国产mPAO150基础油在黏度指数改进剂方面的应用研究.pdf
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1、ADDITIVE添加剂文章编号:10 0 29(2023)04-0027-08DOI2023.04.005Vo1.38,No.4Aug.2023LUBRICATINGOIL2023年8 月第38 卷第4期润滑油国产mPAO150基础油在黏度指数改进剂方面的应用研究揭斌华,邹小芸,梁启源,韦嘉茵(中国石化润滑油有限公司茂名分公司,广东茂名52 50 11)摘要:为推进黏度指数改进剂的国产化替代,进一步拓展mPAO基础油的应用领域,文章考察了国产mPAO150基础油作为黏度指数改进剂在0 W-20汽油机油、7 5W-90CL-5重负荷车辆齿轮油、L-HS46低温液压油等高端润滑油的应用可行性。试验
2、结果表明:采用国产mPA0150基础油调制的0 W-20汽油机油、7 5W-90GL-5重负荷车辆齿轮油、L-HS46低温液压油理化性能均满足指标要求,与OCP、P MA、HS D 等常用的进口黏度指数改进剂相比,剪切安定性、抗结焦性能具有突出优势,可替代进口黏度指数改进剂。关键词:茂金属聚一烯烃;黏度指数改进剂;剪切安定性;汽油机油;车辆齿轮油;液压油中图分类号:TE624.82文献标识码:AApplied Research on Domestic mPAO150 Base Oil as A Viscosity Index ImproverJIE Bin-hua,ZOU Xiao-yun,L
3、IANG Qi-yuan,WEI Jia-yin(Maoming Branch,Sinopec Lubricant Company,Maoming,Guangdong 525011,China)Abstract:To promote the replacement with viscosity index improvers made in China and further expand the application ofmPAO base oil,the application feasibility of domestic mPAO150 base oil as viscosity i
4、ndex improver in high-end lubricatingoils such as 0W-20 gasoline engine oil,75W-90 GL-5 heavy-duty vehicle gear oil and L-HS 46 low-temperature hy-draulic oil was investigated.The results show that the physical and chemical properties of oW-20 gasoline engine oil,75W-90 GL-5 heavy-duty vehicle gear
5、oil and L-HS 46 low-temperature hydraulic oil formulated with domestic mPAO150base oil meet the required performance indicators.Compared with commonly used imported viscosity index improvers suchas OCP,PMA,and HSD,mPAO has outstanding advantages in shear stability and anti-coking property and can re
6、placeimportedviscosityindex improver.Key words:metallocene poly-olefin;viscosity index improver;shear stability;gasoline engine oil;vehicle gear oil;hy-draulicoil0引言黏度指数改进剂是一种油溶性高分子聚合物,也是润滑油中使用量最大的添加剂之一,其主要作用是有效提高润滑油的黏度指数,从而改善油品的低温启动性能和高温黏度保持性能,以降低燃料油和润滑油的消耗,减少设备磨损,延长油品使用寿命,拓展油品的应用场合1。目前,常用的黏度指数改进剂有
7、氢化苯乙烯异戊二烯共聚物(HSD)、乙烯丙烯共聚物(O CP)、聚甲基丙烯酸酯(PMA)和聚异丁烯(P IB)等 2 。由于不同的黏度指数改进剂性能差异较大,应用范围不尽相同。HSD具有优异的剪切稳定性、增稠能力和热稳定性,较好的低温性能,广泛应用于高档汽油机油中。OCP具有稠化能力强、剪切稳定性较好、原料来源丰富、价格低等优点,但其在小于-35的低温下易与蜡晶体相互作用,对低温泵送黏度和屈服应力产生不利影响,因此OCP常用于柴油机油以及中低档汽油机油中。PMA具有优异的低温ADDITIVE添加剂282023年第38 卷滑油润性能,可有效提高油品的黏度指数,但其稠化能力较差、价格较高,主要用于
8、液压油、齿轮油以及对节能要求较高的高端内燃机油。PIB具有较好的剪切稳定性和热氧化安定性,但其低温性能差,不适用于内燃机油,主要用于齿轮油中 3。近年来,随着茂金属催化剂合成工艺的逐渐成熟,国内外先后推出了新一代高黏度茂金属催化的聚烯烃(mPAO)基础油,由于mPAO独特的梳状几何结构,没有直立的侧链,使其具有优异的剪切稳定性、高低温性能以及高黏度指数,主要用于合成齿轮油等高黏度工业润滑油中 4。同时,国内学者开展了mPAO基础油在更多领域的应用考察,张可等 5 采用mPA01000应用于SN10W-30汽油机油中,替代了HSD黏度指数改进剂,有效提升油品的剪切稳定性能;刘青才 6 等采用mP
