礦物基礎(chǔ)油對(duì)鋰基潤(rùn)滑脂流變性的影響

王偉軍， 陳　靖， 何懿峰， 鄭　會(huì)， 孫洪偉， 姚立丹

(中國(guó)石化 石油化工科學(xué)研究院， 北京 100083)

潤(rùn)滑脂是一種由基礎(chǔ)油、稠化劑組成的凝膠結(jié)構(gòu)的膠體分散體系，油為分散相，皂是被分散相，屬于典型的非牛頓流體，具有一定的塑性。流變性是指潤(rùn)滑脂在受到外力作用時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的流動(dòng)與變形的性質(zhì)，與軸承流失、漏油、泵送流動(dòng)性等使用性能密切相關(guān)，表現(xiàn)性質(zhì)有觸變性、屈服應(yīng)力及表觀黏度等[1]。外來(lái)剪切應(yīng)力和溫度浮動(dòng)均會(huì)引起潤(rùn)滑脂表觀黏度的變化，從而影響流動(dòng)性。由外力引起的一般用觸變性表征，以上行、下行剪切曲線閉合而成的觸變環(huán)面積大小作為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。目前，有關(guān)觸變性的研究較多，且大多集中在稠化劑類型和含量[2-3]、基礎(chǔ)油[3-8]、工藝條件[9]、高分子添加劑[10]及纖維結(jié)構(gòu)[11]等對(duì)流變性的影響方面，而且在本質(zhì)上，絕大多數(shù)潤(rùn)滑脂的觸變性與抗剪切能力具有一致性，均與纖維結(jié)構(gòu)之間結(jié)合力和抗剪切強(qiáng)度有關(guān)。

在外力剪切作用下，皂纖維之間的氫鍵被破壞[12]，并沿剪切方向進(jìn)行定向化重排和堆積，從而使本來(lái)相互交叉成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)纖維的固油能力有所下降，導(dǎo)致分油增多，稠度降低，具有良好流動(dòng)性能。當(dāng)外力消失時(shí)，分子間相互作用力又會(huì)使已定向化排列的皂纖維逐漸聚集，恢復(fù)到之前相互交叉的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。只是恢復(fù)過(guò)程并不是完全可逆的，勢(shì)必會(huì)有少部分纖維由于被外力剪斷、破壞等緣故，無(wú)法完全恢復(fù)到初始狀態(tài)，該過(guò)程即為潤(rùn)滑脂的觸變性，也即表征從靜止到流動(dòng)，外力消失后又重新恢復(fù)的特性。

溫度變化致使表觀黏度增大或降低，作用機(jī)理也與觸變性完全不同，可看作單純相變過(guò)程，不同溫度分子熱運(yùn)動(dòng)結(jié)果起決定作用的不再是外力剪切，而是潤(rùn)滑脂本身性能，特別是基礎(chǔ)油物理特性。在實(shí)際使用過(guò)程中，潤(rùn)滑脂基本都是在某個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)工作，表觀黏度的變化將會(huì)直接關(guān)系到儀器設(shè)備在各個(gè)環(huán)境條件下能否得到及時(shí)有效潤(rùn)滑。

基礎(chǔ)油是潤(rùn)滑脂的主要組分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%～97%)，顯著影響潤(rùn)滑脂的流變性，特別是溫度-表觀黏度關(guān)系，而目前礦物油仍是應(yīng)用最多的潤(rùn)滑脂基礎(chǔ)油，市場(chǎng)占比高達(dá)90%。因此，鑒于礦物油自身的復(fù)雜性及其對(duì)潤(rùn)滑脂流變性的決定性作用，筆者系統(tǒng)研究并找出關(guān)鍵影響因素，對(duì)優(yōu)化并改善產(chǎn)品性能等實(shí)際工作具有重要指導(dǎo)意義。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　基礎(chǔ)油組成與性質(zhì)

以不同類型與黏度的11類礦物基礎(chǔ)油為研究對(duì)象，包括尼納斯石油(上海)有限公司提供的環(huán)烷基油NS100、T400、S100B，盤錦北方瀝青股份有限公司提供的環(huán)烷基油的-10#變壓器油，大慶潤(rùn)滑油一廠提供的石蠟基油3#儀表油、400SN、650SN，燕山石化公司提供的石蠟基油500SN、150BS，以及臺(tái)塑石化股份有限公司提供的加氫油150N、500N。

