تنخفض لزوجة زيت التشحيم مع زيادة درجة الحرارةمؤشر اللزوجة (السادس)هو مؤشر لقياس درجة تغير اللزوجة مع درجة الحرارة. كلما زاد مستوى VI للزيت، قلت درجة اللزوجة مع تغير درجة الحرارة. بشكل عام، مؤشر اللزوجة للزيوت المعدنية (قاعدة البارافين) هو عادة 96-120، لتحضير زيت محرك الاحتراق الداخلي متعدد الدرجات (محرك ICE أو IC) ذو لزوجة ممتازة - خصائص درجة الحرارة وغيرها من زيوت التشحيم الصناعية ذات مؤشر اللزوجة العالية، فمن الضروري لإضافة محسن مؤشر اللزوجة (VII) أو استخدام الزيت الأساسي الاصطناعي.

Viscosity Index Improvers VII in Lubricant

أسماء إضافات التحكم في اللزوجة- كيف يسمي الناس هذه المادة الكيميائية

تُعرف إضافات التحكم في اللزوجة أيضًا بعدة أسماء أخرى، بما في ذلك:

معدّلات اللزوجة (VM)
محسنات مؤشر اللزوجة (السابع)
محسنات اللزوجة
عوامل سماكة
إضافات سماكة
مثبتات اللزوجة
معززات اللزوجة

غالبًا ما يتم استخدام هذه المصطلحات بالتبادل للإشارة إلى المواد المضافة التي تساعد في التحكم في لزوجة مواد التشحيم في ظل ظروف التشغيل المختلفة.

التاريخ الرئيسي لمحسن اللزوجة

في وقت سابق من ثلاثينيات القرن العشرين، تم استخدام المركب الجزيئي العالي للزيت الهيدروليكي وزيت تروس المدفع لتحسين أداء درجة حرارة اللزوجة.
بولي ايزوبوتيلين (PIB)هي واحدة من أولى مركبات VII التي تم تطويرها، في ثلاثينيات القرن العشرين، طور الباحثون في شركة Standard Oil Company (الآن إكسون موبيل) عملية لإنتاج PIB عالي الوزن الجزيئي، والذي كان له خصائص أفضل لتحسين VI.
بولي ميثاكريلات (PMA)تم تطويره لأول مرة في الخمسينيات كبديل للمطاط الصناعي. في السبعينيات، بدأ الباحثون في دراسة استخدام PMAs كـ VIIs في مواد التشحيم. ووجدوا أن PMA تتمتع بثبات قص ممتاز، وأداء جيد في درجات الحرارة المنخفضة، ومقاومة للأكسدة.
إيثيلين بروبيلين كوبوليمر (EPC)أوالبوليمرات المشتركة الأوليفينية (OCP)تم تطويرها لأول مرة في ستينيات القرن الماضي كبديل للبولي أيزوبيوتيلين (PIB)، والذي كان هو السائد في ذلك الوقت. OCPs عبارة عن بوليمرات مشتركة من ألفا أوليفينات ومونومرات أخرى، مثل الإيثيلين والبروبيلين. في السبعينيات والثمانينيات، أصبح OCP مستخدمًا على نطاق واسع في إنتاج زيوت المحركات ومواد التشحيم الأخرى. كانت شائعة بشكل خاص في أمريكا الشمالية، حيث تم استخدامها لتحسين الأداء في درجات الحرارة المنخفضة.
السبعينيات من القرن العشرين: تطورت شركة شل الكيميائيةبوليمرات الستايرين-أيزوبرين، والتي تشتهر بثباتها الجيد في القص وأدائها في درجات الحرارة المنخفضة، مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع في محسنات مؤشر اللزوجة لزيوت محركات السيارات.

تسمى مركبات البوليمر هذه بإضافات التسميك أو محسنات مؤشر اللزوجة.

