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润滑油粘着性的检测方法与最新仪器

嘉峪检测网        2018-11-23 11:10

粘着性是润滑油行业词汇中最具争议的术语。配方设计师和工程师都认为粘着性具有重要的现实意义,但他们在如何定义、测量和控制粘着性方面尚未达成共识。一种新型添加剂可以在高温下稳定增粘剂防止其降解,而一种评估润滑油粘着性的新仪器可以使配方设计师的研究更有依据。

 

虽然粘着性多数情况下都与润滑脂有联系,但就某些石油而言它是一种良好的特性,可以通过使用增粘剂进行提升。根据总部位于俄亥俄州马其顿的Functional Products Inc.的Erik Willett和Daniel Vargo所说,这些添加剂是非常长的聚合物,当用于石油中时会增加弹性。最广泛使用的增粘剂是高分子量聚异丁烯聚合物和烯烃共聚物。它们用于杠用润滑油和链条油等产品,以防止润滑油在旋转装置中飞溅,避免泄漏、雾气形成和改善流动性。

 

为了评估增粘剂,Willett和Vargo使用无管虹吸进行简单测试。按重量计0.01%至1%的聚合物溶解在油中并倒入玻璃圆筒。玻璃毛细管垂直放置,一端浸入样品中,另一端连接到烧瓶和真空管道。

 

施加真空以通过管道吸取样品并收集在烧瓶中。当圆筒中的样品下降低至真空管道的开口端时,粘性流体形成一连串液体(学术上称为自由射流)。流体继续流动直至形成的一连串液体断裂。连串的液体越晚断裂,混合物越粘。

 

保持石油的粘着性

 

Willett和Vargo在美国润滑脂学会2017年年会上报告了热量和基础油对增粘剂影响的调查结果。他们的研究成果为润滑油引进了一款特殊的增粘剂防腐剂。

 

为了研究聚异丁烯中的热稳定性(聚异丁烯是比烯烃共聚物更有效的增粘剂),他们在API III类基础油中溶解高分子量聚异丁烯。在用无管虹吸测量连串液体长度之前,处理样品的先决条件是在不同时间段下温度范围为70至200摄氏度。结果显示,测试的特定聚异丁烯可以在80℃以下稳定保持数月、80到100℃下保持几周、100到150℃下保持数日而在150℃以上保持数个小时。

 

在高温下,聚异丁烯(和烯烃共聚物)在API III类和IV类基础油中比在I类和II类油中更稳定。Willett和Vargo假设I类和II类中的特定分子加速了聚异丁烯的热降解。为了研究,他们测试了III类油中的聚异丁烯,III类油中掺有模拟了I类和II类油中常见的该类分子——含有芳香族基、硫和氮的分子。

 

令人惊讶的是,硫代硫酸盐(硫)改善了聚异丁烯的热稳定性,而伯烷基胺(氮)加速了降解。烷基化苯和萘(芳烃)的作用似乎取决于聚异丁烯的分子量。

 

Willett和Vargo根据化学品对聚异丁烯和烯烃共聚物增粘剂的影响筛选了更多的化学品。样品将在150℃下预处理24小时或在200℃下预处理2小时。一种化学物质在两种温度下显着减少聚异丁烯的连串液体长度损失,而在较低温度下显着减少烯烃共聚物的连串液体长度。研究人员发现,与其他具有固有耐高温性的聚合物(包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚砜、聚苯砜和聚醚酰亚胺)相比,配制混合聚异丁烯和这种新型增粘剂防腐剂的润滑油要简单得多。

 

润滑脂的粘着性

 

询问任何亲身实践的配方设计师关于润滑脂粘着性的问题,他们会拿起一点样品,拇指食指分开,看它们的连串长度如何。但是,评估润滑脂粘着性并不是用手指就可以判断的。

 

Willett向Lubes'n'Greases解释道,“可以通过两种方法观察润滑脂粘着性:粘聚力或附着力。粘聚力粘着性是指润滑脂的内部强度,它取决于物质中分子之间的吸引力。粘聚力粘着性有助于防止润滑油脂被施加的剪切力拉开。具有良好粘聚力粘着性的润滑脂是粘稠的,几乎没有漏油,并且在机械滚动稳定性、工作锥入度和喷水试验中表现良好。

 

他继续道,“附着力粘着性则是润滑脂和其他表面之间的外部吸引力,它取决于不同分子之间的吸引力。附着力粘着性有助于润滑脂粘附在表面,防止被擦掉或甩掉。

 

“润滑脂需要附着力和粘聚力粘着性实现它的作用。没有附着力的润滑脂会从表面滑落而不会在轴承内部扩散,而没有粘聚力的润滑脂会由于旋转机械中的离心力而被抛出表面。

 

增粘剂倾向于增加附着力和粘聚力粘着性。对于润滑脂,增粘剂性能取决于增稠剂和基础油。虽然粘着性是处理润滑脂时首先注意到的事情之一,但仍然没有明确的方法来量化润滑脂的粘着性。因此,润滑脂配方设计师采用反复试验的方法。

 

 

