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什么是黏度指数?

更新时间:2018-12-21      点击次数:1863

黏度指数Viscosity IndexVI)用于石化工业,特别是工业、汽车润滑剂产业,乃是液态润滑油黏度与温度的相关性指数。大多数的润滑基础油的动力黏度(运动黏度)的双对数(double log)与温度呈反比关系[1][2],温度昇高黏度即下降,在润滑油品的规格上可以用黏度指数来表示该产品的黏度变化率。

由于很多机械设备或交通运输工具,必须在高低温差很大的条件下工作(冬~夏、夜~日),低VI值的润滑油必然导致机件在低温时阻力过大(黏度过高)、高温时磨损过快(黏度过低导致油膜厚度不足)。因此选用高VI值的润滑油可以较均衡高低温时的润滑需求差异。

定义

1929年Dean与Davis*黏度指数的标准[3],其概念为受评测流体,其100°C↔40°C的黏度变化量,与100°C时同黏度、黏度指数分别为100、0的两参考流体的100°C↔40°C黏度变化量相比之百分比。早是以宾州原油炼出的矿物油为VI=100、墨西哥湾原油炼出的矿物油为VI=0[4],早期会用石蜡当作黏度指数为100、0的参考流体这个方法在合成油与氢裂解技术普及*分有用,只需查表与简单计算即可得出体的黏度指数值,从而对该油品的黏温变化曲线有直觉的概念。低黏度指数表示黏度随温度变化的程度剧烈,高黏度指数表示黏度对温度较不敏感。

随着高黏度、高黏度指数润滑基础油的问世,Dean & Davis的评测法被发现无法准确评测黏度指数超过100、或黏度较高的油品[5],因而衍生出了一些方法来补充。但Dean & Davis创造的方法仍被很多工业标准承认为黏度指数评测的方法之一,但限用于黏度指数<=100、100°C黏度<70cSt的油品。 如今,很多国家的工业标准与组织均已制定公布了黏度指数评测的标准,例如ASTM D 2270、ISO 2909、DIN 51564、JIS K 2286、IP 226等。 上式为Ubbelohde–Walter的黏-温公式,其中C, K, m是各流体本身的特性常数,若需要较掌握某特定温度的黏度,可利用此公式,虽然有三个常数,但C通常只有0.6~0.9,对计算没有太大影响,因此只需要该流体在两个不同温度时的黏度即可解出。

Vogel-Cameron则有另一种黏-温公式如下,同样有三个特性常数,并以温度为T

η = A ⋅ e ( B T + C ) {\displaystyle \eta =A\cdot e^{({\frac })}}

黏度指数提升剂

润滑基础油的黏度指数可以借由添加黏度指数提升剂(VI improver)而提升,在工作温度会大幅改变(例如内燃机)的情形下,以成本较低的低黏度指数油品添加黏度指数提升剂,可以节省成本。黏度指数提升剂的作用为“提高高温时基础油的黏度”,因此又称为黏度调整剂(Viscosity Modifier)。[6] 

黏度指数提升剂多为高分子聚合物,在较低温度时蜷曲成球体,对基础油没有太大物性影响,在高温时聚合物舒展,充满高分子丝线的油体黏度比同温度未添加的同种油品黏度为高。

添加了黏度指数提升剂的基础油,在较高温度受黏度指数提升剂的增稠,成为非牛顿流体,在高剪应力作用下黏度会损失,称为剪切损失(shear loss)。以上例而言,若在高剪应力(重度磨擦)情形下,H’与H间的差异会缩小,意即黏度指数提升剂对高摩擦工况效益较低。[7] 

SAE J300的机油黏度规定,SAE 20~60等级的黏度需符合两项测试规格,以SAE 20为例:

若某较低黏度、低黏度指数值的油品过量添加黏度指数提升剂以符合定义1,就可能不符合定义2。 

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