9、A0600成功应用于7 5W90车辆齿轮油中,替代了PMA黏度指数改进剂,产品的KRL剪切变化率更小,完全满足车辆齿轮油标准对剪切性能的要求。为进一步拓展mPAO基础油的应用领域,考察国产mPAO基础油作为黏度指数改进剂应用于高端润滑油的可行性,文章采用国产mPA0150基础油、4基础油作为原料,分别调配0 W-20汽油机油、7 5W-90GL-5重负荷车辆齿轮油、L-HS46超低温液压油,考察其低温性能、剪切稳定性等是否满足指标要求,并与常用进口黏度指数改进剂进行比对,用于指导进口黏度指数改进剂的国产化替代。1实实验部分1.1实验原料本实验所采用的原料见表1所示。表1主要原料原料名称生产厂家
10、国产4基础油市售国产mPA0150基础油市售表1(续)原料名称生产厂家OCP黏度指数改进剂市售PMA黏度指数改进剂市售HSD黏度指数改进剂市售汽油机油复合剂市售车辆齿轮油复合剂市售液压油复合剂市售降凝剂市售1.2实验仪器本实验所采用的实验仪器如表2 所示。表2主要实验仪器仪器名称型号生产厂家低温动力黏度测定仪CCS-2100F美国CANNON公司自动运动黏度测定仪CAV-2100美国CANNON公司低温屈服应力和表观试CMRV-4500F美国CANNON公司验仪高温高剪切黏度试验仪HTHS-1F美国CANNON公司恒温磁力搅拌器S-1上海力辰仪器科技有限公司电子天平JA31002上海精天电子仪
11、器有限公司含聚合物油剪切安定性JSH1802湖南津市市石油化工仪测定器器有限公司柴油喷嘴剪切安定性试PETROTEST德国Petrotest公司验仪布氏黏度测定仪DV-II+美国Brokefiled公司旋转氧弹试验仪DZY-028A大连智能仪器仪表有限公司四球试验机MS-10A济南辰达试验机制造有限公司1.3基础油的性能分析本实验所采用的基础油主要理化数据如表3所示。表3基础油的主要理化性能分析项目国产4基础油国产mPA0150基础油试验方法色度/号0.50.5GB/T 6540黏度指数125217GB/T 1995运动黏度/mm s-1GB/T 265ADDITIVE添加剂29第4期揭斌华等
12、.国产mPA0150基础油在黏度指数改进剂方面的应用研究表3(续)分析项目国产4基础油国产mPA0150基础油试验方法1004.334158.44020.151578倾点/-18-36CB/T3535密度(2 0 )/kgm=3834.3842.5SH/T 0604闪点(开口)/228286GB/T3536酸值/mgKOH g-10.010.01GB/T 4945旋转氧弹(150)/min342435SH/T01931.4黏度指数改进剂的性能分析为考察国产mPAO基础油作为黏度指数改进剂应用于高端润滑油的可行性,本实验分别挑选了OCP、P MA、H S D 黏度指数改进剂作为比对,其中OCP母
13、液为OCP稀胶与国产4基础油按1:0.5比例稀释而成,PMA母液为PMA纯剂与国产4基础油按1:0.5比例稀释而成,HSD母液为HSD稀胶与国产4基础油按1:0.5比例稀释而成,而mPAO黏度指数改进剂则直接采用mPA0150基础油。4种黏度指数改进剂的主要理化数据如表4所示。表44种黏度指数改进剂的理化性能分析项目OCP母液PMA母液HSD母液mPA0150试验方法色度/号0.50.50.50.5GB/T 6540运动黏度(10 0 )/mm s-1179.7139.2108.3158.4GB/T 265密度(2 0)/kgm=3863.8899.7838.2842.5SH/T06042实验
14、结果与讨论2.1mPAO黏度指数改进剂在0 W-20汽油机油中的应用考察以国产4基础油,固定汽油机油复合剂加入量11.5%、降凝剂加入量0.6%,分别加人适量的OCP母液、PMA母液、HSD母液、mPAO150基础油调制0 W-20汽油机油,并控制0 W-20汽油机油100黏度在8.2 8.4mm/s范围内,同时对4种不同黏度指数改进剂调制的0 W-20汽油机油开展低温性能、凝胶指数、剪切安定性以及斜板成胶等试验。2.1.1低温性能低温性能作为汽油机油的非常关键的指标,GB11121汽油机油中用于评价汽油机油低温性能的主要指标是倾点、低温动力黏度、低温泵送黏度等。一般来说汽油机油的低温性能主要
15、影响因素有基础油、降凝剂、黏度指数改进剂 7 ,因此,对4种不同黏度指数改进剂调制的0 W-20汽油机油低温性能开展分析评定,考察不同黏度指数改进剂对低温性能的影响,分析结果如表5所示。表50W-20汽油机油的低温性能分析项目指标值OCPPMAHSDmPAO试验方法密度(2 0)/kgm=3报告842.4845.1835.7839.2SH/T 0604运动黏度/mm.s-1GB/T 265100 6.99.38.3108.2218.3938.26740报告41.8731.8641.0840.63黏度指数报告171242187179GB/T 1995ADDITIVE添加剂302023年第38 卷
16、滑油润表5(续)分析项目指标值OCPPMAHSDmPAO试验方法倾点/-40-46-49-46-46GB/T 3535低温动力黏度(-35)/mPas62005530387039605710GB/T 6538低温泵送黏度(-40,在无屈服应力时)/mPas6000018200157001650022100NB/SH/T0562从表5可知,不同黏度改进剂调制的0 W-20汽油机油在10 0 黏度相当的情况下,虽然它们的低温性能均满足指标要求,但低温性能分析数据不尽相同,倾点、低温动力黏度、低温泵送黏度的分析结果排序为:PMAHSDOCPmPAO HSD OCP,其中 OCP、H S D、mPAO
17、黏度指数改进剂调制的0 W-20汽油机油的凝胶指数小于8,其中PMA黏调制的0 W-20汽油机油的凝胶指数小于12,这可能是黏度指数改进剂的结构不同,导致低温下油品黏度增长率以及最大凝胶活化能不同 10 O2.1.3剪切安定性剪切安定性是黏度指数改进剂的关键性能指标,由于黏度指数改进剂在剪切应力的作用下,使高分子聚合物断裂,油品的黏度下降,最终造成磨损及油耗增加等,因此CB11121汽油机油、ASTM汽油机油规格标准、ILSAC汽油机油规格标准中均要求0W-20汽油机油的高温高剪切黏度不小于2.6mPasASTMD6709运行10 h后10 0 运动黏度在6.9 9.3mm/s范围内。为考察不
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