根據摩擦學家和潤滑工程師協會 (STLE) 的說法，粘度是油品最重要的物理特性之一。由于它對油狀況和潤滑的重要性，它是大多數油品分析實驗室主要檢測的參數之一。但當我們談論油品粘度時，我們想問的是什么?

　　潤滑油的粘度通常以兩種方式檢測和定義：基于其運動粘度或絕對(動態)粘度。雖然描述看起來相似，但兩者之間存在重要區別。

　　油的運動粘度定義為其對重力引起的流動和剪切的阻力。想象一下，在一個燒杯中注入渦輪機油，在另一個燒杯中注入濃稠的齒輪油。如果燒杯一側傾斜，哪一種物質從燒杯中流出的速度會更快?渦輪機油會流動得更快，因為相對流速由機油的運動粘度決定。

　　現在讓我們考慮絕對粘度。要檢測絕對粘度，請將金屬棒插入相同的兩個燒杯中。使用棒攪拌油，然后檢測以相同速率攪拌每種油所需的力。攪拌齒輪油所需的力將大于攪拌透平油所需的力。

　　根據這一觀察，人們可能會說齒輪油需要更大的力來攪拌，因為它的粘度比渦輪機油高。然而，本例中檢測的是油因內摩擦而產生的流動阻力和剪切阻力，因此更正確的說法是齒輪油比渦輪油具有更高的絕對粘度，因為需要更大的力來攪拌齒輪油。

　　對于牛頓流體，絕對粘度和運動粘度與油的比重相關。然而，對于其他油品，例如含有聚合物粘度指數 (VI) 改進劑的油品，或嚴重污染或降解的流體，這種關系并不成立，如果我們不知道絕對粘度和運動粘度之間的差異，則可能會導致錯誤。

　　一、毛細管粘度計測試方法

　　實驗室中測定運動粘度的很常見方法是使用毛細管粘度計。在此方法中，將油樣放入玻璃毛細管 U 形管中，然后使用吸力將樣品吸入管中，直到到達管側面指示的起始位置。

　　然后釋放吸力，使樣品在重力作用下通過管流回。管內狹窄的毛細管截面控制油的流速;粘度較高的油比較稀的油需要更長的時間才能流動。ASTM D445 和 ISO 3104 中描述了該程序。

　　由于流量取決于油在重力作用下，流過毛細管的阻力，因此該測試實際上檢測油的運動粘度。粘度通常以厘沱 (cSt) 為單位，相當于 SI 單位的 mm2/s，并使用為每個管提供的校準常數從油從起點流到停止點所需的時間計算得出。

　　在大多數商業油分析實驗室中，ASTM D445 (ISO 3104) 中描述的毛細管粘度計方法使用許多商用自動粘度計進行修改和自動化。如果正確使用，這些粘度計能夠再現與毛細管手動粘度計方法產生的類似精度水平。

　　除非定義了檢測粘度的溫度，否則說明油的粘度是沒有意義的。通常，粘度是在兩個溫度之一下報告的，即 40°C (100°F) 或 100°C (212°F)。對于大多數工業油，通常在 40°C 下檢測運動粘度，因為這是 ISO 粘度分級系統 (ISO 3448) 的基礎。

　　同樣，大多數發動機油通常在 100°C 下檢測，因為 SAE 發動機油分類系統 (SAE J300) 參考 100°C 下的運動粘度(表 1)。此外，100°C 還可減少發動機油煙灰污染檢測干擾的增加。

　　圖1 ISO 和 SAE 粘度分級系統

　　圖 2. 旋轉粘度計

　　二、旋轉粘度計測試方法

　　測定油粘度的一種不太常見的方法是使用旋轉粘度計。在此測試方法中，油被放置在玻璃管中，并在固定溫度下放置在絕緣塊中(圖 2)。

　　然后金屬主軸在油中以固定的轉速旋轉，并檢測旋轉主軸所需的扭矩。根據油的剪切應力提供的內部旋轉阻力，可以確定油的絕對粘度。絕對粘度以厘泊 (cP) 為單位，相當于 SI 單位的 mPa·s。

