Độ nhớt của dầu bôi trơn giảm khi nhiệt độ tăng vàChỉ số độ nhớt (VI)là chỉ số để đo mức độ thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ. VI của dầu càng cao thì mức độ thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ càng nhỏ. Nói chung, chỉ số độ nhớt của dầu khoáng (gốc parafin) thường là 96-120, để điều chế Dầu động cơ đốt trong đa cấp (động cơ ICE hoặc IC) có Đặc tính độ nhớt – nhiệt độ tuyệt vời và các Dầu bôi trơn công nghiệp có chỉ số độ nhớt cao khác thì cần thiết thêm Chất cải thiện chỉ số độ nhớt (VII) hoặc sử dụng dầu gốc tổng hợp.

Viscosity Index Improvers VII in Lubricant

Tên của phụ gia kiểm soát độ nhớt- Cách mọi người gọi hóa chất này

Phụ gia kiểm soát độ nhớt còn được gọi bằng một số tên khác, bao gồm:

Bộ điều chỉnh độ nhớt (VM)
Chất cải thiện chỉ số độ nhớt (VII)
Chất cải thiện độ nhớt
Chất làm đặc
Phụ gia làm đặc
Chất ổn định độ nhớt
Chất tăng cường độ nhớt

Các thuật ngữ này thường được sử dụng thay thế cho nhau để chỉ các chất phụ gia giúp kiểm soát độ nhớt của chất bôi trơn trong các điều kiện vận hành khác nhau.

Lịch sử chính của chất cải thiện độ nhớt

Trước đó vào những năm 1930, Hợp chất phân tử cao đã được sử dụng cho dầu thủy lực và dầu bánh răng pháo để cải thiện hiệu suất độ nhớt-nhiệt độ.
Polyisobutylen (PIB)là một trong những VII đầu tiên được phát triển. Vào những năm 1930, các nhà nghiên cứu tại Công ty Standard Oil (nay là ExxonMobil) đã phát triển quy trình sản xuất PIB có trọng lượng phân tử cao, có đặc tính cải thiện VI tốt hơn.
Polymethacrylat, (PMA)được phát triển lần đầu tiên vào những năm 1950 như một chất thay thế cao su tổng hợp. Vào những năm 1970, các nhà nghiên cứu bắt đầu nghiên cứu việc sử dụng PMA làm VII trong chất bôi trơn. Họ phát hiện ra rằng PMA có độ ổn định cắt tuyệt vời, hiệu suất tốt ở nhiệt độ thấp và khả năng chống oxy hóa.
Chất đồng trùng hợp etylen propylene (EPC)hoặcChất đồng trùng hợp Olefin (OCP)được phát triển lần đầu tiên vào những năm 1960 để thay thế cho polyisobutylene (PIB), loại VII chiếm ưu thế vào thời điểm đó. OCP là chất đồng trùng hợp của alpha-olefin và các monome khác, chẳng hạn như ethylene và propylene. Trong những năm 1970 và 1980, OCP được sử dụng rộng rãi trong sản xuất dầu động cơ và các chất bôi trơn khác. Chúng đặc biệt phổ biến ở Bắc Mỹ, nơi chúng được sử dụng để cải thiện hiệu suất ở nhiệt độ thấp.
Thế kỷ 20 thập niên 70: Shell Chemical phát triểnPolyme styren-isopren, được biết đến với độ ổn định cắt tốt và hiệu suất ở nhiệt độ thấp, khiến chúng được sử dụng rộng rãi trong các chất cải thiện chỉ số độ nhớt cho dầu động cơ ô tô.

Các hợp chất polymer này được gọi là Phụ gia làm đặc hoặc Chất cải thiện chỉ số độ nhớt.

ví dụ: Việc bổ sung PMA vào dầu khoáng có thể nâng cao hiệu quả độ nhớt của nó, đặc biệt ở nhiệt độ cao. Hợp chất này thường được gọi là Chất cải thiện độ nhớt do khả năng ảnh hưởng đến Hiệu suất độ nhớt-nhiệt độ của dầu. Cụ thể, nó giúp tăng cường chỉ số độ nhớt của dầu, đó là lý do tại sao nó còn được gọi là Chất cải thiện chỉ số độ nhớt.

Thị phần của Chất cải thiện chỉ số độ nhớt đang tăng lên do sự phát triển nhanh chóng của dầu nhờn đa cấp. Dầu động cơ đa cấp yêu cầu chỉ số độ nhớt được cải thiện để duy trì hiệu suất của chúng trong phạm vi nhiệt độ rộng. Do đó, Chất cải thiện chỉ số độ nhớt đã trở nên cần thiết trong ngành bôi trơn. Theo thống kê, loại VII này chiếm khoảng 22,5% tổng lượng tiêu thụ phụ gia bôi trơn.

