特科多TECNOLUBE多臂球形HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑在工業(yè)潤滑油等多領(lǐng)域的應(yīng)用

 

｜作者：萬書曉，特科多添加劑（深圳）有限公司總經(jīng)理，中國石油化工科學(xué)院研究生畢業(yè)，中國內(nèi)燃機(jī)學(xué)會理事、中國標(biāo)準(zhǔn)委員會委員、深圳市寶安區(qū)高層次人才。編著《汽車發(fā)動機(jī)冷卻液》第一、第二版。

 

???工業(yè)油領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢與特性

多臂球形聚合物具有高度支化的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)線性高分子（如OCP、PIB）相比，其分子鏈在溶液中的流體力學(xué)體積隨溫度變化的響應(yīng)更靈敏。

★窄分子量分布
HSD通過控制聚合反應(yīng)條件（如引發(fā)劑比例、溫度），減少低效分子鏈的生成，確保分子量分布（PDI）接近單分散（PDI<1.5）。這避免了高分子量組分在剪切中優(yōu)先降解的問題。

★加氫飽和雙鍵
合成后的HSD需經(jīng)過深度加氫處理，消除丁二烯或異戊二烯單元中的不飽和雙鍵，提升熱氧化安定性。例如，加氫后雙鍵飽和度達(dá)98%以上，減少高溫下分子鏈斷裂的可能性。

低溫時：分子鏈?zhǔn)湛s更均勻，減少對基礎(chǔ)油流動性的阻礙，低溫泵送性能優(yōu)于傳統(tǒng)線型聚合物（如OCP）。

高溫時：球形結(jié)構(gòu)展開更充分，增稠能力提升20%-30%，顯著提高高溫粘度保持率。

★剪切穩(wěn)定性
優(yōu)化球形結(jié)構(gòu)的支化點可分散機(jī)械剪切應(yīng)力，減少主鏈斷裂風(fēng)險。實驗表明，其剪切穩(wěn)定指數(shù)（SSI）比傳統(tǒng)VII低15%-20%，例如在10%添加量下SSI可控制在15以下，而傳統(tǒng)OCP通常為25。

???新能源車熱管理系統(tǒng)的應(yīng)用

針對電動汽車減速箱與電池冷卻系統(tǒng)，多臂球形VII可適配低粘度基礎(chǔ)油（如0W-16），在-40℃至150℃范圍內(nèi)保持粘度穩(wěn)定性，滿足特斯拉、比亞迪等廠商的長壽命要求。

???工業(yè)齒輪油與液壓油的應(yīng)用

在礦山機(jī)械等高壓場景中，其抗剪切特性可減少設(shè)備磨損，延長換油周期至2000小時以上（傳統(tǒng)方案為1200小時）。

★重要作用
多臂球形HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑在風(fēng)電齒輪油中具有重要作用：

1）改善粘溫性能原理：風(fēng)電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度變化大，多臂球形HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑可在高溫時保持齒輪油的稠度，防止因溫度升高導(dǎo)致粘度大幅下降，使油膜厚度得以維持，保證潤滑效果；在低溫時能降低齒輪油的粘度，確保其具有良好的流動性，使設(shè)備在寒冷環(huán)境下也能順利啟動。

優(yōu)勢：與其他類型的粘度指數(shù)改進(jìn)劑相比，多臂球形HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑的特殊分子結(jié)構(gòu)使其在改善粘溫性能方面表現(xiàn)更優(yōu)。它能在更寬的溫度范圍內(nèi)，將風(fēng)電齒輪油的粘度控制在合適的范圍內(nèi)，減少因溫度變化引起的粘度波動。

2）提升抗剪切性能原理：風(fēng)電齒輪在運(yùn)行過程中，齒輪油會受到強(qiáng)烈的剪切力作用。多臂球形HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑具有良好的抗剪切穩(wěn)定性，其分子結(jié)構(gòu)能夠抵抗剪切力的破壞，保持分子的完整性，從而維持齒輪油的粘度穩(wěn)定。

優(yōu)勢：可以有效防止齒輪油在長期使用過程中因剪切作用而導(dǎo)致粘度下降，延長齒輪油的使用壽命，減少換油頻率，降低維護(hù)成本。例如，在一些長期運(yùn)行的風(fēng)電項目中，使用含有多臂球形HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑的齒輪油，可使齒輪油的性能在較長時間內(nèi)保持穩(wěn)定，減少了因齒輪油性能下降而導(dǎo)致的設(shè)備故障。

