增粘剂遇上齿轮油

多一点儿润滑，便少一点儿摩擦。润滑油在摩擦副之间会受到一定的剪切应力，三大油品内燃机油、液压油和齿轮油，就其所受的剪切速率来看，若内燃机油是10^-4/s的数量级，则液压油是10^-6/s，齿轮油是10^-8/s。齿轮油是极压性油品，所以相对而言，齿轮油的粘度是比较高的，以有效保持足够的润滑油膜。光亮油是一种高粘度的基础油，我们能常见到的是150BS，其它还有90BS、120BS以及250BS等。如果遇到诸如90、140车辆齿轮油和460、680甚至1000号工业齿轮油，只用矿物基础油，也是束手无策，此时就要借助合成油或增粘剂来达到我们的目的，一些特殊品种的合成基础油，40℃粘度可高达20000mm²/s以上，有时候产品的成本却是常人难以承受的。另一种途径就是增粘剂，那么问题来了~

乙丙共聚OCP、聚异丁烯PIB，聚氢化苯乙烯异戊二烯PSEP，当然，还少不了聚甲基丙烯酸酯PMA。实际上，润滑油中的增粘剂、降凝剂，大都和橡胶、塑料以及树脂行业有很大关系，比如PMA；若是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），便是有机玻璃了。

就齿轮油而言，增粘剂的使用，要考虑几个问题：①增稠能力；②剪切稳定性；③热氧化安定性；④增粘剂对油膜厚度的贡献。注意，增稠能力与油膜厚度是两个概念。增稠能力和剪切稳定性，都与聚合物的聚合度有关系，直观的表示方法就是平均分子量，也与分子量的分布状态有关系，直观的表示方法就是分子量分布范围的大小。简而言之，增稠能力和剪切稳定性对分子量大小的要求正好相反；热氧化安定性则与聚合物的分子结构有关；而增稠能力和油膜厚度又是一对儿相对矛盾，同时，增粘剂与降凝剂，也有着千丝万缕的联系，所以，看似简单却又经常离不开的增粘剂，真正讲究起来，其中的学问及经验之奥妙，一点儿也不少。所谓简约而不简单。

在齿轮油中，增粘剂对于增加弹性流体动力润滑膜（EHD）的厚度只是起到部分作用，其原因有三：①在EHD油膜内，聚合物分子在运动方向上可以顺序排列而致紧密，其空间尺寸有紧缩趋势；②聚合物分子被阻挡在接触区入口无法进入EHD膜内；③聚合物分子被剪断。

剪切安定性，是齿轮油的一个重要指标，与其它油品相比尤甚，这是因为前已述及的受到的剪切应力，齿轮油是最大的。关于齿轮油剪切安定性的测试方法，个人认为，超声波法（SH/T 0505）不适于齿轮油，首先是苛刻度不够，再者超声波试验的结果重复性实在不能令人满意；喷嘴剪切法（SH/T 0103），用来对付内燃机油和液压油尚可，对于粘度较大的齿轮油则是勉为其难，也存在结果的重复性的问题；所以，FZG齿轮试验机法（SH/T 0200）与齿轮油的实际工况更加接近一些，比如选定试验条件，6级载荷，90℃油温，3000r/min，20小时，测定油品前后的粘度损失，对于所测试的样品会有很好的区分度。不足的是，该试验所需样品量稍多。可以采用“传动润滑剂粘度剪切安定性的测定——圆锥滚子轴承试验机法”，多了一个不错的选择，减少了试样的用量，试验成本和工作量也相对小了，不错！

为了保证齿轮油的剪切安定性，我们一般使用低分子量的聚甲基丙烯酸酯、低分子量的聚异丁烯来作为增粘剂。平均分子量在2000-4000的聚异丁烯，可用于工业齿轮油，能够保证产品的剪切安定性，但须注意这样的聚异丁烯应该是加氢饱和过的，以最大限度地使其中的双键饱和，来保证油品的热氧化安定性没有问题。然而有意思的是，在用氧化实验（SH/T 0123）来进行稠化与非稠化的工业齿轮油对比时，往往稠化的样品之前后粘度的增长趋势更小，何也？增粘剂分子热解聚所致。再者，聚异丁烯的低温粘度太大，以至于它不宜做低粘度的车辆齿轮油的增粘剂使用，此时更多地选择低分子量的聚甲基丙烯酸酯，其实，这也是很少在齿轮油中使用乙丙共聚的OCP的原因。

总之，对于增粘剂，深入探讨其结构和作用机理以及使用性能，于我们而言可能过于复杂了。

1、增粘剂不论是链状结构如OCP或星型结构如CSI（苯乙烯-异丁二烯嵌段共聚），其增粘能力取决于它在油中占有的体积。占有体积愈大，增粘能力愈强。

2、在相同的条件下，只有PMA的粘温系数大于1，能改进基础油的粘温性能。因而含PMA的油的粘度指数VI最高，低温性能最好。

3、剪切稳定性直接影响多机油的粘度级别稳定性，与使用性能关系很大。降低聚合物的分子量可改善剪切稳定性，但添加量大，沉积物增多，清净性变坏（高分子热分解）。所以，增粘能力和剪切稳定性应很好地平衡。

4、非稠化基础油，粘度越小对增粘剂越敏感。PMA的低温性能最好，是配制低粘度、大跨度内燃机油（如5W/40）、低温液压油、ATF、大跨度齿轮油（如75W/90）不可缺少的增粘剂。

5、随着合成和聚合工艺的进步，在增粘剂分子中引入其它基团，如胺基、酰胺基、硼酸酯基等，可有越来越多的多效增粘剂品种出现，相信以后具有抗氧、抗磨、分散等功效的增粘剂是一个发展方向。