Модификатор индекса вязкости (VII), или модификатор вязкости, представляет собой растворимый в масле полимер, который снижает степень разжижения масла при нагревании — именно этот эффект делает возможным производство всесезонных масел, таких как 5W-30. Его цепочки остаются компактными в холодном состоянии и расширяются при нагревании, повышая вязкость именно там, где базовое масло теряет её.
Для разработчика рецептуры выбор VII — это поиск баланса: невозможно одновременно добиться максимальной эффективности загущения, стабильности при сдвиге и низкой стоимости. Выбор подходящего класса зависит от требуемой вашей спецификацией стабильности при сдвиге (SSI), целевых значений HTHS и индекса вязкости, которых необходимо достичь, рисков, связанных с низкими температурами и образованием отложений, которых следует избегать, а также от реальных данных в техническом паспорте каждого полимера. В данном руководстве рассматриваются все четыре аспекта.
Для кого предназначено данное руководство: разработчики рецептур смазочных материалов, специалисты по смешиванию и технически подкованные закупщики, выбирающие марку модификатора вязкости — а не однострочное определение.
Как работает VII — и от какого компромисса невозможно уйти?
VII практически не увеличивает вязкость, когда масло холодное, и значительно увеличивает — когда оно горячее. Это температурно-зависимое загущение позволяет тонкому, легко перекачиваемому базовому маслу вести себя как гораздо более густое масло при рабочей температуре — это и есть вся суть всесезонного масла.
Механизм действия заключается в клубке, который расширяется и сжимается под воздействием температуры: при низкой температуре полимер плохо растворяется и сжимается в компактный клубок, которая практически не влияет на текучесть; по мере повышения температуры он растворяется, клубок разбухает и обеспечивает все более высокий индекс вязкости. Всё достаточно просто — но это создаёт компромисс, из которого невозможно выйти с помощью проектирования. Эффективность загущения обеспечивается высокой молекулярной массой, а именно высокую молекулярную массу разрушает механическое сдвиговое воздействие. Наиболее устойчивые к сдвигу и наиболее эффективные полимеры также стоят дороже всего. Вы можете оптимизировать два из трех показателей — эффективность загущения, стабильность при сдвиге, стоимость — а третий станет вашим компромиссом.
Почему это важно: не существует универсально «лучшего» VII, есть только вариант, наиболее подходящий для вашего бюджета на SSI, целевых значений VI/HTHS и предельного уровня затрат. Всё, о чём пойдёт речь ниже, касается того, как сделать этот компромисс осознанным, а не случайным.
Сдвиговая стабильность (SSI): показатель, определяющий ваш VII
Если вы запомните из этого руководства только одно число, пусть это будет индекс сдвиговой стабильности (SSI). SSI — это доля вязкости, обеспечиваемая полимером, которая теряется после механического сдвига масла (ASTM D6278, испытание с инжектором Курта Орбана) — таким образом, более низкий SSI означает более устойчивый к сдвигу полимер, а коммерческие олефиновые сополимерные VM имеют SSI примерно в диапазоне 23–55.
Разница, которая зачастую сбивает людей с толку, заключается в различии между временной и постоянной потерей вязкости. При высоком сдвиге полимерная цепь растягивается, и масло разжижается — но эта временная потеря вязкости восстанавливается, как только сдвиг прекращается. Постоянная потеря вязкости происходит иначе: полимерная цепь фактически разрывается, и вязкость никогда не возвращается к тому значению, которое было при смешивании. Именно необратимая потеря приводит к тому, что масло перестает соответствовать требуемому классу. Полезное правило из «трапеции потери вязкости»: разрыв цепи необратимо снижает как KV, так и HTHS, но потеря KV всегда больше.
Насколько низким должен быть показатель SSI, определяется условиями эксплуатации, а не личными предпочтениями:
- SSI ≤ 25 — типично для европейских дизельных и бензиновых масел
- SSI ≤ 35 — предпочтительно для североамериканских дизельных масел
- SSI ≈ 55 — минимальная стабильность при сдвиге, общеприемлемая для современных моторных масел
Сдвиговое разжижение может стоить маслу целого класса вязкости. Масло, смешанное до класса 5W-30 со слишком высоким показателем SSI, может в процессе эксплуатации разжижаться до класса 5W-20 — теряя толщину пленки ещё до смены масла. Именно поэтому современные спецификации устанавливают минимальное значение KV100 после стандартизированного испытания на сдвиг, а не только для свежего масла.
