高性能发动机润滑油制造技术

本文描述了一种高性能发动机润滑油和含有两种分子量不同的溶解聚合物组分、并具有１．５到１２厘沲（１１０℃）低粘度的液体润滑油基料的其它液体润滑油。基料优选单一ＰＡＯ或多种ＰＡＯ和共同构成基料的组分形成的掺混物，所述共同构成基料的组分优选为酯或粘度相似的烷基化芳香烃。分子量较低的聚合物有高粘弹性的特点，并优选ＨＶＩ－ＰＡＯ；润滑油中所述分子量较低的聚合物在分子量较高的第二聚合物丧失部分或全部增稠能力的情况下，提供了意想不到的高膜厚和优异的磨损保护。将高粘弹性低分子量的聚合物与高分子量的增稠剂组合使用，能生产范围很广的交叉分级（ｃｒｏｓｓ－ｇｒａｄｅｄ）发动机润滑油，特别是ＯＷ或更佳的低温等级润滑油。可得到ＯＷ２０、ＯＷ３０、ＯＷ４０的交叉分级品或甚至更大范围的交叉分级品，如ＯＷ７０或更高。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于内燃机的发动机润滑油，特别涉及具有优良抗磨损性和粘度测定性以及其它合乎要求的性质包括在高温、高速和高负荷环境下具有抗氧化性的发动机润滑油。优选的该类发动机润滑油是合成润滑油，但是本专利技术的优点可延伸到含矿物来源基料的润滑油。
技术介绍
人们长期使用来源于低粘度基料、高分子量增稠剂、粘度指数改进剂以及其它组分所组合成的多级发动机润滑油。基于聚α-烯烃(PAO)的合成发动机润滑油在汽车和其它发动机应用中显示出优异的性能和节约的成本。在这些合成润滑油中，由于含有矿物来源的常规润滑油，润滑油的粘度-温度关系是决定性的标准之一，必须在选择用于专门用途的润滑油时予以考虑。《SAE发动机润滑油粘度分类-SAEJ300》中描述了如多级发动机润滑油规格的粘度要求。根据ASTM D5293《低温下用冷起动模拟机对电动机润滑油表观粘度的测试方法》测定低温(W)粘度要求，其结果以厘泊(cP)记录。根据ASTM D445《透明和不透明液体动力粘度的测试方法》测定了高温(100℃)粘度，其结果以厘沲(cSt)记录。下表1描述了发动机润滑油的公认SAE等级的高温和低温要求。表1发动机润滑油粘度等级规格(SAE J300) SAE J300粘度等级以SAE60为终点，但是该范围可用下述关系简单地线性外推，下述关系用于粘度等级超出J300以外的规格表1a延伸的高温粘度等级 SAE J306c以相似的方式描述了用于车轴和人力操纵传动装置的润滑油粘度测定规格。高温(100℃)粘度的测量根据ASTM D445进行。低温粘度值根据ASTMD5293《低温下用冷起动模拟机对电动机润滑油表观粘度的测试方法》确定，其这些结果以厘泊(cP)记录。表2总结了车轴和人力操纵传动装置润滑油规格的高温和低温要求。表2车轴/传动装置润滑油的粘度规格(SAE J300) 除了粘度温度关系外，发动机润滑油当然也需要其它性能，包括在发动机遇到高温时的抗氧化性、在由燃烧产物而产生的水(它会由于密封环渗漏进入润滑循环系统)存在的情况下的抗水解性，并且因为成品润滑油是基料和添加剂的混合物，所以最终的成品润滑油中应能获得这些性能，从而在它整个使用寿命中拥有所需的性能平衡。近年来，人们相当关注润滑油在高剪切速率和高压环境下的润摩性能。在高剪切速率下，润滑油接触区会产生严重的剪切稀化，这导致润滑油膜厚度降低而可能离开相对运动的表面，从而使这些环境下的膜厚一直不足。为消除这种趋向，人们希望有一种润滑油组合物通过阻止在高温、高剪切速率及高接触压环境下的剪切稀化，在高温环境下起有效作用，并拥有优良的流变性以提供足够的膜厚和磨损保护。如上所述，过去用各种添加剂和润滑油的组合物来改进润滑油的性质，特别是用聚合材料来改变矿物来源或合成来源基料的粘度或粘度系数，多年以来已众所周知了。通常用于制造多级润滑油的典型聚合增稠剂包括氢化后的苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物、基于乙烯和丙烯的橡胶(OCP)、由丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯系列的聚合反应制得的聚合物、聚异丁烯和相似物。加入这些聚合增稠剂以使基液的粘度增加到所需等级(高温规格)要求的程度，并增加液体的粘度系数，制造出多级润滑油。但是在多级润滑油产品中使用高分子量的增稠剂和VI改进剂有一系列缺点。首先，这些改进剂比使用它们的基料更易受氧化作用影响，这导致使用时粘度系数和增稠能力进一步下降，并经常形成不需要的沉淀。另外，这些材料易于受高剪切速率和剪应力以及高度临时剪切的影响，这导致轴承中临时粘度或永久粘度丧失和膜厚降低。剪切力产生的临时粘度丧失是和高分子量聚合物溶解有关的的非牛顿粘度测定性的结果。