Βελτιωτής ευστάθειας διάτμησης & δείκτη ιξώδους σε λιπαντικό.

Σταθερότητα διάτμησηςείναι η ικανότητα ενός πολυμερούς να αντιστέκεται σε διατμητική τάση, η οποία είναι μια κρίσιμη απόδοση τουΒελτιωτές δείκτη ιξώδους. Όταν ένας βελτιωτής δείκτη ιξώδους έχει κακή σταθερότητα διάτμησης, η κύρια αλυσίδα του πολυμερούς θα σπάσει υπό τη δράση της διατμητικής τάσης, οδηγώντας σε πτώση του ιξώδους. Ως αποτέλεσμα, το αναμεμειγμένο λιπαντικό δεν μπορεί να διατηρήσει τον αρχικό του βαθμό ιξώδους, γεγονός που προκαλεί αυξημένη φθορά και κατανάλωση καυσίμου.

Η σταθερότητα διάτμησης σχετίζεται με τον βαθμό πολυμερισμού (σχετικό μοριακό βάρος), τον βαθμό διασποράς (σχετική κατανομή μοριακού βάρους) και την υδροδυναμική του πολυμερούς σε διάλυμα για βελτιωτικά του δείκτη ιξώδους.

Όσο μεγαλύτερη είναι η αλυσίδα του πολυμερούς (όσο μεγαλύτερο είναι το σχετικό μοριακό βάρος) και όσο μεγαλύτερη είναι η διασπορά, τόσο πιο εύκολα θα σπάσει, με αποτέλεσμα φτωχότερη σταθερότητα στη διάτμηση.

Αντίθετα, όσο μικρότερο είναι το σχετικό μοριακό βάρος του πολυμερούς, τόσο καλύτερη είναι η σταθερότητα στη διάτμηση, αλλά ο ρυθμός επεξεργασίας θα είναι μεγαλύτερος, κάτι που είναι επιζήμιο για την καθαριότητα. Επομένως, είναι απαραίτητο μόνο να επιτευχθεί η απαιτούμενη διατμητική ευστάθεια, αντί να επιδιώκεται τυφλά η μικρότερη δυνατή διατμητική ευστάθεια.

 

Πώς να εκφράσετε τη σταθερότητα διάτμησης;

 

Το ορυκτέλαιο βάσης είναι ένα Νευτώνειο ρευστό του οποίου το ιξώδες δεν έχει καμία σχέση με τον ρυθμό διάτμησης. Το λιπαντικό λάδι (πολλαπλού βαθμού λάδι) που προστίθεται με βελτιωτικό δείκτη ιξώδους αλλάζει τις ιδιότητες ροής του βασικού λαδιού και γίνεται μη νευτώνειο ρευστό. Το ιξώδες αλλάζει με την αύξηση ή τη μείωση του ρυθμού διάτμησης.

Κάτω από τη δράση της διατμητικής τάσης, το ιξώδες του λαδιού πολλαπλής ποιότητας θα μειωθεί, το οποίο εκφράζεται από τον ρυθμό μείωσης του ιξώδους ή τον ρυθμό απώλειας ιξώδους (Δείκτης ευστάθειας διάτμησης, SSI).

Όταν το πολυμερές υποβάλλεται σε υψηλό ρυθμό διάτμησης, θα συμβεί μια προσωρινή απώλεια ιξώδους. Αυτή τη στιγμή, ο ρυθμός διάτμησης είναι συνήθως γύρω στο 10⁴s^-1, και τα μόριά του θα ρέουν κατά μήκος της αξονικής κατεύθυνσης και θα γίνουν τακτοποιημένα. Το σχήμα του πολυμερούς αλλάζει από μια σφαιρική γραμμή Τα συσσωματώματα μεταβάλλονται σε επιμήκεις δομές που καταλαμβάνουν λιγότερο υδροδυναμικό όγκο, με αποτέλεσμα τη μείωση του ιξώδους. Αυτή η απώλεια ιξώδους είναι αναστρέψιμη και μπορεί να ανακτηθεί μόλις εξαφανιστεί η διατμητική τάση, επομένως αυτή η απώλεια ιξώδους είναι προσωρινή, εκφραζόμενη ωςΔείκτης προσωρινής ευστάθειας διάτμησης (TSSI).

Καθώς ο ρυθμός διάτμησης αυξάνεται περαιτέρω, όλο και περισσότερα μόρια παραμορφώνονται, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη απώλεια ιξώδους, έως ότου επιτευχθεί η μέγιστη ποσότητα παραμόρφωσης. Όταν ο ρυθμός διάτμησης φτάσει πάνω από 10⁶s^-1, εκτός από την προσωρινή απώλεια ιξώδους, υπάρχει επίσης μια μη αναστρέψιμη απώλεια ιξώδους που προκαλείται από τη σχάση της αλυσίδας του πολυμερούς, η οποία ονομάζεται μόνιμη απώλεια ιξώδους. Ο δείκτης σταθερότητας μόνιμης διάτμησης (Δείκτης σταθερότητας μόνιμης διάτμησης, PSSI) αντιπροσωπεύει. Η σχάση της αλυσίδας του πολυμερούς συμβαίνει γενικά στο μέσο της αλυσίδας, όπου ο δεσμός άνθρακα-άνθρακα χωρίζεται για να δημιουργηθούν δύο μικρότερα μόρια.

