UPVC的润滑平衡
大量的研究与实践表明：PVC-U的塑化程度在65％左右时，其各项力学性能最好，这就要求在加工PVC-U时必须掌握适当的塑化程度，内润滑剂在降低塑化扭矩的同时能促进塑化(缩短塑化时间)，而外润滑剂在改善PVC-U的流动性的同时又能延迟塑化。因而在设计PVC-U配方时，调整内、外润滑剂的比例及加入总量，就能调控PVC-U的塑化速率(塑化时间)，而调控塑化速率则是内、外润滑作用平衡的重要研究内容。但是，由于塑料润滑作用的多变性及润滑平衡的多样性，至今在国内尚未见到关于润滑平衡方面的专论文章，笔者就塑料润滑作用平衡(以下简称润滑平衡)提出一些观点，供广大读者参考。
1 润滑平衡的设计
润滑平衡的设计是PVC-U配方设计的最关键的一环。
1.1 润滑剂及润滑作用目前尚没有真正意义的理论及规律
对―般PVC-U配方设计而言，笔者认为配方设计的难点及主要内容是内、外润滑剂种类的选择及它们的比例和加入总量的设计。润滑剂加入总量应适宜，而内、外润滑剂的比例更重要，尽管总量足够，但如果比例失调，也不合连续地生产出合格产品。
然而对于PVC-U加工过程至关重要的润滑体系，在目前还没有可称为理论的理论，甚至连可以有效地指导配方实验的规律也没有。唯一的所谓规律是借鉴普通化学中“相似相溶”规律，也就是润滑剂的极性与PVC树脂的极性越相似，其相容性越好，因而其内润滑作用也越好；反之外润滑作用较强，但是这个规律对于配方设计的指导性亦很有限。因为判断润滑剂的极性的根据是润滑剂的化学结构，即润滑剂分子中含有的羟基、酯基、羧基、酰胺基以及醚基、酮基等极性官能团的种类、数量及其与长链烷基的比例。由于润滑剂化学结构复杂、多样，以及相邻官能团的相互影响，使得对润滑剂的极性大小的判断更为困难，这就造成了单凭润滑剂的极性来推断润滑剂的润滑作用与润滑剂实际上所起的润滑作用之间的差异性远远超出人们的想象。
1.2 润滑作用的多变性
问题的复杂性还不仅如此，更为重要的是润滑剂与树脂的相容性(即润滑作用)还受其他条件的影响，尤其是其他润滑剂与增塑剂等助剂的影响更为显著，这种改变甚至可使内润滑剂变成外润滑
剂，也就是说，同一种润滑剂的润滑作用会随着添加量的不同，随着配方中其他助剂组成的不同，随着加工条件的不同而改变。
1.3 内、外润滑平衡的多样性
事实上，不同类型的加工设备如双螺杆及单螺杆挤出、注塑、压延等设备，均要求各自不同的润滑平衡。严格地讲，同类设备、不同生产厂家的产品，甚至同一台设备，旧的与新的设备，对润滑平衡均有不同的要求。不同类型的产品，如管材、片材、膜以及异型材，要有各自不同的润滑平衡。如断面复杂的异型材、挤出片材、注塑制品、中空制品、吹塑膜及高透明制品均要求有较高的塑化程度，更好的熔体流动性，因而要求内、外润滑剂，尤其是内润滑剂的加入量要多一些，而管材则对熔体黏度及流动性要求相对不太高，塑化程度以60％～70％为宜，因而外润滑剂相对可以比内润滑剂的用稍多。但是注塑制品则要求尽可能少用非极性外润滑剂，以便尽可能减少外润滑剂对熔接痕强度的影响。
上述内容均说明了润滑平衡的多样性。这就造成润滑作用理论的研究较为困难，在实际配方设计时，也极大地增加了润滑剂配方设计的难度。
笔者认为，对于一般PVC-U而言，配方设计的关键是内、外润滑剂种类、比例及加入总量的设计，就是润滑平衡的设计。
2 润滑平衡的研究方法
对于润滑平衡的设计来讲，既不精楚内、外润滑剂在配方中实际的润滑作用强度，又不知其他润滑剂及其他助剂对其润滑作用影响的具体情况。最简单的方法，是用只问最后结果，不管其作用机理如何的宏观概括研究方法，即只考虑因素(内、外润滑剂和其他助剂)对最终结果(润滑平衡)的贡献的研究法，也就是不管内、外润滑剂及其他助剂之间如何相互作用及其影响程度的大小，只看它们对润滑平衡最终结果的综合影响的方法。
3 润滑平衡的定义及其定量表述
内、外润滑剂品种适当，内、外润滑剂比例与加入总量适当，达到适当的塑化速率及熔体粘度(扭矩流变曲线上适当的塑化时间及塑化扭矩)。也就是能保证特定的加工设备及工艺经济地、连续地生产出合格塑料制品的润滑体系，即为内、外润滑平衡体系。
3.1 适当的塑化时间
润滑平衡既不是个固定值，又因缺乏润滑作用的基础数据，所以造成定量表述润滑平衡很困难。因此，只能用对比类推法对润滑平衡进行研究。也就是首先研究已经确认是润滑平衡的体系，把它在塑料加工设备上的塑化情况与它在扭矩流变曲线上表现出的塑化情况进行对比。结果发现：润滑平衡体系在扭矩流变曲线上的塑化时间对应于挤出机2／3左右的位置，也就是对应挤出机塑化段将结束、均化段将开始的位置。如果不是润滑平衡体系，其塑化时间对应于挤出机的位置将有所改变。塑化时间对应挤出机的位置小于2／3时期，则过度塑化，对于PVC-U而言有可能热分解，物料发黄；塑化时间对应挤出机的位置大于2／3时，则塑化度不够，制品较糙、发脆。由上述分析可得出结论：可以用扭矩流变曲线上的塑化时间作为定量判断润滑体系是否处于平衡状态的标准。
3.2 适当的塑化扭矩
对于PVC-U而言，塑化扭矩的大小比平衡扭矩更接近塑料加工即将结束时实际的树脂熔体扭矩，也就是说，在塑化扭矩处的物料粘度比较接近实际塑料加工即将结束时的熔体粘度。所谓内、外润滑剂比例及总量适当是指能满足工艺要求的用量，使树脂具有较合适的塑化速率、熔体粘度及适当粘附性，从而保证加工设备能经济地、连续地生产合格或优质的产品。另外挤出机虽然也给出了扭矩值或主机电流值，但它们是表示固体树脂由玻璃态逐渐转变为高弹态、粘流态整个过程的平均扭矩值或平均消耗的能量，并不能正确地反映树脂在塑化时的黏度或扭矩值。
4 生产及实验室中如何判断内、外润滑平衡
外润滑剂用量不足则有黏附现象，塑化时间短，试样表面不光滑；外润滑剂过量则塑化时间明显延长，力学性能下降，变脆，可能有析出现象，严重时手拭有油样感觉。内润滑剂用量不足则塑化扭矩较大、塑化时间较长；内润滑剂过量则塑化时间较短、塑化扭矩较小，但热稳定时间也变短，有热分解
现象，试样内壁不光滑。
5 内、外润滑剂的比例及总量的确定，即润滑平衡的设计
