張 可 鄂紅軍 陳釗鋒

中國石化潤滑油有限公司北京研究院

本文對國內(nèi)某公司生產(chǎn)的超高黏度茂金屬PAO進行了性能考察，并與一款市面上常用的HSD型黏指劑進行了比較；同時將超高黏度茂金屬PAO應用于SN 10W-30汽油機油中。試驗結果表明，超高黏度茂金屬PAO可以有效地提升油品的剪切穩(wěn)定性能，具有在發(fā)動機油領域中應用的可行性。

聚α烯烴（Poly Alpha Olefin，英文縮寫為PAO）是最常用的合成基礎油之一，由于具有良好的黏溫性能、低溫流動性以及熱穩(wěn)定性能，被廣泛應用于高檔和專用潤滑油的配制。作為全世界PAO生產(chǎn)的主要企業(yè)之一，埃克森美孚公司于2010年率先推出了使用單活性中心的茂金屬催化劑合成工藝生產(chǎn)的新一代高黏度PAO，并將這種新的PAO基礎油稱為茂金屬聚α烯烴（mPAO），從而與傳統(tǒng)的PAO區(qū)別開來。與傳統(tǒng)PAO相比，茂金屬PAO擁有更高的黏度指數(shù)以及更好的剪切穩(wěn)定性能和低溫性能，可以為潤滑油成品提供更為出色的性能表現(xiàn)。近些年來，國內(nèi)的PAO生產(chǎn)企業(yè)通過自主創(chuàng)新已逐步完善了PAO合成技術的研發(fā)并推出了相關產(chǎn)品，例如上海納克公司于2017年推出了采用茂金屬催化劑合成的超高黏度茂金屬PAO。劉青才、劉中文等采用上海納克公司生產(chǎn)的NacoFlow V600（100 ℃運動黏度600 mm2/s左右的超高黏度茂金屬PAO）成功應用于75W-90車輛齒輪油中，并完全替代了原配方中的PMA型黏指劑；通過試驗分析與對比發(fā)現(xiàn)，采用超高黏度PAO的油品比采用原PMA型黏指劑的油品具有更為出色的剪切穩(wěn)定性能[1]。

本文對國內(nèi)某公司生產(chǎn)的超高黏度茂金屬PAO1000（100℃運動黏度 1 000 mm2/s左右）進行了性能考察，并與一款市面上常用的HSD型黏指劑進行了對比；同時將超高黏度茂金屬PAO1000應用于SN 10W-30汽油機油中，探究了超高黏度茂金屬PAO在發(fā)動機油領域中應用的可行性。

試驗部分

試驗原料

本文試驗采用了國內(nèi)某公司生產(chǎn)的超高黏度茂金屬PAO1000（以下稱為mPAO1000），產(chǎn)品的典型數(shù)據(jù)見表1；同時選取了一款市面上常用的HSD型黏指劑（以下稱為黏指劑A）作為考察mPAO1000性能特點的參照物。

超高黏度茂金屬PAO性能特點研究

增稠性能

在API III類基礎油中分別加入質(zhì)量分數(shù)為5.0%、10.0%、15.0%的mPAO1000和黏指劑A，采用GB/T 265分別對純API III 類基礎油和上述混合油液進行100℃運動黏度的分析測試。

低溫性能

在API III類基礎油中分別加入質(zhì)量分數(shù)為5.0%、10.0%、15.0%的mPAO1000和黏指劑A，采用GB/T 6538分別對純API III類基礎油和上述混合油液進行低溫動力黏度（-30 ℃）的分析測試。

剪切穩(wěn)定性能

在API III類基礎油中分別加入質(zhì)量分數(shù)為10.0%的mPAO1000和黏指劑A，采用SH/T 0103對純API III 類基礎油和上述混合油液進行柴油噴嘴（30循環(huán)）后的100 ℃運動黏度的分析測試。

超高黏度茂金屬PAO的應用研究

將mPAO1000應用于SN 10W-30汽油機油中，并完全替代原配方中的黏指劑A，然后對兩種成品油進行運動黏度、傾點等項目的理化分析。

結果與討論

超高黏度茂金屬PAO性能特點

增稠性能

增稠性能是評價黏指劑的重要指標之一，增稠性能的好壞直接決定了多級發(fā)動機油中黏指劑的加劑量。黏指劑的增稠性能較差說明其加劑量較大，一方面會增加配方的成本，另一方面過多的黏指劑會導致發(fā)動機油在工作過程中產(chǎn)生嚴重的積炭，導致發(fā)動機油整體的清凈性能變差。本小節(jié)分別對mPAO1000和黏指劑A的增稠性能進行了考察，試驗結果見表2和圖1。

