ویسکوزیته روغن روان کننده با افزایش دما کاهش می یابد وشاخص ویسکوزیته (VI)شاخصی برای اندازه گیری درجه تغییر ویسکوزیته با دما است. هر چه VI روغن بیشتر باشد، درجه تغییر ویسکوزیته با دما کمتر می شود. به طور کلی، شاخص گرانروی روغن معدنی (پایه پارافین) معمولاً 96-120 است، برای تهیه روغن موتور احتراق داخلی چند درجه ای (موتور ICE یا IC) با ویژگی های ویسکوزیته – دما عالی و سایر روان کننده های صنعتی با شاخص ویسکوزیته بالا، لازم است. برای افزودن بهبود دهنده شاخص ویسکوزیته (VII) یا استفاده از روغن پایه مصنوعی.

Viscosity Index Improvers VII in Lubricant

نام افزودنی های کنترل ویسکوزیته- چگونه مردم به این ماده شیمیایی می گویند

افزودنی های کنترل ویسکوزیته با نام های دیگری نیز شناخته می شوند، از جمله:

اصلاح کننده های ویسکوزیته (VM)
بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته (VII)
بهبود دهنده های ویسکوزیته
عوامل غلیظ کننده
مواد افزودنی غلیظ کننده
تثبیت کننده های ویسکوزیته
افزایش دهنده های ویسکوزیته

این اصطلاحات اغلب به جای هم برای اشاره به مواد افزودنی که به کنترل ویسکوزیته روانکارها در شرایط عملیاتی مختلف کمک می کنند، استفاده می شود.

تاریخچه اصلی بهبود دهنده ویسکوزیته

پیش از این در دهه 1930 از ترکیب مولکولی بالا برای روغن هیدرولیک و روغن دنده توپ برای بهبود عملکرد ویسکوزیته-دما استفاده می شد.
پلی ایزوبوتیلن (PIB)یکی از اولین VII هایی است که توسعه یافته است، در دهه 1930، محققان در شرکت استاندارد اویل (اکنون اکسون موبیل) فرآیندی را برای تولید PIB با وزن مولکولی بالا توسعه دادند که خواص بهبود VI بهتری داشت.
پلی متاکریلات (PMA)اولین بار در دهه 1950 به عنوان یک جایگزین لاستیک مصنوعی توسعه یافت. در دهه 1970، محققان شروع به بررسی استفاده از PMAs به عنوان VII در روان کننده ها کردند. آنها دریافتند که PMA ها پایداری برشی عالی، عملکرد خوب در دمای پایین و مقاومت در برابر اکسیداسیون دارند.
کوپلیمر اتیلن پروپیلن (EPC)یاکوپلیمرهای الفین (OCP)اولین بار در دهه 1960 به عنوان جایگزینی برای پلی ایزوبوتیلن (PIB)، که در آن زمان VII غالب بود، توسعه یافتند. OCP ها کوپلیمرهای آلفا الفین ها و مونومرهای دیگر مانند اتیلن و پروپیلن هستند. در دهه 1970 و 1980، OCP به طور گسترده در تولید روغن موتور و سایر روان کننده ها استفاده شد. آنها به ویژه در آمریکای شمالی محبوب بودند، جایی که از آنها برای بهبود عملکرد در دمای پایین استفاده می شد.
70 قرن بیستم: شل شیمیایی توسعه یافتپلیمرهای استایرن-ایزوپرنکه به دلیل پایداری برشی خوب و عملکرد در دمای پایین شناخته شده اند و باعث شده است که به طور گسترده در بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته برای روغن موتور خودرو استفاده شود.

این ترکیبات پلیمری، افزودنی های ضخیم کننده یا بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته نامیده می شوند.

به عنوان مثال افزودن PMA به روغن معدنی می تواند به طور موثر ویسکوزیته آن را به ویژه در دماهای بالا افزایش دهد. این ترکیب به دلیل توانایی آن در تأثیرگذاری بر عملکرد ویسکوزیته-دما روغن معمولاً به عنوان بهبود دهنده ویسکوزیته شناخته می شود. به طور خاص، شاخص ویسکوزیته روغن را افزایش می دهد، به همین دلیل است که به عنوان بهبود دهنده شاخص ویسکوزیته نیز شناخته می شود.

