De viscositeitsindex (VI) is een eigenschap die normaal gesproken wordt gebruikt om de viscositeit van een vloeistof bij verschillende temperaturen aan te geven. Hoe kleiner de viscositeitsvariatie, hoe hoger de VI. Viscositeitsindex-modificatoren kunnen deze eigenschap wijzigen, en zo helpen om een adequate smering te behouden bij verschillende temperaturen, wat een fundamentele eigenschap is van smeermiddelen.
Viscositeit
Viscositeit is de eigenschap die de afschuifsterkte van een vloeistof bepaalt.
Het is een van de belangrijkste eigenschappen in smeermiddelen, omdat het verantwoordelijk is voor het bepalen van de dikte van de oliefilm, het verbeteren van de smering van het systeem en het verminderen van wrijving en slijtage, waardoor ongepland onderhoud wordt vermeden.
Bovendien beïnvloedt de viscositeit de warmteontwikkeling in sommige systemen; het bepaalt de afdichtende werking van een olie en bijgevolg het verbruik ervan; en ook hoe soepel machines bij lage temperaturen zullen gaan werken.
De viscositeit kan worden bepaald door de kracht te meten die nodig is om de wrijving van een vloeistof te overwinnen in een film van bekende afmetingen. Wanneer het op deze wijze wordt gemeten, wordt het de dynamische of absolute viscositeit genoemd, die gewoonlijk wordt gerapporteerd met de eenheid Poise (P).
De kinematische viscositeit kan worden verkregen door de waarde van de dynamische viscositeit van een vloeistof, gemeten bij dezelfde temperatuur, te delen door de dichtheid. De meest gebruikte eenheid voor deze eigenschap is centistokes (cSt).
Kinematische viscositeit kan worden verkregen met behulp van gekalibreerde glazen capillaire viscositeitsmeters, door de tijd te meten die nodig is om een bepaald volume vloeistof onder invloed van de zwaartekracht door het capillair te laten stromen. Een van de meest erkende referentiemethodologieën voor deze analyse is ASTM D445.
De Saybolt-viscositeit wordt ook gemeten met behulp van een viscositeitsmeter, die een cilindrische doorsnede heeft met een opening aan de onderzijde. De viscositeit wordt verkregen door de tijd te meten die nodig is om 60 ml vloeistof in een ander vat te laten vloeien. De methode die deze analyse beschrijft is ASTM D88 - 07 en het resultaat wordt gerapporteerd met de eenheid Seconds Saybolt Universal (SSU).
Viscositeitsindex
Viscositeitsindex (VI) is de eigenschap van een vloeistof die de relatie van de viscositeit met de temperatuur kwantificeert. Een lage VI wijst op een groter verschil in deze relatie, terwijl een hoge VI wijst op een relatief kleine verandering, wat belangrijk is om de smering van de apparatuur niet te beïnvloeden bij verschillende temperaturen.
De VI van minerale oliën die via de conventionele raffinagemethode worden geproduceerd, varieert afhankelijk van de raffinagetechnologie en kan lager dan 0 en zelfs iets hoger dan 100 zijn. Waterstofbehandelde minerale oliën en sommige synthetische oliën kunnen een VI van meer dan 120 hebben. De VI wordt als zeer laag beschouwd wanneer deze lager is dan 0, laag tussen 0 en 40, gemiddeld tussen 40 en 80, hoog tussen 80 en 120, en zeer hoog boven 120.
De VI wordt berekend op basis van een empirische schaal die is opgesteld door Dean en Davis, die normen hebben met twee reeksen oliën: één die arbitrair wordt beschouwd als VI gelijk aan 100 en een andere die wordt aangeduid als VI gelijk aan 0.
Om de VI van een olie te kunnen berekenen, moet de viscositeit ervan worden gemeten bij 40°C en bij 100°C. Vervolgens wordt de berekening gemaakt op basis van de viscositeit bij 40°C en de viscositeit bij 40°C van de standaarden waarvan de viscositeit bij 100°C gelijk is aan die van de olie waarvan de VI moet worden bepaald, volgens onderstaande formule:
Waarbij:
L = viscositeit bij 40°C van een olie van de norm VI=0, die dezelfde viscositeit bij 100°C heeft als de onderzochte olie;
H = viscositeit bij 40°C van een olie van de norm VI = 100, die dezelfde viscositeit bij 100°C heeft als de onderzochte olie;
U = viscositeit bij 40°C van de onderzochte olie.
In de methode ASTM D2270 kunnen de tabellen worden geraadpleegd voor de bepaling van de VI van Dean en Davis op basis van de kinematische viscositeit of de Saybolt-viscositeit bij 40°C en 100°C.