内、外润滑剂的品种或牌号确定后，要确定内、外润滑剂的使用比例及在配方中的加入总量。只有确定一个合适的内、外润滑剂的比例及加入总量，才能合理地兼顾PVC树脂熔体的流动性、防粘性及塑化速率，才能满足特定的加工设备、工艺及制品的特殊要求，也只有这样的润滑体系才能保证经济地、连续地生产合格或优质产品，即达到润滑平衡。
由于影响润滑作用的因素众多，又因润滑平衡的多样性，所以配方工作者根据特定的加工设备及产品特性设计一个润滑平衡体系是比较困难的。因为无法准确确定塑化时间、塑化扭矩等重要数值，因而缺乏控制塑化速率、熔体流动性(即熔体黏度)的依据。如果有一个参照物，即标准样或近似的标准样，这个问题就迎韧而解了。所以，确定润滑平衡的实验程序首先是标准样的测试。标准样最好选择加工性能好、品质优良、同一类加工设备生产的同一类产品的高速搅拌混合料。
(1)标准样的测试：把一定质量的试样加到扭矩流变仪中，在一定转速及温度下测小其塑化时间、塑化扭矩及热分解时间等参数。
(2)改变内润滑剂的品种和数量，改变塑化扭矩值使其接近标准样的数值。也就是改变PVC熔体流动性，即熔体粘度。
(3)在基本调整好树脂熔体粘度或塑化扭矩的前提下，通过改变外润滑剂的品种与数量，调整塑化时间，使之比标准样略有延长，大概延长3％左右。外润滑剂在一定范围内也能影响塑化扭矩，随着外润滑剂用量的增加，塑化扭矩值也有所降低。
要特别注意的时的塑化扭矩值绝对不能高于标准样的数值，必须比标准样的塑化扭矩值略低，约降低1％～2％为宜。如果塑化时间已经比标准样延长了3％左右，而塑化扭矩仍然达不到要求时，可以按比例增加内、外润滑剂的用量，直到塑化时间及塑化扭矩均达到要求为止。因为从扭矩流变仪实验得到数据的微小差异均可对实际工业生产造成巨大的影响。
(4)防粘附性：如果塑化扭矩及塑化时间基本满意以后，防粘附性仍然不足，可以适当按比例增加内、外润滑剂的用量，如果感觉物料已经不粘流变仪混合头的转子，则有可能是润滑剂总量过量，达到了高水平的润滑平衡。可按比例适当减少内、外润滑剂的用量，直至有些轻微发粘时为止。在此基础上以微调方式适当地补加内、外润滑剂，直至不发粘，再稍多加一点，这是较低水平的润滑平衡，也是较接近实用水平的润滑平衡。高水平的润滑平衡虽然可以稍提高树脂混合料的热稳定性，延长热分解时间，略微降低热稳定剂的用量，减少配方成本，但外润滑剂的析出现象有可能较严重，对连续生产不利，停机次数有可能增加，生产率有可能下降，并带来诸多不便，也可能影响产品质量及二次加工性能。因为内、外润滑剂毕竟是小分子的加工助剂，能满足加工及制品质量要求扶p可』口入量过多则势必影响制品的力学性能。
(5)放大实验：把实验(4)初步确定的配方在生产中进行放大实验，考察并发现存在的问题，如粘附严重或扭矩过大，主机电流过大，或塑化率过大、过小等。可以有针对性地调整润滑体系。如此反复几次即可设计出比较满意的、并能满足特定设备及工艺要求的润滑平衡体系。
(6)如果没有标准配方，可向有技术力量的国外大型热稳定剂或润滑剂的生产厂商索要参考配方，按参考配方试生产一次，找出加工过程及制品质量存在的问题。加工性问题包括熔体黏度是否过高、主机扭矩值或主机电流是否过大、操作是否平稳、连续开车时间是否过短、粘附性是否严重等问题。制品质量问题包括内在质量是否符合标准、二次加工性是否满意。外观质量问题包括：颜色是否泛黄、或有黑点、黑灰色或黄色条纹，表面是否光亮、内壁是否凹凸不平等。同时用同一配方在扭矩流变化仪上进行实验，把流变实验结果与大生产中出现的问题相互对照，找出内润滑或外润滑不足，或是内、外润滑均不足的原因。然后按上述实验程序进行改进实验，或用价格低的产品对原参考配方中的进口润滑剂进行取代实验。
6 实验数据对实际生产的影响
由于实验物料量与工业生产物料量相比相差过于悬殊，实验设备与实际生产设备差别太大，实验时的物料与工业生产时的物料所受热及剪切力的差别与经历也很不相同等原因，造成了从扭矩流变仪上得到的实验数据有微小的差异，均有可能对工业生产造成严重影响。表1中3个配方是流变仪的实验结果及在生产中的情况，仅供参考。
表1: 实验数据对实际生产的影响
表1中1*配方是国内某厂用平行双螺杆挤出机正常生产管材的混合料测得的数据。2*配方是国外某生产热稳定剂公司推荐配方，在美国已经广泛地用于锥形双螺杆挤出管材，但是2*配方在平行双螺杆挤出时，只能在远低于正常转速时才能挤出合格管材，主机转速稍有提高，因主机扭矩太大而自动报警，影响正常生产。分析1*与2*配方的实验数据可知：2*配方比1*配方的塑化时间只减少了12s，减少4.4％；2*配方比1*配方塑化扭矩大0.7 N?m，增大2％，相对差别很小，几乎可忽略不计。但在实际工业生产时，差别或影响却非常大。
3*配方是2*配方的改进配方。塑化时间3*配方比1*配方延长了20s，即塑化时间延长了7％；塑化扭矩3*配方比1*配方小0.3 N?m，即小0.8％，结果是3*配方可以正常地使用平行双螺杆挤出合格管材。
实验数据的微小差异对实际大生产产生巨大影响的根本原因是塑化扭矩的变化。塑化扭矩虽然只是一个峰值，但是它与时间的乘积，即其积分面积是表示塑料加工时消耗功耗的最主要部分，它远大于加料峰的积分面积(加料峰虽然很高，但是时间一共只有几秒钟，其峰形非常陡峭)；最小扭矩处的扭矩值很小，它与相应的时间的积分数值也很小(此时的物料还是可以流动的粉料)，平衡扭矩的数值虽然较大，但是PVC-U制品的塑化程度只有65％左右，远未达到100％塑化时的平衡扭矩，也就是说树脂混合物在接近平衡扭矩时的时间值接近“零”，平衡扭矩与其时间的乘积也非常小。所以塑化峰值微小的增大或减小，乘以时间后，功耗的变化就远比其他参数的对应值要显著。
７增加润滑体系的操作弹性
好的润滑体系不仅具有润滑作用强、润滑剂用量少及前述的一些优良性质，还应具有较宽的操作弹性，如配料比的微小差异、工艺条件波动(如温度、主机转速的变化等)时，塑料加工从业者希望润滑体系仍然处于平衡状态。这就要求内、外润滑剂不仅要强强搭配，还应具有较大的操作弹性。这可以从两方面加以解决：不用或少用易挥发的润滑剂(像石蜡、Hst及硬脂酸丁酯等较易挥发)，在整个加工的中、后期，因温度等工艺参数的波动而影响了它们挥发的程度，从而造成平衡系统失衡。用一些既有极性基团又有超长烷基的化合物，如褐炼酸的衍生物，脂肪酸、脂肪醇的低分子聚酯类OPE等内、外润滑剂，内、外润滑剂均能在不同程度上自动调节润滑平衡。一旦因某种原因显示内润滑作用不足，外润滑作用过剩；或相反现象，配方中如果有一定数量的上述内、外润滑剂，可在一定程度上自动调节，使过剩的外润滑作用转变为内润滑作用，或内润
