自動滴點測定儀在潤滑脂滴點測定中的應用

曲 濤 吳立紅

1 聯(lián)勤保障部隊軍需能源質(zhì)量監(jiān)督總站北京質(zhì)量監(jiān)督站

2 中國石化潤滑油有限公司潤滑脂分公司

滴點是在規(guī)定的試驗條件下，潤滑脂從半固態(tài)變成液態(tài)時的溫度，或者說，由不流動態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃討B(tài)的溫度。當溫度升高時，含有有機稠化劑（皂基稠化劑）的潤滑脂滴點表現(xiàn)為相變和軟化，非皂基脂（如膨潤土或二氧化硅潤滑脂）表現(xiàn)為“不熔”，這些潤滑脂加熱后析出油來。滴點是對潤滑脂稠化劑融化溫度、潤滑脂受熱軟化、高溫下潤滑脂分油等情況的綜合表達[1]。一般情況下，滴點高的潤滑脂熱穩(wěn)定性好，在高溫下不易軟化、分油；滴點低的潤滑脂在高溫下容易分油或因蒸發(fā)產(chǎn)生損失，導致機械設備因潤滑失效造成磨損的趨勢增大。潤滑脂的最高使用溫度由其滴點和基礎油類型決定,是判斷潤滑脂使用溫度的主要判斷依據(jù)之一。

潤滑脂的滴點主要取決于稠化劑的種類和含量，皂基潤滑脂的滴點與陽離子性質(zhì)有關，相同陽離子的復合皂基潤滑脂比單皂基潤滑脂的滴點高。同類型的潤滑脂批次間如滴點波動較大，表明各組分的性質(zhì)或各組分比例或制造工藝出現(xiàn)某些異常。因此，滴點經(jīng)常作為生產(chǎn)質(zhì)量控制的依據(jù)。

潤滑脂滴點測定主要采用手動儀器，升溫速度為電壓旋鈕控制，操作難度較大，測試過程占用人工工時長；自動滴點儀器能提高溫度控制精度，升溫速率控制準確，降低人工工時。本文對自動滴點儀、手動滴點儀進行升溫速率控制方式、重復性、準確度、人工工時進行了討論。

分別用自動滴點儀與手動滴點儀測定潤滑脂滴點，對2臺儀器進行升溫速率控制方式、重復性、準確度、人工工時進行比較。結果表明，自動滴點測定儀滿足ISO 2176（GB/T 4929—1985）方法要求，能替代手動滴點儀，具有操作簡便、自動程序升溫、重復性好、準確度高、降低實驗室人工工時的優(yōu)點。

國內(nèi)外潤滑脂滴點測定方法現(xiàn)狀

潤滑脂是一個以油為分散介質(zhì)（連續(xù)相）和以皂-油凝膠離子為分散相（不連續(xù)相）的一個二相結構分散體系。在潤滑脂的膠體性質(zhì)方面，陳紹澧和徐維墉曾進行了一系列皂-油體系膠體安定性的研究，他們用差熱分析儀器測定了硬脂酸鋰-礦物油體系的熱譜，發(fā)現(xiàn)了三個相轉(zhuǎn)變點。較高的兩個相轉(zhuǎn)變點，應屬于從凝膠過渡到溶膠的溫度，它們與潤滑脂的滴點相對應；最低的一個相轉(zhuǎn)變點，應為從皂-油偽凝膠相到凝膠相的轉(zhuǎn)變溫度[2]。

如前所述，在實際檢測滴點過程中，常常會遇到不容易確定潤滑脂滴點的情況。例如在潤滑脂中存在氣泡，就會改變脂的真正滴落溫度，故在裝樣品之前，應將脂在玻璃板上用刮刀抹成薄層以去除氣泡。又例如，在測定一些鈉脂的滴點時看不到明顯液滴的滴下，而是半流體或軟膠體的連續(xù)落下，這是該脂本身在凝膠態(tài)時內(nèi)聚力很強的表現(xiàn)，在這種情況下只好做適當?shù)囊?guī)定或估計[3]。因此，滴點沒有絕對的物理意義，它的值因設備不同、加熱速度不同而已。

目前國內(nèi)通用的潤滑脂測定儀有2類：油浴式滴點測定儀（符合GB/T 4929—1985《潤滑脂滴點測定法》）、鋁塊爐式滴點試驗儀（符合GB/T 3498—2008《潤滑脂寬溫度范圍滴點測定法》）。GB/T 4929—1985等效采用ISO 2176《潤滑脂滴點測定法》，適合油浴溫度低于288 ℃時使用。GB/T 3498—2008參 照 采 用ISO 6299.2—1998，適用于滴點為230～330 ℃的高滴點（滴點大于230 ℃）潤滑脂。2016年全球高滴點潤滑脂所占比例從2015年的35.03%降低到34.54%[4]，而普通潤滑脂的滴點多采用GB/T 4929（ISO 2176）測定，該方法多采用手動操作，其有2方面的缺點：