Tại sao chất cải thiện chỉ số độ nhớt lại quan trọng đến vậy? - Giá trị của chất cải thiện chỉ số độ nhớt (VII) trong dầu bôi trơn.

Cải thiện hiệu suất nhiệt độ nhớt của chất bôi trơn

Một trong những lý do chính tại sao Chất cải thiện chỉ số độ nhớt (VII) Các chất phụ gia được đánh giá cao là chúng cải thiện tính năng nhớt-nhiệt độ của chất bôi trơn. Chất bôi trơn có chất phụ gia VII, chẳng hạn như dầu động cơ, dầu hộp số và dầu thủy lực, có biểu hiệnhiệu suất nhiệt độ thấp tốt và bôi trơn ở nhiệt độ cao, điều này rất cần thiết để đảm bảo vận hành trơn tru và bảo vệ máy móc. Ngoài ra, chất bôi trơn có phụ gia VII có thểđáp ứng yêu cầu của nhiều cấp độ nhớt, khiến chúng trở nên linh hoạt và phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng và điều kiện khác nhau trong suốt cả năm.

Giảm tiêu thụ năng lượng, giảm thiểu mài mòn và giảm ma sát trong máy móc

Chất cải thiện chỉ số độ nhớt đóng vai trò quan trọng trong việc giảm tiêu thụ năng lượng, giảm thiểu mài mòn và giảm ma sát trong máy móc. So với chất bôi trơn một cấp, chất bôi trơn đa cấp được pha chế với chất cải thiện chỉ số độ nhớt tiêu thụ ít chất bôi trơn và dầu nhiên liệu hơn, dẫn đến giảm mài mòn cơ học đáng kể. Chất bôi trơn đa cấp có hiệu suất nhớt-nhiệt độ mượt mà hơn, với sự thay đổi độ nhớt nhỏ hơn khi thay đổi nhiệt độ so với chất bôi trơn một cấp. Điều này đảm bảo bôi trơn đầy đủ các bộ phận chuyển động ở nhiệt độ cao, giảm hao mòn. Ở nhiệt độ thấp, dầu nhớt đa cấp có độ nhớt thấp hơn dầu đơn cấp, giúp khởi động động cơ dễ dàng hơn và tiết kiệm năng lượng. So với các loại dầu đơn cấp có cùng độ nhớt, chẳng hạn như SAE 10W/30 so với SAE 30, dầu đa cấp có thể tiết kiệm tới 2% đến 3% mức tiêu thụ nhiên liệu.

Đơn giản hóa sản phẩm bôi trơn

Chất cải thiện chỉ số độ nhớt đóng vai trò quan trọng trong việc đơn giản hóa các sản phẩm dầu bôi trơn. Ví dụ, chất bôi trơn máy kéo phổ thông có thể dùng làm dầu động cơ, dầu hộp số, dầu hộp số và dầu phanh cùng một lúc nhờ sử dụng chất cải thiện chỉ số độ nhớt. Điều này giúp đơn giản hóa việc tồn kho các sản phẩm dầu bôi trơn cần thiết, giảm chi phí liên quan đến việc lưu trữ và quản lý nhiều loại dầu bôi trơn. Ngoài ra, việc sử dụng chất bôi trơn phổ thông có thể giúp ít nhầm lẫn và sai sót hơn trong việc lựa chọn và sử dụng chất bôi trơn, cuối cùng góp phần cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của thiết bị. Khả năng đơn giản hóa các sản phẩm Dầu bôi trơn thông qua việc sử dụng chất cải thiện chỉ số độ nhớt đã khiến chúng trở thành một thành phần có giá trị trong ngành dầu nhờn.

Tăng sản xuất dầu bôi trơn có độ nhớt cao

Do nguồn dầu gốc có độ nhớt cao bị hạn chế nên chất cải thiện chỉ số độ nhớt đã trở thành thành phần thiết yếu trong dầu bôi trơn. Bằng cách thêm chất cải thiện chỉ số độ nhớt vào dầu gốc có độ nhớt thấp, dầu thu được có thể thay thế dầu gốc có độ nhớt cao, giúp tăng sản lượng dầu bôi trơn có độ nhớt cao và sử dụng tài nguyên hợp lý hơn.