Όσο μεγαλύτερο είναι το μοριακό βάρος του πολυμερούς, τόσο πιο εύκολο είναι να παραμορφωθεί και να αποικοδομηθεί μηχανικά. Ωστόσο, όταν το σχετικό μοριακό βάρος του πολυμερούς είναι αρκετά μικρό, δεν θα συμβεί ακόμη και μόνιμη απώλεια ιξώδους και συνήθως δεν είναι εύκολο να προκληθεί περαιτέρω αποικοδόμηση, επομένως η διαδικασία αποικοδόμησης είναι αυτοπεριοριζόμενη.

Ο ρυθμός διάτμησης κάθε τμήματος του κινητήρα είναι διαφορετικός και η Προσωρινή Απώλεια Ιξώδους είναι επίσης διαφορετική. Το γρανάζι, το ρουλεμάν, το έμβολο και το τοίχωμα του κυλίνδρου είναι τα μεγαλύτερα και η προσωρινή απώλεια ιξώδους είναι επίσης μεγάλη, επομένως είναι εύκολο να προκληθεί φθορά και τριβή σε αυτά τα μέρη

 

Ρυθμός διάτμησης σε λάδι κινητήρα βενζίνης

Ρυθμός διάτμησης		Ανταλλακτικά κινητήρα	Επιρροή
A	103/s~104/s	Πίσω δακτύλιος εμβόλου, στέλεχος βαλβίδας, είσοδος αντλίας	Κατανάλωση καυσίμου, ρευστότητα χαμηλής θερμοκρασίας
B	105/s~106/s	Ρουλεμάν περιοδικών, έμβολα, τοιχώματα κυλίνδρων	Φθορά ρουλεμάν, ζόρικη, καυτές εκκινήσεις
C	106/s-1~108/s	Γρανάζια, έκκεντρες, τάπες	φορούν

 

Η απώλεια ιξώδους μετράται με κινηματικό ιξώδες (KV) πριν και μετά τη διάτμηση. Η μόνιμη διατμητική ευστάθεια ορίζεται πιο συχνά από τον δείκτη σταθερότητας μόνιμης διάτμησης (PSSI) ή απλά SSI, σύμφωνα με το ASTM D6022 ως εξής:

 

PSSI=SSI=（V₀-V_S）/(V₀-V_b)*100

 

V_o= ιξώδες μη κουρεμένου λαδιού

V_s= ιξώδες διατμημένου λαδιού

V_b= ιξώδες του βασικού ρευστού (χωρίς πολυμερές)

 

Υπάρχουν τρεις ευρέως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι για τη μέτρηση της διατμητικής ευστάθειας.

 

● Μέθοδος ακροφυσίου ντίζελ

● Μέθοδος υπερήχων

● Μέθοδος L-38 (ο βαθμός διάτμησης μετράται αφού ο κινητήρας L-38 λειτουργεί για 10 ώρες)

 

Η σκληρότητα των τριών μεθόδων είναι πολύ διαφορετική. Οι προδιαγραφές του λαδιού κινητήρα εσωτερικής καύσης στις Ηνωμένες Πολιτείες, την Ευρώπη και την Κίνα χρησιμοποιούν τη μέθοδο L-38, τη μέθοδο ακροφυσίου ντίζελ και τη μέθοδο υπερήχων αντίστοιχα. Και οι τρεις μέθοδοι απαιτούν το ιξώδες μετά τη διάτμηση να παραμένει εντός του εύρους ιξώδους που καθορίζεται για αυτήν την κατηγορία λαδιού.

 

Σύγκριση SSI τουΣυμπολυμερές αιθυλενίου-προπυλενίου (OCP) VIIκάτω από διαφορετικές μεθόδους δοκιμής.

 

ΕΙΔΟΣ	Ποσοστό SSI
	Ντίζελ μπεκ	Sonic Shear	Δοκιμή κινητήρα L-38
Τα συμπολυμερή αιθυλενίου-προπυλενίου χρησιμοποιούνται συνήθως στις Ηνωμένες Πολιτείες και την Κίνα	48.5	38	20~22
Συχνά χρησιμοποιούμενα συμπολυμερή αιθυλενίου-προπυλενίου σύμφωνα με τις ευρωπαϊκές προδιαγραφές	28.3	21.7	12

 

Ο παραπάνω πίνακας δείχνει ότι η τιμή SSI των συμπολυμερών αιθυλενίου-προπυλενίου που χρησιμοποιούνται συνήθως στις Ηνωμένες Πολιτείες και την Κίνα είναι περίπου 50 τοις εκατό από το Diesel Injector, περίπου 40 τοις εκατό από το Sonic Shear και περίπου 20 τοις εκατό στον κινητήρα L-38 Δοκιμή.

