自动滴点测定仪在润滑脂滴点测定中的应用

2020-06-29吴立红

石油商技 2020年3期

曲涛吴立红

1 联勤保障部队军需能源质量监督总站北京质量监督站

2 中国石化润滑油有限公司润滑脂分公司

滴点是在规定的试验条件下，润滑脂从半固态变成液态时的温度，或者说，由不流动态转变为流动态的温度。当温度升高时，含有有机稠化剂（皂基稠化剂）的润滑脂滴点表现为相变和软化，非皂基脂（如膨润土或二氧化硅润滑脂）表现为“不熔”，这些润滑脂加热后析出油来。滴点是对润滑脂稠化剂融化温度、润滑脂受热软化、高温下润滑脂分油等情况的综合表达[1]。一般情况下，滴点高的润滑脂热稳定性好，在高温下不易软化、分油；滴点低的润滑脂在高温下容易分油或因蒸发产生损失，导致机械设备因润滑失效造成磨损的趋势增大。润滑脂的最高使用温度由其滴点和基础油类型决定,是判断润滑脂使用温度的主要判断依据之一。

润滑脂的滴点主要取决于稠化剂的种类和含量，皂基润滑脂的滴点与阳离子性质有关，相同阳离子的复合皂基润滑脂比单皂基润滑脂的滴点高。同类型的润滑脂批次间如滴点波动较大，表明各组分的性质或各组分比例或制造工艺出现某些异常。因此，滴点经常作为生产质量控制的依据。

润滑脂滴点测定主要采用手动仪器，升温速度为电压旋钮控制，操作难度较大，测试过程占用人工工时长；自动滴点仪器能提高温度控制精度，升温速率控制准确，降低人工工时。本文对自动滴点仪、手动滴点仪进行升温速率控制方式、重复性、准确度、人工工时进行了讨论。

分别用自动滴点仪与手动滴点仪测定润滑脂滴点，对2台仪器进行升温速率控制方式、重复性、准确度、人工工时进行比较。结果表明，自动滴点测定仪满足ISO 2176（GB/T 4929—1985）方法要求，能替代手动滴点仪，具有操作简便、自动程序升温、重复性好、准确度高、降低实验室人工工时的优点。

国内外润滑脂滴点测定方法现状

润滑脂是一个以油为分散介质（连续相）和以皂-油凝胶离子为分散相（不连续相）的一个二相结构分散体系。在润滑脂的胶体性质方面，陈绍澧和徐维墉曾进行了一系列皂-油体系胶体安定性的研究，他们用差热分析仪器测定了硬脂酸锂-矿物油体系的热谱，发现了三个相转变点。较高的两个相转变点，应属于从凝胶过渡到溶胶的温度，它们与润滑脂的滴点相对应；最低的一个相转变点，应为从皂-油伪凝胶相到凝胶相的转变温度[2]。

如前所述，在实际检测滴点过程中，常常会遇到不容易确定润滑脂滴点的情况。例如在润滑脂中存在气泡，就会改变脂的真正滴落温度，故在装样品之前，应将脂在玻璃板上用刮刀抹成薄层以去除气泡。又例如，在测定一些钠脂的滴点时看不到明显液滴的滴下，而是半流体或软胶体的连续落下，这是该脂本身在凝胶态时内聚力很强的表现，在这种情况下只好做适当的规定或估计[3]。因此，滴点没有绝对的物理意义，它的值因设备不同、加热速度不同而已。

目前国内通用的润滑脂测定仪有2类：油浴式滴点测定仪（符合GB/T 4929—1985《润滑脂滴点测定法》）、铝块炉式滴点试验仪（符合GB/T 3498—2008《润滑脂宽温度范围滴点测定法》）。GB/T 4929—1985等效采用ISO 2176《润滑脂滴点测定法》，适合油浴温度低于288 ℃时使用。GB/T 3498—2008参照采用ISO 6299.2—1998，适用于滴点为230～330 ℃的高滴点（滴点大于230 ℃）润滑脂。2016年全球高滴点润滑脂所占比例从2015年的35.03%降低到34.54%[4]，而普通润滑脂的滴点多采用GB/T 4929（ISO 2176）测定，该方法多采用手动操作，其有2方面的缺点：

◇测定过程需严格控制升温速度，操作难度较大；同时测试过程占用人工时间较长。

◇滴点温度由石油产品用玻璃温度计显示，虽能满足国家试验标准要求，但由于石油产品用玻璃温度计的分度值和误差较大，检测人员在读数过程容易产生估读误差，使得主观误差值偏大，造成测量准确度下降。李咏等[5]采用优化设计后的滴点测定仪系统替代玻璃温度计显示温度，其分辨力和准确度有较大提高，并实现了模拟显示到数字显示的转变。

ISO 22286：2018《用自动装置测定润滑脂滴点》于2018年11月首次发布，比对试验表明采用ISO 22286与 ISO 2176、ISO 6299测出的结果存在一致性[6]。ISO 22286与ISO 2176的主要区别在升温速率的控制方式上，即自动仪器与手动仪器的区别。自动滴点仪提高了温度控制精度，升温速率控制准确，降低人工工时，避免了手动滴点仪器的缺点。2个方法的异同点见表1。