على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي إضافة PMA إلى الزيوت المعدنية إلى تعزيز لزوجتها بشكل فعال، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة. يشار إلى هذا المركب عادة باسم محسن اللزوجة نظرًا لقدرته على التأثير على أداء درجة حرارة لزوجة الزيت. على وجه التحديد، فهو يعزز مؤشر لزوجة الزيت، ولهذا السبب يُعرف أيضًا باسم محسن مؤشر اللزوجة.

الحصة السوقية لمحسنات مؤشر اللزوجة آخذة في الارتفاع بسبب التطور السريع لمواد التشحيم متعددة الدرجات. تتطلب زيوت المحركات متعددة الدرجات مؤشر لزوجة محسنًا للحفاظ على أدائها عبر نطاق واسع من درجات الحرارة. ونتيجة لذلك، أصبحت محسنات مؤشر اللزوجة ضرورية في صناعة التشحيم. ووفقا للإحصاءات، تشكل هذه السابعات حوالي 22.5٪ من إجمالي استهلاك إضافات التشحيم.

لماذا تعد محسنات مؤشر اللزوجة مهمة جدًا؟ - قيمة محسنات مؤشر اللزوجة (VIIs) في زيوت التشحيم.

تحسين أداء درجة حرارة اللزوجة لمواد التشحيم

أحد الأسباب الرئيسية وراء تحسين مؤشر اللزوجة (السابع) تعتبر الإضافات ذات قيمة عالية لأنها تعمل على تحسين أداء درجة حرارة اللزوجة لمواد التشحيم. يتم عرض مواد التشحيم التي تحتوي على إضافات VII، مثل زيوت المحركات وزيوت التروس والزيوت الهيدروليكيةأداء جيد في درجات الحرارة المنخفضة وتزييت بدرجة حرارة عالية، وهو أمر ضروري لضمان التشغيل السلس وحماية الآلات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام مواد التشحيم التي تحتوي على إضافات VIIتلبية متطلبات درجات اللزوجة المتعددةمما يجعلها متعددة الاستخدامات ومناسبة للاستخدام في التطبيقات والظروف المختلفة على مدار العام.

تقليل استهلاك الطاقة وتقليل التآكل وتقليل الاحتكاك في الآلات

تلعب محسنات مؤشر اللزوجة دورًا حاسمًا في تقليل استهلاك الطاقة وتقليل التآكل وتقليل الاحتكاك في الآلات. بالمقارنة مع مواد التشحيم أحادية الدرجة، فإن مواد التشحيم متعددة الدرجات المصنعة مع محسنات مؤشر اللزوجة تستهلك كمية أقل من مواد التشحيم وزيت الوقود، مما يؤدي إلى تقليل التآكل الميكانيكي بشكل كبير. تتمتع مواد التشحيم متعددة الدرجات بأداء أكثر سلاسة من حيث درجة حرارة اللزوجة، مع تغيرات لزوجة أصغر بسبب التغيرات في درجات الحرارة مقارنة بمواد التشحيم أحادية الدرجة. وهذا يضمن التشحيم الكافي للأجزاء المتحركة في درجات حرارة عالية، مما يقلل من التآكل. في درجات الحرارة المنخفضة، تتمتع مواد التشحيم متعددة الدرجات بلزوجة أقل من الزيوت أحادية الدرجة، مما يسهل تشغيل المحرك وتوفير الطاقة. بالمقارنة مع الزيوت أحادية الدرجة التي لها نفس مستوى اللزوجة، مثل SAE 10W/30 مقابل SAE 30، يمكن للزيوت متعددة الدرجات توفير ما يصل إلى 2% إلى 3% من استهلاك الوقود.