滑作用转变为外润滑作用。这种现象的产生是因为工艺条件的变化改变了树脂熔体与润滑剂的表观溶解度所造成的。
８结语
经济地、连续地生产高质量产品是每个塑料加工从业者要达到的目的，润滑平衡则是必不可少的条件之一。如果润滑失衡，即使其他条件均达到工艺要求，也不能正常生产，同时还造成内在质量及外观质量的下降。所以，只有内、外润滑作用平衡才能保证产品质量，才能保证正常连续地、经济地生产合格产品。
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润滑剂在聚合物加工中的作用往往表现为内润滑性和外润滑性﹐其功能和作用归纳为如下几个方面。 1.降低熔体黏度热塑性聚合物树脂熔体的黏度是表征其加工流动性的重要参数。一般随着加工温度的升高﹐熔体黏度降低﹐流动速率增加。对实际加工而言,由于受树脂热稳定性等因素的局限,加工温度不可能夫限度的升高,尤其是象PVC 这样的热敏性树脂.而且依赖加工温度降低熔体黏度还会增加能耗,降低产量.除提高加工温度外﹐降低熔体黏度有选择较低分子量树脂的措施,但同时又会带来最终制品维卡温度和强度下降的问题.具有内润滑作用的润滑剂能够在较低配合量下改变树脂熔体的流变行为﹐达到降低熔体黏度﹐提高熔融流动性之目的。这是因为润滑剂分子与聚合物树脂在较高温度下具有一定的兼容性﹐进而插入聚合物分子链之间﹐削弱分子链间的作用力﹐促进高分子链之间的滑动和旋转﹔或者包覆于聚合物树脂初级微粒的表面﹐通过向名伸展的长碳链脂肪基改善PVC初级微粒间的相互滑动性。 2.减小内生热内生热即聚合物树脂内部的磨擦生热。对于高速成型工艺来讲﹐高剪切将使大量的机械能转化为热能﹐熔体黏度越大﹐剪切力越强﹐因此产生的内生热越多。内生热是导致树脂熔体局部过热﹑热稳定性下降的主要因素之一。借助于内润滑剂降低熔体黏度的途径固然能够在一定程度上减小内生热﹐但因此带来的低熔融黏度常常使注塑成型等加工难以进行﹐因为许多加工方式往往需要树脂熔体具有足够高的熔融黏度。考虑内生热是由熔体内部的磨擦引起的﹐如果润滑剂能够赋予树脂内部结构单元足够高的润滑性﹐同时又对聚合物溶剂化作用极小﹐就可以通过减少树脂内部界面的磨擦生热或将已产生的内生热尽快散逸而提高加工稳定性﹐也避免了熔融黏度的降低和制品热变形温度下降等问题。 3.脱模作用聚合物树脂熔体对加工机械金属表面的粘着性在制品加工成型的不同阶段具有不同的意义。在树脂塑化阶段﹐熔体对加工机械表面的粘着性有助于树脂微粒的打开﹐能够促进熔融﹔在制品成型后期﹐这种粘着性往往容易导致制品表面均匀剥离困难﹐甚至造成表观性能的损坏。脱模作用是润滑剂外润滑性具体表现﹐具有脱模作用的润滑剂多是极性化合物﹐它们与树脂兼容性有限﹐能够从熔体迁移到表面﹐极性基团与金属表面具有一定的亲和性。﹐这样在熔体和金属表面之间形成一层相对稳定﹑互为隔离的分子层﹐因此抑制聚合物熔体与加工机械表面之间的粘着。对于极性树脂而言﹐非极性的烃蜡类化合物也具有脱模作用﹐但由于与金属表面之间缺乏亲和性﹐脱模效果一般。聚乙烯蜡属于非极性烃类润滑剂。 4. 延迟塑化作用延迟塑化作用是外润滑性在塑料加工中的另一种表现形式。在PVC加工中﹐PVC树脂是在剪切形变作用下熔融并与各种助剂均匀混合的﹐在具体情况下对树脂熔融的要求并不一致。例如在成型过程的初级阶段往往并不希望树脂微粒过早熔化﹐有时为了获得最终制品的最佳力学性能并不要求树脂完全熔融﹐这在高抗冲聚氯乙烯加工中表面的尤其明显。通过在树脂中配合兼容性较低的润滑剂﹐可以在加工温度下迁移到树脂微粒或熔体表面﹐从而在树脂
薄膜润滑的润滑性能分析 摘要：薄膜润滑的特性及其润滑机理研究已成为近年来摩擦学研究倍受关注的领域.我们可以运用许多现代化的措施与方法对薄膜润滑的特性与机理进行科学的分析与研究.本文便是简略的介绍一些对薄膜润滑的润滑性能研究的方式方法：1、应用偶合应力理论来分析薄膜润滑状态的润滑特性；2、利用在油润滑中施加外加电场和在水润滑中添加KCl,以改变润滑剂中离子浓度进行组合滑块润滑试验；3、利用薄膜润滑状态下的非牛顿性和类固体特性,建立了薄膜润滑的数学模型,对线接触弹流薄膜润滑问题进行了数值分析计算. 关键词：薄膜润滑;润滑性能 正文： 薄膜润滑的特性及其润滑机理研究已成为近年来摩擦学研究倍受关注的一个领域. 薄膜润滑的特征之一是在表观上体现为膜厚很小, 需要考虑微粒的尺度效应.可以认为, 薄膜润滑在本质上是有序分子起主要作用的一种润滑状态.可以将摩擦副的两表面之间的相对运动分解为挤压运动和剪切运动,其中剪切运动不破坏分子的有序排列,相反在吸附势和诱导力等作用下,它可促进有序分子形成;挤压运动则通过引起有序排列的分子姿态的改变来降低分子的有序度. 参考文献[1]中，应用偶合应力理论来分析薄膜润滑状态的润滑特性.通过利用计及应力偶效应的基本方程,包括： 1、修正Reynolds方程： 式中：U=U1+U2,h为油膜厚度，l为称为特征长度，具有长度量纲, 描述应力偶的相对作用. 2、粘度方程和膜厚方程及载荷方程： 粘度方程: 膜厚方程(考察球与平板的光滑接触): 载荷方程: 式中：γ=h/l. 其实验结果为： 1、应力偶对粘度的增加效应：
