Introdução geral aos melhoradores do índice de viscosidade para lubrificantes

Conteúdo deste artigo.

Nomes de aditivos de controle de viscosidade - como as pessoas chamam esse produto químico.

História Principal do Melhorador de Viscosidade

Por que os melhoradores do índice de viscosidade são tão importantes? - O valor dos melhoradores do índice de viscosidade (VIIs) em lubrificantes.

Melhore o desempenho de viscosidade-temperatura dos lubrificantes

Reduza o consumo de energia, minimize o desgaste e reduza o atrito em máquinas

Simplifique os produtos lubrificantes

Aumenta a produção de óleos lubrificantes de alta viscosidade

Desempenho do Melhorador do Índice de Viscosidade

Estabilidade ao cisalhamento

Capacidade de espessamento

Estabilidade Térmica/Oxidativa

Desempenho em baixa temperatura

Alta temperatura, alta taxa de cisalhamento (HTHS)

Melhoradores típicos do índice de viscosidade

Comparação de propriedades de vários melhoradores de índice de viscosidade comumente usados ​​（VII）

 

 

A viscosidade do óleo lubrificante diminui com o aumento da temperatura e aÍndice de Viscosidade (VI)é um indicador para medir o grau de mudança de viscosidade com a temperatura. Quanto maior o VI do óleo, menor será o grau de variação da viscosidade com a temperatura. Geralmente, o índice de viscosidade do óleo mineral (base de parafina) é geralmente 96-120, para preparar óleo de motor de combustão interna multigraduado (motor ICE ou IC) com excelentes características de viscosidade - temperatura e outros lubrificantes industriais de alto índice de viscosidade, é necessário adicionar Melhorador do Índice de Viscosidade (VII) ou usar óleo base sintético.

Nomes de aditivos de controle de viscosidade- Como as pessoas chamam esse produto químico

 

Os aditivos de controle de viscosidade também são conhecidos por vários outros nomes, incluindo:

• Modificadores de viscosidade (VM)
• Melhoradores do Índice de Viscosidade (VII)
• Melhoradores de viscosidade
• Agentes Espessantes
• Aditivos Espessantes
• Estabilizadores de Viscosidade
• Melhoradores de viscosidade

 

Esses termos são frequentemente usados ​​de forma intercambiável para se referir a aditivos que ajudam a controlar a viscosidade dos lubrificantes sob diferentes condições operacionais.

 

História Principal do Melhorador de Viscosidade

 

• No início da década de 1930, o Composto de Alto Molecular foi usado para óleo hidráulico e óleo de engrenagem de canhão para melhorar o desempenho de viscosidade-temperatura.
• Poliisobutileno (PIB)é um dos primeiros VIIs a serem desenvolvidos. Na década de 1930, pesquisadores da Standard Oil Company (hoje ExxonMobil) desenvolveram um processo para produzir PIB de alto peso molecular, que apresentava melhores propriedades de melhoria de VI.
• Polimetacrilato, (PMA)foi desenvolvido pela primeira vez na década de 1950 como um substituto da borracha sintética. Na década de 1970, os pesquisadores começaram a investigar o uso de PMAs como VIIs em lubrificantes. Eles descobriram que os PMAs tinham excelente estabilidade ao cisalhamento, bom desempenho em baixas temperaturas e resistência à oxidação.
• Copolímero de etileno propileno (EPC)ouCopolímeros de olefinas (OCP)foram desenvolvidos pela primeira vez na década de 1960 como um substituto para o poliisobutileno (PIB), que era o VII dominante na época. Os OCPs são copolímeros de alfa-olefinas e outros monômeros, como etileno e propileno. Nas décadas de 1970 e 1980, o OCP tornou-se amplamente utilizado na produção de óleos de motor e outros lubrificantes. Eles eram particularmente populares na América do Norte, onde eram usados ​​para melhorar o desempenho em baixas temperaturas.
• Século 20, anos 70: Shell Chemical desenvolvidoPolímeros de estireno-isopreno, que são conhecidos por sua boa estabilidade ao cisalhamento e desempenho em baixas temperaturas, tornando-os amplamente utilizados em melhoradores de índice de viscosidade para óleos de motores automotivos.

 

Esses compostos poliméricos são chamados de Aditivos Espessantes ou Melhoradores do Índice de Viscosidade.

 

Por exemplo, a adição de PMA ao óleo mineral pode aumentar eficazmente a sua viscosidade, particularmente a altas temperaturas. Este composto é comumente referido como Melhorador de Viscosidade devido à sua capacidade de influenciar o desempenho de viscosidade-temperatura do óleo. Especificamente, aumenta o índice de viscosidade do óleo, por isso também é conhecido como Melhorador do Índice de Viscosidade.

