潤(rùn)滑脂稠度測(cè)試方法！

潤(rùn)滑脂是由粘度不一的基礎(chǔ)油和各種稠化劑制成的復(fù)合材料。不同批次的潤(rùn)滑脂具有不同的含皂量和成分。潤(rùn)滑脂測(cè)試主要為了保證產(chǎn)品質(zhì)量以及規(guī)劃新產(chǎn)品的市場(chǎng)。錐入度測(cè)試被視為重要的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試項(xiàng)目。ASTM測(cè)試方法可以檢測(cè)潤(rùn)滑脂的稠度。如果使用不新鮮的潤(rùn)滑脂作為樣本，那么就得需要大量的試樣。因此，這個(gè)方法不適用于正在使用的潤(rùn)滑脂?，F(xiàn)在，替代錐入度測(cè)試的其他方法也已經(jīng)出現(xiàn)了。比如，依靠觸摸可以感受潤(rùn)滑脂的軟硬程度。但是，這些替代方法都比較簡(jiǎn)陋，無(wú)法得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，也無(wú)法預(yù)測(cè)潤(rùn)滑脂的變化趨勢(shì)。控制應(yīng)力流變儀等儀器不僅能夠達(dá)到上述要求，而且還適用于檢測(cè)新鮮的或是正在使用的潤(rùn)滑脂。

錐入度測(cè)試問(wèn)題

錐入度測(cè)試是指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，讓椎體沉入一定量的潤(rùn)滑脂中，椎體沉入潤(rùn)滑脂的深度就是衡量潤(rùn)滑脂稠度的指標(biāo)。美國(guó)潤(rùn)滑脂協(xié)會(huì)（NLGI）用錐入度來(lái)劃分潤(rùn)滑脂的稠度編號(hào)。該測(cè)試中的椎體和脂杯尺寸有三種比例，大的是全尺寸椎體與約290毫升的脂杯，小的則是1/4比例椎體與3.8毫升脂杯。潤(rùn)滑脂工作器脂杯的容量決定了測(cè)試所需的潤(rùn)滑脂數(shù)量。實(shí)際應(yīng)用中得到的試樣通常不足以進(jìn)行一次錐入度測(cè)試。

實(shí)際上，很少設(shè)備的油池里存在超過(guò)290毫升的潤(rùn)滑脂，這是全尺寸椎體測(cè)試所需試樣的少數(shù)量。就算1/4比例椎體測(cè)試需要的潤(rùn)滑脂數(shù)量是3.8毫升，也是少量油池才能夠收集得到。由于收集的潤(rùn)滑脂常常不足以進(jìn)行一次錐入度測(cè)試，因此這種測(cè)試不適合正在使用的或者質(zhì)量待測(cè)的潤(rùn)滑脂。

錐入度測(cè)試分為工作錐入度測(cè)試和非工作錐入度測(cè)試。通過(guò)預(yù)先處理潤(rùn)滑脂樣本可以得到更準(zhǔn)確的結(jié)果。工作錐入度測(cè)試的樣本需要事先進(jìn)行60次往復(fù)工作。這種預(yù)處理只是針對(duì)新鮮潤(rùn)滑脂的。使用中的潤(rùn)滑脂樣本不需要在測(cè)試前進(jìn)行預(yù)處理，直接啟動(dòng)機(jī)器就能測(cè)試了。

錐入度測(cè)試方法過(guò)于粗糙，測(cè)試的結(jié)果也存在誤導(dǎo)性。NLGI的稠度分級(jí)是線性的，像0、1、2、3……這樣排列下去。但是，實(shí)際上潤(rùn)滑脂的稠度變化曲線是呈非線性的。假如按照線性排布，那么NLGI 4級(jí)潤(rùn)滑脂的稠度應(yīng)該是NLGI 2級(jí)的2倍，是NLGI 1級(jí)的4倍。然而事實(shí)并非如此。

圖1顯示，潤(rùn)滑脂的錐入度增加，椎體與潤(rùn)滑脂的接觸面表面積也發(fā)生改變。圖中標(biāo)示了錐入度，方便比較。如圖所示，隨著錐入度增加，椎體與潤(rùn)滑脂的接觸面表面積變化曲線是非線性的。