Η τιμή SSI των συμπολυμερών αιθυλενίου-προπυλενίου που χρησιμοποιούνται συνήθως σύμφωνα με τις ευρωπαϊκές προδιαγραφές είναι περίπου 30 τοις εκατό με τη μέθοδο Diesel Injector, περίπου 22 τοις εκατό με Sonic Shear και περίπου 12 τοις εκατό με τη δοκιμή κινητήρα L-38.

Σημειώστε ότι η τιμή SSI εξαρτάται από τη συγκεκριμένη διάταξη διάτμησης που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της σταθερότητας διάτμησης.

 

Απαιτήσεις για σταθερότητα διάτμησης διαφόρων λιπαντικών ελαίων:

 

Λάδι κινητήρα βενζίνης<  Diesel Engine Oil  <   Automatic Transmission Fluid (ATF)  <   Hydraulic Oil  <   Gear Oil.

 

Διάφορα προϊόντα λιπαντικού λαδιού έχουν αντίστοιχες μεθόδους δοκιμής σταθερότητας διάτμησης για να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις τους.Μέθοδοι δοκιμήςείναι:

Λιπαντικό στροφαλοθαλάμου: Μέθοδος Sonic Shear (5 λεπτά και 10 λεπτά), Δοκιμή διάτμησης δρόμου 3200 km (2000 μίλια), μέθοδος L-38, Μέθοδος μπεκ ψεκασμού ντίζελ, δοκιμή Peugeot 204.

Υγρό αυτόματου κιβωτίου ταχυτήτων και υδραυλικό λάδι: Dexron ATF, HETC T-13, 10,000 κύκλοι, Δοκιμή αντλίας υδραυλικού τιμονιού Chrysler, 4h×93,3 μοίρες (οι συνθήκες δοκιμής περιλαμβάνουν 4137kPa×1700r /min και 2758kPa×1800r /min).

Λάδι κιβωτίου ταχυτήτων: ALI Variable Seveity Scoring Test-Sear Stability Determination (AL I Variable Seveity Scoring Test-Shear Stability Determination Test) 93,3 μοίρες ×120h.

 

Το SSI προσδιορίζεται με διάφορες μεθόδους δοκιμής διάτμησης

Τύποι λιπαντικών	Λάδι στροφαλοθαλάμου			ATF	Υδραυλικό έλαιο	Λάδι μηχανής
Μέθοδος ελέγχου	Sonic Shear①	L-38,10h	Ντίζελ μπεκ②	Dexron ATF③Κύκλος 10000	Δοκιμή αντλίας④	ΑΛΙΒΣΣΤ⑤
Acryloid 702⑥	30	20	45	49	52	89
Acryloid 955⑦	23	12	36	43	45	--
Acryloid 1017⑧	0	0	0.5	0	1	15~20

 

① ASTM D-2603, Ελάχ. 5 λεπτά.

② DIN-51382: Ντίζελ μπεκ: 10W-30/10W-40.

③ Dexron ATF, HETC T-13, 10000κύκλος.

④ Δοκιμή αντλίας υδραυλικού τιμονιού Chrysler, 4h×93. 3 μοίρες, Φορτίο 2758 kPa, 1800 r/min.

⑤ ALI Variable Seveity Scoring Test-Sear Stability Determination, 93. 3 μοίρες ×120h.

⑥ Acryloid 702: PMA με αποτέλεσμα συμπίεσης σημείου ροής, Κατάλληλο για λάδι κινητήρα βενζίνης.

⑦ Acryloid 955: MA με εφέ συμπίεσης και διασποράς σημείου ροής, κατάλληλο για βενζίνη και λάδι κινητήρα ντίζελ

⑧ Acryloid 1017: PMA, κατάλληλο για υγρό αυτόματου κιβωτίου ταχυτήτων, υδραυλικό λάδι και λάδι κιβωτίου ταχυτήτων πολλαπλών βαθμίδων.

 

Μέθοδος δοκιμής σταθερότητας διάτμησης KRLέχει αναγνωριστεί στη βιομηχανία λιπαντικών ως μια ακριβής μέθοδος δοκιμής διάτμησης για την πρόβλεψη της απώλειας ιξώδους του λιπαντικού λιπαντικού υπό πραγματικές συνθήκες λειτουργίας και έχει γίνει ένα σημαντικό εργαλείο αξιολόγησης στην ανάπτυξη σύγχρονων προϊόντων λιπαντικού.