سهم بازار برای بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته به دلیل توسعه سریع روان کننده های چند درجه ای در حال افزایش است. روغن های موتور چند درجه به شاخص ویسکوزیته بهبود یافته نیاز دارند تا عملکرد خود را در طیف وسیعی از دماها حفظ کنند. در نتیجه، بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته در صنعت روانکاری ضروری شده اند. طبق آمار، این VII حدود 22.5 درصد از کل مصرف مواد افزودنی روان کننده را تشکیل می دهند.

چرا بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته بسیار مهم هستند؟ - ارزش بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته (VIIs) در روان کننده ها.

بهبود عملکرد ویسکوزیته-دما روان کننده ها

یکی از دلایل کلیدی بهبود شاخص ویسکوزیته (VII) افزودنی هایی که ارزش بالایی دارند این است که عملکرد ویسکوزیته-دما روان کننده ها را بهبود می بخشند. روان کننده هایی با افزودنی های VII، مانند روغن موتور، روغن دنده، و روغن هیدرولیک، نمایشگاهعملکرد خوب در دمای پایین و روانکاری در دمای بالا، که برای اطمینان از عملکرد روان و حفاظت از ماشین آلات ضروری است. علاوه بر این، روان کننده ها با افزودنی های VII می توانندالزامات درجه های ویسکوزیته چندگانه را برآورده می کند، آنها را همه کاره و مناسب برای استفاده در کاربردها و شرایط مختلف در طول سال می کند.

کاهش مصرف انرژی، به حداقل رساندن سایش و کاهش اصطکاک در ماشین آلات

بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی، به حداقل رساندن سایش و کاهش اصطکاک در ماشین آلات دارند. در مقایسه با روان کننده های تک درجه، روان کننده های چند درجه ای که با بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته فرموله شده اند، روان کننده و روغن سوخت کمتری مصرف می کنند و در نتیجه سایش مکانیکی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. روان‌کننده‌های چند درجه عملکرد ویسکوزیته-دمای نرم‌تری دارند، با تغییرات ویسکوزیته کمتر در تغییرات دما نسبت به روان‌کننده‌های تک درجه. این امر روانکاری کافی قطعات متحرک را در دماهای بالا تضمین می کند و سایش و پارگی را کاهش می دهد. در دماهای پایین، روان کننده های چند درجه دارای ویسکوزیته کمتری نسبت به روغن های تک درجه هستند، که باعث می شود موتور آسان تر روشن شود و در مصرف انرژی صرفه جویی شود. در مقایسه با روغن های تک درجه با سطح ویسکوزیته مشابه، مانند SAE 10W/30 در مقابل SAE 30، روغن های چند درجه می توانند تا 2٪ تا 3٪ در مصرف سوخت صرفه جویی کنند.

محصولات روان کننده را ساده کنید

بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته نقش مهمی در ساده سازی محصولات روان کننده دارند. به عنوان مثال، روان کننده های تراکتور جهانی به لطف استفاده از بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته می توانند به عنوان روغن موتور، روغن دنده، روغن گیربکس و روغن ترمز به طور همزمان عمل کنند. این امر موجودی محصولات روان کننده مورد نیاز را ساده می کند و هزینه های مربوط به ذخیره سازی و مدیریت روانکارهای متعدد را کاهش می دهد. علاوه بر این، استفاده از روان کننده های جهانی می تواند منجر به سردرگمی و خطای کمتری در انتخاب و کاربرد روان کننده شود که در نهایت به بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان تجهیزات کمک می کند. توانایی ساده سازی محصولات روان کننده از طریق استفاده از بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته، آنها را به یک جزء ارزشمند در صنعت روان کننده تبدیل کرده است.

تولید روغن های روان کننده با ویسکوزیته بالا را افزایش می دهد

با توجه به در دسترس بودن محدود منابع روغن پایه با ویسکوزیته بالا، بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته به مواد ضروری در روغن های روان کننده تبدیل شده اند. با افزودن بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته به روغن های پایه با ویسکوزیته پایین، روغن حاصل می تواند جایگزین روغن های پایه با ویسکوزیته بالا شود که باعث افزایش تولید روغن های روان کننده با ویسکوزیته بالا و استفاده منطقی از منابع می شود.

در روغن موتور، بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته در ایجاد روغن موتورهای چند درجه که کمتر به دما وابسته هستند، بسیار مهم هستند. در واقع، بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته طبق مشخصات روغن موتور خودروهای سواری ILSAC GF{1} جزء حیاتی روغن موتور هستند. روغن های موتور چند درجه که با بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته فرموله شده اند می توانند ویسکوزیته را در دماهای بالا و شرایط برشی بالا حفظ کنند و همچنین اطمینان حاصل کنند که روغن های روان کننده می توانند در دماهای پایین پمپ شوند.

