粘度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)柴油機(jī)活塞沉積物影響的探討楊筱虹1，蘇雨2，徐玉芝（ 1.中國石油大慶潤滑油一廠，黑龍江大慶163711 2.中國石油大慶潤滑油二廠，黑龍江大慶163711）積物的影響，闡明了粘度指數(shù)改進(jìn)劑的分子量、加入量及結(jié)構(gòu)組成和沉積物的生成關(guān)系。
　　1前言目前，我國車用柴油機(jī)迫切需求優(yōu)質(zhì)節(jié)能型中高檔潤滑油品。多級(jí)油具有四季通用、延長換油期及機(jī)械的使用壽命、節(jié)省燃料和機(jī)油等特點(diǎn)。多級(jí)油是由兩個(gè)粘度級(jí)別構(gòu)成的，具有發(fā)動(dòng)機(jī)油SAE粘度級(jí)別中冬用油的低溫粘度特性和夏用油的高溫粘度特性，這個(gè)效果是由于加入了油溶性聚合物型的粘度指數(shù)改進(jìn)劑，但是粘度指數(shù)改進(jìn)劑的加入會(huì)促使發(fā)動(dòng)機(jī)沉積物的生成。目前，國內(nèi)外常用的粘度指數(shù)改進(jìn)劑類型有：聚甲基丙烯酸酯（ PMA）、聚異丁烯（ PIB）、乙丙共聚物（ OCP）。本文闡述了這幾種粘度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)柴油機(jī)活塞沉積物的生成機(jī)理的影響，并論述了各種化學(xué)組成的粘度指數(shù)改進(jìn)劑在柴油機(jī)油里的使用，對(duì)研制中高檔柴油機(jī)油有一定的參考價(jià)值。

　　2柴油機(jī)沉積物的生成在討論柴油機(jī)沉積物時(shí)，核心問題是活塞環(huán)部積炭和漆膜沉積物影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，它們使活塞環(huán)的密封作用變壞，引起卡環(huán)，結(jié)果導(dǎo)致串漏氣增加，壓縮比降低、燃油耗增大。有關(guān)分析結(jié)果表明，生成物中各種元素的濃度為潤滑油中元素濃度總平均的25倍。隨著潤滑油中元素濃度的增加而頂環(huán)槽沉積物中的元素量也有增加的趨勢，由此看出添加劑除有抑制沉積物生成的作用外，也是沉積物生大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，多年從事潤滑油研制和技術(shù)服務(wù)工作，獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)4項(xiàng)，已公開發(fā)表論文5篇。

　　潤滑油成的直接原因。活塞沉積物的生成，在理論上可以認(rèn)為是由3個(gè)因素引起： （ 1）串漏氣 （ 2）潤滑油自身氧化 （ 3）潤滑油與串氣的復(fù)雜反應(yīng)。其生成機(jī)理如的頂環(huán)之間的界面等部位，導(dǎo)致黑色沉積物的生成，這些沉積物按其組成特點(diǎn)可劃分為：環(huán)槽積炭：煙炱膠質(zhì)活塞成漆：膠質(zhì)煙炱油泥：煙炱膠質(zhì)水分。

　　其中加下劃線的為主要成分。

　　由此可見，無膠質(zhì)不成沉積物，此處的膠質(zhì)是指油品高溫氧化催化作用后聚合的含氧烴或高分子量的聚酯，所以說粘度指數(shù)改進(jìn)劑是沉積物生成的一個(gè)組成部分。

　　3粘度指數(shù)改進(jìn)劑的作用多級(jí)油中粘度指數(shù)改進(jìn)劑的高聚物分子因溫度不同而具有不同的形態(tài)，當(dāng)油中的溫度升高時(shí)，高聚物的油溶性增大，長鏈高聚物伸展，體積和表面積增大，給溶液分子運(yùn)動(dòng)造成較大的內(nèi)摩擦，使液體粘度不至于因溫度升高而下降很快，反之，在溫度降低時(shí)高聚物在油中的溶解度變小，分子鏈逐漸收縮卷曲，體積變小，對(duì)溶液內(nèi)摩擦的影響減小。因而粘度增加不多，正是基于粘度指數(shù)改進(jìn)劑在不同溫度下具有不同的油溶性才起到改善潤滑油粘溫性的作用。

　　在通常情況下，由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷都很高，特別是柴油機(jī)工作條件比較苛刻，其活塞頂部溫度可達(dá)300左右。當(dāng)油品長期在這樣的高溫、機(jī)械剪切速率下，油中粘度指數(shù)改進(jìn)劑分子過度伸展，并發(fā)生分子鏈斷裂生產(chǎn)大自由基，在大分子的弱處最易破裂，含過氧基、支鏈及位置雙鍵的大分子，所形成的大自由基又可能進(jìn)一步分裂成單體分X，從而造成粘度指數(shù)改進(jìn)劑機(jī)械解聚和熱解聚。與此同時(shí)，在強(qiáng)酸和氧的存在下，發(fā)生了氧化和其它化學(xué)反應(yīng)，結(jié)果生成了漆膜和積炭。

　　4粘度指數(shù)改進(jìn)劑分子量及濃度的影響在配制多級(jí)油時(shí)，為滿足其低溫性能的要求，需選用低粘度的基礎(chǔ)油，但多級(jí)油還要求具有一定的高溫粘度，這就需要加入一定量的粘度指數(shù)改進(jìn)劑，以提高油品的粘溫性能，彌補(bǔ)基礎(chǔ)油粘度的不足。

