Comprendre les différences entre les formulations d’huile de base.

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Tous les lubrifiants contiennent une huile de base. Il sert de base au lubrifiant avant d’être mélangé avec des additifs ou un épaississant dans le cas d’une graisse. Mais comment savoir quelle huile de base est la meilleure ? Essayer de choisir entre les huiles minérales et les synthétiques peut être déroutant. Cet article décomposera la complexité entre les formulations d’huile de base afin que vous puissiez prendre la bonne décision pour chaque application.

Catégories d’huiles de base

Les lubrifiants peuvent être classés de différentes manières. L’une des classifications les plus courantes est celle de l’huile de base constitutive : minérale, synthétique ou végétale. L’huile minérale, qui est dérivée du pétrole brut, peut être produite dans une gamme de qualités associées au processus de raffinage de l’huile. Les synthétiques sont fabriqués par l’homme par le biais d’un processus de synthèse et se présentent sous plusieurs formulations avec des propriétés uniques pour l’usage auquel ils sont destinés. Les huiles de base végétales, qui sont dérivées d’huiles végétales, représentent un très faible pourcentage des lubrifiants et sont principalement utilisées pour des intérêts renouvelables et environnementaux.

Caractéristiques de l’huile de base

Toutes les huiles de base ont des caractéristiques qui déterminent leur capacité à résister à une variété de défis de lubrification. Pour une huile minérale, l’objectif du processus de raffinage est d’optimiser les propriétés résultantes pour produire un lubrifiant supérieur. Pour les huiles générées synthétiquement, l’objectif des différentes formulations est de créer un lubrifiant avec des propriétés qui peuvent ne pas être réalisables dans une huile minérale. Qu’elle soit minérale ou synthétique, chaque huile de base est conçue pour une application spécifique.

Certaines des propriétés les plus importantes de l’huile de base comprennent les limites de viscosité et l’indice de viscosité, le point d’écoulement, la volatilité, l’oxydation et la stabilité thermique, le point d’aniline (une mesure de la solvabilité de l’huile de base vis-à-vis d’autres matériaux, y compris les additifs) et la stabilité hydrolytique (la résistance du lubrifiant à la décomposition chimique en présence d’eau).

Synthétique ( S )

Forces ( F )

Faiblesses ( Fbl )

( S ) – Polyalphaoléfines (PAO) Température de fonctionnement maximale : 270 °F/132 °C

( F ) – Haut VI, haute stabilité à l’oxydation thermique, faible volatilité, bonnes propriétés d’écoulement à basses températures, non toxique et compatible avec les huiles minérales

( Fbl ) – Biodégradabilité limitée, solubilité limitée des additifs, risque de retrait du joint

( S ) – Diesters et polyolesters Température de fonctionnement maximale : 360 °F/182 °C

( F ) – Non toxique, biodégradable, haut VI, bonnes propriétés à basse température, miscible avec les huiles minérales

( Fbl ) – Faibles viscosités uniquement, mauvaise stabilité hydrolytique, compatibilité limitée des joints et des peintures

( S ) – Esters Phosphiques Température de fonctionnement maximale : 240 °F/116 °C

( F ) – Résistant au feu, se biodégrade rapidement, excellente résistance à l’usure et protection contre les éraflures

( Fbl ) – Faible VI, compatibilité limitée des joints, non miscible avec les huiles minérales, stabilité hydrolytique modérée

( S ) – Polyalkylène glycols (PAG) Température de fonctionnement maximale : 300 °F/149 °C

( F ) – Excellent pouvoir lubrifiant, non toxique, bonne stabilité thermique et oxydative, VI élevé

( Fbl ) – Additifs légèrement miscibles, non miscibles avec les huiles minérales, compatibilité limitée des joints et des peintures

( S ) – Silicones Température de fonctionnement maximale : 450 °F/232 °C

( F ) – VI le plus élevé, stabilité chimique élevée, excellente compatibilité avec les joints, très bonne stabilité thermique et oxydative

( Fbl ) – Les pires propriétés de lubrification du film mixte et limite, non miscible avec les huiles minérales ou les additifs

Comparaison des propriétés essentielles des huiles de base

Groupes d’huiles de base

Le 20e siècle a vu un certain nombre d’améliorations dans le processus de raffinage utilisé pour les huiles minérales ainsi que l’introduction d’une variété de produits synthétiques. Au début des années 1990, l’American Petroleum Institute (API) avait classé toutes les huiles de base en cinq groupes, les trois premiers groupes étant dédiés aux huiles minérales et les deux groupes restants principalement des huiles de base synthétiques.

Les groupes I, II et III sont toutes des huiles minérales avec une sévérité croissante du processus de raffinage. Les huiles de base du groupe I sont créées à l’aide de la technologie d’extraction au solvant ou de raffinage au solvant. Cette technologie, utilisée depuis les débuts du raffinage de l’huile minérale, vise à extraire les composants indésirables de l’huile tels que les structures cycliques et les composés aromatiques.

