משפר יציבות גזירה ואינדקס צמיגות בחומר סיכה.
השאר הודעה
יציבות גזירההיא היכולת של פולימר להתנגד ללחץ גזירה, שהוא ביצוע מכריע שלמשפרי אינדקס צמיגות. כאשר למשפר אינדקס צמיגות יש יציבות גזירה ירודה, השרשרת הראשית של הפולימר תישבר תחת פעולת מתח הגזירה, מה שיוביל לירידה בצמיגות. כתוצאה מכך, שמן הסיכה המעורב אינו יכול לשמור על דרגת הצמיגות המקורית שלו, מה שגורם לבלאי מוגבר ולצריכת דלק.
יציבות הגזירה קשורה למידת הפילמור (משקל מולקולרי יחסי), מידת הפיזור (התפלגות המשקל המולקולרית היחסית), והידרודינמיקה של הפולימר בתמיסה עבור משפרי אינדקס צמיגות.
ככל ששרשרת הפולימר ארוכה יותר (ככל שהמשקל המולקולרי היחסי גדול יותר) וככל שהפיזור גדול יותר, כך היא תישבר בקלות רבה יותר, וכתוצאה מכך יציבות גזירה גרועה יותר.
לעומת זאת, ככל שהמשקל המולקולרי היחסי של הפולימר קטן יותר, כך יציבות הגזירה טובה יותר, אך קצב הטיפול יהיה גדול יותר, דבר הפוגע בניקיון. לכן, יש צורך רק להשיג את יציבות הגזירה הנדרשת, במקום לרדוף באופן עיוור אחר יציבות הגזירה הקטנה ביותר האפשרית.
איך לבטא את יציבות הגזירה?
שמן בסיס מינרלי הוא נוזל ניוטוני שלצמיגותו אין שום קשר לקצב הגזירה. שמן הסיכה (שמן רב-דרגתי) המוסף עם משפר אינדקס צמיגות משנה את תכונות הזרימה של שמן הבסיס והופך לנוזל שאינו ניוטוני. הצמיגות משתנה עם העלייה או הירידה בקצב הגזירה.
תחת פעולת מתח הגזירה, הצמיגות של שמן רב-דרגתי תפחת, המתבטאת בקצב הפחתת הצמיגות או קצב אובדן הצמיגות (מדד יציבות הגזירה, SSI).
כאשר הפולימר נתון לקצב גזירה גבוה, יתרחש אובדן צמיגות זמני. בשלב זה, קצב הגזירה הוא בדרך כלל סביב 104s-1, והמולקולות שלו יזרמו לאורך הכיוון הצירי ויהפכו להיות מסודרות. צורת הפולימר משתנה מקו כדורי הצברים משתנים למבנים מוארכים שתופסים פחות נפח הידרודינמי, וכתוצאה מכך ירידה בצמיגות. אובדן צמיגות זה הוא הפיך וניתן לשחזר אותו ברגע שמתח הגזירה נעלם, ולכן אובדן צמיגות זה הוא זמני, המתבטא על ידימדד יציבות גזירה זמנית (TSSI).
ככל שקצב הגזירה גדל עוד יותר, יותר ויותר מולקולות מעוותות, וכתוצאה מכך אובדן צמיגות גדול יותר, עד שמגיעים לכמות העיוות המקסימלית. כאשר קצב הגזירה מגיע מעל 106s-1, בנוסף לאובדן הצמיגות הזמני, ישנו גם אובדן צמיגות בלתי הפיך הנגרם כתוצאה מקריעת שרשרת פולימר, הנקרא אובדן צמיגות קבוע. מדד יציבות הגזירה הקבועה (אינדקס יציבות גזירה קבועה, PSSI) מייצג. ניתוק השרשרת של הפולימר מתרחש בדרך כלל באמצע השרשרת, כאשר קשר הפחמן-פחמן מתפצל ליצירת שתי מולקולות קטנות יותר.
ככל שהמשקל המולקולרי של הפולימר גדול יותר, כך קל יותר לעוות ולהתפרק מכנית. עם זאת, כאשר המשקל המולקולרי היחסי של הפולימר קטן דיו, אפילו אובדן צמיגות קבוע לא יתרחש, ובדרך כלל לא קל לגרום לפירוק נוסף, ולכן תהליך הפירוק מגביל את עצמו.
קצב הגזירה של כל חלק במנוע שונה, וגם אובדן הצמיגות הזמני שונה. הגיר, המיסב, הבוכנה וקיר הצילינדר הם הגדולים ביותר, וגם אובדן הצמיגות הזמני גדול, כך שקל לגרום לבלאי ושחיקה בחלקים אלה
קצב גזירה בשמן מנוע בנזין
|
קצב גזירה |
חלקי מנוע |
לְהַשְׁפִּיעַ |
|
|
A |
103/s~104/s |
טבעת בוכנה אחורית, גזע שסתום, כניסת משאבה |
צריכת דלק, נזילות בטמפרטורה נמוכה |
|
B |
105/s~106/s |
מיסבים, בוכנות, קירות צילינדר |
בלאי מיסבים, צריבה, התחלות חמות |
|
C |
106/s-1~108/s |
גלגלי שיניים, מצלמות, מצלמות |
לִלבּוֹשׁ |
אובדן הצמיגות נמדד על ידי צמיגות קינמטית (KV) לפני ואחרי גזירה. יציבות גזירה קבועה מוגדרת בדרך כלל יותר על ידי מדד יציבות הגזירה הקבועה (PSSI) או פשוט SSI, לפי ASTM D6022 כדלקמן:
PSSI=SSI=（V0-VS）/(V0-Vb)*100
Voצמיגות=של שמן ללא גזירה
Vsצמיגות=של שמן גזוז
Vbצמיגות=של נוזל הבסיס (ללא פולימר)
ישנן שלוש שיטות נפוצות למדידת יציבות גזירה.
