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石化产品流变学研究

石化产品是指从原油或天然气中提炼出的化学品。它们构成了许多日常用品的基础,包括汽车的燃料和燃油、塑料、农药和化肥、油漆、洗涤剂、化妆品、蜡烛等等。事实上列出不含石化产品的物品会更简单。再举两个例子,这些石化产品也是羊毛外套或清洗衣物时所用织物柔软剂的一部分。

石化产品的流变特性

就原油而言,油罐和输油管中存在石蜡和沥青质,这会对生产、运输和加工工业造成问题。固体析出可能导致沉积,从而引起设施堵塞。固体组分的积累也可能引起输送问题。

原油中含有各种轻烃和重烃。在温度高于 60 ℃ 时,较轻的组分使得大多数较重的组分保持在溶液中,因此流动特性显示出相对较低的 黏度 值。但是,随着温度的降低,重组分的溶解度降低,这可能造成固体析出。该效应称为“蜡析出”,其可将原油从 牛顿 流体转变为 屈服应力 物质,这进而可能增加输油管阻塞的危险。原油中的蜡析出取决于石油的组成和环境条件,如温度和压力。使用流变仪结合高温高压测量单元,在高温和高压下进行测试可获得一些相关特性信息,例如,在运输和生产条件下阻塞抑制剂的有效性。

燃料

谈到燃料时,我们通常是指液体燃料,如石油(柴油、汽油、煤油等)。其他类型的燃料包括固体燃料(煤、木材、粪便等)和气体燃料(天然气,如丙烷、煤气、水煤气等)。就液体燃料而言,除了压力,影响其稳定性最重要的因素之一是温度。例如,柴油和汽油会暴露于很宽的温度范围内,具体取决于气候条件。为了在非常低的温度下仍保持液态,它们的凝固点必须低于使用温度,也就是环境温度。一般来说,汽油具有比柴油更低的凝固点。为了抑制蜡析出,常常使用添加剂来提高燃料的流动性,甚至在低温下也是如此。

燃油流变测试

在冷却过程中,有三个点描述了燃料在低温下从液态到固态的转变。从浊点开始,燃料开始变得浑浊,这是由于蜡和石蜡开始结晶。倾点描述了燃料开始变成固体并最终到达凝固点前的 黏度 值。换而言之,在倾点处燃料仍呈现流动特性。该点影响燃料在输油管等中的运输,例如在汽车内的使用。测定倾点的一种方法是,使用 旋转 流变仪以恒定的 剪切速率进行 旋转测试 。在 旋转测试 中,随着温度的降低, 黏度曲线 最终开始变平缓的转折点或弯曲就是测定的倾点。这两个点均可通过分析程序计算得出。因此,指定使用哪种方法来确定倾点是相当重要的。实际上,可以通过加入蜡改质剂控制柴油燃料的倾点。蜡改质剂可以极化蜡分子,使它们在冷却过程中不形成较大的晶体。

该测试需要使用配备 帕尔贴温控同心圆筒系统的 流变仪 。

这只是 汽车行业中常用的流变学研究之一。

润滑油添加剂

润滑剂的基本目的是通过在相对运动的两个表面之间形成承载流体膜来减少摩擦和磨损。但是,汽车发动机中的润滑剂必须满足更高的要求,例如在高温下保持稳定性,防止金属零件的氧化和腐蚀,提供有效的密封性等。因此,基础油中必须添加几种添加剂,例如黏度调节剂、抗磨剂、极压添加剂、抗氧化剂等。

将黏度调节剂(聚合物结构)添加到润滑剂中,以最大程度地降低温度变化时的黏度变化。在理想条件下,润滑剂必须足够黏稠以形成承载流体膜,从而分离其润滑的配合面。然而,由于效率的提高(配方的改变),该膜变得越来越薄,如果突然增加压力或开始/停止情况的意外条件下可能未必始终能够使表面分开。因此,需要进一步添加其他添加剂,例如抗磨剂和极压添加剂,以便于在运动的金属零件上形成牺牲表面膜。 

