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潤(rùn)滑油粘度及粘度指數(shù)形成的再探討

    潤(rùn)滑油的粘度隨溫度變化而變化，同一個(gè)油品在相對(duì)高的溫度下，粘度會(huì)下降，低溫時(shí)粘度會(huì)升高。這種現(xiàn)象對(duì)機(jī)械使用來(lái)說(shuō)是很不利的。因?yàn)楸粷?rùn)滑機(jī)械的工稱尺寸（包括潤(rùn)滑面的間隙）是相對(duì)剛性固定的，動(dòng)力機(jī)械（如泵等）的轉(zhuǎn)速、功率也是相對(duì)不變的。因此，假如按照常溫設(shè)計(jì)的機(jī)械加工的公差 、轉(zhuǎn)速等，在正常溫度下與其所使用的潤(rùn)滑油是匹配的，那么在高溫下，由于潤(rùn)滑油的粘度變小，就會(huì)造成機(jī)械潤(rùn)滑面上的油膜變薄，甚至流失，失去潤(rùn)滑作用；同時(shí)，在高溫下潤(rùn)滑油粘度變小，機(jī)械功率下降形成軟操作。在低溫情況下，由于潤(rùn)滑油的粘度變大，在機(jī)械潤(rùn)滑面上的流動(dòng)困難，散熱效果變差，維持同樣的轉(zhuǎn)速就需付出更大的功率?？傊藗兿Ｍ麧?rùn)滑油的粘度不隨溫度的變化而變化，至少要減小它的變化程度。                       

        什么是潤(rùn)滑油的粘度？它的粘度指數(shù)又是什么？

    粘度就是液體內(nèi)摩擦力大小的程度。潤(rùn)滑油受到外力作用發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，油分子間產(chǎn)生的阻力使?jié)櫥蜔o(wú)法進(jìn)行順利流動(dòng)。其次流體在有制約的容器例如管道中流動(dòng)時(shí)，并不是齊頭并進(jìn)的，是一層層的分子層移動(dòng)，其中有部分分子層流得快一點(diǎn)，而與管壁接觸部分會(huì)流得慢一點(diǎn)，這是另一種阻力（剪切力）造成的。液體的內(nèi)摩擦力加上剪切力組成了液體流動(dòng)的阻力，它的大小就代表液體的粘度。

    潤(rùn)滑油的粘度對(duì)潤(rùn)滑油的流動(dòng)性，和它在摩擦表面形成的油膜的厚度有很大的影響；粘度較大的油流動(dòng)性差，不易到達(dá)摩擦面之間，而在摩擦面形成的油膜較厚，在較大的負(fù)荷下，潤(rùn)滑效果較好，它的冷卻和沖洗作用差，摩擦面的散熱性差。反之，潤(rùn)滑油的粘度較小，其流動(dòng)性好，容易擴(kuò)散到間隙小的摩擦面之間，可保證潤(rùn)滑效果。同時(shí)機(jī)械克服摩擦阻力所消耗的功率也較小，它的冷卻性好，沖洗性好，但由于粘度小油膜薄容易被破壞,造成摩擦面磨損。因此選擇潤(rùn)滑油必須考慮其粘度大小是否合適。實(shí)際上即便是按照設(shè)計(jì)中固定的機(jī)械摩擦面間隙大小，選擇了合適粘度的潤(rùn)滑油，仍沒(méi)能解決當(dāng)溫度（工作溫度、環(huán)境溫度）變化時(shí)，粘度又不合適了的問(wèn)題。這就是先前提到的潤(rùn)滑油的粘溫性。所有的液體潤(rùn)滑劑都有粘溫性。有的液體粘溫性非常好，比如水，它的粘度幾乎不受溫度影響，10℃水的粘度與90℃水的粘度沒(méi)有區(qū)別，除非0℃結(jié)冰，100℃沸騰。又比如有些有機(jī)物如酒精、聚醚、聚烯烴等的粘度都不受或很少受溫度的影響。因?yàn)檫@些物質(zhì)接近于純凈物的單一組分，而單一組分的物質(zhì)其物化性能應(yīng)該是一致，自然也不會(huì)受外界條件的變化而變化。那么同為液體的潤(rùn)滑油（一般礦物油基）的粘度對(duì)溫度如此敏感，就得從潤(rùn)滑油的組成說(shuō)起。嚴(yán)格意義上，潤(rùn)滑油由基礎(chǔ)油和添加劑組成，而基礎(chǔ)油占了極大部分，所以基礎(chǔ)油的性質(zhì)起了很大作用?；A(chǔ)油是20~36個(gè)碳的碳?xì)浠衔锝M成的混合物，每個(gè)不同碳數(shù)碳?xì)浠衔锏奈锘阅懿槐M相同，對(duì)外部的各種影響因素（如溫度）的感受和反應(yīng)也不一樣，是一個(gè)非常復(fù)雜的體系，因此它的粘度隨溫度變化而變化的特性很明顯。另外，從基礎(chǔ)油的分子結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，石蠟基油是以正構(gòu)或異構(gòu)的短側(cè)鏈烷烴構(gòu)成，其分子基本上呈線性直鏈狀，隨溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)加劇，會(huì)產(chǎn)生纏繞，其中部分纏繞成線團(tuán)狀，油品在流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生立體障礙作用，表現(xiàn)為粘度增大。當(dāng)溫度下降時(shí)，升溫時(shí)形成的線團(tuán)狀分子發(fā)生收縮，立體障礙消失或部分消失，表現(xiàn)為粘度不增大，因此石蠟基基礎(chǔ)油的粘溫性好，即粘度指數(shù)高。反觀環(huán)烷基油，是由單環(huán)或多環(huán)飽和烴構(gòu)成，當(dāng)溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)加劇時(shí)環(huán)狀分子相互碰撞不會(huì)形成線團(tuán)狀分子團(tuán)，也就形不成立體障礙。由于高溫時(shí)內(nèi)摩擦力削弱，因此粘度不會(huì)增大，反而變小。當(dāng)溫度下降時(shí)，環(huán)烷基油由于本身結(jié)構(gòu)原因，系環(huán)狀、立體（有別于石蠟基油的線團(tuán)立體結(jié)構(gòu)），形成立體障礙，表現(xiàn)為粘度增大。故造成環(huán)烷基油的粘溫性較差，即粘度指數(shù)不高。

    現(xiàn)在，人們正是利用某些高分子有機(jī)化合物具有“線團(tuán)”功能來(lái)改進(jìn)潤(rùn)滑油的粘溫特性。

    當(dāng)前，在石蠟基基礎(chǔ)油和環(huán)烷基基礎(chǔ)油的結(jié)構(gòu)中所提出的“線團(tuán)”說(shuō)法，尚無(wú)定論，誠(chéng)望通過(guò)“石化百家”這個(gè)欄目請(qǐng)由各方專家參與探討。