3）增強(qiáng)抗氧化性能原理：多臂球形HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑具有一定的抗氧化性，它可以抑制齒輪油在高溫、高壓和金屬催化等條件下的氧化反應(yīng)，減少氧化產(chǎn)物的生成，如酸類、膠質(zhì)和油泥等。

優(yōu)勢：有助于延長風(fēng)電齒輪油的使用壽命，保持齒輪油的清潔度，防止因氧化產(chǎn)生的酸性物質(zhì)對齒輪和軸承造成腐蝕，同時也能避免因油泥和膠質(zhì)的生成而堵塞過濾器和影響散熱。

4）對其他性能的影響過濾性能：一般情況下，多臂球形HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑不會對風(fēng)電齒輪油的過濾性能產(chǎn)生不良影響。但如果添加劑的配方不合理或與其他添加劑存在相互作用，可能會導(dǎo)致在過濾過程中出現(xiàn)一些問題，如過濾器堵塞等。因此，在實際使用中，需要選擇合適的添加劑配方，并進(jìn)行過濾性能測試，以確保齒輪油的過濾性能符合要求。

耐水性：多臂球形HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑本身對水的敏感性較低，不會因少量水分的存在而影響其性能。然而，風(fēng)電齒輪箱在運(yùn)行過程中可能會受到水的侵入，因此齒輪油需要具備良好的耐水性。在配方設(shè)計時，通常會結(jié)合其他添加劑來提高齒輪油的耐水性，使齒輪油在有水的情況下也能保持穩(wěn)定的性能，防止因水的存在而導(dǎo)致齒輪油乳化、變質(zhì)等問題。

多臂球形HSV的特殊分子結(jié)構(gòu)（如特科多TECNOLUBE HSV l810系列）具有高支化度、低纏結(jié)性的特點，相較于傳統(tǒng)線性聚合物（如聚甲基丙烯酸酯PMA），其增粘效率提升30%-50%。這一特性使得在相同粘度指數(shù)要求下，HSV l810的添加量可降低至傳統(tǒng)添加劑的1/2-2/3。例如：線性聚合物：添加量通常為1.5%-3%（如聚異丁烯）；多臂球形HSV：添加量可控制在0.8%-2%，極端工況下最高不超過3%。

★典型添加比例范圍與適用場景
根據(jù)風(fēng)電齒輪油的基礎(chǔ)油類型和工況復(fù)雜度，HSV l810的添加比例可劃分為以下三類，具體如圖表1所示。
 

示例：某海上風(fēng)電齒輪油采用PAO6+PAO40復(fù)合基礎(chǔ)油，HSV l810添加量為1.2%，配合0.8%抗氧劑、1.5%極壓抗磨劑，實現(xiàn)粘度指數(shù)165、低溫啟動粘度（-30℃）≤15000mPa·s 的性能指標(biāo)。某內(nèi)陸風(fēng)電齒輪油使用礦物油基礎(chǔ)油，HSV l810添加量為2.5%，搭配1.0% 降凝劑，滿足- 25℃傾點要求。
 

★關(guān)鍵影響因素與調(diào)整策略
1）基礎(chǔ)油特性
粘度匹配：基礎(chǔ)油40℃運(yùn)動粘度越高，HSV l810添加量可適當(dāng)降低。例如：ISO VG 320基礎(chǔ)油：HSV添加量0.8%-1.2%；ISO VG 680基礎(chǔ)油：HSV添加量0.5%-0.8%。
極性差異：酯類油的極性會增強(qiáng)HSV的溶解穩(wěn)定性，可減少0.2%-0.5%的添加量。

2）工況參數(shù)
溫度范圍：每增加10℃工作溫度，HSV l810添加量需提高0.1%-0.3%；每降低10℃啟動溫度，HSV l810添加量需提高0.2%-0.4%10。
載荷強(qiáng)度：齒面接觸應(yīng)力>1500MPa時，HSV l810添加量需增加0.3%-0.5% 以強(qiáng)化油膜強(qiáng)度。