12-羥基硬脂酸，工業(yè)級(jí)，通遼市通化蓖麻化工有限公司產(chǎn)品；氫氧化鋰，工業(yè)級(jí)，上海中鋰實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品。

1.1.1基礎(chǔ)油物理性質(zhì)

按照標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0724-2002、GB/T 3535-2006測(cè)定基礎(chǔ)油的運(yùn)動(dòng)黏度與傾點(diǎn)，并依據(jù)GB/T 1995-1998計(jì)算出相應(yīng)的黏度指數(shù)，如表1所示。

表1　11類礦物基礎(chǔ)油物理特性Table 1　Physical properties of 11 kinds of mineral base oils

1.1.2基礎(chǔ)油烴類組成

按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SH/T 0659-1998，使用6890 GC/5973 N MS高分辨質(zhì)譜儀(美國(guó)Agilent公司產(chǎn)品)，分析幾種礦物油的烴類組成，并依據(jù)環(huán)數(shù)的不同對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，結(jié)果如表2所示。研究發(fā)現(xiàn)[13]，由于環(huán)烷環(huán)上較長(zhǎng)的烷基側(cè)鏈取代，單環(huán)烷烴在性質(zhì)上與鏈烷烴有很大的相似性，而雙環(huán)烷烴是處于從鏈烷烴到環(huán)烷烴的一種過(guò)渡狀態(tài)，但帶側(cè)鏈的單環(huán)芳烴卻并未表現(xiàn)出與鏈烷烴有任何相似之處，故將環(huán)烷烴區(qū)分為一環(huán)、二環(huán)及多環(huán)，而將芳烴分為單環(huán)與多環(huán)。

1.2　鋰基潤(rùn)滑脂制備

將部分基礎(chǔ)油置于反應(yīng)釜中，加入12-羥基硬脂酸，加熱攪拌至90℃左右，再加入氫氧化鋰水溶液，反應(yīng)30 min后，繼續(xù)升溫趕水。待溫度升至200℃時(shí)，高溫?zé)捴?0 min，停止加熱，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的冷油攪拌冷卻至80℃，關(guān)閉攪拌，自然冷卻至常溫，經(jīng)三輥研磨機(jī)研磨3次成脂(潤(rùn)滑脂樣品編號(hào)與基礎(chǔ)油對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表3)。

由于各基礎(chǔ)油的稠化能力不同，潤(rùn)滑脂制備時(shí)稠度和皂量往往不能兼得，為排除皂量干擾，實(shí)驗(yàn)采用單因素控制變量法，對(duì)皂量和基礎(chǔ)油對(duì)流變性的影響分別研究，將皂量(油脂中脂肪酸鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即w(Soap)/%，以下同)定為7%。

1.3　鋰基潤(rùn)滑脂的常規(guī)性能表征

依照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3498-83、GB/T 269-91、SH/T 0324-92測(cè)定潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)、錐入度及鋼網(wǎng)分油，結(jié)果如表3所示。

nis the ring number of naphthenic hydrocarbons.

表3　不同基礎(chǔ)油制備鋰基潤(rùn)滑脂的性能Table 3　Performance of lithium lubricating grease prepared by different base oils

1.4　流變儀選擇及參數(shù)設(shè)定

選用奧地利安東帕(Anton Paar)公司模塊化智能型Physical MCR 302高級(jí)流變儀，選用PP25-SN3020型轉(zhuǎn)子測(cè)試系統(tǒng)，與底板的距離d取默認(rèn)值1 mm，角速度ω設(shè)定0.1 r/s，振動(dòng)頻率f為1 Hz，應(yīng)變幅度(Strain，即γ)取0.01%～100%，溫度測(cè)試精度±0.1℃。