تبسيط منتجات التشحيم

تلعب محسنات مؤشر اللزوجة دورًا حاسمًا في تبسيط منتجات التشحيم. على سبيل المثال، يمكن أن تستخدم زيوت التشحيم العالمية للجرارات كزيت المحرك، وزيت التروس، وسائل ناقل الحركة، وزيت الفرامل في وقت واحد، وذلك بفضل استخدام محسنات مؤشر اللزوجة. يؤدي ذلك إلى تبسيط مخزون منتجات التشحيم المطلوبة، مما يقلل التكاليف المرتبطة بتخزين وإدارة مواد التشحيم المتعددة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي استخدام مواد التشحيم العامة إلى قدر أقل من الارتباك والخطأ في اختيار مواد التشحيم وتطبيقها، مما يساهم في النهاية في تحسين أداء المعدات وموثوقيتها. إن القدرة على تبسيط منتجات زيوت التشحيم من خلال استخدام محسنات مؤشر اللزوجة جعلت منها عنصرًا قيمًا في صناعة زيوت التشحيم.

يزيد من إنتاج زيوت التشحيم عالية اللزوجة

نظرًا لمحدودية توافر موارد الزيوت الأساسية عالية اللزوجة، أصبحت محسنات مؤشر اللزوجة مكونات أساسية في زيوت التشحيم. ومن خلال إضافة محسنات مؤشر اللزوجة إلى الزيوت الأساسية منخفضة اللزوجة، يمكن للزيت الناتج أن يحل محل الزيوت الأساسية عالية اللزوجة، مما يزيد من إنتاج زيوت التشحيم عالية اللزوجة ويجعل الاستخدام أكثر عقلانية للموارد.

في زيوت المحركات، تعد محسنات مؤشر اللزوجة أمرًا بالغ الأهمية في إنشاء زيوت محركات متعددة الدرجات تكون أقل اعتمادًا على درجة الحرارة. في الواقع، تعد محسنات مؤشر اللزوجة مكونًا حيويًا في زيوت المحركات وفقًا لمواصفات زيت محرك سيارات الركاب ILSAC GF-5. يمكن لزيوت المحركات متعددة الدرجات المُصممة بمُحسِّنات مؤشر اللزوجة أن تحافظ على اللزوجة عند درجات الحرارة المرتفعة وظروف القص العالية مع ضمان إمكانية ضخ زيوت التشحيم عند درجات حرارة منخفضة.

في سوائل مجموعة نقل الحركة مثل زيوت التروس وسوائل ناقل الحركة الأوتوماتيكي، تعمل محسنات مؤشر اللزوجة على تقليل التغيرات في اللزوجة عبر أوسع نطاق ممكن لدرجة حرارة التشغيل مع الحفاظ على استقرار القص الجيد. محسن مؤشر اللزوجة الأكثر استخدامًا هو زيوت المحركات متعددة الدرجات، والتي تمثل حوالي 60٪ من جميع زيوت التشحيم. يمكن أن تصل كمية محسن مؤشر اللزوجة المستخدم في زيوت المحركات إلى 15% (جزء الكتلة). من بين الأنواع المختلفة من المواد المضافة، يتم استخدام محسنات مؤشر اللزوجة بكميات كبيرة، وهو ما يمثل حوالي 23٪ من إجمالي مبيعات المواد المضافة.

حاليًا، زيوت التشحيم الموفرة للطاقة ذات الاقتصاد الأفضل في استهلاك الوقود هي زيوت محركات متعددة الدرجات مدمجة من زيوت أساسية منخفضة اللزوجة مع معدلات الاحتكاك، ومحسنات مؤشر اللزوجة، ومثبطات نقطة الانسكاب. يمكن لمحسنات مؤشر اللزوجة أن تقلل من فقدان الاحتكاك في مناطق التشحيم المختلطة والهيدروديناميكية، بينما يمكن لمعدلات الاحتكاك أن تقلل من فقدان الاحتكاك في مناطق التشحيم الحدودية والمختلطة. باستخدام الصيغة الصحيحة، يمكن أن تعمل محسنات مؤشر اللزوجة ومعدلات الاحتكاك معًا لتقليل الاحتكاك وتحسين كفاءة استخدام الطاقة في زيوت التشحيم.