Вывод для разработчиков смесей: подбирайте SSI с учётом условий эксплуатации и интервала замены, а не исходя из стоимости самого дешёвого полимера. Масло для тяжелых условий эксплуатации с длительным интервалом замены или трансмиссионная жидкость, подвергающаяся сильному сдвигу, требуют низкого показателя SSI и сдвигостойкого класса, чтобы сохранять свои характеристики; масло для легковых автомобилей с коротким интервалом замены может допускать более высокий SSI. Подробная информация о независимых испытаниях на сдвиг (метод Курта Орбана, ультразвуковое испытание и более жесткое испытание KRL на конических подшипниках) хорошо освещена в Savant Labs.
OCP, PMA, HSD или PIB — подбор химического состава под ваше масло
Четыре семейства полимеров охватывают практически все коммерческие VII, и каждое из них занимает свою точку на диаграмме «эффективность–сдвиг–стоимость–низкотемпературные характеристики». Ниже приведено их сравнение с типичными значениями для марок CheMost, которые мы поставляем:
| Химический состав | Эффективность загущения | Стойкость к сдвигу | Низкотемпературные свойства / примечания | Марка CheMost |
|---|---|---|---|---|
| OCP (сополимер олефинов) | Высокая | SSI 20–45 (коммерческие 23–55) | Хорош, если содержание этилена ≤ ~60%; низкая стоимость; доминирующий всесезонный модификатор вязкости | Жидкий модификатор вязкости OCP (SSI 20–45) |
| EPM (этилен-пропилен) | Высокая | SSI 23 | Твердый базовый полимер, растворяемый в смесителе; 51,5 % этилена | Базовый полимер EPM (SSI 23) |
| PMA (полиметакрилат) | Низкий (~15 % молекулярной массы в основной цепи по сравнению с 80–90 % для OCP) | Хорошая | Отличные низкотемпературные свойства; также снижает температуру застывания; более высокая стоимость | PMA (двойной VII / понижатель температуры застывания) |
| HSD (гидрогенизированный стирол-диен, звездообразный) | Очень высокая | Хорошие, но более значительная необратимая потеря по сравнению с OCP при том же номинальном SSI | Отличные характеристики при низких температурах; масла премиум-класса для экономии топлива | — |
| PIB (полиизобутилен) | Низкий подъем VI | — | Основа для многофункциональных присадок типа диспергатор-VII | — |
OCP завоевал доминирующее положение на рынке благодаря высокой эффективности загущения и низкой стоимости. Ключевым фактором является содержание этилена: при содержании этилена выше ~60 % он становится низкотемпературным OCP (LTOCP), но если его содержание слишком высокое, кристалличность ухудшает перекачиваемость при низких температурах. PMA, вопреки интуиции, является менее эффективным загустителем, чем OCP, несмотря на свою высокую молекулярную массу — лишь около 15 % массы PMA приходится на основную цепь (по сравнению с 80–90 % для олефинового полимера), что приводит к меньшему размеру макромолекулярного клубка. Зато PMA обеспечивает хорошие характеристики при низких температурах и даёт дополнительный бонус: его длинноцепочечные (C14+) сегменты взаимодействуют с воском, благодаря чему он также выполняет функцию понижателя температуры застывания. Звездообразные полимеры HSD обладают очень высокой эффективностью и хорошей стабильностью при сдвиге, но при интенсивной эксплуатации подвержены более значительным необратимым потерям. PIB незначительно повышает индекс вязкости (VI) и в основном служит остовом для многофункциональных добавок типа диспергатора-VII.
- Требуется экономичное всесезонное загущение
- Необходимо достичь HTHS ≥ 3,5 сП
- Моторные масла PCMO / HDDO
- Реологические свойства при низких температурах имеют решающее значение
- ATF, трансмиссионные масла, энергосберегающие масла
- Вам нужны VII + понижение температуры застывания в одной присадке
Что это означает для вас: используйте OCP (или базовый полимер EPM) для экономичного всесезонного загущения, обеспечивающего высокий показатель HTHS; переходите на PMA, когда важна текучесть при низких температурах или двойная функция VII/PPD. Одно предупреждение: смеси OCP и PMA дают полезные промежуточные свойства, но концентрированная физическая смесь этих двух компонентов несовместима — смешивайте их на уровне готового масла, а не в концентрате. Ознакомьтесь с полным ассортиментом улучшителей индекса вязкости CheMost для выбора подходящего класса. Для получения общей информации о классах полимеров рекомендуется обратиться к отчету STLE об улучшителях VI — это хороший объективный справочный материал.