2　結(jié)果與討論

2.1　鋰基潤(rùn)滑脂恒溫變速剪切下的黏彈特性

2.1.1黏彈特性參數(shù)的選擇

圖1為400SN制備的鋰基潤(rùn)滑脂樣品2在不同溫度下的模量曲線，圖中G′為儲(chǔ)能模量(Storage modulus，代表著黏彈性中的彈性部分)，G″為損耗模量(Loss modulus，代表黏性部分)，儲(chǔ)能模量曲線開(kāi)始減小的點(diǎn)為屈服點(diǎn)(Yield point)，對(duì)應(yīng)的剪切應(yīng)力叫屈服應(yīng)力τy，儲(chǔ)能與損耗模量曲線的交點(diǎn)為流動(dòng)點(diǎn)(Flow point)，應(yīng)力叫流動(dòng)應(yīng)力τf。

圖1　400SN制備的鋰基潤(rùn)滑脂在不同溫度下的模量曲線Fig.1　Modulus curve of lubricating grease prepared by400SN at different temperatures LVE—Linear viscoelasticityExperiment conditions： ω=0.1 r/s； f=1 Hz； d=1 mm

由圖1可知，3個(gè)溫度區(qū)間，潤(rùn)滑脂的黏彈特性明顯不同，-25℃時(shí)的線性黏彈區(qū)(Linear viscoelasticity，即LVE)最小，而70℃與25℃的基本相近，只要保證此時(shí)所有的樣品均位于該區(qū)域即可，最終選取γ為0.02%，使整個(gè)研究過(guò)程始終處于可恢復(fù)的彈性變化區(qū)間。

2.1.2-25℃和25℃恒溫條件下的模量曲線

為保證結(jié)果準(zhǔn)確性，試驗(yàn)溫度降至-25℃時(shí)，測(cè)前恒溫15 min，使樣品充分適應(yīng)，確保在測(cè)試時(shí)各處溫度均勻一致，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2　-25℃和25℃恒溫條件下鋰基潤(rùn)滑脂的模量曲線Fig.2　Modulus curve of lithium lubricating grease prepared by different base oils at -25℃ and 25℃ —150N; —3# oil; —400SN； —NS100； —650SN; —500N; —T400; —150BS; —500N； —-10# oil; —S100B(a) -25℃； (b) 25℃Experiment conditions： ω=0.1 r/s； f=1 Hz； d=1 mm

由圖2可見(jiàn)，在-25℃時(shí)，不同基礎(chǔ)油制備的鋰基潤(rùn)滑脂，模量曲線存在明顯不同；而在室溫25℃時(shí)，各模量曲線之間的差異較小，由此亦可計(jì)算出黏彈性特征參數(shù)，以及溫度由25℃降至-25℃時(shí)各鋰基潤(rùn)滑脂的黏彈性特征參數(shù)的變化值，結(jié)果見(jiàn)表4。

τf/τy為流動(dòng)轉(zhuǎn)變指數(shù)，或稱塑性指數(shù)，表征的是破壞潤(rùn)滑脂骨架結(jié)構(gòu)的難易程度，其值越靠近于1，內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞所需增加的剪切應(yīng)力越小，即破壞過(guò)程趨向于時(shí)間短、速率快，與材料的脆性有一定相似性。由表4可見(jiàn)，在25℃條件下，各基礎(chǔ)油制備鋰基脂的τf/τy基本相近，均在12～14范圍內(nèi)，樣品10的稍低為8.71，但樣品2和9的明顯要大(>20)，說(shuō)明潤(rùn)滑脂的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，柔韌性和延展性好，易于鋪展和進(jìn)入滾道面。當(dāng)溫度降低時(shí)，潤(rùn)滑脂一般變硬、變脆，轉(zhuǎn)變指數(shù)也隨之降低，在-25℃時(shí)，樣品2、3、5、6、9的τf/τy均小于10，特別是樣品2和9，減小值高達(dá)18，說(shuō)明上述潤(rùn)滑脂的低溫流動(dòng)性能不太理想。但樣品1、7、10、11的τf/τy較之25℃時(shí)的不但沒(méi)有減小，反而有所增大，低溫下的延展性要比常溫好，而樣品4、8的變化不大。