أداء محسن مؤشر اللزوجة

1. استقرار القص

ثبات القص هو قدرة البوليمر على مقاومة إجهاد القص، وهو أداء حاسم لمحسنات مؤشر اللزوجة. عندما يكون لمحسن مؤشر اللزوجة استقرار قص ضعيف، فإن السلسلة الرئيسية للبوليمر سوف تنكسر تحت تأثير إجهاد القص، مما يؤدي إلى انخفاض اللزوجة. ونتيجة لذلك، لا يستطيع زيت التشحيم المخلوط الحفاظ على درجة اللزوجة الأصلية، مما يؤدي إلى زيادة التآكل واستهلاك الوقود. للمزيد، الرجاء الضغطمُحسّن ثبات القص ومؤشر اللزوجة في مواد التشحيم.

2. القدرة على السماكة

تعد قدرة السماكة أداءً مهمًا جدًا لمحسن مؤشر اللزوجة. كلما زادت قدرة السماكة لمحسن مؤشر اللزوجة، قلت الجرعة، وانخفضت تكلفة مادة التشحيم متعددة الدرجات.
تعتمد قدرة البوليمر على التسميك بشكل أساسي على الكتلة الجزيئية النسبية لمحسن مؤشر اللزوجة، ورقم الكربون في السلسلة الرئيسية على الجزيء (-[-CH2-]-)، والشكل في الزيت الأساسي .
ترتيب قدرة سماكة محسنات مؤشر اللزوجة المتاحة تجاريا هو كما يلي:

HSD ٪e2٪89٪88 OCP ٪26gt٪3b PIB ٪26gt٪3b PMA

3. الاستقرار الحراري / التأكسدي

يعد الاستقرار الحراري / التأكسدي مؤشر تقييم مهم آخر لـ VIIs. تخضع محسّنات مؤشر اللزوجة للأكسدة ذات درجة الحرارة العالية والتحلل التأكسدي الحراري في الاستخدام الفعلي، وسيؤدي التحلل إلى سلسلة من المشاكل مثل انخفاض اللزوجة، وزيادة قيمة الحمض، وزيادة رواسب الكربون في الأخدود الحلقي. لا تخضع البوليمرات الجزيئية العالية عمومًا لتحلل تأكسد حراري واضح أقل من 60 درجة، وتبدأ في التحلل التأكسدي الحراري عند درجة 100-200 . يرتبط الاستقرار التأكسدي الحراري للبوليمر ببنية VII.

ترتيب استقرار الأكسدة لـ VII المتوفر تجاريًا هو:

سلطة النقد الفلسطينية > PIB > OCP ≈ HSD

4. أداء درجات الحرارة المنخفضة

تعتبر اللزوجة المنخفضة لزيوت المحركات من الخصائص الريولوجية المهمة. لتمكين السيارة من البدء في الطقس البارد، يجب أن تكون لزوجة زيوت المحركات الموجودة في المحامل أقل من القيمة الحرجة. يتم تحديد هذه القيمة من خلال تجارب قدرة تشغيل المحرك في درجات الحرارة المنخفضة ويتم تحديدها في SAE J300 لجميع الدرجات "W".

محسن مؤشر اللزوجةله تأثير مهم على أداء درجات الحرارة المنخفضة لزيوت المحركات متعددة الدرجات، وهناك قيمتان حرجتان تشيران إلى مؤشر أداء درجات الحرارة المنخفضة لزيوت المحركات متعددة الدرجات:بدء التشغيل في درجات حرارة منخفضة وقابلية الضخ في درجات حرارة منخفضة.