随着γ减小(通过增加l或者减小h),粘度增加量的增加倍数增大,当γ小于4以后粘度增加量急剧增大.由此可以预知,在C很小时,润滑油膜厚度与工况参数的关系明显地偏离弹流润滑理论结果, 而表现出对特征尺度的依赖效应. 2、油膜厚度与速度的关系： 当存在应力偶作用(l>0)时,油膜厚度均大于相应弹流润滑解的膜厚值,而且特征长度越大,膜厚增加越明显.当速度较高而相应油膜厚度很大时,应力偶对膜厚的影响很小.当存在应力偶时,膜厚与速度的关系不再呈简单的指数关系;膜厚越小,材料特征长度越大,则偏离越显著,从而体现出尺度效应.可以认为,在膜厚较大时,有序膜密度较小,处于弹流润滑区;随着膜厚逐渐减小,有序膜的作用变得明显,逐渐过渡到薄膜润滑状态. 3、油膜厚度与载荷的关系： 有序分子膜可以增加润滑膜的承载能力. 载荷对膜厚变化的影响不如速度的影响大. 4、油膜厚度与润滑剂粘度的关系： 在高膜厚区有序膜影响小,可以认为其处于弹流润滑区.当存在应力偶时,油膜厚度增加,这种影响随着特征长度的增加而更为明显.在低膜厚区,有序膜所占比例增加,明显偏离弹流曲线,润滑剂粘度同油膜厚度不再具有明显的指数关系在对数坐标上偏离了直线关系,体现出尺度效应. 参考文献[2]中，双电层对薄膜润滑具有明显影响.建立了考虑双电层效应的有限宽组合滑块薄膜润滑数学模型,利用在油润滑中施加外加电场和在水润滑中添加KCl.以改变润滑剂中离子浓度进行组合滑块润滑试验,并利用试验结果对润滑中双电层效应的计算系数进行修正. 试验中以水作为润滑基础液, 选用KCl作为添加剂.施加载荷为470mN.且组合滑块尺寸分别为B1=5mm,B2=10mm,b=15mm.组合滑块和摩擦盘材料分别选用A3钢和不锈钢，如图： 其实验结果为： 1、在膜厚为100nm以下,流体的等效粘度随膜厚减小而迅速增加,为水的粘度的100倍以上;在膜厚为100nm以上时,流体的等效粘度随膜厚增加而逐渐减小. 2、随着电场强度增加,双电层的电粘度效应增加,当电场强度达到一定程度时,双电层的电粘度效应开始减弱.这是因为在施加外电场后,润滑剂中的分子被部分极化,从而增强了摩擦副界面处双电层的离子浓度,增加了双电层的电粘度.但是随着电场强度增加,润滑剂分子被极化的比例逐渐增加,使得分子在润滑区的排列更有规律,沿流体运动方向流体的抗剪切性下降,粘度降低. 又由于在薄膜润滑状态下,润滑剂具有表观粘度高、粘弹性和松弛时间效应强等特点，因此适用于牛顿流体的经典润滑理论不能准确反映薄膜润滑特性,要求考虑薄膜润滑的非牛顿特性.二阶流体模型在处理非牛顿问题时表现出了明显的优势,近年来受到了广泛关注. 该模型的流体应力应变率关系式中引入了含对应变率的二阶偏微分项,计入了时间因素和粘度的方向性,具有更广义的非牛顿性. 参考文献[3]中，进一步考虑了固体表面的变形,并利用薄膜润滑状态下的非牛顿性和类
润滑类 (1)润滑 (Lubrication) 用润滑剂减少两摩擦表面之间的摩擦和磨损或其它形式的表面破坏。 (2)润滑类型 (Types of Lubrication) 润滑剂在两表面间存在的条件和状态。 (3)流体润滑(Fluid Lubrication) 作相对运动的两固体表面被具有体积粘度特性的流体润滑剂完全隔开时的润滑状态。 (4)混合润滑(Mixed Lubrication) 在两固体的摩擦表面之间同时存在着干摩擦、边界润滑或流体润滑的混合状态下的润滑状态。 (5)固体润滑(Solid Lubrication) 作相对运动的两固体表面之间被粉末状或薄膜状固体润滑剂隔开时的润滑状态。 (6)边界润滑(Boundary Lubrication) 作相对运动的两固体表面之间的摩擦磨损特性取决于两表面的特性和润滑剂与表面间的相互作用及所生成边界膜的性质的润滑状态。 (7)极压润滑 (Extreme-pressure Lubrication) 作相对运动的两固体表面之间的摩擦磨损特性取决于润滑剂在重载下与摩擦表面产生化学反应的润滑状态。 (8)流体动压润滑(Hydrodynamic Lubrication) 依靠运动副滑动表面的形状在相对运动时形成一层具有足够压力的流体膜，从而将两表面分隔开的润滑状态。又称流体动力润滑。 (9)流体静压润滑(Hydrostatic Lubrication) 依靠外部的供油系统将具有一定压力的润滑剂供送到支承中，在支承油腔内形成具有足够压力的润滑油膜将两表面分隔开的润滑状态。又称流体静力润滑。 (10) 弹性流体动压润滑(Elasto-hydrodynamic Lubrication) 相对运动两表面之间的摩擦和流体润滑剂膜的厚度取决于表面弹性形变以及润滑剂在表面接触区的流变特性的润滑状态。又称弹性流体静力润滑。 (11)气体润滑 (Gas Lubrication) 相对运动两表面被气体润滑剂分隔开的润滑。 (12)磁流体动压润滑 [Magneto-hydrodynamic Lubrication(MHD Lubrication)] 其有效力是电磁作用所引起的流体动压润滑。又称磁流体动力润滑。 (13)润滑方式 (Method of Lubrication) 向摩擦表面供给润滑剂的方法。 (14)连续润滑 (Continuous Lubrication) 润滑剂连续地送入摩擦表面的润滑方式。
润滑脂、防冻液 一、什么是润滑脂？ 润滑脂是将稠化剂分散在液体润滑剂中所组成的一种稳定的固体或半固体产品。在日常生产中人们习惯于把润滑脂叫成“黄油”。 润滑脂主要是由稠化剂、液体润滑油、添加剂和填料组成。 二、稠化剂的作用是什么？有哪些种类？ 稠化剂的作用是在基础油中分散和形成结构骨架，使基础油吸附并固定在结构骨架中，从而形成固体或半固体关的润滑脂。 稠化剂的种类主要有皂基稠化剂和非皂基稠化剂。 皂基稠化剂可分为三类：单皂基—以单以金属皂作为稠化剂而制成的脂，如钙基脂、钠基脂。-混合皂基—由两种或两种以上的单一金属皂同时作为稠化剂混合而制成的脂，如钙—钠基脂。?复合皂基—皂结晶或皂纤维是由两种或更的化合物共结晶而制成的，复合引起润滑脂特性改变，并以滴点升高为标志，如复合锂、复合铝基脂。 非皂基稠化剂有：烃基、无机类、有机类 三、如何判断皂基脂与非皂基脂？ 通过测定是否有明确的滴点即可区分。皂基脂有滴点，有的还有优良的抗辐射性、抗化学介质等特性。四、润滑脂的添加剂的类型有哪些？润滑油中添加剂是否都可以用于润滑月脂？ 润滑脂的添加剂分为两大类：一类是物理性能改善剂，如结构改进剂（醇、水、甘油等）；另一类是化学性能改善剂，如抗磨剂、防锈剂等。 在润滑油添加剂中，可能对润滑脂胶体结构破坏较大的添加剂不能用在润滑脂中；有的添加剂虽油溶性差，在润滑油中使用受到限制，但在润滑脂中感受性好，故可用于润滑脂中。 五、什么是填料？其作用如何？ 填料是为了增加润滑脂中的某些特殊性能而添加的固体填充物，大多数是一些有润滑作用和增稠效果的无机物粉末。