润滑油粘度的影响因素分析

润滑油粘度的影响因素分析

孙风成

烟台恒邦化工有限公司山东烟台264100

摘要：润滑油的分子结构决定其粘度大小及变化规律，其影响参数主要有环境温度和压力等。有关润滑油粘度影响参数的研究，已有许多研究者进行了大量、系统、细致和深入的工作。但是随着近年来摩擦与润滑理论的长足进展和新型润滑油产品的不断问世，需要深入研究润滑油的粘度特性及其影响因素等。为此，本文分析了温度和压力对润滑油（包括航天和航空润滑油）粘度的影响。

关键词：润滑油；压力-粘度系数；温度-粘度系数；航天润滑；影响因素

1粘度及粘温性的表示方法

液体在外力作用下发生流动时，由于液体和固体壁面之间有附着力，液体内部分子之间存在相互作用力，使得液体内部出现不同流动速度的液体层，相邻液体层间速度不同而产生摩擦阻力的性质叫做液体的粘滞性，衡量粘滞性大小的物理量称之为粘度。

1.1粘度的表示方法

1.1.1条件粘度

条件粘度是在一些规定的条件下评定得出的粘度值，又叫做相对粘度，包括赛氏粘度、雷氏粘度、恩氏粘度、巴比流度等等。赛氏粘度和雷氏粘度是以一定体积液体从仪器中流出的时间表示粘度；巴比流度以一定时间内液体从仪器中流出的数量表示粘度；我国采用的条件粘度主要是恩氏粘度，是以液体从仪器中流出的时间与该条件下水从仪器中流出的时间的比值表示粘度。

由于条件粘度的值没有绝对的物理意义，且其测定精度不高，不同条件粘度之间测定的条件相差较大，单位不统一，条件粘度逐渐淘汰使用。我国在仅在少数大粘度、深色油品中使用恩氏粘度。

1.1.2运动粘度

由于液体流动的快慢同时与内摩擦阻力和流体密度有关，将液体动力粘度与该温度下液体密度的比值，称作运动粘度，用v表示，如公式（1）所示。运动粘度综合表现液体的流动快慢和难易程度。υ=μ/ρ（1）其中ρ为液体在该温度下的密度。运动粘度的单位有平方米每秒（m2/s）、平方厘米每秒（cn3/s）、斯（St）、厘斯（cSt）实际使用主要采用斯和厘斯作单位，其转换关系为公式（2）1cSt=10－2St=10－2cm2/s=10－6m2/s（2）国际上通常用运动粘度表示流体的粘度，油品的粘度也通常采用运动粘度表示。

1.2粘温性能表示方法

1.2.1粘度比

将同一种润滑油低温粘度与高温粘度的比值叫做粘度比，如υ－20℃/υ－50℃与υ－50℃/υ－100℃，粘度比小说明粘度随温度变化小，油品粘温性能好，粘度比大说明粘度随温度变化大，粘温性能差。

1.2.2粘温系数

将润滑油0℃粘度与100℃粘度的差值比上该润滑油50℃粘度得到粘温系数，表示为（υ0℃－υ－1000℃）/υ－50℃，粘温系数越小表明粘温性能越好，反之则越差。这一指标常用于航空活塞式发动机润滑油粘温性能评定。

2影响粘度的因素

2.1温度的影响

润滑油的粘度随温度变化而变化，而且变化的幅度很大。当液体受到剪切外力的作用变形时，液体分子间的内聚力对变形产生抵抗，并且在液体层与层间存在分子动量交换。当温度升高，液体分子间距离增大，内聚力随着下降而使粘度下降。至少测定3个温度下的布氏粘度，在粘度-温度坐标纸上作出平滑的布氏粘度对数与温度的关系曲线，用内插法求得样品在150Pa.s时候的温度。因为低温下许多汽车流体润滑油都是非牛顿型的，在外延曲线所到的温度下，可能意外形成胶结构。所以不允许外推。