در سیالات سیستم انتقال قدرت مانند روغن دنده و سیالات گیربکس اتوماتیک، بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته برای به حداقل رساندن تغییرات ویسکوزیته در وسیع ترین محدوده دمای عملیاتی ممکن و در عین حال پایداری برشی خوب عمل می کنند. رایج ترین بهبود دهنده شاخص ویسکوزیته در روغن موتورهای چند درجه ای است که تقریباً 60٪ از روغن های روان کننده را تشکیل می دهد. مقدار بهبود دهنده شاخص ویسکوزیته مورد استفاده در روغن موتور می تواند تا 15% (کسر جرمی) برسد. در میان انواع مختلف افزودنی ها، بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته در بیشترین مقدار استفاده می شود که حدود 23 درصد از کل فروش افزودنی ها را به خود اختصاص می دهد.

در حال حاضر، روغن‌های روان‌کننده کم مصرف با مصرف سوخت بهتر، روغن‌های موتور چند درجه‌ای هستند که از روغن‌های پایه با ویسکوزیته پایین با اصلاح‌کننده‌های اصطکاک، بهبود دهنده‌های شاخص ویسکوزیته و کاهش‌دهنده‌های نقطه ریزش ترکیب شده‌اند. بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته می توانند اتلاف اصطکاک را در مناطق روغنکاری مخلوط و هیدرودینامیک کاهش دهند، در حالی که اصلاح کننده های اصطکاک می توانند از دست دادن اصطکاک در مناطق مرزی و روغنکاری مخلوط را کاهش دهند. با فرمولاسیون مناسب، بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته و اصلاح کننده های اصطکاک می توانند برای کاهش اصطکاک و بهبود بازده انرژی روغن های روان کننده با هم کار کنند.

عملکرد بهبود دهنده شاخص ویسکوزیته

1. پایداری برشی

پایداری برشی توانایی پلیمر برای مقاومت در برابر تنش برشی است که عملکرد بسیار مهمی در بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته است. هنگامی که یک بهبود دهنده شاخص ویسکوزیته پایداری برشی ضعیفی داشته باشد، زنجیره اصلی پلیمر تحت اثر تنش برشی شکسته می شود و منجر به کاهش ویسکوزیته می شود. در نتیجه، روغن روان کننده مخلوط نمی تواند درجه ویسکوزیته اصلی خود را حفظ کند، که باعث افزایش سایش و مصرف سوخت می شود. برای اطلاعات بیشتر لطفا کلیک کنیدبهبود دهنده پایداری برشی و شاخص ویسکوزیته در روان کننده.

2. قابلیت ضخیم شدن

قابلیت ضخیم شدن عملکرد بسیار مهم بهبود دهنده شاخص ویسکوزیته است. هرچه توانایی ضخیم شدن بهبود دهنده شاخص ویسکوزیته بیشتر باشد، دوز کمتر و هزینه روان کننده چند درجه کمتر است.
توانایی ضخیم شدن پلیمر عمدتاً به جرم مولکولی نسبی بهبود دهنده شاخص ویسکوزیته، تعداد کربن زنجیره اصلی روی مولکول (-[-CH2-]-) و شکل موجود در روغن پایه بستگی دارد. .
ترتیب توانایی ضخیم شدن بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته تجاری موجود به شرح زیر است:

HSD ≈ OCP > PIB > PMA

3. پایداری حرارتی/اکسیداتیو

پایداری حرارتی/اکسیداتیو یکی دیگر از شاخص های مهم ارزیابی VII است. بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته در استفاده واقعی در معرض اکسیداسیون در دمای بالا و تجزیه حرارتی اکسیداتیو قرار می گیرند و این تجزیه منجر به یک سری مشکلات مانند کاهش ویسکوزیته، افزایش مقدار اسید و افزایش رسوب کربن شیار حلقه می شود. پلیمرهای مولکولی بالا معمولاً در زیر 60 درجه تجزیه حرارتی اکسیداتیو آشکاری را تجربه نمی کنند و در درجه 100-200 شروع به تجزیه حرارتی اکسیداتیو می کنند. پایداری ترمو اکسیداتیو پلیمر به ساختار VII مربوط می شود.