Les huiles de base du groupe II sont produites à l’aide d’hydrogène gazeux dans un processus appelé hydrogénation ou hydrotraitement. Le but de ce processus est le même que pour le raffinage au solvant, mais il est plus efficace pour convertir les composants indésirables comme les aromatiques en structures d’hydrocarbures souhaitables.

Les huiles de base du groupe III sont fabriquées à peu près de la même manière que les huiles minérales du groupe II, sauf que le processus d’hydrogénation est couplé à des températures et des pressions élevées. En conséquence, presque tous les composants indésirables dans l’huile sont convertis en structures d’hydrocarbures souhaitables.

Lorsque vous comparez les propriétés entre les groupes d’huiles de base minérales, vous constaterez généralement de plus grands avantages avec celles qui sont plus raffinées, y compris celles qui ont une stabilité à l’oxydation, une stabilité thermique, un indice de viscosité, un point d’écoulement et des températures de fonctionnement plus élevés. Bien sûr, à mesure que l’huile devient plus raffinée, certaines faiblesses clés apparaissent également, ce qui peut affecter la solubilité et la biodégradabilité des additifs.

Le groupe IV est dédié à un seul type de synthétique appelé polyalphaoléfine (PAO). C’est l’huile de base synthétique la plus utilisée. Les PAO sont des hydrocarbures générés synthétiquement avec une queue oléfinique formée par un processus de polymérisation impliquant du gaz éthylène. Le résultat est une structure qui ressemble beaucoup à la forme la plus pure des huiles minérales décrites dans le groupe III. Les avantages des PAO par rapport à l’huile minérale comprennent un indice de viscosité plus élevé, d’excellentes performances à basse et haute température, une stabilité à l’oxydation supérieure et une volatilité plus faible. Cependant, ces lubrifiants synthétiques peuvent également présenter des lacunes en ce qui concerne la solubilité des additifs, le pouvoir lubrifiant, le retrait du joint et la résistance du film. Tout comme les huiles minérales, les PAO sont largement utilisés pour les applications de lubrification et sont souvent l’option préférée lorsque des températures plus élevées sont attendues.

Le groupe V est attribué à toutes les autres huiles de base, notamment synthétiques. Certaines des huiles les plus courantes de ce groupe comprennent les diesters, les polyolesters, les polyalkylène glycols, les esters de phosphate et les silicones.

Le diester (ester d’acide dibasique) est fabriqué par une réaction d’acide dibasique avec de l’alcool. Les propriétés résultantes peuvent être ajustées en fonction des types d’acide dibasique et d’alcool utilisés.

Le polyolester est fabriqué par une réaction d’acide monobasique avec un alcool polyhydrique. Tout comme les diesters, les propriétés résultantes dépendront de ces deux types de constituants.

Le polyalkylène glycol (PAG) est produit par une réaction impliquant des oxydes d’éthylène ou de propylène et de l’alcool pour former divers polymères. Un certain nombre de produits PAG sont développés sur la base de l’oxyde utilisé, qui influencera finalement la solubilité dans l’eau de l’huile de base.

L’ester de phosphate est créé par une réaction d’acide phosphorique et d’alcool, tandis que les silicones sont formulées pour avoir une structure silicium-oxygène avec des chaînes organiques attachées. Chacun de ces synthétiques a des forces et des faiblesses spécifiques, comme indiqué dans le tableau ci-dessus.

Applications

En général, les matières synthétiques peuvent offrir de plus grands avantages en ce qui concerne les propriétés influencées par les températures extrêmes, telles que la stabilité oxydative et thermique, ce qui peut contribuer à une durée de vie prolongée. Dans les situations où le lubrifiant rencontrera des démarrages à froid ou des températures de fonctionnement élevées, les synthétiques comme les PAO fonctionneront généralement mieux que les huiles minérales. Les PAO présentent également des caractéristiques améliorées en matière de désémulsibilité et de stabilité hydrolytique, qui influencent la capacité du lubrifiant à gérer la contamination par l’eau.

Alors que les PAO sont idéales pour des applications telles que les huiles moteur, les huiles pour engrenages, les huiles pour roulements et d’autres applications, l’huile minérale reste l’huile prédominante de choix en raison de son faible coût et de ses capacités de service raisonnables. Avec plus de 90 % d’utilisation sur les marchés industriels et automobiles, l’huile minérale a consolidé sa place en tant qu’huile de base la plus courante dans la majorité des applications.

4 choses à savoir sur les huiles de base

  1. Toutes les huiles de chaque type d’huile de base ne sont pas identiques, car les formulations peuvent produire des distinctions uniques. Par conséquent, les propriétés décrites pour chaque type d’huile de base sont généralisées pour la catégorie dans son ensemble.
  2. Les huiles du groupe III sont parfois annoncées comme synthétiques. Il est entendu que le processus de raffinage a sévèrement modifié l’hydrocarbure d’origine, synthétisant ainsi le produit le plus pur.
  3. Les fluides à base d’eau sont une alternative lorsque la résistance au feu est impérative et que les propriétés typiques des lubrifiants comme la viscosité ou le pouvoir lubrifiant sont moins importantes.
  4. Soyez prudent lorsque vous changez de lubrifiant, en particulier lorsqu’ils ont des huiles de base différentes, car ils peuvent être incompatibles les uns avec les autres.

