Lubricant base oils are the main components in lubricants and have a great influence on the performance of lubricants. Recently, hydrocracked and catalytically dewaxed API group III base oils, so called hydrocracked base oils, are produced and their performance as lubricant base oils is superior to that of conventional base oils, i.e., solvent refined or hydrotreated base oils. In this study, the characteristics of hydrocracked base oils are evaluated and dumbbell blending approaches in automatic transmission fluids design are proposed to enhance performance and to use the complete hydrocracked base oil slate at the same time.
Properties of hydrocracked base oils are compared with those of conventional base oils and of synthetic polyalphaolefins. Hydrocracked base oils showed superior performance in viscometrics, oxidation properties and volatility, while still inferior to polyalphaolefins, especially in the performance of viscometrics. Hydrocracked base oils showed similar frictional behavior compared to polyalphaolefins that are known to be ideal lubricant base oils. Hydrocracked base oils showed a relatively low friction coefficient when compared with solvent refined or hydrotreated base oils.
Based on the fact that hydrocracked base oils have better performances over conventional base oils in viscometrics, volatility and oxidation stability, hydrocracked base oils with low viscosity can be used as base oil for automatic transmission fluids to improve low temperature performances. To enhance low temperature performances while maintaining viscosity at high temperature, a new blending approach, i.e., dumbbell blending was proposed in this study. It is shown that dumbbell blending approach is very effective in improving low temperature performance of automatic transmission fluids and does not hurt other performances like seal compatibility and frictional behavior. Though low viscosity hydrocracked base oils can affect the oxidation performance of automatic transmission fluid, the effect is not significant.
본 논문에서는 수첨 분해 기유를 중심으로 윤활 기유의 특성이 자동차용 윤활유의 성능에 미치는 영향을 파악하기 위한 연구를 수행하였다. API 기유 분류를 기준으로 상업적으로 활용이 가능한 윤활 기유를 선정하여 윤활 기유의 특성 및 단일 첨가제 응답 특성을 평가 하였다. 공인 규격 시험을 통과하고 상업적으로 활용되고 있는 배합식 조사 및 상업용 성능 첨가제를 여러 가지 기유에 적용하여 윤활 기유가 윤활유의 성능 및 첨가제 선정에 미치는 영향을 파악 하였다. 또한 윤활 기유가 윤활유의 마찰 마모 특성에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 바탕으로 수첨 분해 기유를 적용한 고성능 자동변속기유 설계 방법을 제시하고 이의 검증을 수행하였다.
본 연구를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.
1) 용제 추출 기유, 수첨 개질 기유, 수첨 분해 기유 및 PAO에 대한 물성 평가 결과 수첨 분해 기유와 PAO는 점도 특성이 매우 우수하고 증발 감량이 매우 적었다.
2) 용제 추출 기유, 수첨 개질 기유, 수첨 분해 기유 및 PAO에 대한 단일 첨가제 응답 특성을 평가한 결과, 기유의 특성에 따른 첨가제 응답특성이 다르게 나타났으며, 수첨 분해 기유는 첨가제 응답 특성 측면에서 PAO와 유사한 특성을 나타내었다. 특히 수첨 분해 기유와 PAO는 점도 특성, 산화안정성이 매우 우수하였다.
3) 수첨 분해 기유는 용제 추출 기유와 비교하여 점도지수향상제, 분산제 및 산화방지제를 적게 투여하고도 동일한 공인 성능 등급의 제품을 제조할 수 있으며, 특히 고온에서 윤활 기유 점도가 높은 제품의 제조가 가능하였다.
4) 동일한 성능 첨가제를 투여할 경우, 수첨 분해 기유를 적용하면 용제 추출 기유 적용 시와 비교하여 매우 우수한 저온 성능 및 산화안정성을 나타내는 제품을 설계 할 수 있었다.
5) 여러 가지 윤활 기유 및 첨가제를 투여한 윤활 기유에 대하여 마찰 마모 특성을 평가한 결과 윤활 기유의 조성에 따라 서로 다른 마찰 마모 특성을 나타내었으나, 각각의 기유간의 마찰 마모 특성 차이는 저온 조건에서 더 적게 나타났다. 특히 API 그룹 III 기유는 그룹 IV 기유와 비슷한 마찰 마모 거동을 나타내었다.
6) 수첨 분해 기유를 활용한 덤벨 블렌딩을 통하여 저온 점도 특성이 개선된 자동변속기유를 설계 하고 성능을 검증하여 덤벨 블렌딩 방법이 자동 변속기유 설계에 매우 적합한 방법임을 제시하였다.
7) 덤벨 블렌딩시 저점도 기유를 저유동점화 하는 것이 저온 점도 특성 개선에 효과적이었다.