損耗系數(shù)(Damping factor，也叫阻尼系數(shù))，是在線性黏彈區(qū)內(nèi)損耗模量與儲(chǔ)能模量的商，即tanδ=G″/G′，表征的是黏性和彈性之間的相對(duì)大小關(guān)系。由表4看到，在常溫25℃條件下，所考察樣品的tanδ值均很小(?1)，樣品9最大，樣品1和10最小，說(shuō)明黏彈性中彈性占據(jù)主導(dǎo)地位，且變化趨勢(shì)與其基礎(chǔ)油組成、黏度的差異有一致性，組分過(guò)輕的基礎(chǔ)油對(duì)成脂后的結(jié)構(gòu)體系貢獻(xiàn)有限，損耗系數(shù)也趨向于0，黏性的影響不大。當(dāng)溫度降至-25℃時(shí)，tanδ明顯增大，也即低溫環(huán)境下油的作用開(kāi)始凸顯，黏彈性中黏性的地位得到提升，彈性退居其次。由表4可見(jiàn)，樣品6和9的損耗系數(shù)甚至逼近于1，變化值(Δtanδ)也均大于0.5，而樣品2和8的增幅也較大，但樣品8的τf/τy變化卻并不大，說(shuō)明低溫下油的影響雖然加劇，但并未脆化，這與低溫黏度有關(guān)。

表4　25℃與-25℃下鋰基潤(rùn)滑脂的黏彈性特征參數(shù)及變化值Table 4　Viscoelastic characteristic parameters of lithium lubricating grease at 25℃ and -25℃

tanδ=G″/G′; Δ(τf/τy)=(τf/τy)-25℃-(τf/τy)25℃； Δtanδ=(tanδ)-25℃-(tanδ)25℃

一般而言，基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)越高，低溫黏度越大，而黏溫性能差的油，黏度隨溫度的降低也是急劇增加，且本身黏度很大，雖然黏度指數(shù)不低，但低溫下的黏度也比常溫大出許多。由表4可知，低溫性能優(yōu)良的幾種潤(rùn)滑脂，無(wú)一例外的均是由傾點(diǎn)低、黏度小、黏度指數(shù)較高或適中的基礎(chǔ)油制備而成的；而成脂后低溫性能較差的基礎(chǔ)油中，150BS傾點(diǎn)高且自身黏度太大， T400不僅黏度大而且黏度指數(shù)極低，400SN、500SN傾點(diǎn)高，-10#油黏度較大且黏度指數(shù)極低。

2.2　變溫恒速剪切下鋰基潤(rùn)滑脂的表觀黏度

2.2.1不同溫度下鋰基潤(rùn)滑脂的表觀黏度

為保證整個(gè)研究過(guò)程始終處于可恢復(fù)的線性黏彈區(qū)內(nèi)，設(shè)定應(yīng)變幅度γ為0.02%，振動(dòng)頻率f為1 Hz，角速度ω為0.1 r/s，溫度區(qū)間-25～70℃，升溫速率3℃/min，溫度精度±0.1℃，且初次冷卻至-25℃時(shí)，測(cè)前恒溫15 min，不同鋰基潤(rùn)滑脂的表觀黏度試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3　不同溫度條件下不同鋰基潤(rùn)滑脂的表觀黏度Fig.3　Apparent viscosity of lithium lubricating greaseprepared by different base oils at different temperatures —150N; —3# oil; —400SN； —NS100； —650SN; —500N; —T400; —150BS; —500N； —-10# oil; —S100BExperiment conditions: ω=0.1 r/s； f=1 Hz；γ=0.02%； d=1 mm

由圖3看到，隨溫度的不斷升高，不同鋰基潤(rùn)滑脂的表觀黏度(|η*|)急劇下降，但超過(guò)臨界轉(zhuǎn)折點(diǎn)(Turning point)后，曲線逐漸趨于平緩，變化速率減慢，即轉(zhuǎn)折點(diǎn)可在一定程度上衡量潤(rùn)滑脂對(duì)溫度變化的敏感程度，臨界點(diǎn)越高，溫度影響越明顯。表5為-25～70℃時(shí)不同鋰基潤(rùn)滑脂表觀黏度的變化值及其轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)。

表5　-25～70℃時(shí)不同鋰基潤(rùn)滑脂表觀黏度的變化值Table 5　Variation of apparent viscosity of different lithium lubricating greases at -25-70℃

Δ|η*| is the changing value of apparent viscosity from -25℃ to 70℃. |η*|′ is the apparent viscosity of turning point, Δ|η*|′ is the changing value of apparent viscosity from -25℃ to turning point temperature, and Δ|η*|′/Trepresents the changing value in unit temperature.Tis the turning point temperature.