 

A participação de mercado dos Melhoradores do Índice de Viscosidade está aumentando devido ao rápido desenvolvimento de lubrificantes multigraduados. Os óleos de motor multigraduados requerem um índice de viscosidade melhorado para manter o seu desempenho numa ampla gama de temperaturas. Como resultado, os Melhoradores do Índice de Viscosidade tornaram-se essenciais na indústria de lubrificação. Segundo as estatísticas, estes VII representam cerca de 22,5% do consumo total de aditivos lubrificantes.

 

Por que os melhoradores do índice de viscosidade são tão importantes? - O valor dos melhoradores do índice de viscosidade (VIIs) em lubrificantes.

 

Melhore o desempenho de viscosidade-temperatura dos lubrificantes

 

Uma das principais razões pelas quais os Melhoradores do Índice de Viscosidade (VII) aditivos são altamente valorizados é que eles melhoram o desempenho viscosidade-temperatura dos lubrificantes. Lubrificantes com aditivos VII, como óleos de motor, óleos de engrenagens e óleos hidráulicos, apresentambom desempenho em baixas temperaturas e lubrificação em altas temperaturas, o que é essencial para garantir o bom funcionamento e a proteção das máquinas. Além disso, os lubrificantes com aditivos VII podematender aos requisitos de vários graus de viscosidade, tornando-os versáteis e adequados para uso em diferentes aplicações e condições ao longo do ano.

 

Reduza o consumo de energia, minimize o desgaste e reduza o atrito em máquinas

 

Os melhoradores do índice de viscosidade desempenham um papel crucial na redução do consumo de energia, minimizando o desgaste e diminuindo o atrito nas máquinas. Em comparação com os lubrificantes de grau único, os lubrificantes multigraduados formulados com melhoradores do índice de viscosidade consomem menos lubrificante e óleo combustível, resultando em desgaste mecânico significativamente reduzido. Os lubrificantes multigrau têm um desempenho de viscosidade-temperatura mais suave, com variações de viscosidade menores em relação às mudanças de temperatura do que os lubrificantes de grau único. Isso garante a lubrificação adequada das peças móveis em altas temperaturas, reduzindo o desgaste. Em baixas temperaturas, os lubrificantes multigraduados têm uma viscosidade mais baixa do que os óleos monograduados, facilitando a partida do motor e economizando energia. Em comparação com óleos monograduados com o mesmo nível de viscosidade, como SAE 10W/30 versus SAE 30, os óleos multigraduados podem economizar de 2% a 3% no consumo de combustível.

 

Simplifique os produtos lubrificantes

 

Os Melhoradores do Índice de Viscosidade desempenham um papel crítico na simplificação dos produtos lubrificantes. Por exemplo, os lubrificantes universais para tratores podem servir como óleo de motor, óleo de engrenagem, fluido de transmissão e óleo de freio, tudo ao mesmo tempo, graças ao uso de melhoradores de índice de viscosidade. Isto simplifica o inventário de produtos lubrificantes necessários, reduzindo os custos associados ao armazenamento e gerenciamento de vários lubrificantes. Além disso, o uso de lubrificantes universais pode levar a menos confusão e erros na seleção e aplicação do lubrificante, contribuindo em última análise para melhorar o desempenho e a confiabilidade do equipamento. A capacidade de simplificar os produtos lubrificantes através do uso de melhoradores do índice de viscosidade tornou-os um componente valioso na indústria de lubrificantes.

 

Aumenta a produção de óleos lubrificantes de alta viscosidade

 

Devido à disponibilidade limitada de recursos de óleos básicos de alta viscosidade, os melhoradores do índice de viscosidade tornaram-se ingredientes essenciais em óleos lubrificantes. Ao adicionar melhoradores do índice de viscosidade aos óleos básicos de baixa viscosidade, o óleo resultante pode substituir os óleos básicos de alta viscosidade, o que aumenta a produção de óleos lubrificantes de alta viscosidade e faz um uso mais racional dos recursos.

Nos óleos de motor, os melhoradores do índice de viscosidade são cruciais na criação de óleos de motor multigraduados que dependem menos da temperatura. Na verdade, os melhoradores do índice de viscosidade são um componente vital dos óleos de motor de acordo com a especificação de óleo de motor para automóveis de passageiros ILSAC GF-5. Os óleos de motor multigraduados formulados com melhoradores do índice de viscosidade podem manter a viscosidade em altas temperaturas e condições de alto cisalhamento, ao mesmo tempo que garantem que os óleos lubrificantes possam ser bombeados em baixas temperaturas.