Trong dầu động cơ, chất cải thiện chỉ số độ nhớt đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các loại dầu động cơ đa cấp ít phụ thuộc vào nhiệt độ. Trên thực tế, chất cải thiện chỉ số độ nhớt là một thành phần quan trọng của dầu động cơ theo thông số kỹ thuật dầu động cơ xe khách ILSAC GF-5. Dầu động cơ đa cấp được pha chế với chất cải thiện chỉ số độ nhớt có thể duy trì độ nhớt ở nhiệt độ cao và điều kiện cắt cao đồng thời đảm bảo dầu bôi trơn có thể được bơm ở nhiệt độ thấp.

Trong các chất lỏng truyền động như dầu hộp số và dầu hộp số tự động, chất cải thiện chỉ số độ nhớt giúp giảm thiểu sự thay đổi độ nhớt trong phạm vi nhiệt độ vận hành rộng nhất có thể trong khi vẫn duy trì độ ổn định cắt tốt. Chất cải thiện chỉ số độ nhớt được sử dụng phổ biến nhất là trong dầu động cơ đa cấp, chiếm khoảng 60% tổng số dầu bôi trơn. Lượng chất cải thiện chỉ số độ nhớt được sử dụng trong dầu động cơ có thể lên tới 15% (phần khối lượng). Trong số các loại phụ gia khác nhau, chất cải thiện chỉ số độ nhớt được sử dụng với số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 23% tổng doanh số phụ gia.

Hiện nay, các loại dầu bôi trơn tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn là dầu động cơ đa cấp được kết hợp từ dầu gốc có độ nhớt thấp với chất điều chỉnh ma sát, chất cải thiện chỉ số độ nhớt và chất làm giảm điểm đông đặc. Chất cải thiện chỉ số độ nhớt có thể làm giảm tổn thất ma sát trong vùng bôi trơn hỗn hợp và thủy động lực, trong khi chất điều chỉnh ma sát có thể làm giảm tổn thất ma sát ở vùng bôi trơn ranh giới và hỗn hợp. Với công thức phù hợp, chất cải thiện chỉ số độ nhớt và chất điều chỉnh ma sát có thể phối hợp với nhau để giảm ma sát và cải thiện hiệu suất năng lượng của dầu bôi trơn.

Hiệu suất của bộ cải thiện chỉ số độ nhớt

1. Độ ổn định cắt

Độ ổn định cắt là khả năng của polyme chống lại ứng suất cắt, đây là hiệu suất quan trọng của chất cải thiện chỉ số độ nhớt. Khi chất cải thiện chỉ số độ nhớt có độ ổn định cắt kém, chuỗi chính của polyme sẽ bị đứt dưới tác động của ứng suất cắt, dẫn đến giảm độ nhớt. Kết quả là dầu bôi trơn hỗn hợp không thể duy trì được độ nhớt ban đầu, làm tăng độ mài mòn và tiêu hao nhiên liệu. Để biết thêm, xin vui lòng bấm vàoChất cải thiện chỉ số độ nhớt và độ ổn định cắt trong dầu bôi trơn.

2. Khả năng làm dày

Khả năng làm đặc là một tính năng rất quan trọng của chất cải thiện chỉ số độ nhớt. Khả năng làm đặc của chất cải thiện chỉ số độ nhớt càng lớn thì liều lượng càng nhỏ và giá thành của Dầu bôi trơn đa cấp càng thấp.
Khả năng làm đặc của polymer chủ yếu phụ thuộc vào khối lượng phân tử tương đối của chất cải thiện chỉ số độ nhớt, số lượng carbon của chuỗi chính trên phân tử (-[-CH2-]-) và dạng trong dầu gốc .
Thứ tự khả năng làm đặc của các chất cải thiện chỉ số độ nhớt có bán trên thị trường như sau:

HSD ≈ OCP > PIB > PMA

3. Độ ổn định nhiệt/oxy hóa

Độ ổn định nhiệt/oxy hóa là một chỉ số đánh giá quan trọng khác của VII. Các chất cải thiện chỉ số độ nhớt có thể bị oxy hóa ở nhiệt độ cao và phân hủy oxy hóa nhiệt trong sử dụng thực tế, và sự phân hủy sẽ dẫn đến một loạt vấn đề như giảm độ nhớt, tăng giá trị axit và tăng cặn carbon trong rãnh vòng. Các polyme phân tử cao thường không trải qua quá trình phân hủy oxy hóa nhiệt rõ ràng dưới 60 độ và bắt đầu phân hủy oxy hóa nhiệt ở mức 100-200. Độ ổn định oxy hóa nhiệt của polymer có liên quan đến cấu trúc của VII.