由表5看到，幾種基礎(chǔ)油制備鋰基脂的臨界轉(zhuǎn)折溫度均在0℃以下，樣品2、3、4基本低于-10℃，且三者表觀黏度的增加速率也是最快的，樣品3高達(dá)1.33×104Pa·s/℃，也即高溫時(shí)溫度的影響并不明顯，可一旦到達(dá)臨界點(diǎn)，潤(rùn)滑脂的表觀黏度會(huì)在極短的溫度范圍內(nèi)急劇增加，此種現(xiàn)象在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中是極其不利的。

150BS和T400均是高黏度基礎(chǔ)油，雖然T400的黏度沒(méi)有150BS高，但黏度指數(shù)卻僅有28(見(jiàn)表1)，致使兩者成脂后低溫表觀黏度較大，增速也快，但略低于400SN、650SN制備的樣品2、4，這與其高含量芳烴(質(zhì)量分?jǐn)?shù)>35%)有關(guān)，而樣品9的轉(zhuǎn)折溫度稍低于樣品5，又與其基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)較低有關(guān)(T400為-21℃，而150BS僅為-12℃)。

基礎(chǔ)油在不同溫度時(shí)表觀黏度之間存在顯著差異，轉(zhuǎn)折點(diǎn)也各不相同，但也只不過(guò)是溫度影響開(kāi)始變得明顯的起始點(diǎn)而已，變化范圍才是決定低溫環(huán)境下潤(rùn)滑脂流變性能好壞的關(guān)鍵因素。由表5可知，-25℃時(shí)，除樣品9之外，4種石蠟基油制備鋰基脂的表觀黏度均遠(yuǎn)大于其余幾類，而樣品1和10則小于0.5×104Pa·s，約為樣品3的1/20。70℃時(shí)，各個(gè)樣品的表觀黏度相差不大，均在0.10～0.25×104Pa·s之間，說(shuō)明在高溫條件下基礎(chǔ)油的貢獻(xiàn)不大，影響有限。

因此，不同鋰基潤(rùn)滑脂的表觀黏度在-25～70℃溫度范圍內(nèi)的變化，主要與其在低溫時(shí)的大小有關(guān)，也即決定潤(rùn)滑脂流變性好壞的關(guān)鍵是低溫流動(dòng)性能。

2.2.2不同溫度下鋰基潤(rùn)滑脂表觀黏度與基礎(chǔ)油的關(guān)系

基礎(chǔ)油對(duì)潤(rùn)滑脂的流變性影響巨大，尤其是在低溫時(shí)，為了進(jìn)一步探究?jī)烧叩年P(guān)系，試驗(yàn)特選取了400SN、150BS、NS100、500N及S100B 5種相互之間存在顯著差異的典型基礎(chǔ)油，在完全相同的試驗(yàn)條件(變溫恒速剪切)下，測(cè)試溫度-表觀黏度曲線，并與潤(rùn)滑脂進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果如圖4所示。

表觀黏度等于一定速度梯度下流體流動(dòng)時(shí)剪切應(yīng)力與速率的比值，可能大于或小于真實(shí)黏度，只是流動(dòng)性好壞相對(duì)比較的參數(shù)。由圖4可見(jiàn)，一般基礎(chǔ)油的表觀黏度遠(yuǎn)低于潤(rùn)滑脂，且在較高溫度時(shí)漸趨于0，這是由于液態(tài)流動(dòng)的油只有黏性，而無(wú)彈性，能量無(wú)法有效儲(chǔ)存，剪切應(yīng)力極小。400SN在0℃以上出現(xiàn)劇烈震蕩，一是由于油品過(guò)稀，不能形成有效油膜，剪切應(yīng)力不穩(wěn)定；二是對(duì)數(shù)坐標(biāo)將微小差異放大，實(shí)際變化范圍僅為0.1～1 Pa·s。

圖4　基礎(chǔ)油和鋰基潤(rùn)滑脂的表觀黏度與溫度的關(guān)系曲線Fig.4　Relationship between apparent viscosity andtemperature of base oils and greases —400SN; —150BS; —500N; —NS100; —S100B;Experiment conditions： ω=0.1 r/s； f=1 Hz；γ=0.02%； d=1 mm

