根據(jù)摩擦學(xué)家和潤滑工程師協(xié)會 (STLE) 的說法，粘度是油品最重要的物理特性之一。由于它對油狀況和潤滑的重要性，它是大多數(shù)油品分析實(shí)驗(yàn)室主要檢測的參數(shù)之一。但當(dāng)我們談?wù)撚推氛扯葧r(shí)，我們想問的是什么?

　　潤滑油的粘度通常以兩種方式檢測和定義：基于其運(yùn)動粘度或絕對(動態(tài))粘度。雖然描述看起來相似，但兩者之間存在重要區(qū)別。

　　油的運(yùn)動粘度定義為其對重力引起的流動和剪切的阻力。想象一下，在一個燒杯中注入渦輪機(jī)油，在另一個燒杯中注入濃稠的齒輪油。如果燒杯一側(cè)傾斜，哪一種物質(zhì)從燒杯中流出的速度會更快?渦輪機(jī)油會流動得更快，因?yàn)橄鄬α魉儆蓹C(jī)油的運(yùn)動粘度決定。

　　現(xiàn)在讓我們考慮絕對粘度。要檢測絕對粘度，請將金屬棒插入相同的兩個燒杯中。使用棒攪拌油，然后檢測以相同速率攪拌每種油所需的力。攪拌齒輪油所需的力將大于攪拌透平油所需的力。

　　根據(jù)這一觀察，人們可能會說齒輪油需要更大的力來攪拌，因?yàn)樗恼扯缺葴u輪機(jī)油高。然而，本例中檢測的是油因內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的流動阻力和剪切阻力，因此更正確的說法是齒輪油比渦輪油具有更高的絕對粘度，因?yàn)樾枰蟮牧頂嚢椠X輪油。

　　對于牛頓流體，絕對粘度和運(yùn)動粘度與油的比重相關(guān)。然而，對于其他油品，例如含有聚合物粘度指數(shù) (VI) 改進(jìn)劑的油品，或嚴(yán)重污染或降解的流體，這種關(guān)系并不成立，如果我們不知道絕對粘度和運(yùn)動粘度之間的差異，則可能會導(dǎo)致錯誤。

　　一、毛細(xì)管粘度計(jì)測試方法

　　實(shí)驗(yàn)室中測定運(yùn)動粘度的很常見方法是使用毛細(xì)管粘度計(jì)。在此方法中，將油樣放入玻璃毛細(xì)管 U 形管中，然后使用吸力將樣品吸入管中，直到到達(dá)管側(cè)面指示的起始位置。

　　然后釋放吸力，使樣品在重力作用下通過管流回。管內(nèi)狹窄的毛細(xì)管截面控制油的流速;粘度較高的油比較稀的油需要更長的時(shí)間才能流動。ASTM D445 和 ISO 3104 中描述了該程序。

　　由于流量取決于油在重力作用下，流過毛細(xì)管的阻力，因此該測試實(shí)際上檢測油的運(yùn)動粘度。粘度通常以厘沱 (cSt) 為單位，相當(dāng)于 SI 單位的 mm2/s，并使用為每個管提供的校準(zhǔn)常數(shù)從油從起點(diǎn)流到停止點(diǎn)所需的時(shí)間計(jì)算得出。

　　在大多數(shù)商業(yè)油分析實(shí)驗(yàn)室中，ASTM D445 (ISO 3104) 中描述的毛細(xì)管粘度計(jì)方法使用許多商用自動粘度計(jì)進(jìn)行修改和自動化。如果正確使用，這些粘度計(jì)能夠再現(xiàn)與毛細(xì)管手動粘度計(jì)方法產(chǎn)生的類似精度水平。

　　除非定義了檢測粘度的溫度，否則說明油的粘度是沒有意義的。通常，粘度是在兩個溫度之一下報(bào)告的，即 40°C (100°F) 或 100°C (212°F)。對于大多數(shù)工業(yè)油，通常在 40°C 下檢測運(yùn)動粘度，因?yàn)檫@是 ISO 粘度分級系統(tǒng) (ISO 3448) 的基礎(chǔ)。

　　同樣，大多數(shù)發(fā)動機(jī)油通常在 100°C 下檢測，因?yàn)?SAE 發(fā)動機(jī)油分類系統(tǒng) (SAE J300) 參考 100°C 下的運(yùn)動粘度(表 1)。此外，100°C 還可減少發(fā)動機(jī)油煙灰污染檢測干擾的增加。

　　圖1 ISO 和 SAE 粘度分級系統(tǒng)

　　圖 2. 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)

　　二、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測試方法

　　測定油粘度的一種不太常見的方法是使用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)。在此測試方法中，油被放置在玻璃管中，并在固定溫度下放置在絕緣塊中(圖 2)。

　　然后金屬主軸在油中以固定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并檢測旋轉(zhuǎn)主軸所需的扭矩。根據(jù)油的剪切應(yīng)力提供的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)阻力，可以確定油的絕對粘度。絕對粘度以厘泊 (cP) 為單位，相當(dāng)于 SI 單位的 mPa·s。