L’huile minérale paraffinique, qui est représentée dans les groupes I, II et III, peut offrir un indice de viscosité plus élevé et un point d’éclair plus élevé par rapport aux huiles minérales naphténiques, qui ont des points d’écoulement plus bas et une meilleure solvabilité additive. Même si l’huile naphténique est à base minérale, elle est considérée comme une huile du groupe V car elle ne satisfait pas aux qualifications de l’API pour les groupes I, II et III. Les caractéristiques uniques des huiles minérales naphténiques en ont souvent fait de bons lubrifiants pour les huiles de moteur de locomotive, les huiles réfrigérantes, les huiles de compresseur, les huiles de transformateur et les huiles de traitement. Néanmoins, les huiles paraffiniques continuent d’être l’option préférée pour les applications à haute température et lorsqu’une durée de vie plus longue du lubrifiant est requise.

Les synthétiques à base d’esters, tels que les diesters et les polyolesters, présentent des avantages en termes de biodégradabilité et de miscibilité avec d’autres huiles. En fait, il est courant que des diesters et des polyolesters soient mélangés avec des PAO lors du mélange d’additifs pour aider à accepter des ensembles d’additifs plus importants. Les diesters et les polyolesters sont souvent utilisés comme huile de base pour les fluides de compresseur, les applications de graisse à haute température et même les huiles pour roulements ou pour engrenages. Parce qu’ils sont connus pour bien fonctionner à des températures plus élevées, les polyolesters ont également été largement utilisés pour les huiles pour moteurs à réaction.

Comparés à d’autres huiles, les polyalkylène glycols (PAG) ont un indice de viscosité beaucoup plus élevé et de bonnes caractéristiques de détergence, de lubrification et de stabilité à l’oxydation et à la chaleur. Les PAG peuvent être formulés pour être hydrosolubles ou insolubles et ne forment pas de dépôts ou de résidus dans des conditions de fonctionnement extrêmes. Les PAG peuvent être utilisés dans un certain nombre d’applications, telles que l’huile de compresseur, le liquide de frein, l’huile de chaîne haute température, l’huile d’engrenage à vis sans fin et le fluide de travail des métaux, ainsi que pour les applications avec des exigences de qualité alimentaire, de biodégradabilité ou de résistance au feu.

Les esters de phosphate sont principalement bénéfiques pour les applications résistantes au feu. Ils sont souvent utilisés dans les turbines hydrauliques et les compresseurs en raison de leurs propriétés uniques, notamment des températures d’allumage élevées, une stabilité à l’oxydation et de faibles pressions de vapeur.

Les synthétiques à base de silicone sont rarement utilisés dans les applications industrielles, mais ils peuvent être avantageux à des températures extrêmement élevées, lorsque le lubrifiant entre en contact avec des produits chimiques ou lorsqu’il est exposé à des radiations ou à de l’oxygène. Ces synthétiques ont un indice de viscosité très élevé et sont parmi les meilleures options pour l’oxydation et la stabilité thermique car ils sont chimiquement inertes.

Sélection d’une huile de base

Lorsque vous choisissez une huile de base, il y aura des compromis dans les propriétés lubrifiantes requises pour l’application. Un exemple courant est la viscosité. Une viscosité plus élevée fournit une résistance de film adéquate, tandis qu’une viscosité plus faible offre une fluidité à basse température et une consommation d’énergie réduite. Dans certains cas, vous préférerez peut-être avoir un équilibre entre les deux afin qu’il n’y ait pas trop de compromis de part et d’autre. Le tableau de la page 33 montre une comparaison des propriétés les plus essentielles pour chaque huile de base.

Bien qu’il ne soit pas nécessairement important de comprendre la manière dont l’huile a été fabriquée, il est essentiel de connaître les options d’huile de base disponibles et les avantages et les inconvénients qu’elles offrent. L’optimisation de votre sélection de lubrifiants peut aider à minimiser les risques de défaillance de la machine. Bien que les synthétiques soient à juste titre plus chers que l’huile minérale, le coût d’une défaillance de l’équipement est généralement beaucoup plus élevé. Si le coût est un facteur clé dans votre décision, assurez-vous de choisir judicieusement.

Références

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Greaves, M. (2013). « Polyalkylène glycols: applications présentes et futures. » Séminaire en ligne.

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En ligneFitch, B. (2013). « Quand les huiles minérales sont-elles supérieures aux synthétiques ? » Actes de conférence sur les plantes fiables .

Fitch, JC, Scott, R. et Leugner, L. (2012). « Le manuel pratique de la lubrification des machines – Quatrième édition. »

Bennett Fitch , Noria Corporation Via Machinery LUBRICATION )

Origine : https://www.machinerylubrication.com/Read/30730/base-oil-formulations

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