但是，在低溫條件下，除了由于分子熱運(yùn)動(dòng)減弱帶來(lái)的油品自身黏度的增大以外，組成復(fù)雜的礦物油中，一些凝點(diǎn)高的烴類，特別是正構(gòu)烷烴極易析出，相變過(guò)程不僅形成了黏滯性強(qiáng)的固-液混合體系，而且析出的烴類彼此交聯(lián)締合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，又會(huì)固化部分尚未析出的基礎(chǔ)油，類似柴油的低溫凝固現(xiàn)象，致使本來(lái)只有黏性而無(wú)彈性的基礎(chǔ)油也逐漸開(kāi)始出現(xiàn)黏彈性特征，表觀黏度明顯增大。若溫度再低，基礎(chǔ)油被完全固化，與潤(rùn)滑脂幾無(wú)二致，類似凡士林等烴基脂一樣表現(xiàn)出完美的黏彈特性，150BS和400SN即是如此。

據(jù)此推測(cè)，4種石蠟基油和T400之所以低溫流動(dòng)性能極差，根本原因就在于此。而決定油品低溫表觀黏度的，一是傾點(diǎn)，二是黏度及黏度指數(shù)。

幾種油中，溫度-表觀黏度曲線震蕩起始溫度也不同，400SN為-1.1℃，150BS為25.6℃，500N、NS100和S100B均是13.8℃，但此時(shí)表觀黏度卻均在1 Pa·s左右，即震蕩點(diǎn)大小與油本身性質(zhì)相關(guān)。當(dāng)溫度增大導(dǎo)致的黏度下降不足以維持剪切所需黏滯性時(shí)，油膜會(huì)被徹底破壞，液體自由流動(dòng)，剪切應(yīng)力趨于0。

2.2.3不同溫度下基礎(chǔ)油組成及性質(zhì)對(duì)潤(rùn)滑脂表觀黏度的影響

2.2.3.1基礎(chǔ)油物理特性對(duì)潤(rùn)滑脂表觀黏度的影響

基礎(chǔ)油的各物理性質(zhì)中，與潤(rùn)滑脂流變性密切相關(guān)的是傾點(diǎn)、黏度及黏度指數(shù)，黏度指數(shù)影響低溫黏度，而傾點(diǎn)與油品的低溫凝固有關(guān)。

圖5為基礎(chǔ)油傾點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)黏度與鋰基潤(rùn)滑脂表觀黏度差值(Δ|η*|)的關(guān)系。由圖5(a)可見(jiàn)，在-25～70℃范圍內(nèi)，潤(rùn)滑脂表觀黏度的差值與基礎(chǔ)油傾點(diǎn)呈良好的指數(shù)相關(guān)性，盡管相關(guān)指數(shù)僅為0.6525。

圖5　基礎(chǔ)油傾點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)黏度與鋰基潤(rùn)滑脂表觀黏度差值的關(guān)系Fig.5　Correlation of physical properties of base oils and variation of apparent viscosity of lubricating grease(a) Pour point vs Δ|η*|； (b) Kinematic viscosity vs Δ|η*|Square in Fig.5 means that two coordinate parameters are relevant, while triangle means they have nothing to do with each other.

傾點(diǎn)是油品能夠流動(dòng)的最低溫度，在規(guī)定條件下，將油品冷卻到預(yù)定溫度，試管傾斜45°，1 min后液面不再移動(dòng)時(shí)的最高溫度即為傾點(diǎn)。由此可見(jiàn)，實(shí)際測(cè)量時(shí)傾點(diǎn)判定帶有人為因素，精度有限，是圖5(a)中傾點(diǎn)與Δ|η*|相關(guān)性差的重要原因。

黏度是表征油品黏滯力大小的指標(biāo)，對(duì)潤(rùn)滑脂表觀黏度影響較大。由圖5(b)可見(jiàn)，除傾點(diǎn)較高的400SN、500SN及650SN外，傾點(diǎn)相近的幾類基礎(chǔ)油中，黏度與Δ|η*|高度線性相關(guān)，R2高達(dá)0.9618。雖然150BS的傾點(diǎn)稍高一些，但黏度極大，而組成特點(diǎn)也是鏈烷烴低，芳烴高，可能致使低溫時(shí)，黏度本身對(duì)表觀黏度的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于部分烴類析出固化的作用，且高碳數(shù)、低含量的鏈狀烴類析出本就較為困難，也減弱了傾點(diǎn)的影響。

