浅析汽油机油中黏度指数改进剂选型

刘锐，郭春梅，马丙水，高志斌，尹国栋

(山东京博石油化工有限公司，山东 滨州 256500)

0 引言

随着我国国际化水平不断提高，综合实力不断强大，中国已经成为乘用车的制造和消费大国，巨大的乘用车保有量中，美系、德系、日韩系及奋起直追的国产系汽油车坐拥各自市场份额。汽车行业不断进步，对配套车用润滑油产业的技术水平提出更高要求，以期为发动机性能提供更加充足的保障[1-4]。

黏度指数改进剂(以下简称黏指剂)是汽油机油配方中必不可少的重要添加剂种类，其结构为高分子化合物，通常具有以下性质：(1)油溶性；(2)温度升高时，分子伸展，体积增大，增黏能力变大；(3)温度降低时，分子收缩，体积减小，增黏能力变小。正是这种特性决定了黏指剂可改善油品的黏温性能，提高油品黏度指数，使得高温下不稀薄、低温下不黏稠，拓宽产品可使用的温度范围[5-11]。

黏指剂性能好坏，直接影响到汽车运行平稳性。目前常见的有以下4种构型的黏指剂：聚异丁烯(PIB)、聚甲基丙烯酸酯(PMA)、乙烯丙烯共聚物(OCP)、氢化苯乙烯双烯共聚物(HSD)。聚异丁烯(PIB)是最早开发出来的黏指剂类型，具有优异的剪切稳定性和热氧化安定性，但其低温性能较差，不宜配制低温在5W以下和高低温跨度大的油品。聚甲基丙烯酸酯(PMA)低温性能、热氧化安定性、增黏性都较好，但其剪切稳定性较差，不宜用来配制对剪切稳定性要求高的油品，更适宜使用在某些工业油上。乙烯丙烯共聚物(OCP)的增黏性、剪切稳定性、热氧化安定性都较好，是目前应用最广泛的黏指剂。氢化苯乙烯双烯共聚物(HSD)具有优异的抗剪切稳定性、增黏性和热稳定性。OCP型和HSD型都适合作为汽油机油润滑油黏指剂，但其低温性能均稍差一些，如配制低温油品，需要加入降凝剂[12-15]。

1 实验内容

本文对适合调配汽油机油的HSD型和OCP型黏度指数改进剂进行对比测试，从增黏能力、低温性能和抗剪切能力三方面进行考察。

1.1 增黏能力对比

本试验分别选取HSD型和OCP型常用黏指剂HSD1#、HSD2#、OCP1#和OCP2#，基本情况见表1。

表1 黏度指数改进剂基本信息

以Ⅱ类基础油150N为空白，分别加入相同比例的四款黏指剂，考察100 ℃运动黏度和黏度指数变化情况，数据见表2。

表2 黏指剂不同加入量对运动黏度指标影响

由表2可知：

(1)当空白中加入相同量的黏指剂时，运动黏度提高幅度从大到小分别为HSD1#>HSD2#>OCP2#>OCP1#，并且HSD型黏指剂的增黏效果是同等添加量OCP型黏指剂增黏效果的二倍左右。

(2)当相同黏度时，6、7组与12、13组对比，同样调配至10 mm2/s左右，HSD型黏指剂黏度指数增量明显高于OCP型黏指剂。

(3)相同类型黏指剂增黏效果相当。

1.2 低温性能对比

低温性能主要通过CCS(低温动力黏度)、MRV(低温泵送黏度)和倾点值来表征。

选取两种型号中增黏能力突出的OCP2#和HSD1#，为保证低温性能考察的温度点更加准确，分别调制成品配方SN 5W-30和SN 5W-40两种黏度等级，保证同一黏度等级其他添加剂量、基础油搭配比例相同，变量只留黏指剂和基础油加入量进行评价,配方理化性质见表3。

表3 配方理化性质

表3(续)

由表3数据可知：

(1)两款黏指剂调配至相同黏度范围，HSD型配方黏度指数略高于OCP型；

(2)在降凝剂作用下，倾点均相同；

(3)低温泵送黏度MRV值会随着黏度和其他低温性质变化，相同等级间两组配方MRV差距约1.5%左右，在单个指标测定重复性范围内，可看做相当；

(4)CCS属于模拟冷启动表观黏度，可直接反应低温性能好坏，HSD的配方黏度偏大，但CCS值却要小于OCP，并且差值超出单个指标重复性范围，说明HSD低温性能较好。

综上所述，HSD型黏指剂的低温性能好于OCP型。

1.3 抗剪切能力对比

研究者主要是站在黏度指数改进剂的使用效果角度来评测，所以选择的是机油配方的高温高剪值与实际应用黏度保持能力来对比黏度指数改进剂的抗剪切能力。

1.3.1 配方HTHS值对比

HTHS是高温高剪切黏度的简称，4组配方HTHS值见图1。

图1 配方HTHS值对比

从图1结果来看，在同一黏度级别下，HSD配方和OCP配方的HTHS值相当。

1.3.2 行车试验黏度保持能力对比

根据多次行车经验，抗剪切指标与实际应用有可能会有差距，所以为更进一步对抗剪切能力评测，对四组配方进行行车试验，监测黏度变化情况，试验如下：

(1)SN 5W-30应用车型：别克英朗；SN 5W-40应用车型：现代瑞纳；

(2)行车工况：3-8月份，城市间道路；

(3)10000 km行车试验，在0 km /1000 km /3000 km /5000 km /8000 km /10000 km分别跟踪取样，监测100 ℃黏度变化及其他指标。黏度变化见图2。

图2 行车试验运动黏度变化对比

行车试验全程无异常情况。跟踪检测图2数据显示：

(1)由于配方中相同等级油品其他组分相同，说明两者抗氧化能力相近，所以试验过程中由于氧化所导致的运动黏度增加幅度默认相当。

(2)四组配方运动黏度变化均呈现先降低后小幅度增加趋势。

(3)加入OCP型黏指剂的两组配方100 ℃运动黏度下降率在11%左右，加入HSD型黏指剂的两组配方100 ℃运动黏度下降率在6%左右，说明HSD型在高温下的黏度保持力更优。

黏度变化直接影响行驶油压稳定性，但四组配方在指标监测过程中均没有达到GB/T 8028《汽油机油换油指标》范围，说明两种类型黏指剂的黏度保持力均合格。

2 总结

通过对OCP型和HSD型常用黏指剂进行增黏能力、低温性能和抗剪切性能三方面考察，得到如下结论：

(1)相同添加量下，HSD型黏指剂增黏幅度是OCP型近二倍；调配至相同黏度下，HSD型的黏度指数增量明显高于OCP型黏指剂。

(2)在同等黏度级别下，HSD型黏指剂的低温性能优于OCP型。

(3)在相同黏度级别下，OCP型配方的HTHS值与HSD型相当，但OCP型配方在行车试验中的运动黏度下降幅度明显大于HSD型，说明HSD型黏指剂具有更优秀的黏度保持能力。