為了適應機械設備復雜的使用環境，潤滑油的生產和選用必須充分考慮其性能要求，對于嚴寒地區，低溫流動性是潤滑油選用尤其應當注意的問題，本文對潤滑油低溫流動性的相關問題進行分析總結，為潤滑油的研究和選用提供參考。

 

 

 

潤滑油的低溫流動性是指潤滑油在低溫下使用能否維持正常流動的能力。低溫流動性是潤滑油一項重要的性能，尤其對于嚴寒地區潤滑油的選用極為重要。

 

潤滑油低溫流動性對其使用的影響主要體現在以下幾個方面：

 

 

潤滑油的低溫流動性差會造成機械設備在低溫下啟動困難。一般來說，潤滑油黏度越小越有利于機械設備啟動。但在低溫條件下，潤滑油的黏度大幅增加，工作阻力增大，容易造成機械設備啟動困難。資料顯示，一般活塞式發動機啟動時潤滑油的黏度不超過7600 mm2/s，齒輪傳動裝置啟動時潤滑油的黏度不超過162 000 mm2/s，因此嚴寒地區應當注意選用低溫流動性較好的潤滑油來保證發動機的啟動。

 

 

低溫下潤滑油的黏度增大，流動性變差，潤滑油輸送到摩擦表面的時間延長，摩擦表面之間直接接觸的可能性增加，機械磨損也相應增加。低溫流動性不足的潤滑油在使用過程中流動緩慢甚至凝固，使得機械摩擦部件處于缺油狀態，磨損更加劇烈。

 

發動機三分之二的磨損來自于啟動階段，若潤滑油的低溫流動性差，發動機在低溫下啟動困難，再次啟動時磨損也會增大。

 

 

低溫下潤滑油黏度增加，流動阻力變大，會造成低溫潤滑系統供油困難。為了提高潤滑油的供應量，潤滑系統的壓力也會增大，當壓力增大到一定程度時可能損壞潤滑系統中的管路接頭等部件。

 

 

除了潤滑，潤滑油還擔負清潔、散熱﹑密封及減振等作用。低溫流動性差的潤滑油在低溫潤滑系統中的循環速度變慢，這一方面會減慢潤滑部位的冷卻散熱速度，使摩擦部件出現局部高溫；另一方面不利于及時清潔產生的金屬磨屑、積炭及油泥等，對潤滑油的使用帶來一定的負面影響。

 

 

潤滑油在低溫下失去流動性的主要原因可分為兩個方面，一是黏度增加導致的黏溫凝固；另一個是蠟結晶造成的結構凝固。

 

 

溫度對潤滑油黏度的影響非常明顯，如20號航空潤滑油在10 ℃時的黏度是50℃黏度的20倍。在低溫下，潤滑油分子的動能降低，分子間的距離減小，吸引力增大，從而使黏度增加，這種在低溫下因潤滑油黏度過高導致潤滑油失去流動性的現象被稱為黏溫凝固。此時潤滑油并非是真正凝結成固體，而是黏稠的膏狀，表觀上表現為不能流動。

 

潤滑油的黏溫凝固與潤滑油本身的黏度以及黏溫性能有關。對于高黏度油，由于其本身具有較高的黏度，在低溫下更容易因黏度過大而失去流動性。

 

潤滑油的黏溫性能也對其黏溫凝固有重要影響，黏溫性能好的潤滑油，黏度隨溫度的變化較緩，可在一定程度上緩解潤滑油“凝固”。

 

結構凝固

 

潤滑油中的蠟在低溫下會結晶析出，首先產生少量極細微的結晶，隨著溫度進一步下降，結晶數量增多并連成三維網狀骨架結構，將潤滑油吸附在網狀骨架內，使潤滑油失去流動性，這種現象稱之為結構凝固。結構凝固時潤滑油也并非全為固體，而是處于固液相共存的混合狀態。

 

潤滑油結構凝固主要與組分中的蠟有關。潤滑油中的蠟為長碳鏈的正構烷烴、異構烷烴以及長側鏈的環烴等，凝點高且與其他烴的相容性低，低溫下容易結晶析出，形成網絡骨架結構。