ترتیب پایداری اکسیداسیون VII تجاری موجود به شرح زیر است:

PMA > PIB > OCP ≈ HSD

4. عملکرد در دمای پایین

ویسکوزیته روغن موتور در دمای پایین یک ویژگی رئولوژیکی بسیار مهم است. برای فعال کردن خودرو در هوای سرد، ویسکوزیته روغن موتور در یاتاقان ها باید کمتر از یک مقدار بحرانی باشد. این مقدار از طریق آزمایش‌های توانایی استارت موتور در دمای پایین تعیین می‌شود و در SAE J300 برای همه درجه‌های "W" تعریف می‌شود.

بهبود دهنده شاخص ویسکوزیتهتأثیر مهمی بر عملکرد دمای پایین روغن‌های موتور چند درجه دارد و دو مقدار حیاتی وجود دارد که شاخص عملکرد دمای پایین روغن‌های موتور چند درجه را نشان می‌دهد:راه اندازی در دمای پایین و قابلیت پمپاژ در دمای پایین.

قابلیت شروع در دمای پایین

عوامل زیادی بر قابلیت راه اندازی در دمای پایین تأثیر می گذارند، یکی از مهمترین شاخص ها ویسکوزیته در دمای پایین است، هر چه ویسکوزیته در دمای پایین کمتر باشد، راه اندازی آسان تر است.
بطور کلی،شبیه ساز لنگ سرد (CCS)برای اندازه گیری ویسکوزیته ظاهری روغن چند درجه در دماهای پایین استفاده می شود. شبیه‌ساز شروع سرد، رئومتری است که با نرخ برش بالا در دمای محیط ثابت کار می‌کند تا جریان روغن روان‌کننده را به یاتاقان‌های موتور در هنگام راه‌اندازی شبیه‌سازی کند. پس از روشن شدن موتور، روغن نیز باید بتواند آزادانه به داخل پمپ روغن جریان یابد و در خطوط مختلف روغن موتور توزیع شود.
خواص دمای پایین VII های مختلف کاملاً متفاوت است و PMA ویسکوزیته کمتری را در طیف وسیعی از نرخ های برشی نشان می دهد، بنابراین PMA بهترین عملکرد CCS را دارد. زنجیره مولکولی PIB نسبتا سفت و سخت است زیرا دارای زنجیره های جانبی متیل زیادی است و ویسکوزیته آن در دماهای پایین به سرعت افزایش می یابد، بنابراین عملکرد PIB در دمای پایین بدترین است.

قابلیت پمپ در دمای پایین روغن موتور

هنگامی که موتور در دمای پایین راه اندازی می شود، فشار روغن سیستم روغن روانکاری باید در مدت زمان کوتاهی نرمال شود تا اطمینان حاصل شود که تمام قسمت های موتور به موقع روغن کاری می شوند، در غیر این صورت باعث ساییدگی و پارگی می شود. قابلیت پمپاژ روغن موتور به قسمت های مختلف موتور را ظرفیت پمپاژ می گویند.

قابلیت پمپاژ روغن موتور به ویسکوزیته ظاهری در شرایط پمپاژ بستگی دارد. آزمایشات نشان داده است که ویسکوزیته پمپاژ در دمای پایین روغن چند درجه بالاتر از 3Pa·s نیست که می تواند تامین روغن پمپاژ را تضمین کند و به این ویسکوزیته ویسکوزیته پمپاژ بحرانی می گویند. دمایی که در آن ویسکوزیته پمپاژ بحرانی حاصل می شود، دمای پمپاژ بحرانی نامیده می شود که با ویسکومتر مینی روتاری (MRV) اندازه گیری می شود. MRV یک رئومتر با سرعت برشی پایین است که برای شبیه‌سازی قابلیت پمپاژ روغن موتور چند درجه یک وسیله نقلیه پس از دو روز در حال کار کردن در هوای سرد استفاده می‌شود.

SAE J300 همچنین محدودیت های ویسکوزیته MRV بالایی را برای همه روغن های موتور درجه "W" مشخص می کند. MRV می تواند هم حد جریان ویسکوزیته و هم حد مقاومت هوا را اندازه گیری کند. میانگین دمای پمپاژ (BPT) پیش‌بینی‌شده توسط MRV همبستگی خوبی با میانگین دمای حدی پمپاژ موتور دارد.

ویسکوزیته بروکفیلد می تواند حد جریان ویسکوزیته را تعیین کند، و جدول زیر اثرات انواع مختلف بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته را بر عملکرد پمپاژ در دمای پایین فهرست می کند.