3）添加劑配伍性
極壓抗磨劑：硫磷型添加劑（如硫化異丁烯）可能與HSV l810發(fā)生氫鍵作用，需將HSV l810添加量減少0.1%-0.2%。
抗氧劑：酚型抗氧劑（如2,6-二叔丁基對甲酚）可提升HSV l810的熱穩(wěn)定性，允許降低 0.1%-0.3%的添加量。

★行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與制造商建議
1）國際標(biāo)準(zhǔn)
ISO 12925-1：要求風(fēng)電齒輪油粘度指數(shù)≥140，未規(guī)定具體添加劑比例，但推薦通過 HSV l810實現(xiàn)粘度穩(wěn)定性。
API GL-5：針對重負(fù)荷齒輪油，建議 HSV l810添加量≤3%以避免低溫流動性惡化。

2）制造商實踐
ExxonMobil SpectraSyn Elite：采用茂金屬PAO基礎(chǔ)油，HSV l810添加量0.8%-1.5%，配合抗氧劑實現(xiàn)>5年換油周期。
Shell Omala S5 Wind：PAO+酯類復(fù)合基礎(chǔ)油，HSV l810添加量1.0%-1.8%，適用于- 40℃至120℃寬溫域。

★性能驗證與優(yōu)化案例
1）臺架試驗
FZG齒輪試驗：添加1.2%HSV l810的齒輪油通過13級失效測試，油膜厚度提升20%。
低溫泵送試驗：添加1.5%HSV l810的礦物油齒輪油在-30℃下的表觀粘度為 12000mPa·s，滿足ISO 12925-1要求。

2）現(xiàn)場應(yīng)用
某海上風(fēng)電場：將HSV l810添加量從1.0%調(diào)整至1.2%后，齒輪箱油溫降低5-8℃，振動值下降15%。
某低溫風(fēng)電場：HSV l810添加量從1.8%提高至2.0%后，冬季啟動時間縮短40%。

★風(fēng)險控制與質(zhì)量監(jiān)控
剪切穩(wěn)定性：采用超聲波剪切試驗（ASTM D6278）監(jiān)測HSV l810分子降解，要求剪切穩(wěn)定性指數(shù)（SSI）≤20。
氧化安定性：通過旋轉(zhuǎn)氧彈試驗（ASTM D2272）評估HSV l810與抗氧劑的協(xié)同效應(yīng)，氧化壽命需>300分鐘。
過濾性能：控制HSV l810分子量分布（PDI≤1.5），避免在10μm過濾時出現(xiàn)堵塞。

結(jié)論：多臂球形HSV l810粘度指數(shù)改進(jìn)劑在風(fēng)電齒輪油中的最優(yōu)添加比例為0.8%-2.0%，具體需根據(jù)基礎(chǔ)油類型、工況條件及添加劑配伍性動態(tài)調(diào)整。建議通過響應(yīng)面法（RSM）建立數(shù)學(xué)模型，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性分析（如添加劑成本與換油周期的平衡）確定最終配方。在極端工況下，可采用梯度添加策略（如初始添加1.2%，運(yùn)行6個月后補(bǔ)充0.3%）維持長期性能穩(wěn)定。

???其它領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢與特性

多臂球形聚合物具有多個支鏈從同一核心向外延伸的三維結(jié)構(gòu)（類似雪花狀），這種設(shè)計帶來以下特性：

★高支化密度
緊密的支鏈排布可形成穩(wěn)定的空間位阻效應(yīng)，減少分子鏈纏繞，提升在基礎(chǔ)油中的分散性和溶解效率。

★低黏度特性
與傳統(tǒng)線型聚合物相比，星形結(jié)構(gòu)在相同分子量下黏度更低，有利于降低潤滑劑流動阻力，優(yōu)化能效。

★可控的官能團(tuán)修飾
末端官能團(tuán)可靈活接枝極性基團(tuán)（如羧酸、羥基等），增強(qiáng)與金屬表面的吸附能力，形成更均勻的潤滑保護(hù)膜。

???高端減振器油的應(yīng)用

多臂球形HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑通過分子結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，在高端減振器油中實現(xiàn)了粘度穩(wěn)定性、低溫流動性和抗剪切性能的平衡。其應(yīng)用不僅提升了減振器的動態(tài)響應(yīng)和耐久性，還推動了潤滑油向低粘度、長壽命方向發(fā)展。隨著新能源汽車和極端工況設(shè)備的普及，HSV類VII有望成為高端減振器油的主流添加劑。