大部分填料本身可作为固体润滑剂用，加入脂中可提高脂的润滑能力，在脂的润滑膜受短暂冲击负荷或高热作用下，它们可起补强作用。常用填料有：石墨、铝粉、二硫化钼、铜粉等。 六、润滑脂的主要性能有哪些？ ①流变学性能②高温性能③轴承性能④润滑性能⑤防护性能⑥低温性能。 七、润滑脂的流变学性能是如何测得的？ 流变学是研究物质在受到外力作用后变形或流动的科学。润滑脂的流变学性能取决于它的组成和结构，同时也与剪切速率、温度有关，润滑脂的流动性能主要通过脂的触变性、相似粘度、强度极限等性能来评定。 八、什么是润滑脂的触变性和强度极限？ 润脂受到剪切作用，在一定剪速下，随着剪切时间的增加，稠度下降，脂变稀；当剪切停止时，结构骨架又逐渐恢复，脂又变稠，这种由稠变稀，由稀变稠的现象称为触变性。其值大小取决于稠化剂种类、浓度和分散状态，而与基础油粘度并无直接关系。润滑脂有轻微的触变对使用是有益的。 强度极限是表示使润滑脂开始流动所需最小的剪应力。 由于脂是具有不定期的强度极限，就不会受地心引力而改变其形态自动流动，即使在密封不严的摩擦部件中也不会流失，在机械工作时能抵抗住离心的作用，不致从零件表面被甩出。 润滑脂强度极限是温度的函数，温度越高，脂的强度极限变小，温度降低，脂的强度极限变大。脂的强度极限，取决于稠化剂的种类和含量，与工艺也有关。 九、润滑脂稠度分级、牌号分类的依据是什么？ 稠度是一个与脂在润滑部位保持能力和密封性能以及脂的输送和加注有关的重要指标，其大小按针入度划分。 目前国际上通用的稠度等级是按照美国润滑脂协会（NLGI）的稠度等级划分的。将润滑脂的稠度分为九个等级：000、00、0、1、2、3、4、5、6。稠度等级用锥入度度量。
中国石油大学钻井液工艺原理实验报告 实验日期：2015.03.23 成绩： 班级：石工12-1 学号姓名：教师：范鹏 同组者： 实验四钻井液润滑性测定 一.实验目的 1. 掌握钻井液润滑性测定仪器的使用方法； 2. 掌握钻井液润滑性的调整方法及常见润滑剂对钻井液润滑性能的影响。 二.实验原理 液体类润滑剂通过在金属、岩石和粘土表面形成吸附膜，减少钻具对井壁和套管的摩擦；多数固体润滑剂类似细小滚珠，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，因而可大幅度降低扭矩和阻力。 在斜板倾斜条件下，放在泥饼上的滑块受向下的重力作用，当克服粘滞力后开始下滑，根据牛顿内摩擦定律，设滑块重量为W，其与斜面平行的分力为F，F 即摩擦力，垂直于斜面的力为P，F=Wsinα，P=Wcosα，摩擦系数f=F/P=tgα。泥饼的摩擦系数即仪器所测的粘滞系数。 三.仪器、药品 1.ZNS型打气筒失水仪一台 2.粘滞系数测定仪一台 3.高搅机一台 4. 秒表一只 5. 钢板尺一个 6. 20ml量筒1个 7.滤纸 8. 待测泥浆泥浆约500ml 四、实验步骤 1.接通粘滞系数测定仪的电源，预热15min，并检查电机、清零及显示屏工作是否正常。
2.通过手动调节测试板和仪器箱底的升降螺母使仪器测试板水平泡居中。 3.按清零按钮将数字显示屏归零。 4.测定基浆的滤失量后，将泥饼平整的放置在测试板上，将长方体滑块以垂 直于测试者身体方向，缓慢地放置在泥饼的中心位置，并静置1min。 5.按动电机按钮，测试板开始以一定速率缓慢的倾斜，直到滑块开始与泥饼 出现相对滑动时，立即记录下此时显示屏的读数。此读数的正切值即为泥饼的粘 滞系数。 6.取基浆加入一定量的NaCl并高速搅拌10min，按实验步骤4和5测定盐水 泥浆泥饼的粘滞系数。 五、数据处理 确定加入NaCl前后的润滑系数降低或提高率，并简要解释原因并提出简要的对策。 润滑系数提高率=（1.1504-0.0612）/0.0612=17.80 润滑系数提高。 钻井液中加入NaCl后，发生盐侵，会压缩粘土的扩散双电层，使其 电位降低，水化膜变薄，粘土颗粒间形成或增强网架结构，从而导致钻井液粘度、切力上升，摩擦阻力增大。 由此可知为了提高钻井液的润滑性，应该降低钻井液的矿化度。 六．实验总结 通过本次实验的具体操作，我掌握钻井液润滑性测定仪器的使用方法，对钻 井液润滑性的调整方法及常见润滑剂对钻井液润滑性能的影响有了初步的认识。 最后感谢老师的细心指导！
设备润滑与管理的基本知识（草稿） 一、润滑材料的选用 在机器的摩擦副之间加入某种介质，使其减少摩擦和磨损，这种介质称为润滑材料，也称润滑剂。由于摩擦副的类型和性质不同，相应地对润滑材料的要求和选用也有所不同。只有按摩擦副对润滑材料的性能要求，合理的选用润滑材料，才能减少摩擦、降低磨损，延长设备的使用寿命，从而达到节约能源、保证设备正常运转，提高企业经济效益的目的，尤其是现代化高精度、高速度、高效率的生产设备，对润滑材料的耐高温、高压、高速、腐蚀等要求愈来愈高，随着新型材料的不断发展，对润滑管理专业人员的业务水平提出了更高的要求。 1、润滑基本原理 在两个相互摩擦的表面间加入润滑剂，使其形成一层润滑膜，将两摩擦表面分开，其间的直接干摩擦为润滑分子间的摩擦所代替，从而达到降低磨擦、减少磨损的目的，这就是润滑作用的基本原理。按润滑状态的不同，润滑可分为以下三种： ⑴液体润滑（完全润滑） 润滑剂所形成的油膜完全将两摩擦表面隔开，呈现油膜内层间的液体分子摩擦，称为液体润滑。获得液体润滑的方法有两种：一为液体静压润滑，即人为的将压力油输入润滑表面之间，用以平衡外载而把两表面分离；二是液体动压润滑，即利用摩擦副两表面的相对运动作用，把油带入摩擦面之间，形成压力油膜把两表面分开。流体润滑的摩擦系数为0.001～0.008。 ⑵边界润滑 润滑剂在摩擦表面上形成一层吸附在金属表面上极薄的油膜，或与表面金属形成金皂，但不能形成流体动压效应；边界润滑状态下的摩擦是吸附油膜或金属膜接触的相对滑动所形成的摩擦，摩擦系数为0.05～0.1。当负荷增大或速度改变时，吸附油膜或金属皂可能破裂，引起摩擦表面直接接触而形成干摩擦。 精选范本