5. دمای بالا، سرعت برش بالا (HTHS)

برشی بالا با دمای بالا (HTHS) نشانگر پایداری ویسکوزیته روغن موتور در دمای بالا و برش بالا است که نشان دهنده توانایی روغن موتور برای حفظ روانکاری در دمای بالا و شرایط برشی بالا است.ما به سادگی می توانیم HTHS را به عنوان قدرت فیلم روغن درک کنیم.

ویسکوزیته اهمیت تعیین کننده ای در روانکاری دارد. ویسکوزیته دمای بالا روغن موتور چند درجه توسط یک ویسکومتر مویرگی با نرخ برش پایین برای اندازه گیری ویسکوزیته سینماتیک در 100 درجه آزمایش می شود. برای سیالات غیر نیوتنی سیستم روغن چند مرحله ای، ویسکوزیته اندازه گیری شده توسط مویینگی برش کم نمی تواند ویسکوزیته موتور را در شرایط کاری دمای بالا (150 درجه) و نرخ برش بالا (106 ثانیه) منعکس کند.^-1).

این تحقیق نشان می دهد که ویسکوزیته ظاهری در دمای 150 درجه و نرخ برش 10 اندازه گیری شده است.⁶s^-1همبستگی خوبی با فرسودگی بلبرینگ موتور دارد. هنگامی که SAE J300 در سال 1995 بازنگری شد، ویسکوزیته حداقل دمای بالا و برش بالا (درجه حرارت بالا، نرخ برش بالا، HTHS) برای هر درجه ویسکوزیته اضافه شد. دمای بالا و ویسکوزیته برشی بالا با نرخ برشی بسیار بالا اندازه گیری می شوند (10⁶ s^-1) و دما (150 درجه) که مشابه محیط جریان یاتاقان های کارتر میل لنگ در حالت ثابت است.

به طور کلی، یک بهبود دهنده شاخص ویسکوزیته با کیفیت بالا نه تنها باید قوی باشدتوانایی های غلیظ کنندهوپایداری برشی خوببلکه نیاز به خوبی داردعملکرد در دماهای پایینوپایداری اکسیداسیون حرارتی بالا.

ساختار شیمیایی بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته ارتباط نزدیکی با عملکرد آنها دارد. پلیمرهای بالا مبتنی بر هیدروکربن مانند OCP اثرات بسیار خوبی در افزایش ویسکوزیته دارند، اما توانایی آنها در بهبود شاخص ویسکوزیته (VI) به خوبی نیست.

از سوی دیگر، پلیمرهای حاوی گروه های قطبی مانند PMA به اندازه OCP برای غلیظ شدن روانکار موثر نیستند، اما قابلیت بهبود VI عالی دارند و همچنین می توانند نقطه ریزش را کاهش دهند.

بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته معمولی

بهبود دهنده های شاخص ویسکوزیته معمولی	مخفف
کوپلیمر اتیلن- پروپیلن، کوپلیمر الفین (اتیلن و پروپیلن)	OCP
پلی متاکریلات	PMA
کوپلیمر هیدرواستایرن-وینیل دی ان	HSD
پلی ایزوبوتیلن	PIB

مقایسه خواص چند بهبود دهنده شاخص ویسکوزیته که معمولاً استفاده می شوند (VII)

کارایی VII	قابلیت ضخیم شدن	بهبود VI	پایداری برشی	نقطه ریزش را کاهش دهید	ویسکوزیته در دمای پایین		ویسکوزیته برشی در دمای بالا	پایداری اکسیداسیون
کارایی VII	قابلیت ضخیم شدن	بهبود VI	پایداری برشی	نقطه ریزش را کاهش دهید	CCS	بروکفیلد	ویسکوزیته برشی در دمای بالا	پایداری اکسیداسیون
PMA	خوب	خیلی خوب	خوب نیست - خیلی خوب	خیلی خوب	خیلی خوب	خیلی خوب	خوب	خوب
OCP	خیلی خوب	خوب	خوب نیست - خوب	بد	خوب	بد	خوب	خوب
HSD	خیلی خوب	خوب	خیلی خوب	بد	خوب	بد	خوب	خوب
ترکیبی از OCP&PMA	خوب	خوب	خوب	خوب	خیلی خوب	خوب	خوب	خوب

یک جفت:آشنایی با مواد افزودنی شوینده در روغن موتور: مروری بر

بعدی:بهبود دهنده پایداری برشی و شاخص ویسکوزیته در روان کننده.