極地科考車輛：HSV6050調(diào)配的減振器油在-50℃的傾點（<-60℃）和粘度指數(shù)（>320）滿足北極地區(qū)作業(yè)需求。

沙漠工程機(jī)械：HSV1050的熱氧化安定性（旋轉(zhuǎn)氧彈壽命>400min）有效防止油品在高溫下結(jié)焦。

???潤滑脂的應(yīng)用

★重要作用
1）改善粘溫性能：潤滑脂的粘度隨溫度變化而變化，加入多臂球形HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑可改善其粘溫性能。該改進(jìn)劑的高分子線圈在高溫下伸展，使?jié)櫥诟邷貢r保持適當(dāng)粘度，提供良好的潤滑保護(hù)；在低溫下收縮，降低潤滑脂在低溫時的粘度，使其保持較好的流動性，確保在寒冷環(huán)境下也能順利涂抹和發(fā)揮潤滑作用，可滿足不同工作溫度條件下的使用要求。

2）提高機(jī)械安定性：多臂球形HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑具有特殊的分子結(jié)構(gòu)，能增強(qiáng)潤滑脂的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在受到機(jī)械剪切作用時，如在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，改進(jìn)劑的分子可以通過可逆形變吸收能量，減少潤滑脂結(jié)構(gòu)的破壞，使其保持穩(wěn)定的稠度和潤滑性能，降低潤滑脂在使用過程中因機(jī)械作用而導(dǎo)致的性能下降風(fēng)險，延長潤滑脂的使用壽命。

3）增強(qiáng)抗磨性能：多臂球形HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑可在金屬表面形成一層均勻的潤滑膜，能有效降低摩擦副之間的摩擦系數(shù)，減少金屬表面的磨損。這對于提高機(jī)械設(shè)備的可靠性和耐久性非常重要，特別是在高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速等苛刻的工作條件下，可以更好地保護(hù)設(shè)備部件，降低維修成本和停機(jī)時間。

4）改善膠體安定性：有助于提高潤滑脂的膠體穩(wěn)定性，防止?jié)櫥趦Υ婧褪褂眠^程中出現(xiàn)油皂分離現(xiàn)象。它可以使?jié)櫥械幕A(chǔ)油和稠化劑更好地結(jié)合在一起，保持潤滑脂的均勻結(jié)構(gòu)，從而保證潤滑脂的性能穩(wěn)定。

★關(guān)鍵參數(shù)解析
HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑在潤滑脂中的最佳使用比例需綜合基礎(chǔ)油類型、稠化劑特性、應(yīng)用場景及HSV型號等因素動態(tài)調(diào)整。以下是基于技術(shù)特性和應(yīng)用實踐的關(guān)鍵參數(shù)解析：

鋰基脂：與12-羥基硬脂酸鋰復(fù)配時，HSV最佳比例為2.0-2.5%。此時皂纖維網(wǎng)絡(luò)與 HSV 多臂結(jié)構(gòu)形成互穿網(wǎng)絡(luò)，機(jī)械安定性（10 萬次剪切后錐入度變化）≤30，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)OCP的50。

復(fù)合鋰基脂：因含小分子酸（如癸二酸），HSV加劑量可提升至2.5-3.5%。例如，在復(fù)合鋰基脂中添加3.0%HSV6050，可使滴點從260℃提升至280℃，同時高溫軸承壽命延長40%。

聚脲脂：HSV添加量通常為1.2-2.0%。聚脲稠化劑的三維氫鍵網(wǎng)絡(luò)與HSV的可逆形變特性協(xié)同，可使150℃高溫下的析油量從 8%降至4%。

★應(yīng)用場景差異化
低溫工況（-40℃以下）：優(yōu)先選擇線型二嵌段HSV（如HSV l810），添加量1.0-1.5%，可使-40℃相似粘度≤1500mPa·s，冷啟動轉(zhuǎn)矩降低20%。

高溫重載工況（150℃以上）：多臂球形HSV（如HSV6050）添加量2.5-3.5%，可使HTHS粘度（150℃，106s-1）保持＞3.5mPa·s，同時四球機(jī)燒結(jié)負(fù)荷（PD 值）從3000N提升至4500N。