润滑油添加剂的摩擦学测试

添加到润滑油中的添加剂的类型和数量取决于发动机类型和应用领域。定制添加剂的开发、两者混合的过程以及相应的相互作用过程均是非常具有挑战性的任务。应对这一挑战的一种方法是 摩擦学 测量。这些测量提供有关整个系统的信息,包括配合触面、润滑油以及周围条件。可在不同接触压力、滑动速度、温度和相对湿度下测量润滑油的性能。这样,可不断修改润滑油配方,直到适合其具体用途。

该测试需要使用流变仪/摩擦计,其配备 三板球式装置。

润滑油脂

如果没有润滑油或润滑脂来防止损坏或故障和降低维护成本,几乎所有机械结构或引擎都无法平稳运行。齿轮、轴承、链条、导轨等都需使用润滑脂。选择哪种润滑脂以提高系统效率取决于各种因素,例如预期寿命或环境条件。这些因素取决于润滑脂的固有特性,例如 触变性、密度、氧化稳定性和防锈性,以及某些特定的摩擦学参数,例如极压特性,承载性能等。因此,不仅是基油的倾点,其质地也非常重要。

当然,还有其他各种参数,例如耐腐蚀性能、长期稳定性、摩擦性能等,需要分别进行表征。润滑脂的选择标准非常严格,并且需要高级测量技术来表征润滑脂。

润滑油脂流变测试

有必要在很宽的温度范围内测量润滑油脂的流变特性,以便显示在汽车行业等中其可用于何种环境条件下。汽车制造商要求油脂在低至 -40 °C 的条件下也可使用。因此,非常期望有仪器和测量方法可用于研究油脂在极宽温度范围内的 黏弹 特性。这可以通过配备温控单元的 振荡 流变仪来实现。例如,一种典型的测试是在不同的温度下采用可控剪切应变进行 振幅扫描 ,也称为应变扫描。

该测试需要使用配备 帕尔贴温控系统的 流变仪 。

这只是 汽车行业中常用的流变学研究之一。

润滑油脂的摩擦学测试

流变学描述一种材料的特性,而摩擦学描述一种系统的特性,在这种情况下,系统包括一个主体、一个反主体以及两者之间的润滑剂。例如,通过 摩擦学 测量,可以确定特定摩擦学系统中油脂的分离力。分离力是克服摩擦系统的静摩擦阻力并将其置于宏观运动所需的力。恰好在宏观运动开始之前的摩擦系数值被称为极限摩擦。该参数可能非常重要的典型应用是座椅调节器、滑动导轨、门、锁、鱼具等。尽管在大多数情况下需要较小的脱离力,但也必须注意仍然需要一定的阻力来防止意外运动。脱离力的精确测定需要使用流变仪进行高精度控制和测量,流变仪配有摩擦学附件的,并针对润滑剂特性进行了优化。

此测试需要使用配备 三板球式装置 的流变仪/摩擦计

这只是 汽车行业中常用的流变学研究之一。

矿物油

作为多种组分的混合物,原油是很多种类产品的基础,如溶剂、矿物油、润滑剂、黏合剂、树脂、洗涤剂、聚合物(塑料)和弹性体。

矿物油在世界各地都可以找到,它以燃料油和汽油的形态存在,也可作为原料用于化工行业的许多产品。合成和精炼的矿物油在汽车工业中作为润滑油尤为普遍,例如润滑油用于优化发动机和变速箱等的性能。这些油应当在使用期限内耐受各种环境条件,从发动机的冷启动到工作条件下的高温和高压。因此,这些产品所肩负的任务就是能承受所有这些具有挑战的情况,而不会失去所需的性能。

矿物油流变测试

温度对矿物油流动特性的影响是所有数据中最重要的,其可以使用流变仪来测定。通常情况下,无聚合物添加剂的纯矿物油呈现出理想的黏性/牛顿流动特性

该测试需要使用配备 帕尔贴温控同心圆筒系统流变仪 。