由于聚合物链在高剪切速率下与剪切场同向，所以产生粘度下降，导致弹性流体动力学薄膜的膜厚下降，并减少磨损保护。相反地，牛顿流体的粘度保持不受剪切速率的影响。从润滑油在高温下和剪切速率环境影响下的性能考虑，人们希望润滑油能保持牛顿流变性。美国专利No.4,956,122(Watts/Uniroyal)揭示了基于低分子量和高分子量PAO混合物的润滑油组合物，它提供了高粘度系数和改进的抗氧化降解性，并阻止了由临时剪切或永久剪切环境造成的粘度丧失。根据该专利的专利技术描述，润滑油组合物包括高粘度的PAO或其它的合成烃，以及低粘度的矿物来源润滑油或PAO或其它合成烃如烷基苯。润滑油可选地包括低粘度酯和添加剂套组。如果各种分子量的PAO组分的混合物在许多不同应用中都有效，特别是对发动机润滑油性能要求的增加，就需要作进一步减少剪切稀化性的改进。根据现代发动机制造业的发展趋势，发动机在较高的温度下操作，并且所承受的负荷随单位功率输出(千瓦/I)的增大而增大，进一步恶化了剪切稀化环境。美国专利Nos.4,827,064和4,827,073(Wu)揭示了新型的PAO润滑油。这些PAO材料通过使用还原价态的铬催化剂制得，它们是烯烃低聚物或聚合物，其特征是有极高的粘度系数，这使它们具有用作润滑油基料的理想性质和作为VI改进剂的较高粘度等级。它们优选高粘度系数的PAO或HVI-PAO。已知分子量相对低的HVI-PAO材料可用作润滑油基料，而粘度较高的PAO，一般为100厘沲或更高，如在100到1,000厘沲范围内，已知能十分有效地用作传统PAO和其它合成及矿物来源润滑油基料的粘度系数改进剂。现在我们发现能够将HVI-PAO低聚物与润滑油或矿物来源润滑油的组合使用，以及将PAO和其它合成的基料与高分子量聚合物(如粘度调节剂和VI改进剂)组合使用，来制造具有粘度增稠性特征的润滑油。在高剪切速率环境下，高负荷的润滑油接触区中，HVI-PAO组分的优良粘弹性能产生出乎意料的高膜厚。改进后的膜厚提供了出乎意料的磨损保护程度，并在高分子量聚合物丧失部分或全部增稠能力的情况下阻止剪切稀化。在低剪切或无剪切的情况下如低压润滑油循环系统中，除低分子量粘弹性聚合物以外所用的高分子量聚合物，由于其在低分子量聚合物增稠能力很少或没有的情况下的增稠性质，从而增加了大部分润滑油的粘性。因此就能制造出在各种环境下都保持优异性能的多级润滑油和大范围交叉分级润滑油。但需特别注意的是，在高温-高剪切速率的环境下，它们能提供出乎意料的优异磨损保护。专利技术概述本专利技术的高性能液体润滑油包括具有不同分子量的第一聚合物和第二聚合物，它们溶解在低粘度的液体润滑油基料中。第一聚合物的分子量比第二聚合物低，第二聚合物的第一正应力差出人意料地高，这表示它具有高粘弹性。润滑油中的该聚合物组分在高分子量聚合物丧失部分或全部增稠能力的情况下，例如在高剪切速率下的聚合剂接触区中，能提供出乎意料的高膜厚和出乎意料的优异磨损保护。第二聚合物的分子量比第一聚合物高，第二聚合物在和润滑油中所用的液体基料掺混时具有粘度增稠性，所述基料可以是矿物来源或合成来源，优选PAO。在该类型的优选组合物中，基料一般是完全合成的润滑油，该润滑油可以是能使最终掺混物具有设定粘度的单个PAO或多种PAO掺混物，以及其它组分包括高度粘弹性的聚合物，该聚合物优选上述HVI-PA0烯烃聚合物中的一种。高粘弹性组分的粘度大于PA0基料，但低于分子量较高的聚合物，分子量较高的聚合物一般是聚合增稠剂，例如上述的氢化后的苯乙烯-异本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴油，其中润滑油使液体在低温具有改进的抗磨性，其特征在于它包括：５０－９０重量％的基料，所述基料包括至少一种选自矿物来源原油，聚α－烯烃，即ＰＡＯ，和氢异构化费－托合成的蜡，即Ｆ－Ｔ蜡的物质，所述基料在１００℃的粘度为１．５到１ ２厘沲，溶解在液体润滑油基料中的分子量不同的０．１－２０重量％的第一聚合物和０．１－５重量％的第二聚合物，第一聚合物的分子量比第二聚合物低且粘弹性比第二聚合物高，所述第一聚合物的粘度为２０到３０００厘沲，系由α－烯烃在还原性 金属催化剂存在下发生聚合反应制得的，第二聚合物的分子量至少为１００，０００，并且在和液体基料相掺混时具有粘度增稠性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DJ巴亚尔容，RJ伯格斯塔，A杰克逊，WL麦斯威尔，GJ约翰斯顿，RA帕什，
申请(专利权)人：埃克森美孚石油公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]