◇測定過程需嚴格控制升溫速度，操作難度較大；同時測試過程占用人工時間較長。

◇滴點溫度由石油產(chǎn)品用玻璃溫度計顯示，雖能滿足國家試驗標準要求，但由于石油產(chǎn)品用玻璃溫度計的分度值和誤差較大，檢測人員在讀數(shù)過程容易產(chǎn)生估讀誤差，使得主觀誤差值偏大，造成測量準確度下降。李詠等[5]采用優(yōu)化設計后的滴點測定儀系統(tǒng)替代玻璃溫度計顯示溫度，其分辨力和準確度有較大提高，并實現(xiàn)了模擬顯示到數(shù)字顯示的轉(zhuǎn)變。

ISO 22286：2018《用自動裝置測定潤滑脂滴點》于2018年11月首次發(fā)布，比對試驗表明采用ISO 22286與 ISO 2176、ISO 6299測出的結果存在一致性[6]。ISO 22286與ISO 2176的主要區(qū)別在升溫速率的控制方式上，即自動儀器與手動儀器的區(qū)別。自動滴點儀提高了溫度控制精度，升溫速率控制準確，降低人工工時，避免了手動滴點儀器的缺點。2個方法的異同點見表1。

試驗部分

試驗儀器

手動滴點試驗儀

手動滴點測試儀為國產(chǎn)SYP4111-I型滴點測定器（圖1），升溫速率由電壓旋鈕控制，滴點溫度的讀數(shù)由石油產(chǎn)品用玻璃溫度計顯示，其分度值為1 ℃，溫度≤200 ℃允許誤差±2.0 ℃；溫度＞200 ℃允許誤差±3.0 ℃。

自動滴點試驗儀

自動滴點測試儀（圖2）為日本RIGO公司生產(chǎn)，型號為RDP-102。測量單元溫度范圍：30～300 ℃，精度0.5 ℃，配有冷卻裝置和光電檢測器；測量單元的升溫速率控制在1 ～10 ℃/min ，顯示精度0.1 ℃。

自動滴點測試儀的原理：試驗時先將盛有試樣的脂杯裝入試管中，再把溫度傳感器組合件裝入試管中。通過儀器鍵盤設定樣品的預期滴點溫度，按照預設的加熱程序進行程序升溫，光電檢測器自動記錄從脂杯杯口滴下第一滴樣品時的溫度[7]，計算油浴溫度與滴落溫度的平均值得到潤滑脂的滴點，顯示結果并打印，儀器自動降溫。

方法關鍵控制點

潤滑脂滴點測定法ISO 2176（GB/T 4929）關鍵控制點為方法標準中升溫速率要求：“攪拌油浴，按4～7 ℃/min的速度升溫；油浴溫度達到比預期滴點約低17 ℃的溫度，降低加熱速度，使在油浴溫度再升高2.5 ℃以前，試管里的溫度與油浴溫度的差值在2 ℃或低于2 ℃范圍內(nèi)；接近滴點時繼續(xù)加熱，以1 ～1.5 ℃/min的速度加熱油浴，使試管中溫度和油浴中溫度之間的差值維持在1～2 ℃之間”[8，9]。

表1 ISO 22286 與ISO 2176的異同點

采用手動儀器試驗時，升溫速率由測試者控制電壓調(diào)節(jié)旋鈕決定，操作難度較大，不同操作者的手法差異是客觀存在的，采用自動滴點儀可減少人為因素導致的升溫速率差異對結果的影響。按照ISO 2176方法要求，本試驗采用如下升溫速率：試驗開始到預期滴點溫度約低17 ℃，以5.5 ℃/min的速率升溫，然后降低加熱速率到1 ℃/min，直至檢測到滴點。

結果與討論

預期滴點溫度對試驗結果的影響

圖1 手動潤滑脂滴點測試儀

圖2 自動潤滑脂滴點測試儀

預期滴點溫度的設定要合理，不宜過高或者過低。如果預期滴點溫度設定過低，導致升溫速度提前降低，不但會造成測試時間延長，而且會使測試結果偏低；反之，預期滴點溫度設定過高，因升溫速度過快，試管里的溫度與油浴溫度的差值高于2 ℃，不符合方法要求，造成滴點數(shù)據(jù)不可靠。可以采用以下方法得到潤滑脂的預期滴點：

