特科多TECNOLUBE多臂球形HSV粘度指数改进剂在工业润滑油等多领域的应用

 

｜作者：万书晓，特科多添加剂（深圳）有限公司总经理，中国石油化工科学院研究生毕业，中国内燃机学会理事、中国标准委员会委员、深圳市宝安区高层次人才。编著《汽车发动机冷却液》第一、第二版。

 

►►►工业油领域的应用优势与特性

多臂球形聚合物具有高度支化的三维网络结构，与传统线性高分子（如OCP、PIB）相比，其分子链在溶液中的流体力学体积随温度变化的响应更灵敏。

★窄分子量分布
HSD通过控制聚合反应条件（如引发剂比例、温度），减少低效分子链的生成，确保分子量分布（PDI）接近单分散（PDI<1.5）。这避免了高分子量组分在剪切中优先降解的问题。

★加氢饱和双键
合成后的HSD需经过深度加氢处理，消除丁二烯或异戊二烯单元中的不饱和双键，提升热氧化安定性。例如，加氢后双键饱和度达98%以上，减少高温下分子链断裂的可能性。

低温时：分子链收缩更均匀，减少对基础油流动性的阻碍，低温泵送性能优于传统线型聚合物（如OCP）。

高温时：球形结构展开更充分，增稠能力提升20%-30%，显著提高高温粘度保持率。

★剪切稳定性
优化球形结构的支化点可分散机械剪切应力，减少主链断裂风险。实验表明，其剪切稳定指数（SSI）比传统VII低15%-20%，例如在10%添加量下SSI可控制在15以下，而传统OCP通常为25。

►►►新能源车热管理系统的应用

针对电动汽车减速箱与电池冷却系统，多臂球形VII可适配低粘度基础油（如0W-16），在-40℃至150℃范围内保持粘度稳定性，满足特斯拉、比亚迪等厂商的长寿命要求。

►►►工业齿轮油与液压油的应用

在矿山机械等高压场景中，其抗剪切特性可减少设备磨损，延长换油周期至2000小时以上（传统方案为1200小时）。

★重要作用
多臂球形HSV粘度指数改进剂在风电齿轮油中具有重要作用：

1）改善粘温性能原理：风电设备运行环境温度变化大，多臂球形HSV粘度指数改进剂可在高温时保持齿轮油的稠度，防止因温度升高导致粘度大幅下降，使油膜厚度得以维持，保证润滑效果；在低温时能降低齿轮油的粘度，确保其具有良好的流动性，使设备在寒冷环境下也能顺利启动。

优势：与其他类型的粘度指数改进剂相比，多臂球形HSV粘度指数改进剂的特殊分子结构使其在改善粘温性能方面表现更优。它能在更宽的温度范围内，将风电齿轮油的粘度控制在合适的范围内，减少因温度变化引起的粘度波动。

2）提升抗剪切性能原理：风电齿轮在运行过程中，齿轮油会受到强烈的剪切力作用。多臂球形HSV粘度指数改进剂具有良好的抗剪切稳定性，其分子结构能够抵抗剪切力的破坏，保持分子的完整性，从而维持齿轮油的粘度稳定。

优势：可以有效防止齿轮油在长期使用过程中因剪切作用而导致粘度下降，延长齿轮油的使用寿命，减少换油频率，降低维护成本。例如，在一些长期运行的风电项目中，使用含有多臂球形HSV粘度指数改进剂的齿轮油，可使齿轮油的性能在较长时间内保持稳定，减少了因齿轮油性能下降而导致的设备故障。

3）增强抗氧化性能原理：多臂球形HSV粘度指数改进剂具有一定的抗氧化性，它可以抑制齿轮油在高温、高压和金属催化等条件下的氧化反应，减少氧化产物的生成，如酸类、胶质和油泥等。

优势：有助于延长风电齿轮油的使用寿命，保持齿轮油的清洁度，防止因氧化产生的酸性物质对齿轮和轴承造成腐蚀，同时也能避免因油泥和胶质的生成而堵塞过滤器和影响散热。

4）对其他性能的影响过滤性能：一般情况下，多臂球形HSV粘度指数改进剂不会对风电齿轮油的过滤性能产生不良影响。但如果添加剂的配方不合理或与其他添加剂存在相互作用，可能会导致在过滤过程中出现一些问题，如过滤器堵塞等。因此，在实际使用中，需要选择合适的添加剂配方，并进行过滤性能测试，以确保齿轮油的过滤性能符合要求。