Thứ tự độ ổn định oxy hóa của chất VII có bán trên thị trường là:

PMA > PIB > OCP ≈ HSD

4. Hiệu suất nhiệt độ thấp

Độ nhớt ở nhiệt độ thấp của dầu động cơ là một đặc tính lưu biến quan trọng. Để xe có thể khởi động trong thời tiết lạnh, độ nhớt của dầu động cơ trong ổ trục phải dưới giá trị tới hạn. Giá trị này được xác định thông qua các thí nghiệm về khả năng khởi động động cơ ở nhiệt độ thấp và được xác định trong SAE J300 cho tất cả các cấp "W".

Chất cải thiện chỉ số độ nhớtcó ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất ở nhiệt độ thấp của dầu động cơ đa cấp và có hai giá trị tới hạn biểu thị chỉ số hiệu suất ở nhiệt độ thấp của dầu động cơ đa cấp:khởi động ở nhiệt độ thấp và khả năng bơm ở nhiệt độ thấp.

Khả năng khởi động ở nhiệt độ thấp

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng khởi động ở nhiệt độ thấp, một trong những chỉ số quan trọng nhất là độ nhớt ở nhiệt độ thấp, độ nhớt ở nhiệt độ thấp càng nhỏ thì càng dễ khởi động.
Nói chung là,Bộ mô phỏng tay quay nguội (CCS)được sử dụng để đo độ nhớt biểu kiến của dầu đa cấp ở nhiệt độ thấp. Bộ mô phỏng khởi động nguội là một máy đo lưu biến hoạt động ở tốc độ cắt cao ở nhiệt độ môi trường cố định để mô phỏng dòng dầu bôi trơn vào ổ trục động cơ khi khởi động. Sau khi động cơ khởi động, dầu cũng phải có khả năng chảy tự do vào bơm dầu và được phân phối đến các đường dẫn dầu khác nhau của động cơ.
Đặc tính nhiệt độ thấp của các VII khác nhau khá khác nhau và PMA cho thấy độ nhớt thấp hơn trong phạm vi tốc độ cắt rộng, do đó PMA có hiệu suất CCS tốt nhất. Chuỗi phân tử của PIB tương đối cứng vì nó có nhiều chuỗi bên methyl và độ nhớt của nó tăng nhanh ở nhiệt độ thấp, do đó hiệu suất của PIB ở nhiệt độ thấp là kém nhất.

Khả năng bơm ở nhiệt độ thấp của dầu động cơ

Khi động cơ khởi động ở nhiệt độ thấp, áp suất dầu của hệ thống dầu bôi trơn phải được chuẩn hóa trong thời gian ngắn để đảm bảo tất cả các bộ phận của động cơ được bôi trơn kịp thời, nếu không sẽ gây hao mòn. Khả năng bơm dầu động cơ đến các bộ phận khác nhau của động cơ được gọi là khả năng bơm.

Khả năng bơm của dầu động cơ phụ thuộc vào độ nhớt biểu kiến trong điều kiện bơm. Các thử nghiệm đã chỉ ra rằng độ nhớt bơm ở nhiệt độ thấp của dầu đa cấp không cao hơn 3Pa·s, có thể đảm bảo cung cấp dầu cho bơm và độ nhớt này được gọi là Độ nhớt bơm tới hạn. Nhiệt độ tại đó đạt được độ nhớt bơm tới hạn được gọi là Nhiệt độ bơm tới hạn, được đo bằng Máy đo độ nhớt quay mini (MRV). MRV là máy đo lưu biến tốc độ cắt thấp được sử dụng để mô phỏng khả năng bơm của dầu động cơ đa cấp của xe sau khi chạy không tải trong hai ngày trong thời tiết lạnh.

SAE J300 cũng chỉ định giới hạn độ nhớt MRV trên cho tất cả các loại dầu động cơ cấp "W". MRV có thể đo cả giới hạn dòng chảy của độ nhớt và giới hạn sức cản không khí. Nhiệt độ bơm trung bình (BPT) do MRV dự đoán có mối tương quan tốt với nhiệt độ bơm giới hạn trung bình của động cơ.

Độ nhớt Brookefield có thể xác định giới hạn lưu lượng độ nhớt và Bảng sau liệt kê ảnh hưởng của các loại chất cải thiện chỉ số độ nhớt khác nhau đến hiệu suất bơm ở nhiệt độ thấp.

