪切性能和热氧化安定好，B样的增黏能力、低温性能、抗剪切性能和热氧化安定性最好，因此，选择B作为汽车减震器油黏度指数改进剂。

3 评价方法分析

本次试验所选用不同生产厂的聚甲基丙烯酸酯样品，普通评价方法，不能反映润滑油在使用过程中，受到剪切与氧化作用后，润滑油变稠或变稀过程，特别是低温条件下的润滑油性质变化。

本试验方法，通过模拟润滑油使用工况，进行聚甲基丙烯酸酯抗氧化性考察，其意义在于，解决实际应用中润滑油使用后黏度变大，即润滑油使用后变稠的问题，特别是低温条件下油品黏度变大的问题。

本试验方法，通过模拟润滑油使用工况，进行聚甲基丙烯酸酯抗剪切性考察，其意义在于，解决实际应用中润滑油使用后黏度变小，即润滑油使用后变稀的问题，特别是高温条件下油品黏度变小的问题。

本试验方法，通过模拟润滑油使用工况，进行聚甲基丙烯酸酯抗氧化性、抗剪切性考察，其意义在于，解决实际应用中润滑油使用后黏度变化，即润滑油使用后变稀或变稠的问题，特别是高温条件下油品黏度变小，低温条件下油品黏度变大的问题。

通过本次试验可以看出，不同厂家生产的聚甲基丙烯酸酯，增黏能力与黏温性能没有必然联系，稠化能力强，但黏度指数不一定高，抗剪切性能与热氧化安定性没有必然联系，抗剪切性好，热氧化安定性不一定好。

4 结论

本文介绍一种评价油品的试验方法，特别是评价含黏度指数改进剂及其他高分子物质的样品，由于不同油品使用环境不同，可根据实际情况，建立模拟评价条件。本次试验方法的好处在于，不需要增加特殊的仪器设备，采用超声波剪切实验仪、恒温烘箱，即可进行油品抗剪切性、抗氧化性考察。通过黏度变化可评选出聚甲基丙烯酸酯的优劣。

[1] 张景河.现代润滑油与燃料添加剂[M].北京:中国石化出版社,1991.

[2] 李洪燕, 武志强.基础油及黏度指数改进剂对润滑油高温清净性的影响[J].石油炼制与化工,2001,32(10):53-55.

[3] 王国金, 朱和菊,叶元凯,等.OCP黏度指数改进剂分子结构对稠化性能的影响[J].润滑与密封,1999(6):19-21.

An Evaluation Method of Viscosity Index Improver

JIA Yi-feng, KE You-sheng, HUA Hui

(PetroChina Karamay Petrochemical Company, Karamay 834003, China)

The polymethacrylate of different manufacturers has different properties and different improving effect on oil property. In general, the thickening ability, low temperature performance and shear resistance of viscosity index improver are investigated, but it cannot reflect the change of nature of lubricants during use. In this paper, the method of shear and oxidation evaluation was used to study the change of thickening ability, low temperature performance, shear resistance, and thermal oxidation stability of polymethacrylate. It can reflect the service life of lubricating oil.

thickening ability; low temperature performance; shear stability; thermal oxidation stability; viscosity index

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.05.009

1002-3119(2017)05-0040-05

TE624.82

A

2017-04-24。

贾艺峰，工程师，2001年毕业于江汉石油学院化学工程与工艺专业，主要从事润滑油及润滑脂的研究，曾公开发表论文8篇。E-mail:ypsjiayifeng@petrochina.com.cn