一、 设备的润滑状态众所周知，润滑是降低摩擦减少磨损的有效方法。根据润滑油膜的形成原理与摩擦副表面被隔开的程度，润滑状态可分为边界润滑，混合润滑和流体动力润滑。Streibeck 以滑动轴承的大量实验数据为基础绘制了著名的Streibeck 曲线（图1）。 曲线的纵坐标是摩擦因数f （μ），横坐标为Z n /p ，Z 是润滑剂的黏度，n 是轴的转速，p 是轴承压力，该曲线的最好说明是轴在滑动轴承中的启动过程（图2）。 图2中a 是静止状态时轴和轴承的情况。b 是当轴从静止状态开始旋转时，轴按图中方向向b 点爬行，此时系统还不具备形 成承载动力油膜的条件。 摩擦表面主要依靠边界膜保护，故摩擦因数较高。c 是随着转速的提高，卷入的润滑油增多，从而形成一定的油膜压力迫使轴向左方移动，轴的表面逐渐与轴承表面隔离，摩擦因数急剧下降是为混合润滑状态。d 是轴的转速进一步提高后，动力油膜充分形成，表面完全隔开，摩擦力只是油膜的分子之间的阻力。摩擦因数降至最低，这便是流体动力润滑。此后，转速再增高时，剪切速度增大，摩擦因数又会缓慢上升。如前所述，Streibeck 曲线的建立是以滑动轴承为基础的，其横坐标采用滑动轴承特性数Z n /p 是很合理的选择（其意义与Sommerfield 数ηω/p 相同）。但是随着摩擦学的发展，研究对象日益丰富和多样化，仅用这个参数来表示摩擦副表面间的隔离程度是具有局限性的。美国的Hamrock 教授提出，为使Streibeck 曲线更具普遍性，将横坐标改为油膜厚度与表面粗糙度之比（比膜厚Specific Film Thickness ）λ。 λ=h min /σ，h min 为最小油膜厚度，σ为摩擦副综合表面粗糙 度，σ=（σ12+σ22）1/2 ，σ1为摩擦副表面1的粗糙度，σ2为摩擦副表面2的粗糙度，于是便有图3。 图3中除了横坐标的变动外又加上了一个新的润滑状态：弹性流体动力润滑状态，这就使曲线的含义更加完整了。近来又提出一种更新的表示方法，实际上是将图1图2合并起来，便有图4。 如果将图4数值化则可成表1，见图5。表1中给出了各种润滑状态下典 型的油膜厚度hmin ，比膜厚λ和摩擦因数μ。 1.边界润滑从使用寿命、可靠性、节约能源，降低材料消化等方面来看。当然希望能够实现流体动力润滑或者弹性流体动力润滑，但是有些情况往往不能获得理想的润滑条件例如： 摘要机械设备的润滑状态，磨损失效形式，形成机理。发生场合，发生原因及监测方法和防止措施。关键词机械设备磨损失效机理监测中图分类号TH117.2文献标识码B 机械设备的润滑状态 张疆兵 图1 图2 图3 a ） b ） c ） d ）
柴油润滑性能评定方法研究 随着环保要求的越来越严格，特别是车用柴油国家标准《GB/T 19147-2013车用柴油V》在全国范围内的实施，生产高质量的清洁柴油，已成为现代炼油工业的发展方向。柴油加工工艺的变化，使得柴油中的有效抗磨组分越来越少，车用柴油的润滑性也随之变差，从而导致将柴油作为自润滑的高压柴油泵的磨损加大，缩短了泵的使用寿命。为了防止发动机高压泵出现过度磨损，GB/T19147-2013标准中已包括润滑性测试指标，即磨斑直径不大于460um。 目前，我国许多单位部门职责内容不同，使用柴油润滑性检测设备的目的也就不同。GB/T19147-2013标准中规定的润滑性测试指标，即磨斑直径不大于460um。其中，该项指标所依据的检测方法《SH/T 0765-2005柴油润滑性评定法（高频往复试验机法）》中还涉及到了试验的重复性和再现性问题。 SH/T0765-2005方法中明确指出柴油润滑性指标试验检测重复性：由同一操作者，用相同的仪器对同一试验材料，在恒定的操作条件下，按照规定的正确方法操作，所得两次重复试验结果之差，不应超过63um；再现性：由不同操作者在不同的实验室，对同一试验材料进行试验，所得两个独立的试验结果之差，不应超过102um。即该试验方法所得结果重复性为63um，再现性为102um。这样就会有单位担心所检测样品结果的重复性与再现性问题。比如，某炼油厂使用所属柴油润滑性检测设备按照SH/T0765-2005方法检测即将要出厂的样品，测两遍得出润滑性结果为432um和512um,重复性指标步不仅
超出了方法SH/T0765-2005要求的范围，第二遍结果更是超出标准GB/T19147-2013规定的不大于460um指标。为尽量减少此类情况，就必然要提高检测结果的准确性。首先就要了解与柴油润滑性检测结果相关联的因素，其次熟悉检测样品的特性也是关键。 根据方法SH/T0765-2005中所规定的条件（如表1、图2）及要求可知，柴油润滑性指标检测结果除了与设备的精度相关，与试验环境的温度、湿度也有一定关系。
现如今，在许多的钻井工作中都会使用到钻井液润滑剂，它可以减少钻头、钻具及其它配件的磨损，延长使用寿命，同时防止粘附卡钻、减少泥包钻头，易于处理井下事故等。若钻井液的润滑性能不好，会造成钻具回转阻力增大，起下钻困难，甚至发生粘附卡钻和日钻具事故；由此可见润滑性好坏至关重要，那么影响其润滑性的主要因素有哪些呢？下面就简单的给大家介绍下。 1、粘度、密度和固相的影响 随着钻井液固相含量、密度增加，通常其粘度、切力等也会相应增大。这种情况下，钻井液的润滑性能也会相应变差。这时其润滑性能主要取决于固相的类型及含量。砂岩和各种加重剂的颗粒具有特别高的研磨性能。 钻井液中固相含量对其润滑性影响很大。随着钻井液固相含量增加，·除使泥饼粘附性增大外，还会使泥饼增厚，易产生压差粘附卡钻。另外，固相颗粒尺
寸的影响也不可忽视。研究结果表明，钻井液在一定时间内通过不断剪切循环，其固相颗粒尺寸随剪切时间增加而减小，其结果是双重性的：钻井液滤失有所减小，从而钻柱摩阻力也有所降低；颗粒分散得更细微，使比表面积增大，从而造成摩阻力增大。可见，严格控制钻井液粘土含量，搞好固相控制和净化，尽量用低固相钻井液，是改善和提高钻井液润滑性能的最重要的措施之一。 2、滤失性、岩石条件、地下水和滤液pH值的影响 致密、表面光滑、薄的泥饼具有良好的润滑性能。降滤失剂和其它改进泥饼质量的处理剂(比如磺化沥青)主要是通过改善泥饼质量来改善钻井液的防磨损和润滑性能。 在钻井液条件相同的情况下，岩石的条件是通过影响所形成泥饼的质量以及井壁与钻柱之间接触表面粗糙度而起作用的。底温度、压差、地下水和滤液的pH值等因素也会在不同程度上影响润滑剂和其它处理剂的作用效能，从而影响