试验部分

试验仪器

手动滴点试验仪

手动滴点测试仪为国产SYP4111-I型滴点测定器（图1），升温速率由电压旋钮控制，滴点温度的读数由石油产品用玻璃温度计显示，其分度值为1 ℃，温度≤200 ℃允许误差±2.0 ℃；温度＞200 ℃允许误差±3.0 ℃。

自动滴点试验仪

自动滴点测试仪（图2）为日本RIGO公司生产，型号为RDP-102。测量单元温度范围：30～300 ℃，精度0.5 ℃，配有冷却装置和光电检测器；测量单元的升温速率控制在1 ～10 ℃/min ，显示精度0.1 ℃。

自动滴点测试仪的原理：试验时先将盛有试样的脂杯装入试管中，再把温度传感器组合件装入试管中。通过仪器键盘设定样品的预期滴点温度，按照预设的加热程序进行程序升温，光电检测器自动记录从脂杯杯口滴下第一滴样品时的温度[7]，计算油浴温度与滴落温度的平均值得到润滑脂的滴点，显示结果并打印，仪器自动降温。

方法关键控制点

润滑脂滴点测定法ISO 2176（GB/T 4929）关键控制点为方法标准中升温速率要求：“搅拌油浴，按4～7 ℃/min的速度升温；油浴温度达到比预期滴点约低17 ℃的温度，降低加热速度，使在油浴温度再升高2.5 ℃以前，试管里的温度与油浴温度的差值在2 ℃或低于2 ℃范围内；接近滴点时继续加热，以1 ～1.5 ℃/min的速度加热油浴，使试管中温度和油浴中温度之间的差值维持在1～2 ℃之间”[8，9]。

表1 ISO 22286 与ISO 2176的异同点

采用手动仪器试验时，升温速率由测试者控制电压调节旋钮决定，操作难度较大，不同操作者的手法差异是客观存在的，采用自动滴点仪可减少人为因素导致的升温速率差异对结果的影响。按照ISO 2176方法要求，本试验采用如下升温速率：试验开始到预期滴点温度约低17 ℃，以5.5 ℃/min的速率升温，然后降低加热速率到1 ℃/min，直至检测到滴点。

结果与讨论

预期滴点温度对试验结果的影响

图1 手动润滑脂滴点测试仪

图2 自动润滑脂滴点测试仪

预期滴点温度的设定要合理，不宜过高或者过低。如果预期滴点温度设定过低，导致升温速度提前降低，不但会造成测试时间延长，而且会使测试结果偏低；反之，预期滴点温度设定过高，因升温速度过快，试管里的温度与油浴温度的差值高于2 ℃，不符合方法要求，造成滴点数据不可靠。可以采用以下方法得到润滑脂的预期滴点：

◇将差热分析与红外光谱分析方法相结合，识别皂凝胶粒子的相变温度，对滴点进行预判，从而获得大致的预期滴点。

◇采用ISO 22286方法，以10 ℃/min的速率升温，得到润滑脂的预期滴点。

ISO 2176（GB/T 4929）方法以预期滴点17 ℃为升温速度改变的分界线，为操作简化，将滴点实际值的±15 ℃范围作为润滑脂的预期滴点温度，考察了不同预期滴点温度对试验结果的影响，结果见表2～表6。

比对试验结果可以看出：在此范围内设定不同预期滴点所测结果均在方法要求的再现性范围（13 ℃）以内，不是影响滴点结果的主要因素，可以忽略不计。

重复性试验数据比对

分别采用自动与手动滴点仪对同一样品连续测定20次，具体数据见表7、图3 。根据ISO 2176方法规定，同一操作者使用同一台仪器，在规定的试验条件下，对同一试样重复测定，两次试验结果之差不超过7 ℃，则试验结果认为有效。

表7、图3 数据显示，连续20次同一润滑脂滴点试验，自动滴点仪所测结果极差为2 ℃，手动滴点仪所测结果极差为6 ℃。这说明自动滴点仪的稳定性优于手动滴点仪。从二者平均值的标准偏差来看，自动滴点仪所测结果比手动滴点分散性小，更接近平均值，即精密度更高。

自动滴点仪与手动滴点仪结果比较

选取滴点范围在100～240 ℃的润滑脂，分别采用自动与手动仪器进行数据比对，结果见表8及图4、图 5。

表2 无水钙基脂不同预期滴点温度与手动滴点的结果比较

表3 钙锂基脂不同预期滴点温度与手动滴点的结果比较

表4 钙锂基脂、通用锂基脂、极压锂基脂不同预期滴点温度与手动滴点的结果比较

表5 混合皂基脂不同预期滴点温度与手动滴点的结果比较

表6 聚脲基脂不同预期滴点温度与手动滴点的结果比较

表7 同一样品20次试验数据

图3 自动与手动滴点仪同一试样连续20次试验数据

从图5可以看出，2台仪器所测结果符合方法ISO 2176(GB/T 4929—1985)要求的再现性范围（13 ℃）以内。在100～200 ℃范围内，自动滴点比手动滴点略低。当滴点高于200 ℃时，自动滴点比手动滴点略高。原因可能是采用手动滴点仪时，升温速度很难达到1～1.5 ℃/min，润滑脂样品在脂杯内存留时间偏长而老化，出现油滴滴落，致使滴点结果偏小。