From the labFormulating motor oil or transmission fluid? CheMost supplies the chemistry.View engine oil packagesСоответствие VII вашим техническим требованиям: VI, HTHS и SAE J300
VII не выбирается изолированно — он должен обеспечивать индекс вязкости и HTHS готового масла в пределах класса SAE J300. Отправной точкой служит базовое масло: масла API групп I и II имеют индекс вязкости 80–120, группы III и PAO (группа IV) — свыше 120, а присадка VII повышает индекс вязкости готового всесезонного масла примерно до 150–200+.
Стандарт SAE J300 классифицирует масло сразу по двум критериям: класс «W» (зимний) определяется вязкостью при холодном запуске и вязкостью при перекачивании, а класс без обозначения «W» — кинематической вязкостью при 100 °C и вязкостью HTHS при 150 °C и 10⁶ с⁻¹. Многоградусное масло, такое как 5W-30, должно удовлетворять обоим требованиям. HTHS часто является ограничивающим фактором: многие европейские производители оригинального оборудования (OEM) предписывают минимальное значение HTHS 3,5 сП независимо от класса, и поддерживать значение выше 3,5 сП проще с помощью OCP, чем с полимером с более низким HTHS.
Опубликованные данные по маслам SAE 5W-30, смешанным с олефиновыми сополимерными модификаторами вязкости (VM), показывают, как мало полимера на самом деле требуется:
KV100 ≈ 10 сСт
Содержание полимера OCP = 0,58–1,05 мас. %
HTHS (150 °C) = 2,88–3,07 сП
На практике: сначала определитесь с классом W и целевым значением HTHS, а затем выберите самый экономичный полимер, который при данной дозе добавки соответствует вашему предельному значению SSI. Вы можете рассчитать конечный индекс вязкости (VI) на основе вязкостей базового масла и смеси с помощью нашего калькулятора индекса вязкости или сообщите нам желаемый класс, значения HTHS и предельное значение SSI, и мы порекомендуем марку VII и дозировку — закажите образец или полную техническую спецификацию (TDS) → (Определяющие пределы классов установлены стандартом SAE J300.)
Предостережения при разработке рецептуры
Существует несколько типов отказов, с которыми сталкиваются разработчики рецептур при переходе между марками VII:
- Высокое содержание этилена в OCP и низкие температуры: этилен повышает эффективность загущения, но при содержании выше ~60 % кристалличность может ухудшить прокачиваемость при низких температурах и способствовать образованию шлама. Необходимо сбалансировать содержание этилена с вашими целевыми показателями текучести при низких температурах.
- Сажа и отложения: диспергатор-VII (DVII) обеспечивает контроль сажи и отложений непосредственно в самом модификаторе вязкости — это стоит учитывать при разработке дизельных масел вместо отдельного добавления диспергатора и простого VII.
- Несовместимость OCP и PMA: оба компонента обеспечивают полезные промежуточные реологические свойства в готовом масле, но их концентрированная физическая смесь несовместима — никогда не смешивайте концентраты заранее.
- Избыточная дозировка (передозировка присадки): большее количество полимера не означает лучших эксплуатационных характеристик. При превышении оптимального уровня депрессор температуры застывания дает лишь незначительный прирост характеристик и может даже привести к реверсии температуры застывания; те же ограничения применимы к дозе модификатора VII, а также к лимитам по содержанию фосфора, показателю HTHS и бюджету затрат, которые он делит с остальными компонентами пакета присадок.
Часто задаваемые вопросы об улучшителях индекса вязкости
OCP или PMA — какой модификатор вязкости следует использовать?
Используйте OCP (или полимер на основе EPM) в качестве стандартного решения для экономичного загущения всесезонных масел и в тех случаях, когда требуется HTHS ≥ 3,5 сП — он по праву доминирует на рынке модификаторов вязкости для моторных масел. Выбирайте PMA, если критически важны реологические свойства при низких температурах (автомобильные трансмиссионные жидкости, трансмиссионные масла, энергосберегающие масла) или если вам требуется одновременно повысить вязкость и понизить температуру застывания с помощью одной присадки. Многие масла премиум-класса содержат смесь обоих компонентов в готовом масле.
Какое значение HTHS считается хорошим, и чем оно ниже, тем лучше?
Это зависит от условий эксплуатации. Многие европейские производители и производители оборудования для тяжелых условий эксплуатации требуют минимального значения HTHS 3,5 сП для обеспечения долговечности подшипников, поэтому «хорошее» значение в данном случае означает ≥ 3,5 сП. Более низкое значение HTHS (вплоть до 2,3 мПа·с для класса SAE 16) улучшает топливную экономичность, но снижает гидродинамический запас, защищающий подшипники — поэтому более низкое значение «лучше» только до той степени, насколько это допускают требования к долговечности вашего двигателя.