◇將差熱分析與紅外光譜分析方法相結合，識別皂凝膠粒子的相變溫度，對滴點進行預判，從而獲得大致的預期滴點。

◇采用ISO 22286方法，以10 ℃/min的速率升溫，得到潤滑脂的預期滴點。

ISO 2176（GB/T 4929） 方 法以預期滴點17 ℃為升溫速度改變的分界線，為操作簡化，將滴點實際值的±15 ℃范圍作為潤滑脂的預期滴點溫度，考察了不同預期滴點溫度對試驗結果的影響，結果見表2～表6。

比對試驗結果可以看出：在此范圍內(nèi)設定不同預期滴點所測結果均在方法要求的再現(xiàn)性范圍（13 ℃）以內(nèi)，不是影響滴點結果的主要因素，可以忽略不計。

重復性試驗數(shù)據(jù)比對

分別采用自動與手動滴點儀對同一樣品連續(xù)測定20次，具體數(shù)據(jù)見表7、圖3 。根據(jù)ISO 2176方法規(guī)定，同一操作者使用同一臺儀器，在規(guī)定的試驗條件下，對同一試樣重復測定，兩次試驗結果之差不超過7 ℃，則試驗結果認為有效。

表7、圖3 數(shù)據(jù)顯示，連續(xù)20次同一潤滑脂滴點試驗，自動滴點儀所測結果極差為2 ℃，手動滴點儀所測結果極差為6 ℃。這說明自動滴點儀的穩(wěn)定性優(yōu)于手動滴點儀。從二者平均值的標準偏差來看，自動滴點儀所測結果比手動滴點分散性小，更接近平均值，即精密度更高。

自動滴點儀與手動滴點儀結果比較

選取滴點范圍在100～240 ℃的潤滑脂，分別采用自動與手動儀器進行數(shù)據(jù)比對，結果見表8及圖4、圖 5。

表2 無水鈣基脂不同預期滴點溫度與手動滴點的結果比較

表3 鈣鋰基脂不同預期滴點溫度與手動滴點的結果比較

表4 鈣鋰基脂、通用鋰基脂、極壓鋰基脂不同預期滴點溫度與手動滴點的結果比較

表5 混合皂基脂不同預期滴點溫度與手動滴點的結果比較

表6 聚脲基脂不同預期滴點溫度與手動滴點的結果比較

表7 同一樣品20次試驗數(shù)據(jù)

圖3 自動與手動滴點儀同一試樣連續(xù)20次試驗數(shù)據(jù)

從圖5可以看出，2臺儀器所測結果符合方法ISO 2176(GB/T 4929—1985)要求的再現(xiàn)性范圍（13 ℃）以內(nèi)。在100～200 ℃范圍內(nèi)，自動滴點比手動滴點略低。當?shù)吸c高于200 ℃時，自動滴點比手動滴點略高。原因可能是采用手動滴點儀時，升溫速度很難達到1～1.5 ℃/min，潤滑脂樣品在脂杯內(nèi)存留時間偏長而老化，出現(xiàn)油滴滴落，致使滴點結果偏小。

自動滴點儀與手動滴點儀占用人工工時比較

采用自動滴點儀測定潤滑脂滴點時，升溫速度采用程序升溫，隨著加熱的進行，當潤滑脂中的油滴落時，傳感器便將此溫度自動記錄下來。試驗結束，儀器自動降溫。測定過程不需要像手動滴點那樣需要檢驗人員全程觀察。

按照手動滴點儀人工工時0.8 h/個，自動滴點儀人工工時0.1 h/個；每個樣品約節(jié)省人工工時0.7 h。從LIMS實驗室信息管理系統(tǒng)統(tǒng)計，2018年滴點分析次數(shù)3 200次，大約節(jié)省人工工時2 240 h，減少了滴點人工總工時的87.5%。

表8 潤滑脂自動滴點儀與手動滴點儀結果比較

圖4 不同潤滑脂自動滴點儀與手動滴點儀結果對比

圖5 自動滴點儀與手動滴點儀結果差值趨勢

結論

綜上所述，自動滴點儀能替代手動滴點儀，測定結果能滿足ISO 2176（GB/T 4929—1985） 的 要求；具有操作簡便，自動程序升溫，重復性好、準確度高，降低實驗室人員工時的優(yōu)點，在潤滑脂滴點測定中能發(fā)揮很好的作用。