　　該方法通常稱為 Brookfield 方法，并在 ASTM D2983 中進行了描述。

　　雖然比運動粘度少見，但絕對粘度和布魯克菲爾德粘度計用于配制發動機油。例如，“W”名稱用于表示適合在較冷溫度下使用的油品，部分基于不同溫度下的布氏粘度(表 2)。

　　因此，基于 SAE J300，指定為 SAE 15W-40 的多級發動機油須符合表 1 所示的高溫運動粘度限制以及表 2 所示的冷啟動最低要求。

　　三、粘度指數

　　油的另一重要特性是粘度指數 (VI)。粘度指數是一個無單位的數字，用于指示油的運動粘度與溫度的關系。

　　它基于將 40°C 時測試油的運動粘度與兩種參考油的運動粘度進行比較 - 其中一種的 VI 為 0，另一種的 VI 為 100(圖 3) - 每種參考油的 VI 為 0，另一種的 VI 為 100(圖 3) 100℃時的粘度與試驗油相同。ASTM D2270 中引用了根據 40°C 和 100°C 下檢測的油運動粘度計算 VI 的表格。

　　圖 3. 粘度指數 (VI) 的測定

　　圖 3 顯示，在相同溫度范圍內，運動粘度隨溫度變化較小的油將比粘度變化較大的油具有更高的 VI。

　　對于大多數石蠟基溶劑精煉礦物基工業油，典型的 VI 值在 90 至 105 范圍內。然而，許多高度精煉的礦物油、合成油和 VI 改進油的 VI 值將超過 100。事實上，PAO 型合成油的 VI 通常在 130 至 150 范圍內。

　　四、粘度監測和趨勢

　　粘度監測和趨勢分析可能是任何油液分析程序中最重要的組成部分之一。即使粘度的微小變化在工作溫度下也會被放大到油不再能夠提供足夠潤滑的程度。

　　出于謹慎考慮，典型的工業用油限值設置為 ±5%，關鍵情況下設置為 ±10%，但重載應用和關鍵的系統應該有更嚴格的目標。

　　粘度的顯著降低可能會導致：

　　1.油膜損失導致過度磨損;

　　2.機械摩擦增加導致能量消耗過多 n 機械摩擦產生熱量 n 內部或外部泄漏;

　　3.由于油膜減少，對顆粒污染的敏感性增加;

　　4.高溫、高負載或啟動或滑行過程中油膜失效。

　　同樣，粘度過高也會導致：

　　1.產生過多熱量導致油氧化、油泥和清漆積聚;

　　2.由于流向泵和軸承的油量不足而導致氣穴現象;

　　3.由于油流不足而導致潤滑不足;

　　4.軸頸軸承中的油鞭;

　　5.為了克服流體摩擦而消耗過多的能量;

　　6.脫氣性或抗乳化性差;

　　7.冷啟動泵送性差。

　　每當觀察到粘度發生顯著變化時，應始終調查并糾正問題的根本原因。粘度變化可能是基礎油化學變化(油分子結構變化)或污染物侵入造成的(表 3)。

　　五、油品粘度變化的常見原因

　　油品粘度變化可能需要額外的測試，例如：酸值(AN)或傅里葉變換紅外光譜(FTIR)，以確認早期氧化;污染物測試以識別水、煙灰或乙二醇進入的跡象;或其他不太常用的測試，例如超速離心測試或氣相色譜 (GC)，以識別基礎油化學成分的變化。

　　粘度是一種重要的物理特性，須仔細監測和控制，因為它對油品以及油品對設備壽命的影響。

　　無論是使用能夠準確確定粘度變化的多種現場油品分析儀器之一現場檢測粘度，還是定期將樣品發送到外部實驗室，了解如何確定粘度以及粘度變化如何影響設備可靠性都非常重要。須采取積極主動的方法來確定設備的命脈——油的狀況!

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