Viscositeitsindex-modificatoren
Viscositeitsindex-modificatoren zijn polymeren met lange ketens en een hoog moleculair gewicht die ervoor zorgen dat de relatieve viscositeit van een olie bij hoge temperaturen sterker toeneemt dan bij lage temperaturen. Dit is meestal te wijten aan de manier waarop het polymeer zijn fysische configuratie wijzigt naarmate de temperatuur van het mengsel stijgt. Daarbij is waargenomen dat de polymeermolecule een samengetrokken vorm aanneemt bij lage temperaturen, omdat het oplossend vermogen van de olie lager is, waardoor de polymeermoleculen elkaar aantrekken. Bij hoge temperaturen neemt het oplossend vermogen van de olie echter toe, waardoor de polymeermoleculen zich afwikkelen en in volume toenemen. De interactie van olie met deze lange moleculen veroorzaakt een verhoging van de viscositeit van het mengsel. De belangrijkste verbindingen die als Viscositeitsindex-modificatoren worden gebruikt zijn:
Al deze polymeren hebben een lineaire structuur en de keuze van de te gebruiken polymeer zal afhangen van de uiteindelijke toepassing van het smeermiddel.
Polyisobuteen - PIB
Polyisobuteen wordt geproduceerd uit de gecontroleerde katalytische polymerisatie van isobuteen. De typische moleculaire structuur van PIB is weergegeven in figuur 1.
Figuur 1 – Typisch PIB molecuul
PIB is een vloeibaar polymeer, helder, transparant, chemisch stabiel en niet-toxisch, dat in diverse toepassingen wordt gebruikt dankzij de grote verscheidenheid aan kwaliteiten met verschillende molecuulgewichten.
Kwaliteiten met een laag moleculair gewicht hebben smeereigenschappen, terwijl producten met een hoog moleculair gewicht worden gebruikt als viscositeitsindexverbeteraar en verdikkingsmiddel in smeermiddelen.
Bovendien is een belangrijke eigenschap van PIB in diverse toepassingen zijn schone verbranding. PIB verbrandt namelijk volledig zonder asresten wanneer het boven zijn ontbindingstemperatuur van rond 250°C komt.
PIB wordt op grote schaal gebruikt op de markt van industriële smeermiddelen en de toepassing ervan is toegenomen in de suikerrietindustrie wegens zijn hoge viscositeit en hoge VI, naast het feit dat het niet-toxisch en waterafstotend is.
Evaluatie van de viscositeitsindex van minerale oliën met PIB
Viscositeitsanalyses werden uitgevoerd bij 40°C en 100°C en de berekening van de viscositeitsindex in mengsels van minerale oliën met PIB bij Escola SENAI Conde José Vicente de Azevedo.
De viscositeitsanalysemethode was ASTM D445 en voor de viscositeitsindex was ABNT NBR 14358/2012.
Er werden ISO VG 32 en ISO VG 15 minerale oliën gebruikt, alsook Braskem's PIB32, PIB128 en PIB240.
In de tabellen 1 en 2 worden ter referentie enkele typische eigenschappen van deze producten gegeven.
Tabel 1 - Typische eigenschappen van minerale oliesoorten die in de analyse zijn gebruikt
Tabel 2 - Typische eigenschappen van de in de analyses gebruikte PIB-kwaliteiten
Bron: Braskem website
Tabel 3 toont de samenstelling van de geanalyseerde monsters. Het doel was de viscositeit bij 40°C van het mengsel rond 30 cSt te houden, om de VI-resultaten te kunnen vergelijken. Daarom was het nodig de minerale olie ISO VG 32 te mengen met een andere minerale olie met een lagere viscositeit, ISO VG 15, aangezien de gebruikte PIB-kwaliteiten viskeuzer waren.
Tabel 3 - Samenstelling van de geanalyseerde monsters
Tabel 4 toont de verkregen resultaten. In grafiek 1 kunnen de waarden van de viscositeitsindex van monsters met verschillende percentages PIB worden vergeleken.
Tabel 4 - Analyseresultaten
Grafiek 1 - Viscositeitsindex per soort en percentage PIB
Uit de resultaten blijkt dat PIB-kwaliteiten met een hoger moleculair gewicht de viscositeitsindex van het smeermiddel sterker doen toenemen. Een hogere concentratie PIB leidt ook tot een toename van de VI.
Oliën van ISO VG 32 worden veel gebruikt in hydraulische tandwielen. Naast de verhoging van de VI biedt PIB de voordelen dat het geen residu genereert, de scheiding van water en olie verhoogt en een druppelwerende werking heeft dankzij de hoge kleefkracht.
Door het gebruik van viscositeitsindexverbeteraars kan de smering efficiënt zijn bij verschillende temperaturen, waardoor de levensduur van de apparatuur wordt verlengd en de onderhoudskosten worden verlaagd.
18 oktober 2023The Greener Manufacturing Show 2023Leestijd: 2 minuten
13 september 2023Webinar: Carbon footprint for Carnauba WaxLeestijd: 1 minuut
05 september 2023Kunststoffenbeurs 2023Leestijd: 2 minuten
01 augustus 2023De Monchy: Customer Excellence & LoyaltyLeestijd: 2 minuten
11 juli 2023Palm Done Right: Duurzame was voor schonere en gro...Leestijd: 2 minuten
Afspraak maken