2.2在压力对润滑油粘度的影响

在常压下，压强对润滑油粘度的影响很小，可以忽略不计。但在高压强及真空条件下，压强对润滑油粘度则有较大影响。一般而言，流体的粘度都随压强的增大而增大。由于润滑油使用部位通常处于大负荷之下，因此高压下润滑油的粘度被认为是摩擦的表面失效预测和摩擦控制的重要参数，其研究早就受到重视。Hayashi等对桥环化合物、石蜡基矿物油、癸二酸二异辛酯和苯甲基联苯氢化物以及几种混合润滑油的压力-粘度系数进了实验测量。在40℃时，PAO-186合成油的润滑剂其压力-粘度系数α的数值最大，NPEUC-7酯油的最小，二者数值相差6个单位；随着温度升高，压力-粘度系数α差别变小。在100℃和120℃温度下，两种润滑油的粘度系数α保持不变。当润滑油温度保持不变而压力增大时，动力粘度在40℃的增加明显高于其他温度。

2.3润滑油组成对粘度的影响

润滑油是一种组成复杂的混合物，其物性与结构组成之间的关系非常复杂。润滑油的粘度与其分子量及结构密切相关。Adhvaryu等人研究表明粘度指数和粘温特性最好的是正构烷烃，最差的是重芳香烃、多环环烷和环烷芳烃，具有长碳链的异构烷烃居中。另外，Adhvaryu等对粘度指数与平均烷基链长度之间的关系进行了线性相关分析，发现两者之间显著线性相关，由此得到了粘度指数的高低主要取决于异构烷烃的含量的结论。马春曦等介绍了润滑油异构化催化剂对润滑油（大庆油田化工总厂由糠醛精制后的150BS润滑油为原料）产品凝点、液收率以及其他性能指标的测定和分析，考察了自制催化剂的异构化催化性能。其结果表明随着润滑油中正构烷烃比例的增大，润滑油的粘度降低。含有支链最多的流体的粘度明显高于含有一个支链和直链的流体。即增加分子的支链数量可提高流体的粘度。这说明分子量相同的润滑油，如果其支链多少不同，则其粘度将不同。也就是说分子量与粘度之间不存在依赖关系。为了弄清分子量与粘度之间的关系，作者对几种不同润滑油的粘度和分子量之间的关系进行了分析，制作了粘度和分子量关系散点。粘度与分子量之间是不相关的。可见，除特定系列的润滑油（如杜邦Krytox143系列）的粘度具有随分子量的增大而增大（减少）的规律外，一般而言，润滑油的粘度与分子量之间是不相关。

2.4剪切力对粘度的影响

润滑油可能在剪切速率极高的场合使用，如航空发动机的挺杆、凸轮等部位工作时的剪切速率达到，高剪切速率会对润滑油粘度造成一定影响。润滑油中聚合物成分在剪切力作用下容易发生碳链的断裂，生成小分子的组分，因此在剪切力作用下润滑油粘度会有所降低。不同的剪切力、剪切速率、剪切时间、聚合物分子量、聚合物浓度以及基础油粘度等都会对润滑油粘度造成不同程度的影响。王国金等［7］研究了多级油粘度与剪切力的关系，发现在剪切的初期，随剪切时间的增加，粘度迅速下降，在以后的时间里，粘度下降变得缓慢。他认为，当多级油中聚合物分子被剪切到一定水品，分子量不再减小，粘度损失也就缓慢，当增大剪切应力或提高聚合物或者是基础油的粘度时，百分粘度损失都会相应增加。相对于温度和压力等因素，剪切力对粘度的影响比较小，然而随着温度的升高和压力的增大，剪切力的影响作用会逐渐增强。

综上可知，（1）基于Excel建立润滑油粘度-温度经验公式的方法，是一种精度高、操作简便的方法，表2中给出的十余种用绝对温度对数的四次多项式表示的润滑油运动粘度经验公式，可用于设计、模拟计算与分析之中。（2）对于在高压条件下工作的润滑油，润滑油的压力对其粘度的影响很大，不容忽视。

参考文献：

[1]李咏，杨晓飞，王坚，赵云强，刘勇平.润滑油运动粘度测定影响因素分析[J].实验科学与技术，2010，8（04）：16-19.

[2]李兴虎，赵晓静.润滑油粘度的影响因素分析[J].润滑油，2009，24（06）：59-64.