耐水性：多臂球形HSV粘度指数改进剂本身对水的敏感性较低，不会因少量水分的存在而影响其性能。然而，风电齿轮箱在运行过程中可能会受到水的侵入，因此齿轮油需要具备良好的耐水性。在配方设计时，通常会结合其他添加剂来提高齿轮油的耐水性，使齿轮油在有水的情况下也能保持稳定的性能，防止因水的存在而导致齿轮油乳化、变质等问题。

多臂球形HSV的特殊分子结构（如特科多TECNOLUBE HSV l810系列）具有高支化度、低缠结性的特点，相较于传统线性聚合物（如聚甲基丙烯酸酯PMA），其增粘效率提升30%-50%。这一特性使得在相同粘度指数要求下，HSV l810的添加量可降低至传统添加剂的1/2-2/3。例如：线性聚合物：添加量通常为1.5%-3%（如聚异丁烯）；多臂球形HSV：添加量可控制在0.8%-2%，极端工况下最高不超过3%。

★典型添加比例范围与适用场景
根据风电齿轮油的基础油类型和工况复杂度，HSV l810的添加比例可划分为以下三类，具体如图表1所示。
 

示例：某海上风电齿轮油采用PAO6+PAO40复合基础油，HSV l810添加量为1.2%，配合0.8%抗氧剂、1.5%极压抗磨剂，实现粘度指数165、低温启动粘度（-30℃）≤15000mPa·s 的性能指标。某内陆风电齿轮油使用矿物油基础油，HSV l810添加量为2.5%，搭配1.0% 降凝剂，满足- 25℃倾点要求。
 

★关键影响因素与调整策略
1）基础油特性
粘度匹配：基础油40℃运动粘度越高，HSV l810添加量可适当降低。例如：ISO VG 320基础油：HSV添加量0.8%-1.2%；ISO VG 680基础油：HSV添加量0.5%-0.8%。
极性差异：酯类油的极性会增强HSV的溶解稳定性，可减少0.2%-0.5%的添加量。

2）工况参数
温度范围：每增加10℃工作温度，HSV l810添加量需提高0.1%-0.3%；每降低10℃启动温度，HSV l810添加量需提高0.2%-0.4%10。
载荷强度：齿面接触应力>1500MPa时，HSV l810添加量需增加0.3%-0.5% 以强化油膜强度。

3）添加剂配伍性
极压抗磨剂：硫磷型添加剂（如硫化异丁烯）可能与HSV l810发生氢键作用，需将HSV l810添加量减少0.1%-0.2%。
抗氧剂：酚型抗氧剂（如2,6-二叔丁基对甲酚）可提升HSV l810的热稳定性，允许降低 0.1%-0.3%的添加量。

★行业标准与制造商建议
1）国际标准
ISO 12925-1：要求风电齿轮油粘度指数≥140，未规定具体添加剂比例，但推荐通过 HSV l810实现粘度稳定性。
API GL-5：针对重负荷齿轮油，建议 HSV l810添加量≤3%以避免低温流动性恶化。

2）制造商实践
ExxonMobil SpectraSyn Elite：采用茂金属PAO基础油，HSV l810添加量0.8%-1.5%，配合抗氧剂实现>5年换油周期。
Shell Omala S5 Wind：PAO+酯类复合基础油，HSV l810添加量1.0%-1.8%，适用于- 40℃至120℃宽温域。

★性能验证与优化案例
1）台架试验
FZG齿轮试验：添加1.2%HSV l810的齿轮油通过13级失效测试，油膜厚度提升20%。
低温泵送试验：添加1.5%HSV l810的矿物油齿轮油在-30℃下的表观粘度为 12000mPa·s，满足ISO 12925-1要求。

2）现场应用
某海上风电场：将HSV l810添加量从1.0%调整至1.2%后，齿轮箱油温降低5-8℃，振动值下降15%。
某低温风电场：HSV l810添加量从1.8%提高至2.0%后，冬季启动时间缩短40%。

