Introduction générale aux améliorants d'indice de viscosité pour les lubrifiants

Contenu de cet article.

Noms des additifs de contrôle de la viscosité – Comment les gens appellent ce produit chimique.

Historique principal de l'améliorateur de viscosité

Pourquoi les améliorants de l’indice de viscosité sont-ils si importants ? - La valeur des améliorants d'indice de viscosité (VII) dans les lubrifiants.

Améliorer les performances viscosité-température des lubrifiants

Réduisez la consommation d’énergie, minimisez l’usure et réduisez la friction dans les machines

Simplifiez les produits lubrifiants

Augmente la production d’huiles lubrifiantes à haute viscosité

Performance de l'améliorateur d'indice de viscosité

Stabilité au cisaillement

Capacité d'épaississement

Stabilité thermique/oxydative

Performances à basse température

Haute température, taux de cisaillement élevé (HTHS)

Améliorateurs d'indice de viscosité typiques

Comparaison des propriétés de plusieurs améliorants de l'indice de viscosité couramment utilisés (VII)

 

 

La viscosité de l'huile lubrifiante diminue avec l'augmentation de la température et laIndice de viscosité (VI)est un indicateur pour mesurer le degré de changement de viscosité avec la température. Plus le VI de l’huile est élevé, plus le degré de variation de viscosité avec la température est faible. Généralement, l'indice de viscosité de l'huile minérale (base de paraffine) est généralement 96-120, pour préparer de l'huile multigrade pour moteur à combustion interne (moteur ICE ou IC) avec d'excellentes caractéristiques de viscosité – température et d'autres lubrifiants industriels à indice de viscosité élevé, il est nécessaire pour ajouter un améliorant d'indice de viscosité (VII) ou utiliser une huile de base synthétique.

Noms des additifs de contrôle de la viscosité- Comment les gens appellent ce produit chimique

 

Les additifs de contrôle de la viscosité sont également connus sous plusieurs autres noms, notamment :

• Modificateurs de viscosité (VM)
• Améliorateurs d'indice de viscosité (VII)
• Améliorateurs de viscosité
• Agents épaississants
• Additifs épaississants
• Stabilisateurs de viscosité
• Améliorateurs de viscosité

 

Ces termes sont souvent utilisés de manière interchangeable pour désigner des additifs qui aident à contrôler la viscosité des lubrifiants dans différentes conditions de fonctionnement.

 

Historique principal de l'améliorateur de viscosité

 

• Plus tôt dans les années 1930, un composé à haut poids moléculaire était utilisé pour l'huile hydraulique et l'huile pour engrenages de canon afin d'améliorer les performances viscosité-température.
• Polyisobutylène (PIB)est l'un des premiers VII à être développé. Dans les années 1930, des chercheurs de la Standard Oil Company (aujourd'hui ExxonMobil) ont développé un procédé pour produire du PIB de poids moléculaire élevé, qui présentait de meilleures propriétés d'amélioration du VI.
• Polyméthacrylate, (PMA)a été développé pour la première fois dans les années 1950 comme substitut du caoutchouc synthétique. Dans les années 1970, les chercheurs ont commencé à étudier l’utilisation des PMA comme VII dans les lubrifiants. Ils ont constaté que les PMA présentaient une excellente stabilité au cisaillement, de bonnes performances à basse température et une résistance à l’oxydation.
• Copolymère d'éthylène-propylène (EPC)ouCopolymères d'oléfines (OCP)ont été développés pour la première fois dans les années 1960 pour remplacer le polyisobutylène (PIB), qui était le VII dominant à l'époque. Les OCP sont des copolymères d'alpha-oléfines et d'autres monomères, tels que l'éthylène et le propylène. Dans les années 1970 et 1980, l’OCP est devenu largement utilisé dans la production d’huiles moteur et d’autres lubrifiants. Ils étaient particulièrement populaires en Amérique du Nord, où ils étaient utilisés pour améliorer les performances à basse température.
• 20e siècle, années 70 : développement de Shell ChemicalPolymères styrène-isoprène, qui sont connus pour leur bonne stabilité au cisaillement et leurs performances à basse température, ce qui les rend largement utilisés dans les améliorants d'indice de viscosité pour les huiles moteur automobiles.

 

Ces composés polymères sont appelés additifs épaississants ou améliorants de l’indice de viscosité.

 

Par exemple, l'ajout de PMA à l'huile minérale peut améliorer efficacement sa viscosité, en particulier à haute température. Ce composé est communément appelé améliorant de viscosité en raison de sa capacité à influencer les performances viscosité-température de l'huile. Plus précisément, il améliore l’indice de viscosité de l’huile, c’est pourquoi il est également connu sous le nom d’améliorateur de l’indice de viscosité.