● שיטת פיית דיזל
● שיטת אולטרסאונד
● שיטת L-38 (מידת הגזירה נמדדת לאחר שמנוע L-38 פועל במשך 10 שעות)
חומרתן של שלוש השיטות שונה מאוד. המפרטים של שמן מנוע בעירה פנימית בארה"ב, אירופה וסין משתמשים בשיטת L-38, בשיטת חרירי דיזל ובשיטת האולטרסאונד בהתאמה. כל שלוש השיטות דורשות שהצמיגות לאחר הגזירה עדיין תישאר בטווח הצמיגות שצוין עבור דרגת שמן זו.
השוואה של SSI שלאתילן-פרופילן קופולימר (OCP) VIIבשיטות בדיקה שונות.
|
פריט |
אחוז SSI |
||
|
מזרק דיזל |
סוניק שייר |
L-38 מבחן מנוע |
|
|
קופולימרים אתילן-פרופילן נמצאים בשימוש נפוץ בארצות הברית ובסין |
48.5 |
38 |
20~22 |
|
קופולימרים אתילן-פרופילן בשימוש נפוץ התואמים את המפרט האירופאי |
28.3 |
21.7 |
12 |
הטבלה לעיל מראה שערך ה-SSI של קופולימרים אתילן-פרופילן הנפוצים בארצות הברית ובסין הוא כ-50 אחוז על ידי מזרק הדיזל, כ-40 אחוז על ידי Sonic Shear וכ-20 אחוז במנוע L-38 מִבְחָן.
ערך ה-SSI של קופולימרים אתילן-פרופילן הנפוצים בשימוש בהתאם למפרטים האירופיים הוא כ-30 אחוזים בשיטת דיזל מזרק, כ-22 אחוזים לפי Sonic Shear וכ-12 אחוזים לפי מבחן מנוע L-38.
שימו לב שערך ה-SSI תלוי במכשיר הגזירה המסוים המשמש למדידת יציבות הגזירה.
דרישות ליציבות גזירה של שמני סיכה שונים:
שמן מנוע בנזין< Diesel Engine Oil < Automatic Transmission Fluid (ATF) < Hydraulic Oil < Gear Oil.
למוצרי שמן סיכה שונים יש שיטות בדיקת יציבות גזירה מתאימות כדי לעמוד בדרישות שלהם.שיטות בדיקההם:
חומר סיכה למארכובה: שיטת גזירה קולית (הן 5 דקות והן 10 דקות), 3200 ק"מ (2000 מייל) מבחן גזירה בכביש, שיטת L-38, שיטת מזרק דיזל, מבחן פיג'ו 204.
נוזל תיבת הילוכים אוטומטית ושמן הידראולי: Dexron ATF, HETC T-13, 10,000 מחזורים, בדיקת משאבת הגה כוח קרייזלר, 4h×93.3 מעלות (תנאי הבדיקה כוללים 4137kPa×1700r/min ו-2758kPa×1800r /דקה).
שמן גיר: ALI Variable Seveity Scoring Test-Shear Determination (AL I Variable Seveity Scoring Test-Shear Stability Deermination Test) 93.3 מעלות ×120h.
SSI נקבע על ידי שיטות בדיקת גזירה שונות
|
סוגי חומרי סיכה |
שמן ארכובה |
ATF |
שמן הידראולי |
שמן גיר |
||
|
שיטת בדיקה |
סוניק שייר① |
L-38,10h |
מזרק דיזל② |
דקסרון ATF③10000 מחזור |
בדיקת משאבה④ |
ALIVSST⑤ |
|
אקרילואיד 702⑥ |
30 |
20 |
45 |
49 |
52 |
89 |
|
אקרילואיד 955⑦ |
23 |
12 |
36 |
43 |
45 |
-- |
|
אקרילואיד 1017⑧ |
0 |
0 |
0.5 |
0 |
1 |
15~20 |
① ASTM D-2603, מינימום 5 דקות.
② DIN-51382: מזרק דיזל: 10W-30/10W-40.
③ Dexron ATF, HETC T-13, 10000cycle.
④ מבחן משאבת הגה כוח קרייזלר, 4h×93. 3 מעלות, עומס 2758kPa, 1800r/min.
⑤ ALI משתנה בחומרת ניקוד מבחן יציבות גזירה, 93. 3 מעלות ×120h.
⑥ אקרילואיד 702: PMA עם אפקט מדכא נקודת יציקה, מתאים לשמן מנוע בנזין.
⑦ אקרילואיד 955: MA עם השפעות מדכאות ופיזור נקודת יציקה, מתאים לבנזין ושמן מנוע דיזל
⑧ אקרילואיד 1017: PMA, מתאים לנוזל תיבת הילוכים אוטומטית, שמן הידראולי ושמן גיר רב-דרגתי.
שיטת בדיקת יציבות גזירה של KRLהוכרה בתעשיית חומרי הסיכה כשיטת בדיקת גזירה מדויקת לניבוי אובדן הצמיגות של שמן סיכה בתנאי הפעלה בפועל והפכה לכלי הערכה חשוב בפיתוח מוצרי שמן סיכה מודרניים.