一．润滑分类 基本上，可以近似认为润滑膜厚越厚，承载能力越高。因而不同的润滑类型大致可以根据工作时润滑膜的膜厚来区分。 1.流体动压润滑：中高速，面接触(滑动轴承)，动压效应形成流体润滑膜。膜厚1～100μ. [流体动压润滑形成条件： a.磨擦表面具有收敛楔； b.轴颈具有足够的转速； c.润滑油具有适当的粘度； d.外载不得超过最小油膜所能承受的限度。 外加两个重要假设：一定温度时，流体粘度不变；摩擦表面视为刚体.] 2.流体静压润滑：各种速度，面接触，外压强制流体送入摩擦面间形成静压膜。膜厚1～100μ. 3.弹性流体动压润滑（弹流润滑）：中高速，点线接触(滚动轴承)，动压效应形成流体润滑膜。膜厚0.1～1μ.[丢弃动压润滑的简化考虑：流体、摩擦面均视为弹性体；粘度是压力的函数] 4.薄膜润滑：低速，点线接触高精度摩擦副，动压效应形成流体润滑膜。膜厚10～100nm. 5.边界润滑：低速重载，高精度摩擦副，润滑油和金属表面反应生成理化润滑膜。膜厚1～50nm. 6.干摩擦(润滑)：无润滑或自润滑。表面氧化膜或气体吸附形成。膜厚1～10nm. 如想量化判断具体工况是什么润滑类型，看参数：膜厚比α α=h。/(σ1^2+σ2^2)^0.5 h。为接触表面间的最薄润滑膜厚度; σ1、σ2分别为两摩擦表面粗糙度的均方根值。 一般说来， 当α＜1时，会产生粘着； 1≤α≤3时，摩擦副处于部分弹性流体动压润滑状态，有可能发生粘着磨损； α＞3时，摩擦副处于全膜润滑状态，可认为不会发生粘着磨损。 使用一般矿物油润滑和一般加工质量的几种常见的摩擦副，其膜厚比范围约为:滚动轴承,α=1～2.4；齿轮传动，α=0.6～1.8；凸轮机构，α=0.3～1.2。 二．流体润滑关键因素 液体的动压润滑主要考虑粘温关系； 气体润滑主要考虑密度——压力关系； 弹流润滑中粘温、粘压、压缩性（密度）都是重要因素。 1．润滑油 a.流体(润滑油)粘度：流体抵抗剪切变形能力的度量，表征流体流动时的内摩擦大小。粘度是润滑剂最重要的物理性质。 对膜厚影响：流体动压润滑中膜厚和粘度成正比；弹性流体动压润滑中膜厚和粘度的0.7次方成正比。进而决定润滑膜承载能力。 对摩擦力影响：粘度越高，摩擦力越大，进而温升越高。 (所以意味着粘度存在一个合理范围，既不能太大也不能太小。) 粘度分为动力粘度和运动粘度。 动力粘度η：一定温度T。下，理想牛顿流体的粘滞切应力和切应变率比值恒定，该比值定义为动力粘度η.(一般工况下大多数润滑油，尤其是矿物油，均是牛顿流体。其他流体即使没有温升，比值也不确定。)
航空涡轮燃料润滑性测定法 (球柱润滑性评定仪法) 1范围 1.1本标准规定了用球柱润滑性评定仪测定航空涡轮燃料在摩擦钢表面上边界润滑性的磨损状况。 1.2本标准测定的润滑性结果以在试球上产生的磨痕直径(mm)表示。 1.3本标准使用SI(国际单位制)作为标准计量单位。 1.4本标准涉及某些有危险性的材料、操作和设备，但是无意对此有关的所有安全问题都提出建议。因此，用户在使用本标准之前应建立适当的安全和防护措施并确定有适用性的管理制度。 2引用标准 下列标准包括的条文，通过引用而构成为本标准的一部分，除非在标准中另有明确规定，下述引用标准都应是现行有效标准。 GB/T 308滚动轴承、钢球 GB/T 131机械制图表面粗糙度符号、代号及其注法 GB/T 3077合金结构钢技术条件 YB 9高碳铬轴承钢 ANSI E一52100铬合金钢
SAE 8720钢 3术语 本标准采用下列术语。 3.1柱体cylinder 试环和心轴组合件。 3.2润滑性lubricity 用于描述试样的边界润滑性质的常用术语。在本试验方法中，试样的润滑性是在严格规定和控制的条件下进行测试，固定球与被试样浸润的转动试环相接触，以在固定球上产生的磨痕直径(mm)表示。 4方法概要 把测试的试样放人试验油池中，保持池内空气相对湿度为10%，一个不能转动的钢球被固定在垂直安装的卡盘中，使之正对一个轴向安装的钢环，并加上负荷。试验柱体部分浸人油池并以固定速度旋转。这样就可以保持柱体处于润湿条件下并连续不断地把试样输送到球/环界面上。在试球上产生的磨痕直径是试样润滑性的量度。 5意义和用途 5.1由于过量摩擦而造成的磨损引起发动机部件(例如:燃料泵和燃料控制器等)的寿命缩短，有时归因于航空燃料缺少润滑性。 5.2试验结果关系到航空燃料系统部件的损坏，现已证明某些燃料对金属组合件有磨损。因此，在部件的操作中燃料边界润滑性也是一个主要因素。 5.3本方法试验中产生的磨痕对试样和试验材料的污染、大气中存在的氧和水以及试验
汽车减速箱齿轮润滑状态及其转化条件 汽车变速箱齿轮工作环境复杂,受力多变.若要研究减速箱齿轮的润滑状态及其转化条件,首先要了解减速箱齿轮的润滑特点.总的来说,齿轮润滑的特点有以下几个方面:1)一对齿轮的传动是通过一对一的齿面啮合运动来完成的,一对啮合齿面的相对运动又包含滚动和滑动.滚动对于形成动压油膜十分有利,滚动的摩损也非常小.滑动容易引起磨损,严重时甚至造成齿面擦伤与胶合,滚动量和滑动量的大小因啮合位置而异,齿轮的润滑状态会随时间的改变而改变.2)齿轮传动润滑是断续性的,每次啮合都需要重新建立油膜,形成油膜的条件较轴承相差很远,与滑动轴承相比较,渐开线齿轮的诱导曲率半径小,因此形成油楔条件差[1].正是因为以上原因,减速箱齿轮的润滑状态目前并不能精确地定量计算.为了分析齿轮在润滑接触中摩擦系数随着工况条件的变化规律,我们引入Stribeck曲线.Stribeck曲线显示了流体动压润滑,弹流润滑,混合润滑和边界润滑状态的转换,可以作为预测润滑状态简便的方法. Stribeck曲线[1] 图中λ为膜厚比,是最小油膜厚度与摩擦副的一对粗糙表面的综合粗糙度之比. 式中: λ 为油膜比厚,σ1为小齿轮的齿面粗糙度值Ra; σ2为大齿轮的齿面粗糙度值Ra;hmin为最小油膜厚度. 当λ < 1 时,齿轮传动处于边界润滑状态. 当1 < λ < 3 时,齿轮传动处于混合润滑状态或弹性流体动压润滑. 当λ > 3 时,齿轮传动处于全膜流体动压润滑状态. 由Stribeck曲线我们可以看出齿轮的润滑状态主要有边界润滑,弹流润滑和流体动压润滑三种.
