Lepkość strukturalna CCS.
W kontekście technologii materiałów – baza olejowa może mieć istotny wpływ na lepkość strukturalną. Typowy olej silnikowy składa się z 80 – 90% bazy olejowej oraz 20 – 10% dodatków. Najbardziej istotnym elementem tej mieszaniny jest olej bazowy, którego wytwarzaniem zajmuje się kilka firm na świecie. W ogólnym zarysie rozróżnia się bazy:
Oleje mineralne są znane na świecie od bardzo długiego czasu. Produkowane są dwa rodzaje bazy mineralnej – choć w praktyce używa się już tylko jednej:
- Baza grupy I - najprostsza, najtańsza w używaniu i dziś już praktycznie nieobecna na rynku
w formie samodzielnie występującej.
- Baza grupy II - doskonalsza forma bazy mineralnej powstająca już w procesie hydrokrakingu. Baza ta zapewnia większe możliwości zastosowania oleju i znacząco (w stosunku do bazy
z grupy I), wydłuża życie samego oleju.
W kategoryzacji baz olejowych stosowanych w produkcji olejów silnikowych, grupę III stanowią bazy hydrosyntetyczne. Oleje wytworzone na bazach z grupy III często są określane przez producentów jako oleje wytworzone w technologii syntetycznej. Pomimo używania terminu „syntetyczny”, nie oznacza to, że są to oleje powstałe na bazie syntetycznej. Bazy z grupy III są nadal wytwarzane z ropy naftowej, ale przy użyciu najnowszych technologii dostępnych obecnie. Co je charakteryzuje? Przede wszystkim ich budowa molekularna oraz właściwości fizykochemiczne są podobne do tych, jakie posiadają bazy syntetyczne. Oleje oparte na dużym udziale baz z grupy III cechują się wysoką jakością, odpornością na utlenianie oraz bardzo dobrymi właściwościami smarnymi. Niemniej jednak, powinny być one nadal klasyfikowane jako oleje mineralne lub – jeśli część ich bazy stanowią bazy syntetyczne – oleje półsyntetyczne. Zdecydowanie nie powinny być traktowane jako oleje syntetyczne.
Bazy olejowe syntetyczne powstają poprzez skomplikowane reakcje chemiczne, znane jako synteza chemiczna węglowodorów. Nie pochodzą one z ropy naftowej, ale z gazu ziemnego. Syntetyczne bazy olejowe dzielą się, według wspomnianej klasyfikacji, na dwie grupy:
Grupa IV – bazy syntetyczne z grupy IV, to tzw. bazy PAO (skrót od Poly-Alpha-Olefin), a rzadziej POE i PAG. Polialfaolefiny są doskonałej jakości bazami syntetycznymi, całkowicie nasycone i (przynajmniej w teorii), nie zawierające związków siarki.
Grupa V – baza syntetyczna składająca się głównie z estrów oraz z pozostałych substancji, które nie można przyporządkować do żadnej z pozostałych 4 grup. Estry znoszą nawet najwyższe temperatury, jednak nigdy nie są stosowane samodzielnie.
W pełni syntetyczne oleje silnikowe tworzone są na bazie, która stanowi mieszankę baz z grupy IV i V. Dzieje się tak, ponieważ same estery, choć zapewniają dużą stabilność przy niskich i wysokich temperaturach, nie są w stanie połączyć się z dodatkami niezbędnymi do produkcji olejów. Połączenie ich z bazami PAO umożliwia osiągnięcie optymalnej bazy, uważanej za najdoskonalszą, jaką dotąd udało się stworzyć przemysłowi rafineryjnemu i chemicznemu.
Lepkość strukturalna CCS – im niższy wynik, tym lepszy CCS.
Każdy z nas już dobrze wie, że oznaczenie oleju, np. 10W40 to opis, który odnosi się do osiągów w niskich i wysokich temperaturach.
Tak więc lepkość strukturalna dla poszczególnych olejów wygląda w następujący sposób:
- SAE 0W – w -35°C wynik CCS < 6200.
- SAE 5W – w -30°C wynik CCS < 6600.
- SAE 10W – w -25°C wynik CCS < 7000.
- SAE 15W – w -20°C wynik CCS < 7000.
- SAE 20W – w -15°C wynik CCS < 9500.
Olej pochodzenia mineralnego może nie zachowywać się stabilnie w krytycznych warunkach pracy, gdzie cząsteczki oleju mogą ulec rozbiciu, prowadząc do zmniejszenia lepkości oraz powstawania sadzy i nagaru. Dodatki rozpuszczalnikowe, mające zapewnić właściwą lepkość w niskich temperaturach, mogą generować drobne cząstki sadzy i żużla, utrudniając utrzymanie filmu olejowego.
Spadek lepkości może negatywnie wpłynąć na trwałość filmu olejowego, szczególnie w warunkach wysokich obrotów i temperatur. Ruchome części silnika działają na filmie olejowym. Specyfikacja SAE J300 określa cztery różne typy lepkości: lepkość kinematyczną w 100°C (KV100), maksymalną dopuszczalną lepkość strukturalną (CCS), graniczną temperaturę pompowalności oraz lepkość wysokotemperaturową (HTHS).
Wraz ze zmianami temperatury otoczenia, lepkość oleju zmienia się. Dlatego klasyfikacja SAE J300 uwzględnia lepkość strukturalną (CCS) i graniczną temperaturę pompowalności. W warunkach ekstremalnych, takich jak wysoka temperatura w łożyskach silnika, może dojść do rozdrobnienia cząsteczek oleju i spadku jego lepkości. Aby zapewnić odpowiednie smarowanie również w niskich temperaturach specyfikacja SAE J300 określa maksymalną dopuszczalną lepkość strukturalną (CCS) dla każdej klasy lepkości.
