1、技术交流弹性体,():CH I NAE L A S TOME R I C S作者简介:张文革(),男,吉林省吉林市人,副教授,硕士,主要从事化学工程领域的研究工作.通信作者:侯军(),男,吉林省吉林市人,高级工程师,博士,主要从事合成橡胶领域的研究工作.收稿日期:二元乙丙橡胶润滑油黏度指数改进剂剪切性能的影响因素张文革,李洋铭,葛长刚,侯军,孙聚华,赵阳,孙亚斌,段淑莲(吉林工业职业技术学院,吉林 吉林 ;中国石油吉林石化公司 调度中心,吉林 吉林 ;中国石油吉林石化公司 有机合成厂,吉林 吉林 ;中国石油吉林石化公司 研究院,吉林 吉林 )摘要:研究了二元乙丙橡胶乙烯含量、相对分子质量大小等
2、因素对润滑油增稠性能及抗剪切性能的影响.结果表明,二元乙丙橡胶黏度指数改进剂剪切稳定常数在相对分子质量相同的情况下,随着乙烯含量的增加而减小.在乙烯含量相同的情况下,剪切稳定常数随着相对分子质量增大而增大.并进一步研究了机械剪切前后二元乙丙橡胶相对分子质量变化情况,为未来乙丙橡胶黏度指数改进剂开发提供了方向.关键词:二元乙丙橡胶;黏指剂;剪切稳定常数;润滑油中图分类号:TQ 文献标志码:A文章编号:()润滑油主要用于各类汽车、轮船等机械设备上,主要起润滑、辅助冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等作用,从而减少摩擦,保护机械,延长机械使用寿命.润滑油一般由基础油和添加剂两部分组成.基础油是润滑油的主要
3、成分,决定着润滑油的基本性质,添加剂则可弥补和改善基础油性能方面的不足,赋予某些新的性能,是润滑油的重要组成部分 .黏度指数改进剂(以下简称黏指剂)是最重要的一种润滑油添加剂,起到调节润滑油高低温流动黏度的作用,直接影响多级油品的品质等级和使用寿命.对于内燃机润滑油,使用较多的黏指剂种类主要有乙烯丙烯共聚物类(O C P)、氢化苯乙烯双烯共聚物类(H S D)以及聚甲基丙烯酸酯类(PMA).市面上的O C P一般为二元乙丙橡胶,具有黏温性能优异、热稳定性好、稠化能力强及剪切稳定性好等优点,同时因其价格适中,被广泛用于调制大功率、多级中高档内燃机油 ,尤其对于长周期柴油发动机润滑油,O C P是
4、首选.黏指剂的抗剪切性能是评价黏指剂好坏的重要指标.对于O C P而言,产品剪切性能和增稠性能是一对矛盾体.一般来说,O C P增稠能力变好,抗剪切性能就会变差,反之亦然.本文利用市面上在售O C P黏指剂,通过物理剪切及热降解等方式,系统研究了乙烯含量、相对分子质量等因素对产品剪切性能的影响.实验部分原料二元乙丙橡胶:牌号为X 和J ,中国石 油 吉 林 石 化 公 司;二 元 乙 丙 橡 胶:牌 号 R S,阿 朗 新 科 公 司;二 元 乙 丙 橡 胶:牌 号 ,路博润公司;基础油:N,中国台湾台塑石化股份有限公司.仪器及设备加热套:Z NHW HE AT E R型,上海越众仪器设备有限
5、公司;R C T B A S I C型磁力 搅拌器、E UR O S T A R d i g i t a l型搅拌器:I KA公司;自动黏度测定仪:C AV型,凯能公司;柴油喷嘴剪切机:型,德 国B o s c h公 司;红 外 光 谱 仪(I R):M a g n a I R 型,美国N i c o l e t有限公司;凝胶色谱仪:W a t e r s 型,美国沃特室公司.样品制备黏指剂样品制备取适量不同牌号二元乙丙橡胶分别溶于基础油中,配制成质量分数为 的油溶液,溶解过程温度为 ,再将质量分数为 二元乙丙橡胶油 溶 液 用 基 础 油 稀 释 至 质 量 分 数 为备用.热降解黏指剂制备
6、取适量不同牌号二元乙丙橡胶分别溶于基础油中,配制成质量分数为 的油溶液,溶解过程温度为 .完全溶解后,升温至 ,在空气氛围下持续加热,定时监控油溶液黏度,待溶液黏度降到需求黏度后,停止加热,冷却,再将质量分数为 的降解油溶液用基础油稀释至质量分数为备用.机械剪切黏指剂制备取制备黏指剂样品 m L,加入到柴油喷嘴剪切机进行机械剪切,经过 个周期剪切后备用.测试与表征二元乙丙橡胶乙烯含量在 条件下,利用平板硫化仪将二元乙丙橡胶压制成厚度为mm的膜片,然后进行红外光谱测试.按照S H/T ,计算出二元乙丙橡胶中的乙烯含量.稠化能力按照S H/T ,测试基础油 运动黏度,以及制备的黏指剂样品 运动黏度