長壽命工業(yè)脂：添加1.5-2.5% HSV1050，配合0.5%胺類抗氧劑和1.0%硫代磷酸鹽極壓劑，可使氧化誘導(dǎo)時間（PDSC 法）從8min延長至25min，換油周期延長 50%。

★性能平衡與優(yōu)化策略
1）粘溫性能與低溫流動性的平衡
高溫場景：HSV 加劑量增加會提升粘度指數(shù)，但可能導(dǎo)致低溫流動性下降。例如，在PAO10 基礎(chǔ)油中，HSV添加量從 1.0%增至2.0% 時，粘度指數(shù)從140提升至180，但-30℃CCS 粘度從3200mPa·s 升至 4500mPa·s。需通過調(diào)整基礎(chǔ)油粘度（如 PAO4+PAO10復(fù)配）或復(fù)配降凝劑（如聚甲基丙烯酸酯）來優(yōu)化。

低溫場景：HSV l810添加1.2%時，可使-40℃表觀粘度≤2000mPa·s，同時100℃運(yùn)動粘度保持≥30mm²/s。此時需控制稠化劑含量（如鋰皂≤12%）以避免結(jié)構(gòu)過度硬化。

2）機(jī)械安定性與膠體安定性的協(xié)同
高剪切工況：HSV添加量≥2.5%時，分子鏈的可逆形變可吸收剪切能量，使機(jī)械安定性（10萬次剪切后錐入度變化）≤25。但需注意過量添加可能導(dǎo)致分油增加，例如添加3.5% 時，鋼網(wǎng)分油（100℃，24h）從5%增至8%，需通過復(fù)配結(jié)構(gòu)改善劑（如甘油）來平衡。

膠體穩(wěn)定性：HSV與膨潤土稠化劑復(fù)配時，添加量1.5-2.0%可形成“聚合物 - 黏土”協(xié)同結(jié)構(gòu)，使分油量從12%降至6%，同時錐入度保持率（100℃,24h）從70%提升至 85%。典型應(yīng)用配方參考見圖表2。
 

★操作建議與風(fēng)險控制
分散工藝優(yōu)化：HSV需在高溫（120-150℃）下與基礎(chǔ)油充分溶解，建議采用高剪切乳化機(jī)（線速度≥15m/s）分散 30分鐘，確保分子鏈完全舒展。

添加劑配伍性：避免與高堿性清凈劑（TBN＞20）直接混合，可能導(dǎo)致HSV分子鏈降解。建議先將HSV與基礎(chǔ)油預(yù)混，再加入其他添加劑。

性能驗證：重點測試剪切安定性（如四球機(jī)長期磨損試驗）和熱氧化穩(wěn)定性（如壓力差示掃描量熱法），確保實際工況下的性能衰減≤15%。

★行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證
適配乘用車脂：滿足GM 9986191、Ford WSS-M2C153-H等規(guī)格時，HSV加劑量通常為1.8-2.2%，需同時通過-40℃低溫轉(zhuǎn)矩和 150℃高溫軸承壽命測試。

工業(yè)脂：符合ISOVG 220規(guī)格時，HSV 添加量約2.0-2.5%，需通過 DIN 51819 剪切安定性（粘度損失≤10%）和 ASTM D942 氧化安定性（壓力降≤0.35MPa）認(rèn)證。

結(jié)論：HSV粘度指數(shù)改進(jìn)劑在潤滑脂中的最佳使用比例通常為1.0-3.5%，具體需根據(jù)基礎(chǔ)油類型、稠化劑特性和應(yīng)用場景動態(tài)調(diào)整。在乘用車低粘度脂中推薦 1.5-2.5%，高溫重載脂中建議2.5-3.5%，低溫脂中控制在1.0-1.5%。實際應(yīng)用中，需通過復(fù)配抗氧劑、極壓劑等添加劑，并結(jié)合分散工藝優(yōu)化，最大化HSV的分子結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，實現(xiàn)粘溫性能、機(jī)械安定性和長壽命的綜合平衡。建議優(yōu)先參考特科多HSV產(chǎn)品技術(shù)手冊（如 HSV1050/6050數(shù)據(jù)表），并通過小樣試驗驗證關(guān)鍵性能指標(biāo)。