高温高剪切条件下润滑油粘度测定新技术分析

高温高剪切条件下润滑油粘度测定新技术分析

梁家铭

广东省茂名市质量计量监督检测所525000

摘要：本文介绍润滑油在高温高剪切条件下测定粘度的方法，主要是通过在《润滑油在高温高剪切速率条件下表观粘度测定法(毛细管粘度计法)》、《高剪切条件下的润滑油动力粘度测定法(雷范费尔特法)》和《高温和高剪切速率下粘度测定法(锥形塞粘度计法)》测试方法进行分析。

关键词：高温高剪切；润滑油；粘度

粘度是评价润滑油的一个重要的指标，正确的选用一个润滑油可以保证油机械我的正常工作。粘度越大，内摩擦系数就越大，油膜也就是越厚的，润滑性能也就是越好，但是润滑的粘度过大会使得摩擦阻力变大，造成能量不必要的消耗，但是粘度过低可能致使机械的润滑效果不明显，造成机械的损坏。流体的粘度随温度的变化而变化，同时许多润滑油都是非牛顿型流体，其粘度除了随温度变化之外，还会随剪切的变化而变化。当我们能够测定润滑油在实际使用温度和剪切速率下或者接近该温度和剪切速率下的粘度时，粘度的应用是非常有意义的。随着科学技术的发展，发动机面临高温、高速、高载荷等苛刻条件的场合越来越多。因此测定在高温高剪切条件下润滑油粘度测定是当下的必要措施。在《润滑油在高温高剪切速率条件下表观粘度测定法(毛细管粘度计法)》、《高剪切条件下的润滑油动力粘度测定法(雷范费尔特法)》和《高温和高剪切速率下粘度测定法(锥形塞粘度计法)》测试方法的介绍如下：

1.高剪切条件下润滑油粘度测定方法的现状

技术的发展，高温高剪切润滑油粘度经运用很广泛，在苛刻的条件下润滑油的粘度的测定将会有着很大的前景。为了适应高温高剪切条件下粘度测试的要求中增加了毛细管粘度计法、雷范费尔特法和锥形塞粘度计法测试方法，对高温高剪切条件下润滑油粘度测定新技术进行分析。

2.测定粘度的方法分析

润滑油面临高温、高速、高载荷等苛刻条件的场合越来越多。为了适应高温高剪切条件下粘度测试的要求。以下分别对毛细管粘度计法、雷范费尔特法、锥形塞粘度计法进行分析介绍。

2.1毛细管粘度计法

毛细管粘度计法是等效采用美国试验与材料协会标准ASTMD5481-1996《润滑油在高温高剪切速率条件下表观粘度测定法-毛细管粘度计法》。多重毛细管粘度计法测定高温高剪切速率表观粘度是将注射器中的发动机油样在氮气或二氧化碳的压力下注入150℃的环境下的毛细管粘度计中，油样被加热并流过毛细管粘度计，测定油样流过毛细管粘度计的时间及压力。当毛细管粘度计管壁的表观剪切速率达到1.4×106s-1时，通过计算得到发动机油的高温高剪切速率表观粘度。用对各粘度计池校正曲线即可确定与所测压力相对应的油品粘度。倍标准的使用范围：

1）本标准规定在150℃、管壁表现剪切速率在1.4×106s-1的条件下，采用具有侧压、测温、和计时装置的毛细管粘度计测定润滑油高温高剪切表现粘度的方法；

2）采用本标准规定的剪切速率可以减少本方法与其他方法测定高温高剪切表现粘度实验方法的差异。本标准通过用150℃时润滑油粘度为2mPa·s～5mPa·s的牛顿润滑油建立的校正曲线而直接测定粘度；

3）本标准可能涉及某些有危险的材料、操作和设备。本标无意对与此相关的所有安全问题都提出建议。用户在使用本标准之前都有责任建立适合的安全和防护措施并正确适当的管理制度。