采用NLGI稠度分級(jí)方法有利于產(chǎn)品種類多樣化，稠度越大的潤(rùn)滑脂產(chǎn)品種類越多。在同一個(gè)NLGI等級(jí)下，商可以具有不同流變特性的產(chǎn)品，從而獲得巨大的制造毛利。

但是，采用NLGI方法對(duì)潤(rùn)滑脂進(jìn)行稠度分類時(shí)也會(huì)引起誤差。如果利用潤(rùn)滑脂的應(yīng)力大?。▎挝唬号了箍ǎ﹣?lái)表示潤(rùn)滑脂的稠度高低，此時(shí)NLGI分級(jí)法的誤差就會(huì)顯得非常之大。在一定錐入度范圍內(nèi)的潤(rùn)滑脂都可以視為NLGI 2級(jí)。

對(duì)于同屬NLGI 2級(jí)的潤(rùn)滑脂，錐入度高的產(chǎn)品所受的應(yīng)力大小是錐入度低的175%。如表1所示，NLGI 4級(jí)和NLGI 3級(jí)潤(rùn)滑脂之間的應(yīng)力差剛好等于NLGI 2級(jí)中間錐入度的潤(rùn)滑脂與NLGI 00級(jí)低錐入度潤(rùn)滑脂之間的應(yīng)力差。這種誤差就像小陷阱，如果人們不知道NLGI分類法的非線性特質(zhì)，就會(huì)感到困惑。

流變儀的使用

流變儀是一種在恒定的或者變化的外力、溫度、振蕩剪切幅度下檢測(cè)潤(rùn)滑脂物理特性的儀器。流變儀逐漸在各行業(yè)的設(shè)備中脫穎而出。與錐入度測(cè)試相比，流變儀所需的試樣量低至0.25到0.4毫升。

潤(rùn)滑脂行業(yè)不常使用流變儀來(lái)測(cè)試潤(rùn)滑脂樣本。人們對(duì)流變儀測(cè)試感到陌生。但是它可以測(cè)試潤(rùn)滑脂的剪應(yīng)力，以此來(lái)表示稠度，而且測(cè)試結(jié)果沒(méi)有誤差。

比較流變儀測(cè)試與錐入度測(cè)試的結(jié)果時(shí)，屈服應(yīng)力測(cè)試可以派上用場(chǎng)。屈服應(yīng)力測(cè)試中施加的剪應(yīng)力不斷增長(zhǎng)。每隔一段時(shí)間就能得到一個(gè)應(yīng)力值。進(jìn)行測(cè)試時(shí)，如果材料正在進(jìn)行彈性變形，那么應(yīng)力曲線接近垂直；如果材料產(chǎn)生流動(dòng)，則曲線逐漸趨于水平。曲線由垂直到水平的轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Y值就是屈服應(yīng)力。屈服應(yīng)力是指在一定的測(cè)試條件下，潤(rùn)滑脂彈性形變到達(dá)極限后開(kāi)始產(chǎn)生流動(dòng)時(shí)所受的應(yīng)力。

溫度對(duì)屈服應(yīng)力測(cè)試的影響極大，因此控制溫度十分關(guān)鍵。在儀器上安裝散熱片就能解決這個(gè)問(wèn)題。

有些流變測(cè)試需要耗時(shí)幾個(gè)小時(shí)甚至幾天。這些漫長(zhǎng)的測(cè)試可以得到準(zhǔn)確的結(jié)果?？墒牵瑢?duì)于多數(shù)使用中的待測(cè)潤(rùn)滑脂來(lái)說(shuō)，這些測(cè)試并不適用。理想的產(chǎn)品試驗(yàn)應(yīng)該具備結(jié)果準(zhǔn)確和耗時(shí)較短的特點(diǎn)。

按照一般的試驗(yàn)次序進(jìn)行應(yīng)力掃描和頻率掃描等一系列測(cè)試，后進(jìn)行屈服應(yīng)力測(cè)試后得到了圖2的結(jié)果。進(jìn)行屈服應(yīng)力測(cè)試之前，可以通過(guò)一連串的測(cè)試衡量潤(rùn)滑脂的特性。潤(rùn)滑脂樣本的預(yù)處理方式由測(cè)試次序決定。