7、,两者差值即为稠化能力.剪切稳定常数(S S I)按照S H/T ,将制备的黏指剂样品加入到柴油喷嘴剪切机中,进行 个循环测试.停泵后,测试剪切后样品 运动黏度,根据公式计算出S S I.相对分子质量及其分布在室温下,将二元乙丙橡胶溶于四氢呋喃溶剂中,制备质量分数为的溶液.待完全溶解后,溶液经m滤膜过滤后,进入到凝胶色谱仪进行测试,根据G B/T 计算出样品相对分子质量及其分布.结果与讨论不同乙烯含量乙丙橡胶剪切性能对比J 、X 、以及 R S是目前中国市场上主要流通的润滑油黏指剂产品,同属于T 级别黏指剂.对从市面上获得的四种二元乙丙橡胶进行了乙烯含量测试,并以台塑 N为基础油进行了S S
8、I测试以及稠化能力测试.从表可以看出,J 乙烯质量分数最高,达到,其次为 R S,乙烯质量分数为,X 和 乙烯含量基本相当,分别为 和.四个牌号二元乙丙橡胶门尼黏度基本相当,稠化能力类似,J 的S S I数值最小,最大,S S I有明显随乙烯含量减小而增大的趋势,说明同级别二元乙丙橡胶黏指剂产品的乙烯质量分数越大,产品抗剪切性能越好.这是由于仲碳与仲碳间键键能要大于仲碳与叔碳间键键能,因此随着乙丙橡胶分子中乙烯单元增多,乙丙橡胶碳链上叔碳原子减少,在受到剪切时,分子断裂的几率变小,导致S S I变小.虽然乙烯含量增加有助于抗剪切性能提升,但二元乙丙橡胶乙烯含量增加,会导致长链乙烯链段的出现,进
9、而增加分子结晶几率,使黏指剂低温性能下降,因此在实际应用中,二元乙丙橡胶型黏指剂乙烯含量都是控制在一定的范围内.表几种典型市售二元乙丙橡胶的乙烯含量、剪切性能及增稠性能牌号w(乙烯)/门尼黏度(ML )运动黏度/(mms)稠化能力/(mms)S S I/J R S X 弹性体第 卷相对分子质量对乙丙橡胶剪切性能的影响为了考察相对分子质量对二元乙丙橡胶黏指剂剪切性能的影响,利用热降解法对J 及X 样品进行热降解处理.图和图分别为J 和X 热降解前后凝胶色谱(G P C).t/m i n图J 热降解前后的G P C谱图t/m i n图X 热降解前后的G P C谱图从图和图可以看出,降解后G P C
10、测试出峰时间明显后移,整体峰形基本不变,说明在热降解这种化学降解过程中,乙丙橡胶整体相对分子质量降低,相对分子质量分布基本保持不变.J 及X 热降解前后的剪切性能和增稠性能见表.表J 及X 热降解前后相对分子质量变化情况以及剪切性能和增稠性能样品 运动黏度/(mms)稠化能力/(mms)S S I/数均相对分子质量(Mn)重均相对分子质量(Mw)多分散性(Mw/Mn)J J 降解 X X 降解 从表可以看出,经热降解后,S S I随着相对分子质量的减小而变小,抗剪切性能明显提升.这是因为内燃机剪切主要是机械剪切,机械相对运动过程中,在机械界面交接处存在一定程度的微小缝隙,小于该缝隙尺寸的分子团
11、受到剪切可能性要小很多,因此小分子被剪切断链的几率要小于大分子,表现为相对分子质量较小的乙丙橡胶S S I较小.但随着乙丙橡胶S S I变小,其稠化能力变小.因此,在考虑润滑油生产成本问题的情况下,实际应用中要兼顾黏指剂产品稠化能力和剪切性能的平衡.机械剪切后乙丙橡胶相对分子质量分布变化情况及对剪切性能的影响利用柴 油喷嘴剪切 机对J 样品和J 热降解样品进行了 m i n剪切和长周期 m i n剪切,对剪切前后样品进行了G P C测试.图和图分别为J 样品和J 热降解样品经 m i n和 m i n剪切后的G P C图,表为J 样品和J 热降解样品经 m i n和 m i n剪切后Mn、Mw
12、及Mw/Mn的数据.t/m i n图J 经柴油喷嘴剪切前后的G P C谱图t/m i n图热降解后J 经柴油喷嘴剪切前后的G P C谱图第期张文革,等二元乙丙橡胶润滑油黏度指数改进剂剪切性能的影响因素t/m i n图流出时间与相对分子质量大小对应关系曲线从图和表可以看出,J 经 m i n剪切后,G P C测试 m i n之前没有流出份.图表明,相对分子质量为 以上的分子被机械剪切变成小分子.结束流出份时间为 m i n,与未剪切J G P C测试结束流出份时间基本相同,整体相对分子质量分布变窄,从 变成.经 m i n剪切后,黏度从 mm/s降低到 mm/s,这是因为部分大分子经剪切变成小分