　　該方法通常稱為 Brookfield 方法，并在 ASTM D2983 中進(jìn)行了描述。

　　雖然比運(yùn)動粘度少見，但絕對粘度和布魯克菲爾德粘度計(jì)用于配制發(fā)動機(jī)油。例如，“W”名稱用于表示適合在較冷溫度下使用的油品，部分基于不同溫度下的布氏粘度(表 2)。

　　因此，基于 SAE J300，指定為 SAE 15W-40 的多級發(fā)動機(jī)油須符合表 1 所示的高溫運(yùn)動粘度限制以及表 2 所示的冷啟動最低要求。

　　三、粘度指數(shù)

　　油的另一重要特性是粘度指數(shù) (VI)。粘度指數(shù)是一個無單位的數(shù)字，用于指示油的運(yùn)動粘度與溫度的關(guān)系。

　　它基于將 40°C 時(shí)測試油的運(yùn)動粘度與兩種參考油的運(yùn)動粘度進(jìn)行比較 - 其中一種的 VI 為 0，另一種的 VI 為 100(圖 3) - 每種參考油的 VI 為 0，另一種的 VI 為 100(圖 3) 100℃時(shí)的粘度與試驗(yàn)油相同。ASTM D2270 中引用了根據(jù) 40°C 和 100°C 下檢測的油運(yùn)動粘度計(jì)算 VI 的表格。

　　圖 3. 粘度指數(shù) (VI) 的測定

　　圖 3 顯示，在相同溫度范圍內(nèi)，運(yùn)動粘度隨溫度變化較小的油將比粘度變化較大的油具有更高的 VI。

　　對于大多數(shù)石蠟基溶劑精煉礦物基工業(yè)油，典型的 VI 值在 90 至 105 范圍內(nèi)。然而，許多高度精煉的礦物油、合成油和 VI 改進(jìn)油的 VI 值將超過 100。事實(shí)上，PAO 型合成油的 VI 通常在 130 至 150 范圍內(nèi)。

　　四、粘度監(jiān)測和趨勢

　　粘度監(jiān)測和趨勢分析可能是任何油液分析程序中最重要的組成部分之一。即使粘度的微小變化在工作溫度下也會被放大到油不再能夠提供足夠潤滑的程度。

　　出于謹(jǐn)慎考慮，典型的工業(yè)用油限值設(shè)置為 ±5%，關(guān)鍵情況下設(shè)置為 ±10%，但重載應(yīng)用和關(guān)鍵的系統(tǒng)應(yīng)該有更嚴(yán)格的目標(biāo)。

　　粘度的顯著降低可能會導(dǎo)致：

　　1.油膜損失導(dǎo)致過度磨損;

　　2.機(jī)械摩擦增加導(dǎo)致能量消耗過多 n 機(jī)械摩擦產(chǎn)生熱量 n 內(nèi)部或外部泄漏;

　　3.由于油膜減少，對顆粒污染的敏感性增加;

　　4.高溫、高負(fù)載或啟動或滑行過程中油膜失效。

　　同樣，粘度過高也會導(dǎo)致：

　　1.產(chǎn)生過多熱量導(dǎo)致油氧化、油泥和清漆積聚;

　　2.由于流向泵和軸承的油量不足而導(dǎo)致氣穴現(xiàn)象;

　　3.由于油流不足而導(dǎo)致潤滑不足;

　　4.軸頸軸承中的油鞭;

　　5.為了克服流體摩擦而消耗過多的能量;

　　6.脫氣性或抗乳化性差;

　　7.冷啟動泵送性差。

　　每當(dāng)觀察到粘度發(fā)生顯著變化時(shí)，應(yīng)始終調(diào)查并糾正問題的根本原因。粘度變化可能是基礎(chǔ)油化學(xué)變化(油分子結(jié)構(gòu)變化)或污染物侵入造成的(表 3)。

　　五、油品粘度變化的常見原因

　　油品粘度變化可能需要額外的測試，例如：酸值(AN)或傅里葉變換紅外光譜(FTIR)，以確認(rèn)早期氧化;污染物測試以識別水、煙灰或乙二醇進(jìn)入的跡象;或其他不太常用的測試，例如超速離心測試或氣相色譜 (GC)，以識別基礎(chǔ)油化學(xué)成分的變化。

　　粘度是一種重要的物理特性，須仔細(xì)監(jiān)測和控制，因?yàn)樗鼘τ推芬约坝推穼υO(shè)備壽命的影響。

　　無論是使用能夠準(zhǔn)確確定粘度變化的多種現(xiàn)場油品分析儀器之一現(xiàn)場檢測粘度，還是定期將樣品發(fā)送到外部實(shí)驗(yàn)室，了解如何確定粘度以及粘度變化如何影響設(shè)備可靠性都非常重要。須采取積極主動的方法來確定設(shè)備的命脈——油的狀況!

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