القدرة على البدء في درجات الحرارة المنخفضة

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على قابلية البدء في درجات الحرارة المنخفضة، ومن أهم المؤشرات هي اللزوجة في درجات الحرارة المنخفضة، فكلما كانت اللزوجة في درجات الحرارة المنخفضة أصغر، كان البدء أسهل.
عمومًا،محاكي التدوير البارد (CCS)يستخدم لقياس اللزوجة الظاهرة للزيت متعدد الدرجات عند درجات الحرارة المنخفضة. جهاز محاكاة البداية الباردة عبارة عن مقياس ريومتر يتم تشغيله بمعدل قص مرتفع عند درجة حرارة محيطة ثابتة لمحاكاة تدفق زيت التشحيم إلى محامل المحرك عند بدء التشغيل. بعد تشغيل المحرك، يجب أيضًا أن يكون الزيت قادرًا على التدفق بحرية إلى مضخة الزيت وتوزيعه على خطوط الزيت المختلفة للمحرك.
تختلف خصائص درجات الحرارة المنخفضة لمختلف أنواع VIIs تمامًا، وتظهر PMA لزوجة أقل في نطاق واسع من معدلات القص، لذلك تتمتع PMA بأفضل أداء CCS. السلسلة الجزيئية لـ PIB صلبة نسبيًا لأنها تحتوي على العديد من سلاسل الميثيل الجانبية، وتزداد لزوجتها بسرعة عند درجات الحرارة المنخفضة، وبالتالي فإن أداء PIB في درجات الحرارة المنخفضة هو الأسوأ.

قدرة مضخة درجة الحرارة المنخفضة لزيت المحرك

عند بدء تشغيل المحرك عند درجة حرارة منخفضة، يجب إعادة ضغط الزيت لنظام زيت التشحيم إلى طبيعته في وقت قصير لضمان تشحيم جميع أجزاء المحرك في الوقت المناسب، وإلا فسوف يتسبب ذلك في التآكل. تسمى القدرة على ضخ زيت المحرك إلى أجزاء مختلفة من المحرك بقدرة الضخ.

تعتمد قابلية ضخ زيت المحرك على اللزوجة الظاهرة في ظل ظروف الضخ. أظهرت الاختبارات أن لزوجة الضخ في درجات الحرارة المنخفضة للزيت متعدد الدرجات لا تزيد عن 3Pa·s، مما يضمن ضخ إمدادات الزيت، وتسمى هذه اللزوجة بلزوجة الضخ الحرجة. تسمى درجة الحرارة التي يتم عندها الوصول إلى لزوجة الضخ الحرجة بدرجة حرارة الضخ الحرجة، والتي يتم قياسها باستخدام مقياس اللزوجة الدوار الصغير (MRV). إن MRV عبارة عن مقياس منخفض لمعدل القص يستخدم لمحاكاة قابلية ضخ زيت المحرك متعدد الدرجات للسيارة بعد التباطؤ لمدة يومين في الطقس البارد.

تحدد SAE J300 أيضًا حدود اللزوجة العليا لـ MRV لجميع زيوت المحركات من الدرجة "W". يمكن لـ MRV قياس حد تدفق اللزوجة والحد من مقاومة الهواء. إن متوسط درجة حرارة الضخ (BPT) التي تنبأ بها MRV له علاقة جيدة مع متوسط درجة حرارة الضخ القصوى للمحرك.

يمكن أن تحدد لزوجة بروكفيلد حد تدفق اللزوجة، ويسرد الجدول التالي تأثيرات الأنواع المختلفة من محسنات مؤشر اللزوجة على أداء الضخ في درجات الحرارة المنخفضة.

5. ارتفاع درجة الحرارة، وارتفاع معدل القص (HTHS)

يعد القص العالي في درجة الحرارة العالية (HTHS) مؤشرًا على ثبات لزوجة زيت المحرك تحت درجة الحرارة العالية والقص العالي، مما يعكس قدرة زيت المحرك على الحفاظ على التشحيم في ظل درجات الحرارة المرتفعة وظروف القص العالية.يمكننا ببساطة أن نفهم HTHS على أنه قوة فيلم الزيت.