 

La part de marché des améliorants d’indice de viscosité est en augmentation en raison du développement rapide des lubrifiants multigrades. Les huiles moteur multigrades nécessitent un indice de viscosité amélioré pour maintenir leurs performances sur une large plage de températures. En conséquence, les améliorants d’indice de viscosité sont devenus essentiels dans l’industrie de la lubrification. Selon les statistiques, ces VII représentent environ 22,5 % de la consommation totale d'additifs pour lubrifiants.

 

Pourquoi les améliorants de l’indice de viscosité sont-ils si importants ? - La valeur des améliorants d'indice de viscosité (VII) dans les lubrifiants.

 

Améliorer les performances viscosité-température des lubrifiants

 

L'une des principales raisons pour lesquelles les améliorants de l'indice de viscosité (VII) Les additifs sont très appréciés car ils améliorent les performances viscosité-température des lubrifiants. Les lubrifiants contenant des additifs VII, tels que les huiles moteur, les huiles pour engrenages et les huiles hydrauliques, présententbonnes performances à basse température et lubrification à haute température, ce qui est essentiel pour assurer le bon fonctionnement et la protection des machines. De plus, les lubrifiants contenant des additifs VII peuventrépondre aux exigences de plusieurs grades de viscosité, ce qui les rend polyvalents et adaptés à une utilisation dans différentes applications et conditions tout au long de l'année.

 

Réduisez la consommation d’énergie, minimisez l’usure et réduisez la friction dans les machines

 

Les améliorants d'indice de viscosité jouent un rôle crucial dans la réduction de la consommation d'énergie, la minimisation de l'usure et la diminution de la friction dans les machines. Comparés aux lubrifiants monogrades, les lubrifiants multigrades formulés avec des améliorants d'indice de viscosité consomment moins de lubrifiant et de fioul, ce qui entraîne une usure mécanique considérablement réduite. Les lubrifiants multigrades ont des performances viscosité-température plus douces, avec des variations de viscosité plus faibles en fonction des changements de température que les lubrifiants monogrades. Cela garantit une lubrification adéquate des pièces mobiles à haute température, réduisant ainsi l’usure. À basse température, les lubrifiants multigrades ont une viscosité inférieure à celle des huiles monogrades, ce qui facilite le démarrage du moteur et permet d'économiser de l'énergie. Par rapport aux huiles monogrades de même niveau de viscosité, telles que SAE 10W/30 contre SAE 30, les huiles multigrades peuvent économiser jusqu'à 2 à 3 % sur la consommation de carburant.

 

Simplifiez les produits lubrifiants

 

Les améliorants d’indice de viscosité jouent un rôle essentiel dans la simplification des produits lubrifiants. Par exemple, les lubrifiants universels pour tracteurs peuvent servir à la fois d’huile moteur, d’huile pour engrenages, de liquide de transmission et d’huile de frein, grâce à l’utilisation d’améliorateurs d’indice de viscosité. Cela simplifie l'inventaire des produits lubrifiants nécessaires, réduisant ainsi les coûts associés au stockage et à la gestion de plusieurs lubrifiants. De plus, l'utilisation de lubrifiants universels peut entraîner moins de confusion et d'erreurs dans la sélection et l'application des lubrifiants, contribuant ainsi à améliorer les performances et la fiabilité des équipements. La capacité de simplifier les produits lubrifiants grâce à l’utilisation d’améliorateurs d’indice de viscosité en a fait un composant précieux dans l’industrie des lubrifiants.

 

Augmente la production d’huiles lubrifiantes à haute viscosité

 

En raison de la disponibilité limitée des ressources en huiles de base à haute viscosité, les améliorants d’indice de viscosité sont devenus des ingrédients essentiels dans les huiles lubrifiantes. En ajoutant des améliorants d'indice de viscosité aux huiles de base à faible viscosité, l'huile obtenue peut remplacer les huiles de base à haute viscosité, ce qui augmente la production d'huiles lubrifiantes à haute viscosité et permet une utilisation plus rationnelle des ressources.

Dans les huiles moteur, les améliorants d’indice de viscosité sont essentiels pour créer des huiles moteur multigrades moins dépendantes de la température. En fait, les améliorants d'indice de viscosité sont un composant essentiel des huiles moteur selon les spécifications des huiles moteur pour voitures particulières ILSAC GF-5. Les huiles moteur multigrades formulées avec des améliorants d'indice de viscosité peuvent maintenir la viscosité à des températures élevées et dans des conditions de cisaillement élevées tout en garantissant que les huiles lubrifiantes peuvent être pompées à basses températures.

