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2号坦克脂粘性改善方向

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粘性是润滑油词汇中最具有歧义的一个。润滑油和发动机生产商都认可粘性的实际重要作用,不过对于怎样定义、衡量以及控制粘性,他们仍然没有达成共识。研发防止增粘剂在高温下降解的新型添加剂以及评估润滑油粘性的新型仪器有助于润滑油生产商在行业中站稳脚跟。


作为2号坦克脂的常见特性,粘性也是某些润滑油的理想特性,可以通过使用增粘剂来改善。功能性产品有限公司(Functional Products Inc.)埃里克?威利特和丹尼尔?瓦戈表示,增粘剂是超长聚合物,可以增加润滑油的弹性。常见的增粘剂有大分子量聚异丁烯聚合物和烯烃共聚物,一般用于链条润滑油中,避免润滑油在装置转动时甩落、泄漏以及形成油雾,并且改善流动性。


为了评估增粘剂,威利特和瓦戈进行了一个简单的测试——无管虹吸。分子量在0.01%到1%之间的聚合物溶于油液,溶解后将油液倒入玻璃量筒。然后在量筒上放置一根垂直的玻璃毛细管,其中一端浸入油液中,另一端连接真空管和量瓶。


抽真空后,毛细管吸取油样,油液流入量瓶。当量筒中的液面低于毛细管的端口,粘性液体形成一股液柱(术语为自由射流)。此时油液传输继续进行,直至液柱断裂。液柱越长,油液的粘性越大。


保持油液粘性

威利特和瓦戈研究了增粘剂在加热条件和不同基础油中的表现,然后在2017年的美国2号坦克脂协会(NLGI)年会上发表了研究成果。他们推荐了一款适用于润滑油的增粘剂。


聚异丁烯(PIB)粘度指数改进剂比乙烯丙烯共聚物(OCP)粘度指数改进剂更加有效。为了研究PIB的热稳定性,他们在一款APIⅢ类基础油中溶解一种分子量较大的PIB。


他们对油品进行预处理,在70℃到200℃的温度范围内让油样放置不同的时间,然后通过无管虹吸实验检测油样的液柱长度。结果显示,该种PIB在低于80℃时保持数月的稳定,在80℃到100℃之间保持数周的稳定,在100℃到150℃之间保持数天的稳定,以及在150℃以上仅保持数小时的稳定。

在高温环境中,APIⅢ类基础油和Ⅳ类基础油中的PIB(和OCP)比在Ⅰ和Ⅱ类基础油中的表现更加稳定。威利特和瓦戈推测,Ⅰ和Ⅱ类基础油中的某种负面分子加速了PIB的热降解。为了探索其中的原理,他们在Ⅲ类基础油中加入了Ⅰ、Ⅱ类基础油的同类破坏分子——包括芳香基、硫和氮,然后测试PIB。


令人意外的是,硫酸盐(硫)提高了PIB的热稳定性,而烷基氨(氮)主要成分加快了降解。烷基苯和萘(芳烃)的影响程度取决于PIB的分子量大小。


威利特和瓦戈测试了多种化学物质对Ⅲ类基础油中PIB和OCP粘度指数改进剂的作用效果。


油样分别在150℃下放置24个小时以及在200℃下放置2个小时。有一种物质明显减少了PIB在两种温度下以及OCP在150℃下的液柱长度损失。


实验结果表明,使用PIB制备润滑油更加容易,且比起PET、PSU、PPSU和PEI等本身具有耐高温性的聚合物,该种新型粘度指数改进剂更加稳定。


2号坦克脂的粘性

不管哪个经验丰富的配制师在测试2号坦克脂粘度时,都会用手捻起一些2号坦克脂,然后张开两指,观察2号坦克脂的拉丝情况和丝峰,就跟小孩子用手玩泡泡糖一样。


不过,用手指测试润滑脂并非儿戏。威利特解释道:“润滑脂的粘性与两个因素有关:粘聚性和粘附性。粘聚性反映润滑脂的内力,与同个物质分子之间的相互吸引力有关。润滑脂的粘聚性避免其剪切断裂。粘聚性较好的润滑脂拉丝较多,并且在机械滚动稳定性测试、锥入度测试和喷水测试中表现较好。粘附性反映润滑脂与其他表面之间的外部吸引力,与两个不同分子间的相互吸引力相关。”


润滑脂的粘附性促使其附着在其他表面,以防被擦掉或甩掉。润滑脂应同时具备粘附性和粘聚性以发挥其功能。没有粘附性的润滑脂会从接触面滑落,无法流入轴承内部;没有粘聚性的润滑脂则由于转动机械的向心力容易从接触面甩落。增粘剂能够同时加大润滑脂的粘聚性和粘附性。润滑脂增粘剂的性能受稠化剂和基础油的影响。目前仍然没有确切的方法对润滑脂的粘性进行量化,即便粘性是人们在使用润滑脂时最先发现的特征之一。因此,润滑脂生产商不断进行反复测试。

瓦戈建议人们使用简单的拉力测试来评估润滑脂的粘性。在一个钢制浅槽里放置润滑脂,然后在润滑脂的顶部放上一块钢片,它与一个简易弹簧秤相连。他计算了钢片被拉离润滑脂所需的拉力大小,该值与润滑脂在钢片上的粘附力、粘聚力以及拉丝能力有关。


瓦戈对比了用于NLGI 2级复合锂基润滑脂中的OCP、苯乙烯-乙烯-丁二烯、OCP-酸酐粘度指数改进剂的效果。他进行了与检测稠度的锥入度测试类似的拉力测试,用于检测润滑脂的粘聚力;冲洗水测试,用于衡量润滑脂附着在基底上的粘附力;喷水测试。他总结道,润滑脂的粘性比较复杂,他建议共同使用手指测试、喷水测试等对润滑脂添加剂进行量化分析和比对。


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