 

Em fluidos de trem de força, como óleos de engrenagens e fluidos de transmissão automática, os melhoradores de índice de viscosidade servem para minimizar alterações na viscosidade na faixa de temperatura operacional mais ampla possível, mantendo ao mesmo tempo uma boa estabilidade ao cisalhamento. O melhorador do índice de viscosidade mais comumente usado é em óleos de motor multigraduados, que representam aproximadamente 60% de todos os óleos lubrificantes. A quantidade de melhorador do índice de viscosidade utilizado em óleos de motor pode chegar a 15% (fração de massa). Entre os vários tipos de aditivos, os melhoradores do índice de viscosidade são utilizados em maiores quantidades, representando cerca de 23% de todas as vendas de aditivos.

 

Atualmente, os óleos lubrificantes que economizam energia e melhor economia de combustível são óleos de motor multigraduados combinados a partir de óleos básicos de baixa viscosidade com modificadores de fricção, melhoradores de índice de viscosidade e depressores de ponto de fluidez. Os melhoradores do índice de viscosidade podem reduzir a perda por atrito em zonas de lubrificação mista e hidrodinâmica, enquanto os modificadores de atrito podem reduzir a perda por atrito nas zonas de lubrificação limite e mista. Com a formulação certa, os melhoradores do índice de viscosidade e os modificadores de atrito podem trabalhar juntos para reduzir o atrito e melhorar a eficiência energética dos óleos lubrificantes.

 

Desempenho do Melhorador do Índice de Viscosidade

 

1. Estabilidade ao cisalhamento

 

Estabilidade ao cisalhamento é a capacidade de um polímero de resistir à tensão de cisalhamento, que é um desempenho crucial dos melhoradores do índice de viscosidade. Quando um melhorador do índice de viscosidade tem baixa estabilidade ao cisalhamento, a cadeia principal do polímero quebrará sob a ação da tensão de cisalhamento, levando a uma queda na viscosidade. Como resultado, o óleo lubrificante misturado não consegue manter seu grau de viscosidade original, o que causa maior desgaste e consumo de combustível. Para mais, por favor cliqueMelhorador de estabilidade ao cisalhamento e índice de viscosidade em lubrificantes.

 

2. Capacidade de espessamento

 

A capacidade de espessamento é um desempenho muito importante do melhorador do índice de viscosidade. Quanto maior a capacidade de espessamento do melhorador do índice de viscosidade, menor será a dosagem e menor será o custo do lubrificante multigraduado.
A capacidade de espessamento do polímero depende principalmente da massa molecular relativa do melhorador do índice de viscosidade, do número de carbono da cadeia principal da molécula (-[-CH2-]-) e da forma no óleo base .
A ordem da capacidade de espessamento dos melhoradores do índice de viscosidade disponíveis comercialmente é a seguinte:

HSD ≈ OCP > PIB > PMA

 

3. Estabilidade Térmica/Oxidativa

 

A estabilidade térmica/oxidativa é outro importante índice de avaliação dos VIIs. Os melhoradores do índice de viscosidade estão sujeitos à oxidação em alta temperatura e à decomposição termo-oxidativa no uso real, e a decomposição levará a uma série de problemas, como diminuição da viscosidade, aumento do valor ácido e aumento do depósito de carbono na ranhura do anel. Polímeros de alto peso molecular geralmente não sofrem decomposição termo-oxidativa óbvia abaixo de 60 graus e começam a se decompor termo-oxidativamente em 100-200 graus. A estabilidade termo-oxidativa do polímero está relacionada com a estrutura de VII.

 

A ordem de estabilidade à oxidação do VII comercialmente disponível é:

PMA > PIB > OCP ≈ HSD

 

4. Desempenho em baixa temperatura

 

A viscosidade dos óleos de motor em baixa temperatura é uma característica reológica crucial. Para permitir a partida do veículo em climas frios, a viscosidade dos óleos do motor nos rolamentos deve estar abaixo de um valor crítico. Este valor é determinado através de experimentos de capacidade de partida do motor em baixa temperatura e é definido na SAE J300 para todos os graus "W".

O melhorador do índice de viscosidadetem uma influência importante no desempenho em baixa temperatura de óleos de motor multigraduados, e há dois valores críticos que indicam o índice de desempenho em baixa temperatura de óleos de motor multigraduados:partida em baixa temperatura e capacidade de bombeamento em baixa temperatura.

 

Capacidade de partida em baixa temperatura

Existem muitos fatores que afetam a capacidade de partida em baixa temperatura, um dos indicadores mais importantes é a viscosidade em baixa temperatura, quanto menor a viscosidade em baixa temperatura, mais fácil é a partida.
Geralmente,Simulador de Partida a Frio (CCS)é usado para medir a viscosidade aparente de óleo multigraduado em baixas temperaturas. Um simulador de partida a frio é um reômetro operado com alta taxa de cisalhamento e temperatura ambiente fixa para simular o fluxo de óleo lubrificante nos mancais do motor na partida. Após a partida do motor, o óleo também deve poder fluir livremente para a bomba de óleo e ser distribuído pelas diversas linhas de óleo do motor.
As propriedades de baixa temperatura dos diferentes VIIs são bastante diferentes, e o PMA apresenta menor viscosidade em uma ampla faixa de taxas de cisalhamento, portanto o PMA tem o melhor desempenho de CCS. A cadeia molecular do PIB é relativamente rígida porque possui muitas cadeias laterais de metila e sua viscosidade aumenta rapidamente em baixas temperaturas, de modo que o desempenho do PIB em baixas temperaturas é o pior.