2.2.3.2基礎(chǔ)油組成對(duì)潤(rùn)滑脂表觀黏度的影響

現(xiàn)代人為什么比以前更忙？再回到文首那個(gè)議題，答案就十分清楚了，用倫敦經(jīng)濟(jì)學(xué)院教授大衛(wèi)的話說(shuō)，就是因?yàn)橐淮笈鷽](méi)有意義的“工作”被管理層源源不斷地創(chuàng)造出來(lái)。其標(biāo)志就是真正干事的人少了，而“日常事務(wù)管理人員急劇上升”，人浮于事，事浮于人。就高校而言，有些大學(xué)，各類非教研人員和教研人員占比幾乎各為一半，就很能說(shuō)明問(wèn)題。

基礎(chǔ)油物理特性上的差異，歸根結(jié)底是烴類組成和結(jié)構(gòu)不同造成的，兩者的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，且影響因素眾多，不能單一而論，筆者曾基于烴類分子水平對(duì)此進(jìn)行過(guò)深入研究[13-14]。

圖6　基礎(chǔ)油組成對(duì)鋰基潤(rùn)滑脂表觀黏度差值的影響Fig.6　Influence of base oil composition on apparent viscosity difference of greases Square in Fig.6 means that two coordinate parameters are relevant, while triangle means they have nothing to do with each other.(a) w(Paraffins) vs Δ|η*|; (b) w (Aromatics) vs Δ|η*|

圖6為基礎(chǔ)油組成對(duì)鋰基潤(rùn)滑脂表觀黏度差值的影響。由圖6(a)可知，隨著鏈烷烴含量增多，Δ|η*|明顯增大，呈現(xiàn)出良好的線性相關(guān)性，與鏈烷烴對(duì)傾點(diǎn)的影響基本一致[14]。但500N、150N及3#油的變化規(guī)律與此并不相符，在根本上仍是傾點(diǎn)的緣故，盡管三者鏈烷烴含量并不低，但傾點(diǎn)卻均低于-20℃，由此可見(jiàn)，鏈烷烴的影響關(guān)鍵在于傾點(diǎn)。

由圖6(b)可知，芳烴的影響要復(fù)雜一些，在降低油品傾點(diǎn)的同時(shí)，卻增大了運(yùn)動(dòng)黏度[13]。而由圖5可知，傾點(diǎn)和黏度對(duì)Δ|η*|的作用明顯相反，最終影響取決于誰(shuí)占優(yōu)勢(shì)地位。隨著芳烴含量的增加，總體上Δ|η*|是上升的，說(shuō)明基礎(chǔ)油黏度對(duì)潤(rùn)滑脂表觀黏度的貢獻(xiàn)普遍比傾點(diǎn)的大，但個(gè)別油品也有一定偏差。

由表1和表2可見(jiàn)，盡管NS100中芳烴總質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)35.8%，但40℃時(shí)黏度僅為97.37 mm2/s，遠(yuǎn)小于芳烴含量相近的150BS和T400，傾點(diǎn)卻很低，也即芳烴對(duì)其傾點(diǎn)的降低作用遠(yuǎn)大于對(duì)黏度的提升作用。這與芳烴的類型有關(guān)，NS100中多環(huán)、短或少側(cè)鏈芳烴居多，而T400卻是以多環(huán)且較多或較長(zhǎng)側(cè)鏈芳烴為主，150BS的單環(huán)芳烴占比高達(dá)86.02%，且相比而言平均碳數(shù)也大，環(huán)數(shù)小意味著取代位置有限，碳數(shù)大即烷基側(cè)鏈長(zhǎng)，流動(dòng)時(shí)油品黏滯力就大[13]。

同理，400SN、500SN及650SN之所以產(chǎn)生偏差，主要與油品傾點(diǎn)太高有關(guān)，而黏度影響不再明顯。

2.2.4皂量對(duì)鋰基潤(rùn)滑脂表觀黏度的影響

圖7　不同皂量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))條件下150N的溫度-表觀黏度曲線Fig.7　Curve of temperature-apparent viscosity of lithiumgrease prepared by 150N with different soap mass fractionsw(Soap)/%: (1) 7; (2) 12; (3) 17Experiment conditions： ω=0.1 r/s； f=1 Hz； γ=0.02%； d=1 mm

