สารเพิ่มความเสถียรต่อแรงเฉือนและดัชนีความหนืดในน้ำมันหล่อลื่น
ฝากข้อความ
ความเสถียรของแรงเฉือนคือความสามารถของโพลิเมอร์ในการต้านทานความเค้นเฉือน ซึ่งเป็นประสิทธิภาพที่สำคัญของสารปรับปรุงดัชนีความหนืด. เมื่อสารปรับปรุงดัชนีความหนืดมีความเสถียรต่อแรงเฉือนต่ำ สายโซ่หลักของพอลิเมอร์จะแตกออกภายใต้แรงเฉือน ทำให้ความหนืดลดลง ส่งผลให้น้ำมันหล่อลื่นผสมไม่สามารถคงระดับความหนืดเดิมไว้ได้ ซึ่งทำให้เกิดการสึกหรอและสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น
ความเสถียรต่อแรงเฉือนเกี่ยวข้องกับระดับของพอลิเมอไรเซชัน (น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์) ระดับการกระจายตัว (การกระจายน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์) และอุทกพลศาสตร์ของพอลิเมอร์ในสารละลายสำหรับสารปรับปรุงดัชนีความหนืด
ยิ่งสายโซ่โพลิเมอร์ยาว (น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ยิ่งมาก) และการกระจายตัวที่มากขึ้น ก็จะยิ่งแตกง่าย ส่งผลให้ความเสถียรต่อแรงเฉือนต่ำลง
ในทางกลับกัน ยิ่งน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของโพลิเมอร์น้อยเท่าใด ความคงตัวของแรงเฉือนก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น แต่อัตราการบำบัดจะสูงขึ้น ซึ่งเป็นอันตรายต่อความสะอาด ดังนั้นจึงมีความจำเป็นเท่านั้นที่จะต้องได้รับเสถียรภาพในการรับแรงเฉือนตามที่กำหนด
วิธีแสดงความเสถียรของแรงเฉือน
น้ำมันพื้นฐานจากแร่เป็นของไหลนิวตันซึ่งความหนืดไม่เกี่ยวข้องกับอัตราการเฉือน น้ำมันหล่อลื่น (น้ำมันหลายเกรด) ที่เติมด้วยสารปรับปรุงดัชนีความหนืดจะเปลี่ยนคุณสมบัติการไหลของน้ำมันพื้นฐานและกลายเป็นของไหลที่ไม่ใช่นิวตัน ความหนืดจะเปลี่ยนไปตามการเพิ่มหรือลดของอัตราการเฉือน
ภายใต้แรงเฉือน ความหนืดของน้ำมันหลายเกรดจะลดลง ซึ่งแสดงโดยอัตราการลดความหนืดหรืออัตราการสูญเสียความหนืด (ดัชนีความคงตัวของแรงเฉือน สสส).
เมื่อโพลิเมอร์ได้รับแรงเฉือนสูง จะเกิดการสูญเสียความหนืดชั่วคราว ในขณะนี้ อัตราเฉือนมักจะอยู่ที่ประมาณ 104s-1และโมเลกุลของมันจะไหลไปตามแกนและเป็นระเบียบ รูปร่างของพอลิเมอร์เปลี่ยนจากเส้นทรงกลม กลุ่มก้อนรวมตัวกันจะเปลี่ยนเป็นโครงสร้างยาวซึ่งใช้ปริมาตรอุทกพลศาสตร์น้อยลง ส่งผลให้ความหนืดลดลง การสูญเสียความหนืดนี้สามารถย้อนกลับได้และสามารถกู้คืนได้เมื่อความเค้นเฉือนหายไป ดังนั้นการสูญเสียความหนืดนี้จึงเกิดขึ้นชั่วคราว แสดงโดยดัชนีเสถียรภาพแรงเฉือนชั่วคราว (สสส).