13、子后导致稠化能力降低.从图和表可以看出,进一步进行柴油喷嘴剪切,剪切时间达到 m i n,G P C测试 m i n之前没有流出份,表明相对分子质量为 以上的分子被机械剪切变成小分子.结束流出份时间未变,整体Mn和Mw同时变小,相对分子质量分布进一步变窄,达到 .黏度进一步降低,从 mm/s降低到 mm/s,但黏度 下降幅度 明 显 比 m i n剪切后的黏度下降幅度小.表J 样品和J 热降解样品经 m i n和 m i n剪切后相对分子质量变化情况样品 运动黏度/(mms)MnMwMw/MnJ J m i n剪切后 J m i n剪切后 J 降解 J 降解,m i n剪切后 J 降解,m i
14、 n剪切后 对于J 降解样品,其起始流出份时间为 m i n,对应相对分子质量为 ,结束流出份 时 间 为 m i n,对 应 相 对 分 子 质 量 为 .经 m i n剪切后,起始流出份时间变为 m i n,表明相对分子质量为 以上的分子被 机 械 剪 切 降 为 小 分 子;G P C峰 值 出 现 在 m i n,对应相对分子质量为 .结束流出份时间未变,Mn和Mw同时变小,相对分子质量分布变窄,从 降为;运动黏度从 mm/s变成 mm/s,下降率为.进一步进行柴油喷嘴剪切,剪切时间达到 m i n,起始和结束流出份时间基本与 m i n剪切样品一样,但G P C峰值时间稍稍后移,Mn
15、和Mw略微增大,相对分子质量分布进一步变窄,从 降为;运动黏度从 mm/s变成 mm/s,下降率为.以上数据说明,在柴油喷嘴剪切情况下,相对分子质量大于 的乙丙橡胶容易被剪切破坏变成中低相对分子质量乙丙橡胶.长周期剪切实验数据表明,相对分子质量小于 的乙丙橡胶分子被剪切破坏几率明显变小,其保持油品黏度性能明显增强.结论二元乙丙橡胶黏度指数改进剂剪切性能受自身多种指标因素影响.通过对市售的同级别、不同牌号二元乙丙橡胶进行对比测试,表明乙烯含量越高,二元乙丙橡胶抗剪切性能越好.通过对J 、X 降解后样品研究表明,相对分子质量越小,二元乙丙橡胶抗剪切性能越好,但增稠能力下降.通过对机械剪切后二元乙丙
16、橡胶相对分子质量变化情况进行测试,表明相对分子质量大于 的乙丙橡胶容易被剪切破坏,机械剪切后的乙丙橡胶相对分子质量分布明显变小,进一步机械剪切后,其黏度下降率明显变小.对于目前流行的长换油周期润滑油,其理想型O C P黏指剂应兼顾增稠性能与剪切性能,因此乙丙橡胶分子组成中应尽量减少相对分子质量为 以上的分子,并主要集中控制在 到 之间.参考文献:黄文轩润滑油添加剂应用指南M北京:中国石化出版社,:王逦,朱涛,侯军,等二元乙丙橡胶X 产品性能J弹性体,():弹性体第 卷许金山,雷凌不同类型黏度指数改进剂对低黏度节能型发动机油性能的影响J石油科技,():于军,曹聪蕊,程亮,等黏度指数改进剂在发动机
17、油中的应用及性能分析J润滑油,():杨雨富,王晓莉,乔楠林,等乙烯丙烯共聚物类黏度指数改进剂低温 性能研究J化工新型材 料,(S):崔华,郭扬,孙文秀,等润滑油黏度指数改进剂用乙丙共聚物研究进展J弹性体,():郎强,孟宪坤,杨磊,等乙烯含量对黏度指数改进剂性能的影响J弹性体,():杨雨富,刘振国,穆秀云,等乙丙共聚型黏度指数改进剂剪切稳定指数的影响因素J合成橡胶工业,():I n f l u e n c i n gf a c t o r so f s h e a rp e r f o r m a n c eo f e t h y l e n ep r o p y l e n er u b b
18、e ra s l u b r i c a n t o i l v i s c o s i t y i n d e x i m p r o v e rZ HANG W e n g e,L IY a n g m i n g,G EC h a n g g a n g,HOUJ u n,S UNJ u h u a,Z HAOY a n g,S UNY a b i n,DUANS h u l i a n(J i l i nI n d u s t r i a lV o c a t i o n a l a n dT e c h n i c a lC o l l e g e,J i l i n ,C h i
