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關于油的一些必要認知

 

石油在世界各地被開采,不同區域的原油具有不同的性質和成分。一些原油含硫量低,更適合作為燃料,而某些地方的油石蠟含量高,優選是用來在制造潤滑劑。

油是由數千種不同形狀和形式的烴分子(即碳氫化合物)組成有機化合物的總稱。礦物基礎油如果主要是由直鏈飽和烴分子組成的,被稱為石蠟油(石蠟基),如果烴分子是圓形的并且是飽和的,則它是環烷油(環烷基),如果烴分子是相同類型的但不飽和的則被稱之為芳烴油(芳香烴)。最小的烴分子是氣態的,烴分子越復雜就越重,導致呈現為粘稠的流體甚至是需要加熱到100°C以上才能被泵送的固體狀態。通常,烴分子越復雜,它具有的不飽和結合越多,用于生產潤滑劑的大多數礦物基礎油含有所有的不同結構類型的烴分子,但所占比例不同。

 

基礎油

根據使用的基油類型,油分為不同的組,它們是礦物油、合成油、植物油和動物油。 

礦物基礎油是最常用的基礎油。它是由原油生產而來,基礎油性能比較依賴于原油的質量和精煉工藝,可以通過添加通常稱為添加劑的各種化學品進一步改善。 

合成基礎油由輕質氣態(主要是乙烷)烴分子制成,這些烴分子“鉤聯”在一起形成較重的分子(聚合反應),冷卻后冷凝成液體。合成基礎油與常規礦物油一樣由烴類分子組成,但它的分子差異要小得多。這使得合成基礎油更穩定,即與氧的反應性更低。氧氣會與不穩定的(非飽和的)分子(如芳烴)反應,導致油的氧化。合成油的主要優點是在溫度變化時能夠保持其粘度,這意味著它更適合工況更惡劣(比如在戶外工作)的機器。 

植物油(大豆,油菜籽,花生油等)具有非常好的潤滑性能,但對氧化敏感。植物油容易很快就會分解,這在環境友好性上是一個優勢,但在機械使用方面則是一個缺點。植物油在工業上有切削、二沖程和鏈鋸等應用實例。 

動物油非常不穩定,極少用于潤滑。然而,由于動物油具有高粘附能力,它有時會被少量地使用-作為其他油的添加劑。

 

添加劑

基礎油本身是非常好的潤滑劑,但根據不同的應用,通過添加化學品或添加劑可進一步改善油的性能。某些油(如發動機引擎油)可由高達20%的添加劑組成,其他油類如渦輪機透平油或液壓油可能只含有1%或2%的添加劑。

不同類型的添加劑有不同的功能,比如有助于保護設備免受磨損,溶解油中的污垢,防止顆粒聚集,改善油的物理性能,延長油的使用壽命,破乳化或乳化水等。以下這些試劑是常用添加劑的例子:

鋇(Ba),鈣(Ca),鎂(Mg),錳(Mn):清潔劑/分散劑,用于保持設備清潔并防止顆粒聚集。

硫(S),磷(P):EP極壓添加劑,可減少金屬表面直接接觸時的磨損。

鋅(Zn),銅(Cu),鉬(Mo):AW抗磨損添加劑,與EP相同但溫和一些。

常用添加劑還包括有可以防止油的粘度隨溫度而變化的試劑,即所謂的VI粘度指數改良劑;乳化劑允許水乳化以用作切割流體;破乳劑是為了更容易地從例如油存儲箱中排出水。

 

摩擦和粘度

摩擦力是阻止物體相對移動(趨勢)時的作用力。摩擦有三種類型,即滑動摩擦,滾動摩擦和流體摩擦。摩擦總會產生熱量,有時可能是有用的,但熱量絕大部分情況還是有害的。

當物體被拖過表面時會產生滑動摩擦,重量和摩擦系數將決定移動物體所需的力。潤滑是降低摩擦系數的好方法,能減少所需的拉力。

當物體在表面上滾動時產生滾動摩擦。滾動摩擦力一般遠小于滑動摩擦力,這就是為什么在車輪或滾輪上拉動物體更容易。

流體摩擦是當物體被拉過或通過例如水之類的液體或當流體被泵送通過管道時產生的阻力。阻力與流體的厚度(粘度)成比例。潤滑劑自身具有與其粘度成比例的內部流體摩擦力。流體摩擦依賴于液體的流動方式: 如果液體以湍流方式-比如快速地流動,則與流動為層流時-比如平靜的水流,內部摩擦會增加。溫度很重要,因為流體湍流或層流的能力取決于溫度。 

油膜強度是指油膜具有抵抗壓力不破裂,并能保持足夠油膜厚度-從而防止摩擦面直接接觸的能力,是潤滑油中經常受到關注的特性。這意味著當壓力變得足夠高時,油會在高壓下固化但不會破裂,機械元件材質比如鋼鐵可能會破裂,但油膜不會。 

粘度是油厚度和內部摩擦力的一種度量,是潤滑油最重要的物理性能。粘度的國際單位是每秒平方毫米mm2/ s,通常稱為厘斯cSt,還有以秒為單位,如Saybolt(SUS)賽博特粘度和Redwood雷德烏德粘度,另外還有部分業內人士仍在使用的SAE系統,比如5W30。粘度受油溫的影響,油越冷,油越厚。當說明潤滑油或液壓油粘度時,總是指在40℃的溫度下測量值。 

粘度指數(VI)描述了油粘度隨溫度變化的程度。具有高粘度指數的油在粘度圖中具有更水平的曲線,也就是說油品的粘度指數越高,粘度隨溫度的變化越小,這對于會在不同溫度范圍內工作的機器是有利的。合成基礎油的特征主要在于具有高粘度指數。