 

Dans les fluides de transmission tels que les huiles pour engrenages et les fluides de transmission automatique, les améliorants d'indice de viscosité servent à minimiser les changements de viscosité sur la plage de températures de fonctionnement la plus large possible tout en maintenant une bonne stabilité au cisaillement. L'améliorateur d'indice de viscosité le plus couramment utilisé se trouve dans les huiles moteur multigrades, qui représentent environ 60 % de toutes les huiles lubrifiantes. La quantité d’améliorant d’indice de viscosité utilisée dans les huiles moteur peut atteindre jusqu’à 15 % (fraction massique). Parmi les différents types d'additifs, les améliorants d'indice de viscosité sont les plus utilisés, représentant environ 23 % de toutes les ventes d'additifs.

 

Actuellement, les huiles lubrifiantes économes en énergie et offrant une meilleure économie de carburant sont des huiles moteur multigrades combinées à partir d'huiles de base à faible viscosité avec des modificateurs de friction, des améliorants d'indice de viscosité et des abaisseurs de point d'écoulement. Les améliorants d'indice de viscosité peuvent réduire la perte par frottement dans les zones de lubrification mixte et hydrodynamique, tandis que les modificateurs de friction peuvent réduire la perte par frottement dans les zones de lubrification limite et mixte. Avec la bonne formulation, les améliorants d’indice de viscosité et les modificateurs de friction peuvent travailler ensemble pour réduire la friction et améliorer l’efficacité énergétique des huiles lubrifiantes.

 

Performance de l'améliorateur d'indice de viscosité

 

1. Stabilité au cisaillement

 

La stabilité au cisaillement est la capacité d'un polymère à résister aux contraintes de cisaillement, ce qui constitue une performance cruciale des améliorants d'indice de viscosité. Lorsqu'un améliorant d'indice de viscosité a une mauvaise stabilité au cisaillement, la chaîne principale du polymère se brisera sous l'action d'une contrainte de cisaillement, entraînant une baisse de viscosité. En conséquence, l’huile lubrifiante mélangée ne peut pas conserver son niveau de viscosité d’origine, ce qui entraîne une usure et une consommation de carburant accrues. Pour en savoir plus, veuillez cliquerAméliorateur de stabilité au cisaillement et d'indice de viscosité dans les lubrifiants.

 

2. Capacité d'épaississement

 

La capacité d'épaississement est une performance très importante de l'améliorateur d'indice de viscosité. Plus la capacité épaississante de l’améliorateur d’indice de viscosité est grande, plus le dosage est faible et plus le coût du lubrifiant multigrade est bas.
La capacité épaississante du polymère dépend principalement de la masse moléculaire relative de l'améliorateur d'indice de viscosité, du nombre de carbones de la chaîne principale de la molécule (-[-CH2-]-) et de la forme dans l'huile de base. .
L’ordre de capacité épaississante des améliorants d’indice de viscosité disponibles dans le commerce est le suivant :

HSD ≈ OCP > PIB > PMA

 

3. Stabilité thermique/oxydative

 

La stabilité thermique/oxydative est un autre indice d’évaluation important des VII. Les améliorants d'indice de viscosité sont sujets à une oxydation à haute température et à une décomposition thermo-oxydante lors de leur utilisation réelle, et la décomposition entraînera une série de problèmes tels qu'une diminution de la viscosité, une augmentation de l'indice d'acide et une augmentation des dépôts de carbone dans les rainures annulaires. Les polymères de haut poids moléculaire ne subissent généralement pas de décomposition thermo-oxydante évidente en dessous de 60 degrés et commencent à se décomposer de manière thermo-oxydante à 100-200 degrés. La stabilité thermo-oxydante du polymère est liée à la structure de VII.

 

L’ordre de stabilité à l’oxydation du VII disponible dans le commerce est :

PMA > PIB > OCP ≈ HSD

 

4. Performances à basse température

 

La viscosité à basse température des huiles moteur est une caractéristique rhéologique cruciale. Pour permettre le démarrage du véhicule par temps froid, la viscosité des huiles moteur dans les roulements doit être inférieure à une valeur critique. Cette valeur est déterminée par des expériences sur la capacité de démarrage du moteur à basse température et est définie dans la norme SAE J300 pour toutes les qualités « W ».

L'améliorateur d'indice de viscositéa une influence importante sur les performances à basse température des huiles moteur multigrades, et il existe deux valeurs critiques indiquant l'indice de performance à basse température des huiles moteur multigrades :démarrage à basse température et pompabilité à basse température.

