PMA黏度指数改进剂对减振器油性能的影响

2020-01-01张遂心杜恭梁依经于海周康王玉玲

润滑油 2019年6期

张遂心, 杜恭，梁依经，于海，周康，王玉玲

(1.中国石油兰州润滑油研究开发中心，甘肃兰州 730060；2.中国石油兰州润滑油厂，甘肃兰州 730060)

0 引言

近年来，随着我国铁路和汽车行业的快速发展，对整车及相关部件的要求越来越高[1]。减振器肩负着车辆许多重要的性能，而减振器油与减振器是一体化同寿命的，减振器油的特性直接影响行车的安全性、舒适性和稳定性。根据调研，目前铁路、汽车和摩托车三大行业的减振器油占据总量的80%以上[2]，产品黏度指数范围比较广，在120～350之间，凸显出黏度指数改进剂的选择及加量尤为重要。

黏度指数改进剂是一种油溶性高分子化合物[3]，常用的主要有PIB、PMA、OCP和HSD四种类型，车用油配方中主要是采用OCP和PMA[4]，减振器油对黏温性能、低温性能、剪切性能及氧化安定性要求非常高，黏度指数改进剂是制备减振器油的最主要原材料之一[5-7]，要想同时满足这些性能，唯有PMA类型的黏度指数改进剂能满足要求。本文主要介绍PMA黏度指数改进剂在不同黏度基础油、相同黏度不同类型基础油中感受性影响，同时分析了不同加剂量对减振器油(KSA)关键性能的影响。

1 PMA黏度指数改进剂在不同黏度的基础油中感受性影响

同一黏度指数改进剂在不同黏度的基础油中感受性差别很大，表1为不加PMA黏度指数改进剂前，三种不同黏度Ⅱ类基础油的理化性能，表2为将同一种PMA黏度指数改进剂加入到不同黏度Ⅱ类基础油中的感受性对比，在达到黏度指数均为200的条件下，考察黏度指数改进剂PMA在不同基础油中的感受性差异。

表1 不同黏度的基础油理化性能

表2 PMA在不同黏度的基础油中感受性对比

从表2可以看出，在达到黏度指数为200的基础上，随着基础油黏度的增大，黏度指数改进剂需求量随之增多，说明黏度越大，对黏度指数改进剂感受性越差。在KSA-1油品中，不加黏度指数改进剂之前，40 ℃基础油黏度为9.1 mm2/s，黏度指数为110，加入5.5%的PMA后，减振器油黏度为13.20 mm2/s，黏度指数为202，可知在这一种低黏度基础油中，每加入1%的黏度指数改进剂，40 ℃黏度增大0.7个单位，黏度指数增加17，倾点降低5 ℃；在KSA-2油品中，每加入1%的黏度指数改进剂，40 ℃黏度增大1.6个单位，黏度指数增加11,倾点降低3.5 ℃；在大黏度KSA-3油品中，每加入1%的黏度指数改进剂，40 ℃黏度增大2.3个单位，黏度指数增加7，倾点降低2.7 ℃。图1可以明显看出不同黏度减振器油对同一种黏度指数改进剂的感受性变化值，因此，随着基础油黏度的增大，每加入1%的黏度指数改进剂，增稠能力升高，黏度指数增长能力下降，倾点降低程度降低。

图1 黏度指数改进剂对不同黏度减振器油性能的影响变化值

2 PMA黏度指数改进剂对相同黏度不同类型基础油的影响

表3为PMA黏度指数改进剂对相同黏度不同类型基础油的影响，KSA-4至KSA-8配方中的黏度指数改进剂类型、复合剂、加剂量、调制的减振器油40 ℃运动黏度等条件相同下，唯独基础油部分组成不一样，最终调合得到的减振器油黏度指数、倾点及氧化安定性差别很大。由此可见，在基础油微小组成的变化下，黏度指数改进剂的感受性有很大区别，在进行油配方设计工作中，应仔细筛选基础油，将黏度相近的基础油进行深入考察，做一些基础油之间的复配工作，根据最终目标产品，兼顾经济性，选择最佳的基础油组成。

表3 PMA黏度指数改进剂对相同黏度不同类型基础油的影响

表3(续)

3 PMA黏度指数改进剂对氧化安定性的影响

PMA黏度指数改进剂不仅对减振器油的黏度、黏度指数和倾点有影响，对其氧化安定性也有显著影响，图2为同一黏度指数改进剂不同加剂量对减振器油氧化安定性的影响，试验均在同批次同配方的基础油中进行，试验方法为SH/T 0193。可以看出，黏度指数改进剂每增加0.5%，氧化安定性就会随之变差，当黏度指数改进剂从7%增加到7.5%，氧化安定性降低22 min，降低了4%；当黏度指数改进剂从8%增加到8.5%，氧化安定性降低了130 min，降低幅度很大，降低了23%。因此在配方研究中，PMA黏度指数改进剂加剂量应选择合适的比例，如果为了提升黏度指数，一味地增加黏度指数改进剂比例，对减振器油的氧化安定性影响很大，可考虑换个PMA黏度指数改进剂，比增加黏度指数改进剂加剂量更有必要。

图2 PMA加剂量对减振器油氧化安定性的影响

4 PMA黏度指数改进剂对剪切安定性的影响

4.1 不同加剂量的PMA对相同基础油的剪切性能影响

减振器的工作就是将油品不断剪切的过程，因此对油品的剪切性能要求很高。图3为不同加剂量PMA黏度指数改进剂在相同的基础油中对剪切安定性的影响，并对比了性能相同的进口PMA和国产PMA在剪切安定性上的差距。

图3 KRL剪切变化率随PMA黏度指数改进剂加剂量的变化

从图3可以看出，随着进口PMA黏度指数改进剂加剂量的增加，减振器油100 ℃运动黏度剪切变化率增大，加剂量每增加0.5%，剪切变化率提升幅度随之增大，从0.7提升到1.8。相比进口PMA，国产PMA对减振器油的剪切变化率影响更差，加剂量每增加0.5%，国产黏度指数改进剂比进口产品在剪切变化率上高出4%左右，而且随着加剂量的增加，剪切变化率提升幅度更大，从1.4增大到2.3。减振器油KRL剪切变化率一般要求不大于25%，市场上几家国产PMA在其他性能与进口PMA相当的条件下，剪切安定性较差，因此只能用进口产品，建议国内黏度指数改进剂研发单位加快对PMA剪切性能的改善，早日打破使用纯进口PMA黏度指数改进剂的瓶颈。

4.2 相同加剂量PMA对不同基础油剪切性能的影响

在相同黏度指数改进剂加剂量的条件下，基础油组分微小的变化，使得减振器油的剪切安定性差别很大。表4是PMA黏度指数改进剂对3种不同基础油调制的减振器油剪切性能的影响，可以看出，3种减振器油40 ℃运动黏度相近的条件下，配方中基础油组分有微小的变化，使得黏度指数与剪切性能有一定的差距，KSA-10与KSA-11的剪切性能相差4.1个单位，黏度指数相差9个单位。因此，同一种黏度指数改进剂在不同基础油中感受性完全不一样，建议今后在做配方研究时，尽量将相同黏度基础油考察完整，这样精细的考察才能做出性价比高的产品。