19、n a;D i s p a t c hC e n t e r o fJ i l i nP e t r o c h e m i c a lC o mp a n y,P e t r o C h i n a,J i l i n ,C h i n a;O r g a n i cS y n t h e s i sP l a n t o fJ i l i nP e t r o c h e m i c a l C o mp a n y,P e t r o C h i n a,J i l i n ,C h i n a;R e s e a r c h I n s t i t u t e o f J i l i
20、nP e t r o c h e m i c a lC o mp a n y,P e t r o C h i n a,J i l i n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ee f f e c t so fe t h y l e n ec o n t e n ta n dr e l a t i v e m o l e c u l a r m a s so fe t h y l e n ep r o p y l e n er u b b e ro nt h e t h i c k e n i n ga n ds h e a r r e s i s t a n c ep
21、 e r f o r m a n c eo f l u b r i c a n t o i lw e r e s t u d i e d T h e r e s u l th a ss h o w nt h a t t h es h e a rs t a b i l i t yi n d e xo fe t h y l e n ep r o p y l e n er u b b e r i n d e xi m p r o v e rd e c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo f e t h y l e n ec o n t e n t a t
22、t h es a m em o l e c u l a rw e i g h t,a n dt h es h e a r s t a b i l i t y i n d e x i n c r e a s e sw i t hi n c r e a s i n gr e l a t i v em o l e c u l a rm a s s a t t h e s a m e e t h y l e n e c o n t e n t F u r t h e r r e s e a r c hw a s c o n d u c t e do n t h er e l a t i v em o
23、l e c u l a r m a s sc h a n g e so fe t h y l e n ep r o p y l e n er u b b e rb e f o r ea n da f t e r m e c h a n i c a ls h e a r,p r o v i d i n gd i r e c t i o nf o r t h e f u t u r ed e v e l o p m e n to f e t h y l e n ep r o p y l e n er u b b e rv i s c o s i t y i n d e x i m p r o v
24、e r K e yw o r d s:e t h y l e n ep r o p y l e n e r u b b e r;v i s c o s i t y i n d e x i m p r o v e r;s h e a r s t a b i l i t y i n d e x;l u b r i c a n t o i l(上接第 页)B a l a n c e dd e s i g no f g r o u n d i n ga n ds h o u l d e rd u r a b i l i t yo f R r a d i a l t i r eL UOK a n g y