 

在潤滑油生產中盡量地除去蠟成分是減少結構凝固的重要方法，在潤滑油中添加降凝劑也可在一定程度上破壞結構凝固，從而改善潤滑油的低溫流動性。

 

 

潤滑油低溫流動性的評定指標主要涉及凝點、傾點、低溫黏度以及邊界泵送溫度。

 

 

潤滑油的凝點表示潤滑油失去流動性的最高溫度。潤滑油的凝點按照《石油產品凝點測定法》：GB/T 510—1983(1991)方法進行測定。

 

潤滑油一般為混合物，并沒有明顯的凝固溫度，到達凝點時，仍同時包含了固態和液態的組分，并非完全凝固，因而凝點只是定性地反映潤滑油低溫流動性的好壞。

 

潤滑油的最低使用溫度應比凝點高5℃~7 ℃。

 

 

潤滑油的傾點是指在規定條件下，被冷卻的潤滑油能夠流動的最低溫度，按照《石油產品傾點測定法》:GB/T3535—1983(1991)方法進行測定。

 

凝點和傾點都是潤滑油低溫性能的評價指標，通常傾點比凝點高2 ℃~3 ℃，潤滑油的低溫性能常選其中一項進行測定。

 

 

凝點和傾點只能定性地反映潤滑油低溫流動性的好壞，而潤滑油在低溫下的流動性究竟如何，則通常采用低溫黏度來表示。

 

低溫黏度與機械設備的潤滑狀態息息相關。對于航空渦輪發動機而言，在低溫條件下，如果潤滑油黏度達到5000 mm2/s時就難于噴射，供油緩慢，黏度達到11 000 mm2/s時，發動機啟動困難，而當黏度達到20 000 mm2/s時，潤滑油就會停止流動。因此，為了保證航空發動機能夠安全可靠地運行，通常對航空潤滑油的低溫黏度都有要求，例如美軍《航空渦輪發動機合成潤滑油性能規范》:MIL一L-23699C標準就規定航空發動機油-40℃運動黏度不大于13 000 mm2/s。

 

測定潤滑油黏度的方法較多，常用的有《石油產品運動黏度測定法和動力黏度計算法》:GB/T265—1988(2004)方法。該方法采用毛細管黏度計，用于測定常溫黏度及低溫黏度，但測定的潤滑油必須是牛頓流體。

 

對于多級油以及在低溫下會出現固相的潤滑油，其流變特性為非牛頓流體，毛細管黏度計法不再適用，此時應測定其表觀黏度來表征潤滑油的流動性。

 

潤滑油的表觀黏度通常采用旋轉黏度計來測定，國內是用《發動機油表觀黏度測定法(冷啟動模擬機法)》:GB/T6538——2000方法進行測定，國外是用《發動機潤滑油低溫表觀黏度測定法(冷啟動模擬機法)》:ASTM D2602方法進行測定。

 

潤滑油剛開始流動時所需的剪切應力稱為屈服應力，將能使潤滑油流到濾網入口的最大屈服應力稱為臨界屈服應力。一般認為潤滑油的屈服應力應小于35 Pa，超過臨界屈服應力時空氣可能進入油泵造成油壓不穩。在一定剪切速率下，潤滑油能順利流到油泵的最大黏度稱為臨界黏度，一般發動機油的臨界黏度應小于30 Pa·s才能保證油泵正常供油。發動機油規范中將潤滑油達到臨界屈服應力(35 Pa)或臨界黏度(30 Pa·s)的溫度稱為邊界泵送溫度，在該溫度以上油泵才能將潤滑油連續順利地輸送到潤滑系統中。

 

我國邊界泵送溫度按照《發動機油邊界泵送溫度測定法》:GB/T9171——1988方法進行測定，該方法等效于《發動機潤滑油邊界泵送溫度測定法》: ASTM D3829方法。

 

潤滑油邊界泵送溫度測定主要針對內燃機潤滑油，其他潤滑油通常不要求測定邊界泵送溫度。