Capacidade de bomba de óleo de motor em baixa temperatura

Quando o motor é ligado em baixa temperatura, a pressão do óleo do sistema de óleo lubrificante deve ser normalizada em um curto espaço de tempo para garantir que todas as peças do motor sejam lubrificadas a tempo, caso contrário causará desgaste. A capacidade do óleo do motor de ser bombeado para várias partes do motor é chamada de capacidade de bombeamento.

A capacidade de bombeamento do óleo do motor depende da viscosidade aparente nas condições de bombeamento. Os testes mostraram que a viscosidade de bombeamento em baixa temperatura do óleo multigraduado não é superior a 3Pa·s, o que pode garantir o fornecimento de óleo de bombeamento, e essa viscosidade é chamada de Viscosidade Crítica de Bombeamento. A temperatura na qual a viscosidade crítica de bombeamento é atingida é chamada de Temperatura Crítica de Bombeamento, que é medida com um Viscosímetro Mini-Rotativo (MRV). O MRV é um reômetro de baixa taxa de cisalhamento usado para simular a bombeabilidade do óleo de motor multigraduado de um veículo após dois dias de inatividade em tempo frio.

SAE J300 também especifica limites superiores de viscosidade MRV para todos os óleos de motor de grau “W”. O MRV pode medir tanto o limite de fluxo de viscosidade quanto o limite de resistência do ar. A temperatura média de bombeamento (TMB) prevista pela MRV apresenta boa correlação com a temperatura limite média de bombeamento do motor.

A viscosidade de Brookefield pode determinar o limite de fluxo de viscosidade, e a tabela a seguir lista os efeitos de diferentes tipos de melhoradores de índice de viscosidade no desempenho de bombeamento em baixa temperatura.

 

5. Alta temperatura, alta taxa de cisalhamento (HTHS)

 

Alto cisalhamento em alta temperatura (HTHS) é um indicador da estabilidade da viscosidade do óleo do motor sob alta temperatura e alto cisalhamento, que reflete a capacidade do óleo do motor de manter a lubrificação sob altas temperaturas e condições de alto cisalhamento.Podemos simplesmente entender HTHS como a resistência do filme de óleo.

A viscosidade tem um significado decisivo na lubrificação. A viscosidade em alta temperatura do óleo de motor multigraduado é testada por um viscosímetro capilar de baixa taxa de cisalhamento para medir a viscosidade cinemática a 100 graus. Para fluidos não newtonianos de sistema de óleo multiestágio, a viscosidade medida pelo capilar de baixo cisalhamento não pode refletir a viscosidade do motor sob condições de trabalho de alta temperatura (150 graus) e alta taxa de cisalhamento (106s^-1). 

A pesquisa mostra que a viscosidade aparente medida à temperatura de 150 graus e à taxa de cisalhamento de 10⁶s^-1tem uma boa correlação com o desgaste do mancal do motor. Quando SAE J300 foi revisado em 1995, e a viscosidade mínima de alta temperatura e alto cisalhamento (alta temperatura, alta taxa de cisalhamento, HTHS) para cada grau de viscosidade foi adicionada. Alta temperatura e alta viscosidade de cisalhamento são medidas a uma taxa de cisalhamento muito alta (10⁶ s^-1) e temperatura (150 graus), que é semelhante ao ambiente de fluxo da operação dos rolamentos do cárter em estado estacionário.

 

Geralmente, um melhorador de índice de viscosidade de alta qualidade não só precisa possuir fortehabilidades de espessamentoeboa estabilidade ao cisalhamentomas também requer bonsdesempenho em baixas temperaturasealta estabilidade de oxidação térmica.

A estrutura química dos melhoradores do índice de viscosidade está intimamente relacionada ao seu desempenho. Polímeros elevados à base de hidrocarbonetos, como o OCP, têm excelentes efeitos de aumento de viscosidade, mas sua capacidade de melhorar o índice de viscosidade (VI) não é tão boa.

Por outro lado, os polímeros contendo grupos polares, como o PMA, não são tão eficazes quanto o OCP para engrossar o lubrificante, mas possuem excelentes capacidades de melhoria do VI e também podem reduzir o ponto de fluidez.

 

Melhoradores típicos do índice de viscosidade

 

 

Comparação de propriedades de vários melhoradores de índice de viscosidade comumente usados ​​（VII）