方法概要：在150℃实验条件下，在氮气（或者二氧化碳）的压力作用下，使试样从毛细管粘度计中流出，由试样的流出时间以及压力，可得到毛细管粘度计管壁表现的剪切速率达到1.4×106s-1时表现的粘度。用对各个粘度计校即可正确与所对应的压力的润滑油的油品粘度，各个粘度计校正的曲线是建立在一系列已知粘度的牛顿型的压力与流速的关系得到的。

2.2雷范费尔特法

雷范费尔特法全称为《高剪切条件下的润滑油动力粘度测定法(雷范费尔特法)》此标准是将试样加入雷范费尔特粘度计固定的型套筒中的转子和定子之间。转子和定子间以锥体配合，可通过调节它们之间的间隙，来调节剪切速率。转子在已知速率下旋转，测出反作用的扭矩值。根据其扭矩值，再从已用牛顿标准油得到的标准曲线上查出试样的动力粘度。试验温度为150℃，剪切速率为106s-1。以mPa·s为单位提出报告，结果精确到小数点后两位数字。

将试样加入已固定的球型套筒中的转子和定子之间。转子和定子间以锥体配合，可调节它们之间的间隙来调节剪切速率。转子在已知速率下旋转，测出反作用的扭矩值。根据其扭矩值，再从已用牛顿标准油得到的标准曲线上查出试样的动力粘度。试验温度为150℃，剪切速率为106s-1。

根据SH/T0618-1995《高剪切条件下的润滑油动力粘度测定法（雷范费尔特法）》，得到高剪切条件下的润滑油动力粘度的数学模型为：

X=Rc···he

式中：X-扭矩，g·cm；Rc-转子常数；–剪切速率，s-1；动力粘度，mPa·s；he-转子的有效高度，cm。

数学模型不确定度来源的分析，实验由高温高剪粘度仪进行测量，转子常数与剪切速率及转子的有效高度均为已知值，粘度与扭矩是线性函数关数，扭矩通过千分表测量得出，

2.3锥形塞粘度计法

锥形塞粘度计法是修改采用美国试验与材料协会标准ASTMD4741-2000《高温和高剪切速率下粘度测定法(锥形塞粘度计法)，适用于内燃机油的测试。锥型轴承模拟法简称TBS是将锥型转子被安装在相互匹配的定子中，用马达驱动锥型转子，测定转子和定子缝隙中的发动机油在转子转动时所产生的扭矩。测试高温高剪切速率表观粘度前，锥型转子和定子之间的相对位置用，2种牛顿型校准油和1种非牛顿型参比油进行确定"确保其剪切率为106s-1以确定发动机油表观粘度与扭矩间的对应关系。

使用范围：牛顿型校准可用来调节工作间隙和校准仪器，校准润滑油在150℃的粘度的大致范围为1.8mPa·s～5.9mPa·s，在100℃下的粘度使用范围大致为4.2mPa·s～18.9mPa·s，不能使用超出本粘度使用范围，如果使用超出此粘度范围的校准值，测本测量方法将会不可在使用。

其方法概要：将试样加入一固定的球型套筒中的转子和定子之间。转子和定子间的配合，以调节它们之间的间隙来调节剪切速率。转子在给定的速率下旋转，测定发作用的扭转值。根据其扭转值，在从已用牛顿校准润滑油得到的标准曲线上查出试样的粘度值。

因此在试验原理、试验仪器、试剂材料、方法步骤、数据处理和精密度等方面与SH/T0618-1995是相同的。只是在试剂、附录中稍有区别，对试验油的洁净度有所要求（目测无浑浊和颗粒物，否则需通过一孔径为3μm的过滤器过滤），并在精密度部分增加了偏差和相对偏差

结语：

通过分析润滑油高温高剪切的条件下，测定润滑油在实际使用温度和剪切速率下或者接近该温度和剪切速率下的粘度，分析了《润滑油在高温高剪切速率条件下表观粘度测定法(毛细管粘度计法)》、《高剪切条件下的润滑油动力粘度测定法(雷范费尔特法)》和《高温和高剪切速率下粘度测定法(锥形塞粘度计法)》测试方法，同时根据在不同的实际情况下，对于不同的分析方法做出不同的分析步骤以分析的结果。

参考文献：

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