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合成机油具有较小的热衰减，节省燃油，并能更好地保护发动机。全合成机油与半合成机油和矿物机油相比，全合成机油具有更宽的温度范围。

合成机油不易变质，蒸发损耗低，使用寿命比普通机油长。另外它具有优异的化学稳定性、良好的抗辐射性、高油膜强度、泡沫少、润滑性好和低磨损的特点。

机油中仅含有PAO或酯类化合物的润滑油称为全合成油，属于化学合成油。合成发动机机油是一种聚合物润滑剂，由从天然气或原油中的天然气中分散的乙烯和丙烯通过聚合和催化等复杂化学反应精制而成。