เมื่ออัตราการเฉือนเพิ่มขึ้น โมเลกุลจะมีรูปร่างผิดปกติมากขึ้นเรื่อยๆ ส่งผลให้สูญเสียความหนืดมากขึ้น จนกว่าจะถึงปริมาณการเสียรูปสูงสุด เมื่ออัตราการเฉือนสูงกว่า 106s-1นอกเหนือไปจากการสูญเสียความหนืดชั่วคราวแล้ว ยังมีการสูญเสียความหนืดที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ซึ่งเกิดจากการแตกตัวของสายโซ่โพลิเมอร์ ซึ่งเรียกว่าการสูญเสียความหนืดถาวร ดัชนีความคงตัวของแรงเฉือนถาวร (ดัชนีความคงตัวของแรงเฉือนถาวร PSSI) หมายถึง โดยทั่วไปแล้วการแตกตัวของสายโซ่ของโพลิเมอร์จะเกิดขึ้นตรงกลางของสายโซ่ ซึ่งพันธะระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอนจะถูกแยกออกเพื่อสร้างโมเลกุลที่เล็กกว่าสองโมเลกุล
ยิ่งน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์มากเท่าไร การเสียรูปและการย่อยสลายทางกลก็จะยิ่งง่ายขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เมื่อน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของพอลิเมอร์น้อยพอ แม้แต่การสูญเสียความหนืดอย่างถาวรก็จะไม่เกิดขึ้น และมักจะไม่ง่ายที่จะทำให้เกิดย่อยสลายต่อไป ดังนั้น กระบวนการย่อยสลายจึงมีข้อจำกัดในตัวเอง
อัตราเฉือนของแต่ละส่วนของเครื่องยนต์จะแตกต่างกัน และการสูญเสียความหนืดชั่วคราวก็แตกต่างกันด้วย เฟือง แบริ่ง ลูกสูบ และผนังกระบอกสูบมีขนาดใหญ่ที่สุด และการสูญเสียความหนืดชั่วคราวก็มีมากเช่นกัน ดังนั้นจึงง่ายต่อการเกิดการสึกหรอและสึกหรอในชิ้นส่วนเหล่านี้
อัตราเฉือนในน้ำมันเครื่องเบนซิน
|
อัตราเฉือน |
ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ |
อิทธิพล |
|
|
A |
103/s~104/s |
แหวนลูกสูบด้านหลัง ก้านวาล์ว ทางเข้าของปั๊ม |
การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง การไหลที่อุณหภูมิต่ำ |
|
B |
105/s~106/s |
ตลับลูกปืน ลูกสูบ ผนังกระบอกสูบ |
แบริ่งสึกหรอ เกรี้ยวกราด สตาร์ทร้อน |
|
C |
106/s-1~108/s |
เกียร์, แคม, แทปเพท |
สวมใส่ |
การสูญเสียความหนืดจะวัดโดยความหนืดจลนศาสตร์ (KV) ก่อนและหลังการเฉือน ความเสถียรของแรงเฉือนถาวรถูกกำหนดโดยดัชนีความเสถียรของแรงเฉือนถาวร (PSSI) หรือเรียกง่ายๆ ว่า SSI ตามมาตรฐาน ASTM D6022 ดังต่อไปนี้:
PSSI=SSI=（V0-VS）/(V0-Vb)*100
Vo= ความหนืดของน้ำมันที่ไม่ผ่านการเจียระไน
Vs= ความหนืดของน้ำมันเฉือน
Vbความหนืด=ของของเหลวพื้นฐาน (ไม่มีโพลิเมอร์)
มีสามวิธีที่ใช้กันทั่วไปในการวัดความเสถียรของแรงเฉือน
● วิธีหัวฉีดดีเซล
● วิธีอัลตราโซนิก
● วิธี L-38 (ระดับของแรงเฉือนวัดหลังจากเครื่องยนต์ L-38 ทำงานเป็นเวลา 10 ชั่วโมง)
ความรุนแรงของทั้งสามวิธีนั้นแตกต่างกันมาก ข้อมูลจำเพาะของน้ำมันเครื่องสันดาปภายในในสหรัฐอเมริกา ยุโรป และจีนใช้วิธี L-38 วิธีหัวฉีดดีเซล และวิธีอัลตราโซนิกตามลำดับ ทั้งสามวิธีต้องการให้ความหนืดหลังการเฉือนยังคงอยู่ในช่วงความหนืดที่ระบุสำหรับน้ำมันเกรดนี้
การเปรียบเทียบ SSI ของเอทิลีน-โพรพิลีนโคพอลิเมอร์ (OCP) VIIภายใต้วิธีการทดสอบต่างๆ
|
รายการ |
สสส.ร้อยละ |
||
|
หัวฉีดดีเซล |
โซนิคเฉือน |
L-38 การทดสอบเครื่องยนต์ |
|
|
เอทิลีน-โพรพิลีน โคพอลิเมอร์ มักใช้ในสหรัฐอเมริกาและจีน |
48.5 |
38 |
20~22 |
|
เอทิลีน-โพรพิลีนโคพอลิเมอร์ที่ใช้กันทั่วไปเป็นไปตามข้อกำหนดของยุโรป |
28.3 |
21.7 |
12 |
ตารางด้านบนแสดงให้เห็นว่าค่า SSI ของเอทิลีน-โพรพิลีนโคพอลิเมอร์ที่ใช้กันทั่วไปในสหรัฐอเมริกาและจีนคือประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์สำหรับหัวฉีดดีเซล ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์โดย Sonic Shear และประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ในเครื่องยนต์ L-38 ทดสอบ.