由圖7可見(jiàn)，不同皂量條件下150N潤(rùn)滑脂的表觀黏度存在明顯差異，皂量越高，表觀黏度越大，但其隨溫度變化的總體趨勢(shì)卻基本一致。表6為-25～70℃時(shí)不同皂量條件下150N表觀黏度變化值及其轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)。由表6可知，三者轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度完全一致，說(shuō)明皂量的升高，只是單純?cè)黾恿藛挝惑w積內(nèi)稠化劑的量，從而提升了固油能力，但并未從實(shí)質(zhì)上改變潤(rùn)滑脂的流變性。

表6　-25～70℃時(shí)不同皂量條件下150N表觀黏度的變化值Table 6　Variation of apparent viscosity of lithium grease prepared by 150N with different soap mass fractions at -25-70℃

Δ|η*| is the changing value of apparent viscosity from -25℃ to 70℃. |η*|′ is the apparent viscosity of turning point, Δ|η*|′ is the changing value of apparent viscosity from -25℃ to turning point temperature, and Δ|η*|′/Trepresents the changing value in unit temperature.Tis the turning point temperature.

由表6還看到，皂量增大，除轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度未變之外，150N潤(rùn)滑脂的各項(xiàng)參數(shù)均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，而且變化不是線性的，從12%增至17%時(shí)，表觀黏度的增幅遠(yuǎn)大于7%～12%。

推測(cè)或許是基礎(chǔ)油與稠化劑對(duì)潤(rùn)滑脂流變性的影響存在某種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，低皂量時(shí)，基礎(chǔ)油的作用大，占據(jù)主導(dǎo)地位，但其本身的表觀黏度較小，對(duì)整體的貢獻(xiàn)有限；可一旦皂量增大到開(kāi)始起主導(dǎo)作用時(shí)，固油能力的大幅提升必然導(dǎo)致潤(rùn)滑脂表觀黏度的急劇增大，且在低溫時(shí)影響會(huì)愈加明顯。17%皂量時(shí)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)后高達(dá)0.17× 104Pa·s/℃的增速即是如此。

3　結(jié)　論

(1)τf/τy和tanδ可作為評(píng)價(jià)鋰基潤(rùn)滑脂骨架結(jié)構(gòu)破壞難易程度的重要參數(shù)，當(dāng)τf/τy與tanδ均趨近于1時(shí)，在被剪切時(shí)，皂纖維結(jié)構(gòu)極易在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生斷裂或者破碎現(xiàn)象，表現(xiàn)出類似材料的脆性。

(2)同皂量下，-25～70℃內(nèi)鋰基潤(rùn)滑脂表觀黏度變化值(Δ|η*|)與其低溫時(shí)表觀黏度的大小有關(guān)。而決定低溫|η*|的，一是基礎(chǔ)油傾點(diǎn)，二是黏度及黏度指數(shù)，且傾點(diǎn)是關(guān)鍵因素，只有傾點(diǎn)相近時(shí)，黏度作用才逐漸凸顯。

(3)基礎(chǔ)油烴類組成對(duì)鋰基潤(rùn)滑脂的影響，在根本上仍是傾點(diǎn)、黏度的緣故。隨鏈烷烴含量增加，基礎(chǔ)油傾點(diǎn)升高，潤(rùn)滑脂的表觀黏度隨之增大；而芳烴影響則相對(duì)復(fù)雜，芳烴含量增加時(shí)在降低油品傾點(diǎn)的同時(shí)，卻增大了黏度，兩者的綜合作用決定著潤(rùn)滑脂的表觀黏度。

(4)皂量越高，鋰基潤(rùn)滑脂的表觀黏度越大，但隨溫度變化的總體趨勢(shì)卻基本一致，也即皂量升高，只是單純?cè)黾恿藛挝惑w積內(nèi)稠化劑的量，從而提升了固油能力，但并未從實(shí)質(zhì)上改變潤(rùn)滑脂的流變性。

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