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如何定义合成油

唐朝润滑油知识小课堂

       市面上有很多所谓的全合成油,其实并非是真正科学意义上的全合成油,它们大多数属于高度精炼的第三类矿物油(GroupIII),而真正科学意义上的全合成油分两种,第一种是Polyalphaolefins(PAO),是原油中提炼出来的乙烯、丙烯经聚合、催化等复杂的化学反应炼制成的大分子基础液,另一种便是以酒精和脂肪酸为基础材料,经化学缩聚反应而合成的酯类油。
       在2000年之前,一般只有以100%PAO或酯类为基础油的润滑油,才会在包装上印上“FullSynthetic”(全合成)这二个英文字。在1999年,美国消费者维权机构,Better BusinessBureau,裁定美孚对嘉实多不应在以第三类基础油制成的产品上印上“Full Synthetic”字句的指控不成立,原因是“FullSynthetic”在包装上是市场推广用字,而并非科学用字。自此以后,很多润滑油制造商纷纷称他们以第三类基础油制成的产品为全合成油。
       而到了今天,有一些不负责任的小品牌,或不负责任的润滑油从业员,甚至宣称以更低质量的基础油所制成的产品为全合成油。

大多数合成润滑油比矿物油黏度指数高,黏度随温度的变化小,具有好的低温性能及黏温性能;在高温黏度相同时,大多数合成润滑油比矿物油的凝点低、低温黏度小,这就保证了合成润滑在较低的温度下使用;热安定性好和热分解温度高,闪点及自燃点高,对添加剂的感受性好,低的挥发损失。
       除以上性能外,还有一些其他特殊性能:如含氟润滑油具有优良的化学稳定性,聚苯及聚苯醚具有抗辐射性能,脂类及聚醚合成油具有优良生物降解功能等。

       HTHS全称是HighTemperature High Shear(高温高剪切),一项必须检测通过的项目,只有符合标准才能取得合格认证。美国API、欧盟ACEA和中国GB标准对HTHS都有明确规定且具有一致的最低要求,而大部分正牌机油都符合有关规定,但耐用性就因各品牌不同的生产工艺而有所差别。这个参数是油液在150℃时候通过毛细管粘度测试得到的表观粘度,也就是动力粘度,是以模拟内燃机气缸工作温度和高速剪切条件下做的测试,反映缸套活塞环间润滑以及润滑油的燃料经济性。其测试标准是150度,10^6剪切速率下的表观粘度,这个工况是曲轴轴承的工况,这是当时发现用多级油后,出现曲轴轴承损坏后定的这个参数。因为凸轮和顶杆之间、活塞和气缸之间、轴与轴瓦之间都存在很大的正压力(压应力,非剪应力),油膜会被挤破,而HTHS正是反映了在活塞和气缸之间、轴与轴瓦之间的润滑油的附着能力,与润滑油中所添加的油性剂或极性剂有关,很多人管它叫油膜强度,把它理解为油膜强度很形象和准确。

        简单的说就是:机油粘度---表示油膜厚度,HTHS----表示在高温高剪切条件下的油膜强度。因此HTHS是表示机油高温高剪切下黏度稳定性的指标,反应的是机油在高温高剪切条件下润滑保持能力,该指标越高,高温高速性能越好。
换机油是不是要选择HTHS?‍‍
     HTHS高低和机油粘度是正比的,粘度越大,HTHS也会更大。但是,使用什么粘度机油,不是以HTHS高低选择,而是因发动机的要求而定。发动机在研发过程中会制定机油使用粘度,达到环保、节能和最佳的功输出。‍
‍机油是不是HTHS越高,就越好呢?‍‍‍不对,一般来说,德系车要求HTHS要达到3.5以上,日美系车对HTHS没有明确的要求,也就是说,要求使用30粘度机油的日美系车,HTHS的要求就是2.9以上,因为SAE对于30粘度的机油的HTHS要求就是2.9。

       润滑油的剪切稳定性/剪切安定性(Shear Stability)代表的是润滑油在受到机械剪切、碾压时能保持稳定黏度的性质,也称为机械安定性(mechanical stability)。剪切稳定性好,则润滑油在机械剪切中能保持较为稳定的黏度,否则润滑油会因为受到剪切而黏度降低(油变稀)。温度会影响液体的黏度,黏度指数高的润滑油,粘温性能好,在温度变化中能保持稳定的黏度,为了提高润滑油的黏度指数,润滑油里加入了黏度指数改进剂(也称增黏剂:viscosity-index improver)。黏度指数改进剂是对温度敏感的高分子聚合物,温度升高时,其分子链膨胀舒展开来,基础油分子间摩擦增加,对油的流动性起到阻碍作用,也就是黏度增加,一定程度上缓解润滑油的粘度下降。
黏度指数添加剂也有缺点,在高剪切率下,黏度指数添加剂的分子链容易因为剪切而被切断,降低甚至完全丧失粘度改进的能力,剪切不单包括机械部件运动中的剪切,还包括高温剪切,高温条件下,舒展开的分子更容易被机械剪切到,因此要注意黏度指数改进剂的热剪切稳定性,一般说来,相对分子质量大的聚合物增黏效果好一些,但是抗剪切能力就差。相对分子质量小的聚合物更抗剪切,但是增黏效果有限,所以用量相对要多。有些润滑油在使用中出现黏度突降、油变稀的情况,就是因为黏度指数改进剂分子被剪断,失去增黏效果导致。黏度指数改进剂常用于多级机油(汽车发动机润滑油)、齿轮油、高粘度液压油里,因此,要特别注意这些油的剪切稳定性。
在剪切试验中,润滑油的黏度变化率记为剪切稳定指数(shear stability index,简写为SSI),剪切稳定指数的数值越低,说明润滑油在经受剪切后黏度变化越小,油的剪切稳定性越好,黏度指数改进剂的抗剪切性能越好。性能好的多级油使用优质的黏度指数改进剂,优质粘指剂的SSI值较小,分子链不容易被切断,例如聚烯烃(OCP)类聚合物。一般来说,机油的剪切指数SSI应低于25。因此,要特别注意这些油的剪切稳定性。

       目前市场上的机油因其基础油之不同可简分为矿物油及合成油两种。合成油中又分为:全合成及半合成。全合成机油是最高等级的。
二者最大的差别在于:合成油使用的温度最广,使用期限更长,以及成本更高;同样的油膜要求,合成油可用较低的黏度就可达成,而矿物油就需用相对于合成油较浓的黏度才可达到如此要求。在相同的工作环境里,合成油因为使用期限比矿物油长很多,因此成本较高,但是比较换油次数之后,并不比矿物油高多少。


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