5. Nhiệt độ cao, tốc độ cắt cao (HTHS)

Độ cắt cao ở nhiệt độ cao (HTHS) là một chỉ số về độ ổn định độ nhớt của dầu động cơ ở nhiệt độ cao và độ cắt cao, phản ánh khả năng duy trì bôi trơn của dầu động cơ trong điều kiện nhiệt độ cao và độ cắt cao.Chúng ta có thể hiểu đơn giản HTHS là độ bền màng dầu.

Độ nhớt có ý nghĩa quyết định đến việc bôi trơn. Độ nhớt ở nhiệt độ cao của dầu động cơ đa cấp được kiểm tra bằng nhớt kế mao dẫn tốc độ cắt thấp để đo độ nhớt động học ở 100 độ. Đối với chất lỏng phi Newton của hệ thống dầu nhiều tầng, độ nhớt được đo bằng mao quản cắt thấp không thể phản ánh độ nhớt của động cơ trong điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao (150 độ) và tốc độ cắt cao (106 giây)^-1).

Nghiên cứu cho thấy độ nhớt biểu kiến được đo ở nhiệt độ 150 độ và tốc độ cắt là 10⁶s^-1có mối tương quan tốt với độ mòn của ổ trục động cơ. Khi SAE J300 được sửa đổi vào năm 1995, độ nhớt ở nhiệt độ cao tối thiểu và độ nhớt cắt cao (Nhiệt độ cao, tốc độ cắt cao, HTHS) cho mỗi cấp độ nhớt đã được thêm vào. Nhiệt độ cao và độ nhớt cắt cao được đo ở tốc độ cắt rất cao (10⁶ s^-1) và nhiệt độ (150 độ ), tương tự như môi trường dòng chảy của ổ trục cácte đang vận hành ở trạng thái ổn định.

Nói chung, chất cải thiện chỉ số độ nhớt chất lượng cao không chỉ cần sở hữu khả năng mạnh mẽ.khả năng làm dàyVàđộ ổn định cắt tốtnhưng cũng yêu cầu tốthiệu suất ở nhiệt độ thấpVàđộ ổn định oxy hóa nhiệt cao.

Cấu trúc hóa học của chất cải thiện chỉ số độ nhớt có liên quan chặt chẽ đến hiệu suất của chúng. Các polyme cao gốc hydrocacbon như OCP có tác dụng tăng độ nhớt rất tốt nhưng khả năng cải thiện chỉ số độ nhớt (VI) lại không tốt.

Mặt khác, các polyme chứa các nhóm phân cực như PMA không hiệu quả bằng OCP trong việc làm đặc chất bôi trơn, nhưng chúng có khả năng cải thiện VI tuyệt vời và chúng cũng có thể làm giảm điểm đông đặc.

Chất cải thiện chỉ số độ nhớt điển hình

Chất cải thiện chỉ số độ nhớt điển hình	Viết tắt
Chất đồng trùng hợp etylen-propylen, chất đồng trùng hợp olefin (ethylene và propylene)	OCP
Polymethacrylat	PMA
Chất đồng trùng hợp hydrostyren-vinyl diene	HSD
Polyisobutylene	PIB

So sánh đặc tính của một số chất cải thiện chỉ số độ nhớt thường được sử dụng （VII）

Hiệu suất VII	Khả năng làm dày	Cải tiến VI	Độ ổn định cắt	Giảm điểm rót	Độ nhớt nhiệt độ thấp		Độ nhớt cắt nhiệt độ cao	Độ ổn định oxy hóa
Hiệu suất VII	Khả năng làm dày	Cải tiến VI	Độ ổn định cắt	Giảm điểm rót	CCS	Brookfield	Độ nhớt cắt nhiệt độ cao	Độ ổn định oxy hóa
PMA	Tốt	Rất tốt	không tốt - Rất tốt	Rất tốt	Rất tốt	Rất tốt	Tốt	Tốt
OCP	Rất tốt	Tốt	không tốt - Tốt	Xấu	Tốt	Xấu	Tốt	Tốt
HSD	Rất tốt	Tốt	Rất tốt	Xấu	Tốt	Xấu	Tốt	Tốt
Sự kết hợp của OCP & PMA	Tốt	Tốt	Tốt	Tốt	Rất tốt	Tốt	Tốt	Tốt

Một cặp:Tìm hiểu về các chất phụ gia tẩy rửa trong dầu động cơ: Tổng quan

Tiếp theo:3 loại chất khử bọt để pha trộn chất bôi trơn