Vargo在2014年美国润滑脂学会年会上提出了一项关于润滑脂粘着性的简单拉拔试验。润滑脂装在由钢板制成的浅槽中。将平钢板放在润滑脂的顶部,并安装廉价的弹簧秤。他计算了将平钢板与润滑脂分开所需的拉拔力,而结果取决于润滑脂对钢板的附着性以及润滑脂的粘聚力和液体连串能力。

 

Vargo比较了在美国润滑脂学会2级锂基复合润滑脂中配制的烯烃共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯和烯烃共聚物酸酐增粘剂。拉拔试验结果相当于锥入度试验,该试验测量润滑脂稠度,主要是粘聚力;水冲洗测试,主要测量对基材的附着力; 和喷水试验。他总结说,润滑脂粘着性具有复合材料性能,建议结合使用拉拔、喷水和其他测试进行定性评估和比较润滑脂添加剂。

 

最新的粘着性测试仪

 

Falex Tribology Belgium的Emmanuel Georgiou向Lubes'n'Greases解释,“粘着性不要与粘性相混淆,粘性是指附着力。”“粘着性是指润滑脂粘合良好并且当两个表面分开时形成足够长的螺纹以使润滑脂在表面之间重新分布的能力。润滑脂必须能够从一个表面转移到另一个表面,并且在应用中很好地发挥粘性作用。”

 

据说具有良好附着性、粘聚性和形成螺纹的润滑脂具有高粘着性。但是,Georgiou指出,这是一个主观定义。

 

他指出,“配制润滑脂粘着性以匹配所用产品的速度和几何形状非常重要。转动缓慢的开式齿轮装置可能需要很大的粘着性,但粘着性过高可能会形成长螺纹而导致更快运行的系统阻力和能量损失。在食品加工等应用中,避免连串液体断开而污染产品是至关重要的。”

 

Georgiou和他的Dirk Drees以及美国Falex Corp.的Michael Anderson在5月份美国摩擦学者和润滑工程师学会年会上提出了一种新的拉拔测试方法和关于润滑脂附着力和粘着性的深入见解。

 

他们使用高精度仪器测量需要将探头逐渐移动到固体基板上的润滑脂薄膜所需的力,通过润滑脂以相反方向缩回探头,然后形成螺纹直到螺纹断裂。该仪器的工作原理与原子力显微镜相同,但工程规模要大得多。

 

Georgiou分析了力与探针位置的关系图,称为距离收缩曲线。与手指粘着性测试不同,距离收缩曲线可用于客观和定量地比较润滑脂。他使用专有软件分析曲线并计算最大拉拔力,表示附着力强度;连串长度,表示粘着性;和分离力量,或润滑脂形成连串液体所需的作用。

 

他在明尼阿波利斯会议上指出,“我认为那些被认为是粘性的润滑脂是能够以最小的力产生长螺纹的润滑脂,即在收缩过程中产生的低分离能量。”这意味着连串长度与分离能量的比率可能很重要。为了比较两种美国润滑脂学会2级锂基润滑脂,Georgiou在不锈钢上制备了200微米(0.008英寸)厚的润滑脂膜,并使用直径为3.175毫米的铜球作为探针。

 

在较快的缩回速度下,拉拔力和分离能量要大得多,并且对连串长度的影响较小。润滑脂A通常具有更强的附着力和更好的粘性,以及比润滑脂B更长的连串长度和更好的粘着性。

 

将温度从20℃升高到100℃导致两种润滑脂的附着力下降。润滑脂A的连串长度和分离能量随着温度的升高而降低,润滑脂B的则随温度的升高保持相对稳定。

 

Georgiou指出,最终用户必须了解润滑脂性能如何取决于应用条件。他建议使用拉拔力和连串长度与速度和温度的三维图来比较配方。

 

Georgiou告诉Lubes'n'Greases关于进一步研究的一些意外结果。“我们将三种润滑脂与低、中、高工业等级粘度相比较。当距离收缩曲线的最大拉拔力与手指粘着性无关时,我们感到惊讶。 我们发现手指粘着性测试对操作者手指分离的速度非常敏感。这显示了在一系列分离速度下测量ARC的价值。”

 

他继续道,“我们还了解到,为了形成最长的液体连串长度,润滑脂需要更容易分离和流动。这意味着润滑脂需要具有较大拉拔力以供附着,同时具有较低的分离能量,易于形成螺纹。ARC是在单次测试中测量这种属性组合的唯一方法。”

 

Georgiou项目中最初使用的研究仪器已被重新设计成一个更紧凑、自动化的Tackiness Adhesion Analyzer,由总部位于伊利诺伊州Sugar Grove的Falex公司生产。根据Falex的Michael Anderson的说法,该仪器可以改变收缩速度、负载和温度以在各种情况下充分区分润滑脂粘着性和附着力的特征,很像Stribeck曲线代表摩擦学测试。

 

Anderson说,“接下来润滑脂行业将确定最理想的收缩速度、负载和温度条件,并制定新的标准测试方法和润滑脂附着力和粘着性的规格。”

 

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来源:AnyTesting