25、 u,S ONGE r h u a,F E NGQ i a n g,YONGZ h a n f u(S c h o o l o f P o l y m e r S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g,Q i n g d a o U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,Q i n g d a o ,C h i n a;S h a n d o n gY i h eR u b b e rC o n v e r y o rB e l tC o,L t d,Z a o z h
26、 u a n g ,C h i n a)A b s t r a c t:A i m i n ga t t h eg r o u n d i n ga n ds h o u l d e rd u r a b i l i t yo f r a d i a l t i r e,t a k i n g R r a d i a l t i r ea s t h er e s e a r c ho b j e c t,t h em o d e l i n ga n a l y s i sw a sc a r r i e do u tb a s e do nA b a q u ss o f t w a r
27、e T h r o u g ht h ed e s i g no fo r t h o g o n a l e x p e r i m e n t,t h e i n f l u e n c eo fb e l tw i d t h,t h i c k n e s sa n da n g l eo nt h eg r o u n d i n ga n ds h o u l d e rd u r a b i l i t y w a ss t u d i e d T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed e s i g na n g l eo fb e
28、l th a dt h eg r e a t e s ti n f l u e n c eo nt h eg r o u n d i n gp e r f o r m a n c eo ft i r e,a n dt h ea p p r o p r i a t ed e s i g na n g l ec o u l do p t i m i z e t h eg r o u n d i n gp e r f o r m a n c eo f t i r e T h ed e s i g nt h i c k n e s so f t h eb e l t l a y e rh a dt h
29、 eg r e a t e s ti n f l u e n c eo nt h ed u r a b i l i t yo ft h es h o u l d e r,f o l l o w e db yt h e w i d t h I nt h i sp a p e r,t h ec o o r d i n a t e do p t i m i z a t i o no fg r o u n d i n ga n ds h o u l d e rd u r a b i l i t y w a sc a r r i e do u t T h es h o u l d e rd u r a
30、b i l i t y w a si m p r o v e dw h i l et h eg r o u n d i n gp e r f o r m a n c ew a sb a s i c a l l yu n c h a n g e d T h eo p t i m a ls c h e m eo fb e l tw a s mm w i d t h,mmt h i c k n e s sa n da n g l e K e yw o r d s:r a d i a l t i r e;b e l t l a y e r;f i n i t ee l e m e n t a n a l y s i s;o r t h o g o n a l d e s i g n第期张文革,等二元乙丙橡胶润滑油黏度指数改进剂剪切性能的影响因素