اللزوجة لها أهمية حاسمة في التشحيم. يتم اختبار اللزوجة العالية الحرارة لزيت المحرك متعدد الدرجات بواسطة مقياس اللزوجة الشعري ذو معدل القص المنخفض لقياس اللزوجة الحركية عند 100 درجة. بالنسبة للسوائل غير النيوتونية لنظام الزيت متعدد المراحل، فإن اللزوجة المقاسة بواسطة الشعيرات الدموية منخفضة القص لا يمكن أن تعكس لزوجة المحرك في ظل ظروف العمل ذات درجة الحرارة المرتفعة (150 درجة) ومعدل القص العالي (106 ثانية)^-1).

ويبين البحث أن اللزوجة الظاهرة تقاس عند درجة حرارة 150 درجة ومعدل قص 10⁶s^-1لديه علاقة جيدة مع ارتداء محمل المحرك. عندما تمت مراجعة SAE J300 في عام 1995، تمت إضافة الحد الأدنى من درجة الحرارة العالية واللزوجة العالية للقص (درجة الحرارة العالية، معدل القص المرتفع، HTHS) لكل درجة لزوجة. يتم قياس درجة الحرارة العالية ولزوجة القص العالية بمعدل قص مرتفع جدًا (10⁶ s^-1) ودرجة الحرارة (150 درجة)، والتي تشبه بيئة التدفق لتشغيل محامل علبة المرافق في حالة مستقرة.

بشكل عام، لا يحتاج مُحسِّن مؤشر اللزوجة عالي الجودة إلى أن يكون قويًا فحسبقدرات سماكةواستقرار القص الجيدولكنه يتطلب أيضًا الخيرالأداء في درجات حرارة منخفضةوارتفاع الاستقرار الأكسدة الحرارية.

يرتبط التركيب الكيميائي لمحسنات مؤشر اللزوجة ارتباطًا وثيقًا بأدائها. تتمتع البوليمرات العالية القائمة على الهيدروكربون مثل OCP بتأثيرات ممتازة في زيادة اللزوجة، لكن قدرتها على تحسين مؤشر اللزوجة (VI) ليست جيدة.

من ناحية أخرى، فإن البوليمرات التي تحتوي على مجموعات قطبية مثل PMA ليست فعالة مثل OCP في زيادة سماكة مادة التشحيم، ولكنها تتمتع بقدرات ممتازة على تحسين VI ويمكنها أيضًا تقليل نقطة الصب.

محسنات مؤشر اللزوجة النموذجية

محسنات مؤشر اللزوجة النموذجية	اختصار
كوبوليمر إيثيلين بروبيلين، بوليمر أوليفين مشترك (إيثيلين وبروبيلين)	OCP
بولي ميثاكريليت	سلطة النقد الفلسطينية
هيدروستيرين-فينيل ديين كوبوليمر	هسد
بولي ايزوبوتيلين	بيب

مقارنة خصائص العديد من محسنات مؤشر اللزوجة شائعة الاستخدام (السابع)

أداء سابعا	القدرة على رشاقته	التحسين السادس	استقرار القص	تقليل نقطة صب	اللزوجة في درجات الحرارة المنخفضة		لزوجة القص بدرجة الحرارة العالية	استقرار الأكسدة
أداء سابعا	القدرة على رشاقته	التحسين السادس	استقرار القص	تقليل نقطة صب	احتجاز ثاني أكسيد الكربون	بروكفيلد	لزوجة القص بدرجة الحرارة العالية	استقرار الأكسدة
سلطة النقد الفلسطينية	جيد	جيد جدًا	ليس جيدًا - جيد جدًا	جيد جدًا	جيد جدًا	جيد جدًا	جيد	جيد
OCP	جيد جدًا	جيد	ليس جيدًا - جيد	سيء	جيد	سيء	جيد	جيد
هسد	جيد جدًا	جيد	جيد جدًا	سيء	جيد	سيء	جيد	جيد
مزيج من OCP وPMA	جيد	جيد	جيد	جيد	جيد جدًا	جيد	جيد	جيد

زوج من:تصنيف ورمز إضافات زيوت التشحيم الصينية

في المادة التالية :فهم إضافات المنظفات في زيوت المحرك: نظرة عامة