旋轉(zhuǎn)流變儀評價發(fā)動機油黏溫性能

李勇 王繼勝 薛萬安 谷喜鳳

1 天津日石潤滑油脂有限公司

2 國家能源集團錫林郭勒通力鍺業(yè)有限責任公司

3 神華北電勝利能源有限公

汽車行業(yè)的方興未艾，促進了潤滑油市場需求量的不斷增長。對于潤滑油行業(yè)來說既是機遇，也是挑戰(zhàn)。特別是《重型柴油車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段) 》[1]法規(guī)分階段的實施，迫使車輛原始設(shè)備制造商不斷發(fā)展和采用新的發(fā)動機技術(shù)，從而對發(fā)動機潤滑油提出了更高的性能要求。在法規(guī)和發(fā)動機技術(shù)更新的雙重壓力下，潤滑油配方必須盡快更新。

發(fā)動機潤滑油配方理化指標主要評定運動黏度、低溫動力黏度、邊界泵送黏度、蒸發(fā)損失、高溫高剪切黏度等相關(guān)性能。經(jīng)常會遇到雖配方體系不同，但主要性能指標相差不多的情況。如何從更深層次去發(fā)掘配方差異，是本次研究的重點。本文在3個配方理化指標數(shù)值基本相同的情況下，探索性地運用旋轉(zhuǎn)流變儀對配方進行篩選，以確保潤滑油在整個換油周期內(nèi)為發(fā)動機提供耐久性保護。

試驗部分

試驗材料

試驗所用的3種油品均為CK-4 15W-40柴油機油，但屬于不同配方體系，且均已通過API相關(guān)臺架認證，其基本理化指標見表1。

表1 3種油品的主要理化指標

由表1可見，3個配方的黏度指數(shù)基本相同，不容易進行配方優(yōu)劣的判斷，需進一步進行篩選。

試驗儀器

旋轉(zhuǎn)流變儀的主要工作原理是不同的測試夾具通過馬達的帶動，采用旋轉(zhuǎn)或振蕩的模式對樣品作用，然后光學解碼器采集樣品反饋的應力、應變或扭矩，數(shù)據(jù)分析軟件再根據(jù)已知測試狀態(tài)參數(shù)計算其他流變參數(shù)并加以分析[2]。DHR流變儀主要由測試主機和電控箱兩部分部件組成。用平板進行測試，在剪切速率均是1 s-1的條件下，溫度限定在100 ℃～-30 ℃范圍內(nèi)，分別測定3個配方的動力黏度，每60 s記錄1次動力黏度值。

采用美國TA DHR-3型流變分析儀進行測試，核心技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 TA DHR-3型流變儀核心技術(shù)參數(shù)

結(jié)果與討論

潤滑油的基礎(chǔ)油是黏度與剪切速率無關(guān)的牛頓流體，黏度指數(shù)改進劑的加入改變了基礎(chǔ)油的流動性能，使其成為非牛頓流體，隨剪切速率的變化而變化。潤滑油的黏溫性能反映了潤滑油在使用過程中成膜的能力。由于發(fā)動機中各部分的剪切速率分布不同，導致潤滑狀態(tài)也不盡相同。潤滑油的黏度隨溫度的升高而降低，黏度指數(shù)是衡量黏度隨溫度變化而改變程度的指標[3]。

低溫動力黏度主要影響發(fā)動機的冷啟動性，它是冬用潤滑油及多級油的重要指標之一。我國南北區(qū)域廣泛，氣候多變，從黑龍江漠河到南方的海南三亞氣溫最大相差超過60 ℃，這時油品的低溫黏度變得尤為重要。常用低溫動力黏度來評定發(fā)動機油的低溫冷啟動性能，它反映了機油在發(fā)動機活塞環(huán)和汽缸套部位的低溫流變性能[4]。影響發(fā)動機油低溫動力黏度的主要因素是基礎(chǔ)油，黏度指數(shù)改進劑及功能添加劑，其中基礎(chǔ)油對油品低溫動力黏度的影響尤為重要[5]。

3個配方中黏度指數(shù)相差無幾，因此本文評定整個配方在不同溫度下的動力黏度，以佐證各配方在高低溫黏度上的優(yōu)劣，進而評定配方中黏度指數(shù)改進劑的性能。性能優(yōu)良的黏度指數(shù)改進劑不僅具有良好的增黏能力，還需具有良好的低溫性能。

3個配方的黏溫曲線見圖1，動力黏度測定結(jié)果見表3。

表3 3個配方的動力黏度

圖1 3個配方的黏溫曲線

從圖1和表3可以看出，在高溫時3個樣品的動力黏度幾乎沒有差別，溫度越低差別越明顯。樣品3對應的配方黏溫性最好，低溫時的動力黏度最小，間接說明低溫時油液分子間產(chǎn)后內(nèi)摩擦力[6]更小，黏度指數(shù)改進劑的低溫性能優(yōu)異。

雖然用旋轉(zhuǎn)流變儀測試出來的-20 ℃低溫動力黏度數(shù)值同GB/T 6538—2010標準方法測定結(jié)果差別較大（見表4），但從圖2中我們可以看到，隨著溫度的降低，低溫動力黏度數(shù)值是增大的。兩種方法對同一油品而言，其所測得的黏度隨溫度的變化趨勢是相同的，且用旋轉(zhuǎn)黏度儀所測得的黏溫曲線能更直觀地顯示配方整體的黏溫性能趨勢。同時，3個配方中基礎(chǔ)油種類不同，說明樣品3配方中基礎(chǔ)油性能優(yōu)良。

表4 低溫動力黏度結(jié)果對比表

結(jié)論

☆本文采用流變儀對3種發(fā)動機油配方進行研究比較，通過繪制黏溫曲線，對3個配方的性能做了進一步篩選，最后選定樣品3所對應的配方。

☆旋轉(zhuǎn)黏度儀在非牛頓流體方面的應用很廣泛，而很少用于篩選潤滑油配方。本文探索性地采用進行研究，研究的結(jié)果表明，流變儀可以作為評價配方高低溫性能的一種補充方法。