★风险控制与质量监控
剪切稳定性：采用超声波剪切试验（ASTM D6278）监测HSV l810分子降解，要求剪切稳定性指数（SSI）≤20。
氧化安定性：通过旋转氧弹试验（ASTM D2272）评估HSV l810与抗氧剂的协同效应，氧化寿命需>300分钟。
过滤性能：控制HSV l810分子量分布（PDI≤1.5），避免在10μm过滤时出现堵塞。

结论：多臂球形HSV l810粘度指数改进剂在风电齿轮油中的最优添加比例为0.8%-2.0%，具体需根据基础油类型、工况条件及添加剂配伍性动态调整。建议通过响应面法（RSM）建立数学模型，结合经济性分析（如添加剂成本与换油周期的平衡）确定最终配方。在极端工况下，可采用梯度添加策略（如初始添加1.2%，运行6个月后补充0.3%）维持长期性能稳定。

►►►其它领域的应用优势与特性

多臂球形聚合物具有多个支链从同一核心向外延伸的三维结构（类似雪花状），这种设计带来以下特性：

★高支化密度
紧密的支链排布可形成稳定的空间位阻效应，减少分子链缠绕，提升在基础油中的分散性和溶解效率。

★低黏度特性
与传统线型聚合物相比，星形结构在相同分子量下黏度更低，有利于降低润滑剂流动阻力，优化能效。

★可控的官能团修饰
末端官能团可灵活接枝极性基团（如羧酸、羟基等），增强与金属表面的吸附能力，形成更均匀的润滑保护膜。

►►►高端减振器油的应用

多臂球形HSV粘度指数改进剂通过分子结构创新，在高端减振器油中实现了粘度稳定性、低温流动性和抗剪切性能的平衡。其应用不仅提升了减振器的动态响应和耐久性，还推动了润滑油向低粘度、长寿命方向发展。随着新能源汽车和极端工况设备的普及，HSV类VII有望成为高端减振器油的主流添加剂。

极地科考车辆：HSV6050调配的减振器油在-50℃的倾点（<-60℃）和粘度指数（>320）满足北极地区作业需求。

沙漠工程机械：HSV1050的热氧化安定性（旋转氧弹寿命>400min）有效防止油品在高温下结焦。

►►►润滑脂的应用

★重要作用
1）改善粘温性能：润滑脂的粘度随温度变化而变化，加入多臂球形HSV粘度指数改进剂可改善其粘温性能。该改进剂的高分子线圈在高温下伸展，使润滑脂在高温时保持适当粘度，提供良好的润滑保护；在低温下收缩，降低润滑脂在低温时的粘度，使其保持较好的流动性，确保在寒冷环境下也能顺利涂抹和发挥润滑作用，可满足不同工作温度条件下的使用要求。

2）提高机械安定性：多臂球形HSV粘度指数改进剂具有特殊的分子结构，能增强润滑脂的结构强度。在受到机械剪切作用时，如在机械设备的运转过程中，改进剂的分子可以通过可逆形变吸收能量，减少润滑脂结构的破坏，使其保持稳定的稠度和润滑性能，降低润滑脂在使用过程中因机械作用而导致的性能下降风险，延长润滑脂的使用寿命。

3）增强抗磨性能：多臂球形HSV粘度指数改进剂可在金属表面形成一层均匀的润滑膜，能有效降低摩擦副之间的摩擦系数，减少金属表面的磨损。这对于提高机械设备的可靠性和耐久性非常重要，特别是在高负荷、高转速等苛刻的工作条件下，可以更好地保护设备部件，降低维修成本和停机时间。

4）改善胶体安定性：有助于提高润滑脂的胶体稳定性，防止润滑脂在储存和使用过程中出现油皂分离现象。它可以使润滑脂中的基础油和稠化剂更好地结合在一起，保持润滑脂的均匀结构，从而保证润滑脂的性能稳定。

★关键参数解析
HSV粘度指数改进剂在润滑脂中的最佳使用比例需综合基础油类型、稠化剂特性、应用场景及HSV型号等因素动态调整。以下是基于技术特性和应用实践的关键参数解析：

锂基脂：与12-羟基硬脂酸锂复配时，HSV最佳比例为2.0-2.5%。此时皂纤维网络与 HSV 多臂结构形成互穿网络，机械安定性（10 万次剪切后锥入度变化）≤30，显著优于传统OCP的50。