ค่า SSI ของเอทิลีน-โพรพิลีนโคพอลิเมอร์ที่ใช้โดยทั่วไปตามข้อกำหนดของยุโรปคือประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์โดยวิธีหัวฉีดดีเซล ประมาณ 22 เปอร์เซ็นต์โดย Sonic Shear และประมาณ 12 เปอร์เซ็นต์โดยการทดสอบเครื่องยนต์ L-38
โปรดทราบว่าค่า SSI ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ตัดเฉพาะที่ใช้ในการวัดความเสถียรของแรงเฉือน
ข้อกำหนดสำหรับความเสถียรต่อแรงเฉือนของน้ำมันหล่อลื่นต่างๆ:
น้ำมันเครื่องเบนซิน< Diesel Engine Oil < Automatic Transmission Fluid (ATF) < Hydraulic Oil < Gear Oil.
ผลิตภัณฑ์น้ำมันหล่อลื่นต่างๆ มีวิธีการทดสอบความเสถียรต่อแรงเฉือนที่สอดคล้องกันเพื่อตอบสนองความต้องการวิธีการทดสอบเป็น:
น้ำมันหล่อลื่นห้องข้อเหวี่ยง: วิธี Sonic Shear (ทั้ง 5 นาทีและ 10 นาที), การทดสอบแรงเฉือนบนถนน 3200 กม. (2,000 ไมล์), วิธี L-38, วิธีหัวฉีดดีเซล, การทดสอบ Peugeot 204
น้ำมันเกียร์อัตโนมัติและน้ำมันไฮดรอลิก: Dexron ATF, HETC T-13, 10,000 รอบ, การทดสอบปั๊มพวงมาลัยเพาเวอร์ของไครสเลอร์, 4h×93.3 องศา (เงื่อนไขการทดสอบ ได้แก่ 4137kPa×1700r /นาที และ 2758kPa×1800r /นาที).
น้ำมันเกียร์: ALI Variable Seveity Scoring Test-Shear Stability Dementation (AL I Variable Seveity Scoring Test-Shear Stability Destruction Test) 93.3 องศา ×120ชม.
SSI กำหนดโดยวิธีการทดสอบแรงเฉือนแบบต่างๆ
|
ประเภทน้ำมันหล่อลื่น |
น้ำมันข้อเหวี่ยง |
เอ.ที.เอฟ |
น้ำมันไฮดรอลิก |
น้ำมันเกียร์ |
||
|
วิธีทดสอบ |
โซนิคเฉือน① |
L-38,10h |
หัวฉีดดีเซล② |
เด็กซ์รอน เอทีเอฟ③10,000 รอบ |
การทดสอบปั๊ม④ |
อลิฟสท์⑤ |
|
อะคริลอยด์ 702⑥ |
30 |
20 |
45 |
49 |
52 |
89 |
|
อะคริลอยด์ 955⑦ |
23 |
12 |
36 |
43 |
45 |
-- |
|
อะคริลอยด์ 1017⑧ |
0 |
0 |
0.5 |
0 |
1 |
15~20 |
① ASTM D-2603 ต่ำสุด 5 นาที
② DIN-51382: หัวฉีดดีเซล: 10W-30/10W-40
③ Dexron ATF, HETC T-13, 10,000 รอบ
④ การทดสอบปั๊มพวงมาลัยเพาเวอร์ของไครสเลอร์ 4 ชม.×93 3 องศา โหลด 2758kPa 1800r/min.
⑤ ALI Variable Seveity Scoring Test-Shear Stability Detection, 93. 3 องศา ×120 ชม.
⑥ อะคริลอยด์ 702: PMA มีผลลดจุดไหลซึม เหมาะสำหรับน้ำมันเครื่องเบนซิน
⑦ อะคริลอยด์ 955: MA มีจุดไหลซึมและเอฟเฟกต์กระจาย เหมาะสำหรับน้ำมันเครื่องยนต์เบนซินและดีเซล
⑧ อะคริลอยด์ 1017: PMA เหมาะสำหรับน้ำมันเกียร์อัตโนมัติ น้ำมันไฮดรอลิก และน้ำมันเกียร์หลายเกรด
วิธีทดสอบเสถียรภาพแรงเฉือน KRLได้รับการยอมรับในอุตสาหกรรมน้ำมันหล่อลื่นว่าเป็นวิธีการทดสอบแรงเฉือนที่แม่นยำในการทำนายการสูญเสียความหนืดของน้ำมันหล่อลื่นภายใต้สภาวะการใช้งานจริง และได้กลายเป็นเครื่องมือประเมินที่สำคัญในการพัฒนาผลิตภัณฑ์น้ำมันหล่อลื่นสมัยใหม่
