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合成油是通过化学合成方法制备成较高分子的化合物，再经过调配或进一步加工而成的润滑油。它包括合成酯类，聚α-烯烃、聚醚类、硅油等，其成分与石油烃类不同。半合成油指的是合成油与矿物油按一定比例混合制成的润滑油。由于合成油的原材料贵，合成工艺复杂，投资高，因此合成油及半合成油的价格普遍比矿物油高。
合成油与矿物型润滑油相比具有以下优良特性。
(1)极佳的黏温性和低温流动性
合成型机油比矿物油黏度指数高，黏度随温度变化小。在高温黏度相同时，大多数合成油比矿物油的倾点(或凝点)低，低温黏度小。同样的油膜要求，合成油可用较低的黏度就可形成，达到保护发动机的目的。因此，可以减少汽车在低温启动时的能耗，延长蓄电池寿命;同时，由于润滑油流到摩擦表面需要的时间短，可以减少发动机部件在启动时出现的干磨损现象，延长发动机使用寿命。
(2)高温抗氧化性强
合成油的热氧化安定性能远较矿物油型机油好，即因氧化而产生酸质、油泥的趋势小，在各种恶劣操作条件下，对发动机都能提供适当的润滑和有效的保护，因而具有更长的使用寿命，保证了机油在长期使用期内的性能稳定性。
在相同的工作环境里，合成油因为使用期限比矿物油长很多，因此虽然成本较高，但是比较换油次数之后，并不比矿物油高很多。
(3)蒸发损失低
合成油一般是一种纯化合物，沸点范围较窄，其蒸发损失远较矿物油低，可以降低油耗、减少废气排放以及延长催化转换器的使用寿命。
此外，与传统矿物油型机油相比，合成机油还具有优良的化学稳定性，抗辐射性好及油膜强度高和泡沫少的特点。因此，一般高档车都选择合成机油。
二、 如何区分全合成油、半合成油及矿物油
由于全合成油、半合成油较矿物油价高，有些不法商贩将矿物油标成合成油出售，蒙骗用户，以谋取高额利润。如何区分这些的油品，避免上当受骗呢?好的方法是借助科学仪器，可通过红外光谱等仪器分析油品的结构，以区分是什么类型的润滑油。对于缺乏分析手段的普通用户，也可用以下方法鉴别：
①如果是酯类全合成油，可取一些油样与普通矿物油混合，由于它与矿物油不混溶，搅拌后呈现浑浊状态，静置一段时间后会分层，否则不是真正的酯类油。
②如果是聚α-烯烃合成油，它与矿物油可以混溶，但它的黏度指数很高，一般超过140，而且由于不含蜡，倾点极的2，通常在-40℃以下，测定倾点时温度降至-30℃油还能保持清澈透明。如果是石蜡基矿物油，黏度指数也比较高，但倾点高，测定倾点时温度降至-30℃油呈不透明状态;如果是环烷基矿物油，黏度指数低，一般低于80，其他状态相同。
由于半合成油一般是由聚α-烯烃油与石蜡基矿物油按一定比例混合而成，除了借助仪器分析外，没有更好的方法。
三、 换用合成油时的注意事项
合成油一般是指以聚α-烯烃(PAO)为基础油的润滑油，它是一种纯净物，并可以与矿物油相混溶。合成油对大跨度环境温度的良好适应性及大大延长换油期的特点，为越来越多的用户所青睐。然而，由于PAO基础油对添加剂溶解性差，因此通常会加入一种酯(一般是双酯和/或多元醇酯)，一同作为基础油。添加剂溶于酯类油，而酯类油又可与PAO互溶，从而解决添加剂在合成油中的溶解性问题。同样地，PAO会使密封橡胶收缩，而酯类油则会使橡胶膨胀。因此，当两种基础油共存时，对橡胶的影响会抵消。
当将一种典型矿物油型发动机油换为典型的合成型油时会产生一些问题。作为合成油基础油成分之一的酯具有突出的天然清净作用，它可将使用矿物油时因热氧化分解而在发动机内部形成的期膜清干净，浮在润滑油表面。这种表面的物质会堵塞过滤器，并堵塞油路导致供油不足。因此，要在使用了一段时间矿物油的发动机换用合成油时，一定要注意：在换油之前必须先清洗润滑系统，并在启动机器之前要仔细检查。
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