复合锂基脂：因含小分子酸（如癸二酸），HSV加剂量可提升至2.5-3.5%。例如，在复合锂基脂中添加3.0%HSV6050，可使滴点从260℃提升至280℃，同时高温轴承寿命延长40%。

聚脲脂：HSV添加量通常为1.2-2.0%。聚脲稠化剂的三维氢键网络与HSV的可逆形变特性协同，可使150℃高温下的析油量从 8%降至4%。

★应用场景差异化
低温工况（-40℃以下）：优先选择线型二嵌段HSV（如HSV l810），添加量1.0-1.5%，可使-40℃相似粘度≤1500mPa·s，冷启动转矩降低20%。

高温重载工况（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，同时四球机烧结负荷（PD 值）从3000N提升至4500N。

长寿命工业脂：添加1.5-2.5% HSV1050，配合0.5%胺类抗氧剂和1.0%硫代磷酸盐极压剂，可使氧化诱导时间（PDSC 法）从8min延长至25min，换油周期延长 50%。

★性能平衡与优化策略
1）粘温性能与低温流动性的平衡
高温场景：HSV 加剂量增加会提升粘度指数，但可能导致低温流动性下降。例如，在PAO10 基础油中，HSV添加量从 1.0%增至2.0% 时，粘度指数从140提升至180，但-30℃CCS 粘度从3200mPa·s 升至 4500mPa·s。需通过调整基础油粘度（如 PAO4+PAO10复配）或复配降凝剂（如聚甲基丙烯酸酯）来优化。

低温场景：HSV l810添加1.2%时，可使-40℃表观粘度≤2000mPa·s，同时100℃运动粘度保持≥30mm²/s。此时需控制稠化剂含量（如锂皂≤12%）以避免结构过度硬化。

2）机械安定性与胶体安定性的协同
高剪切工况：HSV添加量≥2.5%时，分子链的可逆形变可吸收剪切能量，使机械安定性（10万次剪切后锥入度变化）≤25。但需注意过量添加可能导致分油增加，例如添加3.5% 时，钢网分油（100℃，24h）从5%增至8%，需通过复配结构改善剂（如甘油）来平衡。

胶体稳定性：HSV与膨润土稠化剂复配时，添加量1.5-2.0%可形成“聚合物 - 黏土”协同结构，使分油量从12%降至6%，同时锥入度保持率（100℃,24h）从70%提升至 85%。典型应用配方参考见图表2。
 

★操作建议与风险控制
分散工艺优化：HSV需在高温（120-150℃）下与基础油充分溶解，建议采用高剪切乳化机（线速度≥15m/s）分散 30分钟，确保分子链完全舒展。

添加剂配伍性：避免与高碱性清净剂（TBN＞20）直接混合，可能导致HSV分子链降解。建议先将HSV与基础油预混，再加入其他添加剂。

性能验证：重点测试剪切安定性（如四球机长期磨损试验）和热氧化稳定性（如压力差示扫描量热法），确保实际工况下的性能衰减≤15%。

★行业标准与认证
适配乘用车脂：满足GM 9986191、Ford WSS-M2C153-H等规格时，HSV加剂量通常为1.8-2.2%，需同时通过-40℃低温转矩和 150℃高温轴承寿命测试。

工业脂：符合ISOVG 220规格时，HSV 添加量约2.0-2.5%，需通过 DIN 51819 剪切安定性（粘度损失≤10%）和 ASTM D942 氧化安定性（压力降≤0.35MPa）认证。

结论：HSV粘度指数改进剂在润滑脂中的最佳使用比例通常为1.0-3.5%，具体需根据基础油类型、稠化剂特性和应用场景动态调整。在乘用车低粘度脂中推荐 1.5-2.5%，高温重载脂中建议2.5-3.5%，低温脂中控制在1.0-1.5%。实际应用中，需通过复配抗氧剂、极压剂等添加剂，并结合分散工艺优化，最大化HSV的分子结构优势，实现粘温性能、机械安定性和长寿命的综合平衡。建议优先参考特科多HSV产品技术手册（如 HSV1050/6050数据表），并通过小样试验验证关键性能指标。