表1 mPAO1000的典型數(shù)據(jù)

表2 mPAO1000和黏指劑A在API III類基礎油中的增稠性能

圖1 mPAO1000和黏指劑A在API III類基礎油中增稠性能的對比

從表2和圖1中可見，當在同一種基礎油中分別加入相同質(zhì)量分數(shù)的mPAO1000和黏指劑A時，mPAO1000對油品的增稠效果要更為明顯；且隨著加劑量的增大，mPAO1000與黏指劑A對油品增稠效果的差距也隨之增大。綜上所述，與黏指劑A相比，mPAO1000的增稠性能要更好。

低溫性能

發(fā)動機油的低溫性能主要包括低溫動力性能、低溫泵送性能和傾點等方面。其中，發(fā)動機油的低溫動力性能主要模擬了發(fā)動機氣缸套與活塞部位冷啟動時的工況，因此油品的低溫動力黏度可以作為預測發(fā)動機在低溫條件下能否順利啟動的重要指標。對mPAO1000和黏指劑A的低溫動力性能進行了考察，試驗結果見表3和圖2。

從表3和圖2中可見，油品的低溫動力黏度（-30 ℃）隨著mPAO1000加劑量的增加而呈直線急劇上升；而當黏指劑A的加劑量在5.0%～15.0%時，油品的低溫黏度保持較為穩(wěn)定，且遠遠低于100 ℃運動黏度相同且含有mPAO1000油品的低溫動力黏度。這說明，與黏指劑A相比，使用mPAO1000的發(fā)動機油在低溫動力性能上會具有一定的局限性。

剪切穩(wěn)定性能

剪切穩(wěn)定性能同樣是評價黏指劑的重要指標之一，主要是因為在發(fā)動機工作過程中，發(fā)動機油中的黏指劑等大分子化合物會受到發(fā)動機零部件間的高速剪切作用而導致其結構發(fā)生不可逆的損壞，最終會降低油品的黏度以及油品對發(fā)動機的潤滑保護作用。對mPAO1000和黏指劑A的剪切穩(wěn)定性能進行了分析與對比，試驗結果見表4。

從表4中可見，與黏指劑A相比， mPAO1000的剪切穩(wěn)定性能要更好。其主要原因是，與大相對分子質(zhì)量（從幾萬到幾百萬）的傳統(tǒng)黏指劑相比，超高黏度茂金屬PAO的相對分子質(zhì)量（幾萬左右）較低，且具有規(guī)整的梳狀分子結構，因此在受到高速剪切作用時，其分子的主鏈不易斷裂，從而提升了油品的剪切穩(wěn)定性。

圖2 mPAO1000和黏指劑A在API III類基礎油中低溫性能的對比

表3 mPAO1000和黏指劑A在API III類基礎油中低溫性能

超高黏度茂金屬PAO的應用

將mPAO1000應 用 于SN 10W-30汽油機油中，并完全替代了原配方中的黏指劑A。通過對油品理化性質(zhì)的分析與比較，考察了超高黏度茂金屬PAO在SN 10W-30汽油機油中的實際應用性能，詳細考察結果見表5。

從表5中數(shù)據(jù)可見，在與原配方油品100 ℃運動黏度基本相同的情況下，使用mPAO1000配制的SN 10W-30汽油機油的基本理化性能完全可以滿足API SN規(guī)范的指標要求。此外，從油品的高溫高剪切黏度和柴油噴嘴剪切損失兩個分析項目來看，使用mPAO1000的油品的性能表現(xiàn)均明顯優(yōu)于使用黏指劑A的油品，說明mPAO1000可以有效提升發(fā)動機油的剪切穩(wěn)定性能。

結論

超高黏度茂金屬PAO的相對分子質(zhì)量分布較窄且具有規(guī)整的梳狀結構，因此具有良好的剪切穩(wěn)定性能。其應用于SN 10W-30汽油機油中，可以完全替代傳統(tǒng)的HSD型黏指劑，同時可以有效提升油品的剪切穩(wěn)定性能，使油品在高溫和高剪切的工作環(huán)境下對發(fā)動機提供更好和更持久的潤滑保護。綜合來看，超高黏度茂金屬PAO具有在發(fā)動機油領域中應用的可行性與相關的應用前景。

表4 mPAO1000和黏指劑A在III類基礎油中的剪切穩(wěn)定性能

表5 mPAO1000在SN10W-30中的應用考察