　　尤其是對(duì)一些粘度跨度大的油品，其粘度指數(shù)改進(jìn)劑的添加量就較多，隨著粘度指數(shù)改進(jìn)劑濃度的增加，就會(huì)導(dǎo)致沉積物的生成量增加。另外，活塞壁溫的升高及粘度指數(shù)改進(jìn)劑分子量對(duì)沉積物的生成也潤滑油有一定的影響。如圖2、圖3所示。

　　從圖2、圖3可以看出：以聚異丁烯為例，隨著其分子量和濃度的增大以及活塞壁溫的升高，漆膜和積炭的生成量逐漸增加。

　　機(jī)油漆膜和積炭生成的影響卡特皮勒1G發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)證明，對(duì)某些類型的粘度指數(shù)改進(jìn)劑來說，抗剪切性能越好稠化能力越低，而所需添加量也越多，頂環(huán)槽的沉積物及漆膜評(píng)分是隨著粘度指數(shù)改進(jìn)劑加入量的增加而變壞的，聚合物化學(xué)組成相同時(shí)，隨加入量的增加其沉積物生成量至少也是成比例的增加，但對(duì)化學(xué)組成不同的聚合物，還需進(jìn)一步探討。

　　5不同化學(xué)結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)改進(jìn)劑的影響內(nèi)燃機(jī)油在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，高溫會(huì)引起油中的粘度指數(shù)改進(jìn)劑解聚、裂解而自身氧化并促進(jìn)油品的氧化，加速油品衰敗，因此使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)積炭和粘環(huán)等現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)取決于粘度指數(shù)改進(jìn)劑本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)，我們對(duì)不同結(jié)構(gòu)的粘度指數(shù)改進(jìn)劑： PMA、PIB和OCP，采用差熱分析方法（ TGA）進(jìn)行熱氧化安定性測試，結(jié)果見圖4.

　　由圖4可以看出，聚甲基丙烯酸酯熱氧化安定性最差，乙丙共聚物最好，聚異丁烯居中。不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的粘度指數(shù)改進(jìn)劑熱穩(wěn)定性及熱氧化安定性不同，它們對(duì)油品的清凈性以及柴油機(jī)活塞沉積物的生成情況影響也不同，如表1、表2所示。

　　油品名稱粘指劑類型成焦板焦重/ mg成漆板/級(jí)熱管氧化/級(jí)注：成焦板試驗(yàn)條件：油溫100 ，板溫 ，時(shí)間3h，開15s，停成漆板試驗(yàn)條件：油溫100 ，板溫330 ，時(shí)間6h，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)熱管氧化試驗(yàn)條件：溫度、時(shí)間4h、氧氣流量1. 6mL/發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果SAE粘度級(jí)增粘劑類型頂環(huán)槽充炭率/ 加權(quán)總評(píng)分/分由表1、表2可知，幾種粘度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)油品清凈性以及柴油機(jī)活塞沉積物的生成影響由大到小順序?yàn)椋?PMA、PIB、OCP.在油品清凈性影響方面，性能相當(dāng)。即熱氧化安定性好的粘度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)楊筱虹等。粘度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)柴油機(jī)活塞沉積物影響的探討沉積物生成的影響小，而熱氧化安定性差的粘度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)沉積物生成的影響較大。

　　6不同種類的OCP對(duì)油品清凈性的影響通過以上探討， OCP的熱氧化安定性、成焦傾向性以及對(duì)柴油機(jī)活塞沉積物的生成影響最好。另外， OCP具有較強(qiáng)的稠化能力，較好的粘溫性、剪切安定性和經(jīng)濟(jì)性。OCP按其性能可分為兩類：一種是分散型OCP，如EXXON公司的ECA8358和石油化工科學(xué)研究院研制的低氮分散性乙丙共聚物同廠家生產(chǎn)的OCP熱氧化性能不盡相同。因此，我們對(duì)各種OCP熱氧化性能和清凈性能進(jìn)行了研究，結(jié)果見表3.

　　OCP類型成焦板/ mg熱管氧化/級(jí)評(píng)定頂環(huán)槽充炭率/ 加權(quán)評(píng)分/分分散型OCP1分散型OCP2非分散型OCP1非分散型OCP2非分散型OCP3非分散型OCP4由表3可以看出：分散型OCP1和非分散型OCP2在熱管、成焦板以及5 D發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)定表現(xiàn)均較好。非分散型OCP1、非分散型OCP4和分散型OCP2次之，非分散型OCP3最差。根據(jù)不同粘度、質(zhì)量等級(jí)油品的需要，以及對(duì)其它性能的要求，可選用不同種類的OCP.

　　7結(jié)論（ 1）粘度指數(shù)改進(jìn)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)與柴油機(jī)活塞沉積物有關(guān)，使用化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的粘度指數(shù)改進(jìn)劑結(jié)果有所不同，其中以乙丙共聚物為最好。

　　（ 2）活塞沉積物還和所探討的粘度指數(shù)改進(jìn)劑的分子量和濃度有關(guān)，在調(diào)試多級(jí)油時(shí)，應(yīng)選擇稠化能力強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好的粘度指數(shù)改進(jìn)劑，并適當(dāng)增加清凈分散劑和抗氧抗腐劑的用量，以克服粘度指數(shù)改進(jìn)劑帶來的不利影響，調(diào)配出滿足中、高檔柴油機(jī)油性能要求的油品。