初始試樣置于半徑25毫米的平板上，設(shè)置板間距離為1毫米。接著切削潤(rùn)滑脂，確保試樣邊緣均勻并且試樣無(wú)損。完成一次測(cè)試后，設(shè)備軟件自動(dòng)降低機(jī)頭，確保試樣與上下夾具均有接觸而且試樣無(wú)損。上一次測(cè)試完成后到下一次測(cè)試開(kāi)始前，試樣邊緣不需修整。每個(gè)樣本的機(jī)頭下降距離設(shè)置保持一致。

測(cè)試與測(cè)試之間多休息1分鐘。采取多組不同順序的測(cè)試保證了所有潤(rùn)滑脂試樣得到相似的測(cè)試和預(yù)處理手法。頻率掃描測(cè)試要求預(yù)處理方法保持一致，處理時(shí)間接近7分鐘，而整個(gè)測(cè)試時(shí)間才僅僅稍微長(zhǎng)于7分鐘。屈服應(yīng)力流變儀測(cè)試所需時(shí)間則不足1分鐘。

測(cè)試數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用1/4比例椎體測(cè)試和屈服應(yīng)力流變儀測(cè)試檢測(cè)了54種新鮮的和實(shí)際使用中的樣本。這些樣本包含聚脲脂、復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂、復(fù)合鈣基潤(rùn)滑脂、白土精制磺酸鈣基潤(rùn)滑脂等6種新鮮潤(rùn)滑脂，以及粘土增稠潤(rùn)滑脂、復(fù)合鈣基增稠潤(rùn)滑脂等等使用中的潤(rùn)滑脂。其中已經(jīng)知道了兩個(gè)樣本的NLGI稠度等級(jí)，這樣方便了我們確定錐入度。這些樣本的具體材料都是未知的。

這些潤(rùn)滑脂樣本都被視為沒(méi)有工作過(guò)的。從潤(rùn)滑脂塊中取得樣本后，只進(jìn)行了預(yù)處理，接著放入脂杯中。我們無(wú)法確定實(shí)際應(yīng)用中得到的樣本的工作程度。椎體落入樣本三次，記錄測(cè)試結(jié)果的平均值。該測(cè)試在實(shí)驗(yàn)室的室溫下進(jìn)行，一般在22℃到24℃。

根據(jù)流變儀輸出的數(shù)據(jù)，圖3清楚地顯示了NLGI稠度等級(jí)的非線性特質(zhì)。圖2顯示了兩種測(cè)試方法的結(jié)果及聯(lián)系。表1顯示了各種NLGI等級(jí)潤(rùn)滑脂的應(yīng)力數(shù)據(jù)。要注意的是，潤(rùn)滑脂的稠度越高，其稠度等級(jí)下的稠度誤差越大。

為了確定儀器和測(cè)試次序的重復(fù)次數(shù)，測(cè)試需要3種潤(rùn)滑脂，每種潤(rùn)滑脂進(jìn)行多次試驗(yàn)。同種潤(rùn)滑脂裝在一個(gè)容器中。測(cè)試的潤(rùn)滑脂種類包括12羥基硬脂酸鋰基潤(rùn)滑脂、磺酸鈣基潤(rùn)滑脂、粘土增稠潤(rùn)滑脂等等。測(cè)試結(jié)果如表2所示。

粘土增稠潤(rùn)滑脂和鋰基增稠潤(rùn)滑脂的離均差接近15%，而磺酸鈣基潤(rùn)滑脂的離均差接近5%。儀器的重復(fù)使用次數(shù)沒(méi)有說(shuō)明。正在使用的潤(rùn)滑脂比同批的新鮮潤(rùn)滑脂需要進(jìn)行更多次試驗(yàn)。圖2顯示了NLGI等級(jí)的非線性特質(zhì)。由于無(wú)法收集到NLGI 4級(jí)以上的潤(rùn)滑脂樣本，因此NLGI 4級(jí)以上的潤(rùn)滑脂數(shù)據(jù)仍然未知。

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