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解锁超低粘度机油抗磨性能

2018-04-06 09:18  点击:605
机油生产商继续致力于降低机油的粘度以实现节能目标。但是,通常来说,超低粘度机油的减摩抗磨性能都比较弱,因此生产商还需寻求基础油与添加剂的最佳搭配方案,在此情况下,研发人员通过研究复合基础油及其使用添加剂之后的性能找到可行的解决方案。

超低粘度润滑油目前在汽车领域飞速发展。2017年,SAE 0W-X级机油占北美乘用车机油市场份额的11%。添加剂生产商润英联预测,该份额到了2027年将会增长2倍至33%,这是因为SAE 0W-20级机油和SAE 5W-20级机油是新型汽车的推荐用油。

此外,润英联在2017年指出,姗姗来迟的ILSAC GF-6乘用车机油规格有望成为SAE 0W-16级机油的性能参数。

克莱恩咨询公司统计,2016年全球轿车发动机油的需求量为720万吨,其中超低粘度机油占了6%。克莱恩预测,到2026年,全球轿车发动机油的需求量将接近达到850万吨,其中SAE 0W-X产品将会占23%。

乔治•莫威是克莱恩能源事务所的行业经理,他表示,到2026年,全球轿车发动机油的需求量的复合年均增长率将达到1.6%;虽然超低粘度机油的起步较低,但是其增长率将达到16%,主要原因是人们更多地使用APIⅡ类、Ⅲ类矿物基础油和合成基础油等高性能基础油。

乔治•莫威在一个关于全球润滑油市场的网络讲座上表示:“我们观察到,无论是发达国家还是发展中国家,对于高性能、低粘度的轿车发动机油的需求不断增长。高质基础油的需求量和供应量将会继续提升,让世界各地的生产商和供应商都能容易地获得高质基础油,以提高他们产品的销售量。”
推动低粘度机油进入市场
克莱恩表示,OEM开始接受超低粘度机油,同时还应对着不断更新的发动机设计和零件所引起的日益严格的技术要求。越来越多的OEM,尤其是商务乘用车OEM,开始采用低粘度机油作为初装油和售后服务油,比如说0W级机油。

当然,供应商也尽力从市场营销与提高性能的角度推动产品进入市场。

欧洲、北美和亚太地区是超低粘度轿车发动机油进入市场的最大推动力。润滑油行业标准制定机构开始着手制定SAE 0W-X级机油的粘度测定标准,以满足市场的需求。2011年,本田提出了确定超低粘度等级标准的请求;2013年,SAE粘度分类工作组把SAE 16级机油加入其J300机油粘度标准,两年后,SAE 12级机油和SAE 8级机油也加入到标准中。

另外一方面,日本汽车制造商协会希望加快丰富超低粘度机油特性的信息,以便市场充分利用超低粘度机油标准。

去年,日本汽车制造商协会批准引进一个符合SAE 0W-8级别的性能规格,这意味着日本汽车制造商有意愿充分利用这些机油的燃料经济性。

日产汽车公司的副总经理Takumaru Sagawa表示:“建立一个测试标准来检测0W-8级机油等低粘度机油的燃料经济性是一项非常艰巨的任务。”他还补充道:“我们不会(对机油的蒸发情况)作出要求,虽然比起(ILSAC)GF-6机油而言,这个问题在0W-8级机油和0W-12级机油身上更为突出。”目前计划对GF-6规格机油的蒸发损失限制值限定为15%。

尽管转向使用超低粘度机油的目标十分清晰,但是想要提高该类机油对内燃机零件的保护程度仍然充满挑战。

润英联表示:“硬件系统变得更加复杂,使得润滑油的发展更富挑战性,因为润滑油需要防止磨损以及保持发动机清洁,同时还要提高燃料经济性。”

确保低粘度机油的保护能力

位于美国伊利诺伊州的阿贡国家实验室的首席材料科学家洛伦佐•马丁表示,降低机油粘度会导致油膜厚度减小,机油的抗摩耐磨能力下降,严重时还会造成零件刮伤,引起故障。她表示,在机油中加入混合抗磨剂和摩擦改进剂能够同时改善磨损与摩擦问题,但是对于超低粘度合成机油,这两种添加剂仍然不够。“我们也面临着这样的问题,高温下基础油会出现一些状况,基础油的稳定性下降,蒸发损失量增加。那么,单靠添加剂来保护零件表面,真的足够吗?”

洛伦佐•马丁解释道,复合基础油具有优越的减摩抗磨性能,可以利用材料科学技术,让其用于配制超低粘度机油。比起使用成本高昂的复合基础油,这种方法将更加划算。她还展示了多元醇酯和PAO以不同比例混合之后的油品的摩擦磨损分析结果。

洛伦佐•马丁表示,选择多元醇酯的原因是它在广泛的温度范围内能够保持稳定性、低挥发性和高闪点,另外它本身还具有润滑性和抗磨性能。

肯•霍普是位于美国德克萨斯州伍德兰市的雪佛龙菲利普斯化工的全球PAO技术服务经理,他补充道,多元醇酯还能提供密封性能,通过弹性体膨胀防止机油泄漏。霍普表示,多元醇酯的显著特点是它的极性溶解力,有助于添加剂溶入PAO等非极性基础油。

克里斯•多纳吉是禾大的销售主管,他表示多元醇酯的化学性质优越,因此成本高昂。“一般来说,用于机油中的酯类的成本是低粘度PAO的两倍。”

洛伦佐•马丁表示,润滑油加工商越来越青睐PAO,用以配制合成机油。PAO的高温稳定性和低温稳定性都不错,而且它的非极性分子的活泼性较弱,不易与金属表面发生反应。

霍普评论了洛伦佐•马丁的研究:PAO与多元醇酯复合油让超低粘度润滑油的粘度以及诺亚克蒸发损失得到平衡。他表示:“如果为了得到较低粘度而降低了机油的分子量,那么挥发物质的浓度就会增大。‘鱼和熊掌不可兼得’,你只能寻找一个合适的解决方法。PAO和酯类的混合油能够同时满足这两个方面的要求。”
 

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