 

Capacité de démarrage à basse température

De nombreux facteurs affectent la capacité de démarrage à basse température. L'un des indicateurs les plus importants est la viscosité à basse température. Plus la viscosité à basse température est faible, plus il est facile de démarrer.
En général,Simulateur de démarrage à froid (CCS)est utilisé pour mesurer la viscosité apparente de l’huile multigrade à basse température. Un simulateur de démarrage à froid est un rhéomètre fonctionnant à un taux de cisaillement élevé à une température ambiante fixe pour simuler le flux d'huile lubrifiante dans les roulements du moteur au démarrage. Après le démarrage du moteur, l'huile doit également pouvoir s'écouler librement dans la pompe à huile et être distribuée dans les différentes conduites d'huile du moteur.
Les propriétés à basse température des différents VII sont très différentes et le PMA présente une viscosité plus faible dans une large plage de taux de cisaillement. Le PMA présente donc les meilleures performances CCS. La chaîne moléculaire du PIB est relativement rigide car elle possède de nombreuses chaînes latérales méthyle et sa viscosité augmente rapidement à basse température, de sorte que les performances du PIB à basse température sont les pires.

Capacité de pompage à basse température de l’huile moteur

Lorsque le moteur démarre à basse température, la pression d'huile du système d'huile de lubrification doit être normalisée en peu de temps pour garantir que toutes les pièces du moteur sont lubrifiées à temps, sinon cela provoquerait une usure. La capacité de l’huile moteur à être pompée vers diverses parties du moteur est appelée capacité de pompage.

La pompabilité de l'huile moteur dépend de la viscosité apparente dans les conditions de pompage. Des tests ont montré que la viscosité de pompage à basse température de l'huile multigrade n'est pas supérieure à 3 Pa·s, ce qui peut garantir l'approvisionnement en huile de pompage, et cette viscosité est appelée viscosité de pompage critique. La température à laquelle la viscosité critique de pompage est atteinte est appelée température critique de pompage, qui est mesurée à l'aide d'un mini-viscosimètre rotatif (MRV). Le MRV est un rhéomètre à faible taux de cisaillement utilisé pour simuler la pompabilité de l'huile moteur multigrade d'un véhicule après deux jours de marche au ralenti par temps froid.

SAE J300 spécifie également les limites supérieures de viscosité MRV pour toutes les huiles moteur de qualité « W ». Le MRV peut mesurer à la fois la limite de débit de viscosité et la limite de résistance de l'air. La température moyenne de pompage (BPT) prédite par MRV a une bonne corrélation avec la température limite moyenne de pompage du moteur.

La viscosité Brookefield peut déterminer la limite de débit de viscosité, et le tableau suivant répertorie les effets de différents types d'améliorateurs d'indice de viscosité sur les performances de pompage à basse température.

 

5. Haute température, taux de cisaillement élevé (HTHS)

 

Le cisaillement élevé à haute température (HTHS) est un indicateur de la stabilité de la viscosité de l'huile moteur à haute température et à fort cisaillement, qui reflète la capacité de l'huile moteur à maintenir la lubrification dans des conditions de température et de cisaillement élevées.Nous pouvons simplement comprendre HTHS comme la résistance du film d’huile.

La viscosité a une importance décisive pour la lubrification. La viscosité à haute température de l'huile moteur multigrade est testée par un viscosimètre capillaire à faible taux de cisaillement pour mesurer la viscosité cinématique à 100 degrés. Pour les fluides non newtoniens du système d'huile à plusieurs étages, la viscosité mesurée par le capillaire à faible cisaillement ne peut pas refléter la viscosité du moteur dans des conditions de fonctionnement à haute température (150 degrés) et à taux de cisaillement élevé (106 s).^-1). 

La recherche montre que la viscosité apparente mesurée à une température de 150 degrés et un taux de cisaillement de 10⁶s^-1a une bonne corrélation avec l'usure du roulement du moteur. Lorsque la norme SAE J300 a été révisée en 1995, la viscosité minimale à haute température et à cisaillement élevé (haute température, taux de cisaillement élevé, HTHS) pour chaque grade de viscosité a été ajoutée. Les températures élevées et les viscosités de cisaillement élevées sont mesurées à un taux de cisaillement très élevé (10⁶ s^-1) et la température (150 degrés), qui est similaire à l'environnement d'écoulement des roulements de carter fonctionnant en état stable.

 

Généralement, un améliorant d'indice de viscosité de haute qualité doit non seulement posséder une fortecapacités épaississantesetbonne stabilité au cisaillementmais nécessite aussi une bonneperformances à basses températuresethaute stabilité à l'oxydation thermique.

La structure chimique des améliorants d’indice de viscosité est étroitement liée à leurs performances. Les hauts polymères à base d'hydrocarbures tels que l'OCP ont d'excellents effets d'augmentation de la viscosité, mais leur capacité à améliorer l'indice de viscosité (VI) n'est pas aussi bonne.

D'autre part, les polymères contenant des groupes polaires tels que le PMA ne sont pas aussi efficaces que l'OCP pour épaissir le lubrifiant, mais ils ont d'excellentes capacités d'amélioration du VI et peuvent également réduire le point d'écoulement.

 

Améliorateurs d'indice de viscosité typiques

 

 

Comparaison des propriétés de plusieurs améliorants de l'indice de viscosité couramment utilisés (VII)