Насколько масло теряет вязкость под воздействием сдвига — может ли его класс понизиться?
Да. Постоянная потеря вязкости в результате разрыва полимерных цепей является необратимой и может привести к понижению класса вязкости масла на целый класс — например, масло 5W-30 при сдвиге может перейти в класс 5W-20. Насколько сильно — зависит от индекса сдвиговой стабильности (SSI) данного VII: масло с низким SSI, устойчивое к сдвигу, сохраняет свой класс в течение длительных промежутков между заменами и при интенсивных нагрузках, в то время как масло с высоким SSI может потерять свой класс ещё до следующей замены масла.
В чём разница между вязкостью KV40, KV100 и HTHS?
KV40 и KV100 — это кинематические вязкости (в сСт) при 40 °C и 100 °C без внешнего сдвига (ASTM D445), а по этим двум значениям рассчитывается индекс вязкости (ASTM D2270). HTHS — это высокотемпературная вязкость при высоком сдвиге, измеряемая при 150 °C и 10⁶ с⁻¹ (ASTM D4683), которая моделирует условия работы подшипников двигателя. HTHS является более точным показателем защиты подшипников, чем KV100 в отдельности, и все чаще становится целевым показателем в технических спецификациях.
Можно ли добавлять VII непосредственно в базовое масло для получения всесезонного масла?
Технически это загущает масло и повышает его индекс вязкости, но готовый смазочный материал нуждается в полном комплексе присадок — противоизносных (таких как ZDDP), моющих, диспергирующих и антиокислительных. Сам по себе VII обеспечивает более термостабильное масло, но без химических компонентов, необходимых для достижения требуемых спецификацией эксплуатационных характеристик. VII всегда является одним из компонентов сбалансированной рецептуры.
Вызывают ли улучшители индекса вязкости образование шлама?
Могут, если они подобраны неверно. Олефиновые сополимеры со слишком высоким содержанием этилена могут кристаллизоваться при низких температурах и способствовать образованию шлама, поэтому в современных OCP содержание этилена сбалансировано на уровне 50–60%. Полиметакрилатные VII по своей природе более устойчивы к этому явлению. Решающим фактором является выбор конкретного сорта, а не только класс полимера.
Об этом руководстве
Данное руководство было составлено командой специалистов по разработке рецептур присадок компании CheMost на основе литературы по трибологии и смазочным материалам (STLE, Savant Labs, а также глава Стамбо в книге «Химия и технология смазочных материалов»), стандартов ASTM, SAE и API, цитируемых в тексте, а также собственных технических паспортов продукции CheMost. Компания CheMost поставляет присадки для смазочных материалов с 2013 года, обеспечивая поддержку в оформлении документации по REACH и TSCA, а также возможность проведения независимой экспертизы (SGS/Intertek/BV) по запросу. Данное руководство предназначено для разработчиков рецептур и производителей смазочных материалов; оно не является одобрением со стороны OEM-производителей, а заявления об эксплуатационных характеристиках готового масла относятся к самому готовому маслу.
Вам нужен сорт VII с подходящим показателем SSI для ваших технических требований? Мы поставляем сорта OCP, EPM и PMA двойного назначения с полными техническими паспортами (TDS) и оперативными образцами, а также помогаем вам в более широком выборе компонентов присадок для смазочных материалов. Запросите образец или полный технический паспорт (TDS) →
Связанные руководства
- Компоненты пакета присадок к моторному маслу — место VII в полном наборе.
- Что такое ZDDP? — противоизносная присадка, с которой VII делит бюджет на фосфор и затраты.
Ссылки и отраслевые стандарты
- Canter, N. «Viscosity Index Improvers» («Улучшители индекса вязкости»). STLE Tribology & Lubrication Technology, сентябрь 2011 г. stle.org
- «Испытания на устойчивость к сдвигу и потерю вязкости». Savant Labs (независимая испытательная лаборатория). savantlab.com
- Матура, С. «Объяснение принципа действия улучшителей индекса вязкости». Precision Lubrication, 2024 г. precisionlubrication.com
- Стамбо, Р.Л. «Модификаторы индекса вязкости и загустители», в сборнике «Химия и технология смазочных материалов» (Springer, 1992). link.springer.com
- Использованные стандарты: ASTM D2270 (VI), ASTM D445 (кинематическая вязкость), ASTM D6278/D6022 (устойчивость к сдвигу), ASTM D4683 (HTHS); SAE J300; Группы базовых масел API.
Связанные статьи
Сульфонат кальция или фенат кальция: какой детергент нужен вашей рецептуре?
Что такое ZDDP? Противоизносная присадка, защищающая ваш двигатель