1.边界润滑.润滑油膜厚度小于两齿面间的综合粗糙度,轮齿间不存在有流动油膜,齿面只能靠边界油膜隔开,轮齿表面有较多的凸峰接触,易发生擦伤,胶合等磨损[2].边界润滑状态是极其不稳定的,极易因为外界条件的改变出现干摩擦的情况,一旦发生干摩擦,磨损率增大,齿轮就会发生拉伤甚至是咬死.所以齿轮润滑应尽量避免边界润滑状态. 2.弹流润滑.弹流润滑状态或混合润滑状态,是边界润滑和流体动压润滑共同作用的结果.在这种状态下,载荷一部分有油膜承担,另一部分有接触的微凸体承担.在一定条件下,弹流润滑比边界润滑是的摩擦系数要小,但仍然会有轻微的磨损发生. 3.流体动压润滑状态.弹性流体动力润滑状态的是指相互摩擦的表面之间的摩擦,流体润滑膜的厚度往往取决于摩擦表面的材料弹性变形以及润滑剂流变特性的润滑.这种状态下负载全部是由油膜承担的,所以发生胶合,点蚀以及磨损的几率是十分之小的,是比较理想的润滑状态所以如果有条件,我们尽量的把机械设备齿轮减速器的润滑状态调整为弹性流体动力润滑状态[3]. 从以上齿轮润滑状态分析可以看出油膜厚度是影响齿轮润滑状态转化的关键因素.研究影响齿轮润滑状态转化的条件首先要了解油膜厚度的影响因素.影响最小油膜厚度的因素有很多也很复杂,总的来说主要有齿轮的负载,齿轮工作时的速度,工作温度和环境温度,润滑油粘度等.不过这些因素并不是孤立单独的起作用,而是互相影响互相作用的. 一是载荷对最小油膜厚度的影响.当速度一定时,随载荷的增加,轮齿间的油膜形成机理及最小油膜厚度不同.在轻载时,齿轮表面润滑油的压粘效应不明显,表面弹性变形也很小,这时的油膜厚度主要受速度的影响,基本为动压润滑形式,油膜厚度较大.在中等载荷时,油膜厚度只受速度影响,润滑形式介于动压润滑和弹性流体动压润滑之间,当载荷稍有变化时油膜厚度并不变化,在载荷平稳的工作条件下,油膜厚度较稳定.在重载时表面接触应力加大,内部油压也加大,齿廓表面产生较大的弹性变形,润滑油出现明显的压粘效应,此时的润滑状态为弹性流体动压润滑,油膜厚度最小,但油膜刚性较好,油膜稳定. 二是速度对最小油膜厚度的影响.当载荷较大时,随着速度的增加,润滑油出现温粘效应.转速增大,润滑油温度升高,降低了润滑油由于压粘效应而增加的粘度,导致润滑油流动性增加,这样,油膜厚度就会随着转速的提高而增大。如果转速较低,由于油的粘度因载荷较大而增大,使其流动性降低,故不易建立有效油膜厚度[4]. 总之,由Stribeck曲线我们知道减速箱齿轮所处的润滑状态主要有边界润滑,弹流润滑和流体动压润滑三种,通过分析总结出了影响润滑状态转化的主要因素.因为齿轮工作条件的复杂性以及设备对于精度和定量化的要求,在计算最小油膜厚度和进一步研究其影响因素上我们仍有大量工作要做. 参考文献 [1] 纵杰.润滑技术在齿轮传动中的应用分析[J].浙江冶金，2010. [2] 时洪文常开华.关于齿轮减速器的润滑[J].砖瓦,2006. [3] 李林.浅析机械设备齿轮减速器的润滑[J].科技风,2013. [4] 孙健.齿轮在不同工作条件下的润滑状态[N].江苏石油化工学院学报，2001.
润滑油九大特性 1、水解安定性 水解安定性表征油品在水和金属（主要是铜）作用下的稳定性，当油品酸值较高，或含有遇水易分解成酸性物质的添加剂时，常会使此项指标不合格。它的测定方法是将试油加入一定量的水之后，在铜片和一定温度下混合搅动一定时间，然后测水层酸值和铜片的失重。 2、抗乳化性 工业润滑油在使用中常常不可避免地要混入一些冷却水，如果润滑油的抗乳化性不好，它将与混入的水形成乳化液，使水不易从循环油箱的底部放出，从而可能造成润滑不良。因此抗乳化性是工业润滑油的一项很重要的理化性能。一般油品是将40ml试油与40ml蒸馏水在一定温度下剧烈搅拌一定时间，然后观察油层—水层—乳化层分离成40—37—3ml的时间；工业齿轮油是将试油与水混合，在一定温度和6000转/分下搅拌5分钟，放置5小时，再测油、水、乳化层的毫升数。 3、氧化安定性 氧化安定性说明润滑油的抗老化性能，一些使用寿命较长的工业润滑油都有此项指标要求，因而成为这些种类油品要求的一个特殊性能。测定油品氧化安定性的方法很多，基本上都是一定量的油品在有空气（或氧气）及金属催化剂的存在下，在一定温度下氧化一定时间，然后测定油品的酸值、粘度变化及沉淀物的生成情况。一切润滑油都依其化学组成和所处外界条件的不同，而具有不同的自动氧化倾向。随使用过程而发生氧化作用，因而逐渐生成一些醛、酮、酸类和胶质、沥青质等物质，氧化安定性则是抑制上述不利于油品使用的物质生成的性能。 4、热安定性 热安定性表示油品的耐高温能力，也就是润滑油对热分解的抵抗能力，即热分解温度。一些高质量的抗磨液压油、压缩机油等都提出了热安定性的要求。油品的热安定性主要取决于基础油的组成，很多分解温度较低的添加剂往往对油品安定性有不利影响；抗氧剂也不能明显地改善油品的热安定性。 5、抗泡性 润滑油在运转过程中，由于有空气存在，常会产生泡沫，尤其是当油品中含有具有表面活性的添加剂时，则更容易产生泡沫，而且泡沫还不易消失。润滑油使用中产生泡沫会使油膜破坏，使摩擦面发生烧结或增加磨损，并促进润滑油氧化变质，还会使润滑系统气阻，影响润滑油循环。因此抗泡性是润滑油等的重要质量指标。 6、油性和极压性 油性是润滑油中的极性物在摩擦部位金属表面上形成坚固的理化吸附膜，从而起到耐高负荷和抗摩擦磨损的作用，而极压性则是润滑油的极性物在摩擦部位金属表面上，受高温、高负荷发生摩擦化学作用分解，并和表面金属发生摩擦化学反应，形成低熔点的软质（或称具可塑性的）极压膜，从而起到耐冲击、耐高负荷高温的润滑作用。 7、腐蚀和锈蚀 由于油品的氧化或添加剂的作用，常常会造成钢和其它有色金属的腐蚀。腐蚀试验一般是将紫铜条放入油中，在100℃下放置3小时，然后观察铜的变化；而锈蚀试验则是在水和水汽作用下，钢表面会产生锈蚀，测定防锈性是将30ml 蒸馏水或人工海水加入到300ml试油中，再将钢棒放置其内，在54℃下搅拌
第8章钻井液设计 本章主要介绍了新疆地区常用的钻井液体系，结合A1-4井及探井资料，设计了A区块井组所使用的钻井液体系、计算了所需钻井液用量，提出了钻井液材料计划等。 钻井液体系设计 钻探的目的是获取油气，保护地层是第一位的任务，因此，搞好钻井液设计，首先必须以地层类型特性为依据，以保护地层为前提，才能达到设计的目的。 新疆地区常用钻井液体系简介： (1)不分散聚合物钻井液体系：不分散聚合物钻井液体系指的是具有絮凝及包被作用的有机高分子聚合物机理的水基钻井液。该体系的特点是：具有很强的抑制性；具有强的携沙功能；有利于提高钻速；有利于近平衡钻井；可减少对油气层的伤害。 (2)分散性聚合物体系（即聚合物磺化体系）：聚合物磺化体系是指以磺化机理及少量聚合物作用机理为主配置而成的水基钻井液。该体系的特点是：具有良好的高温稳定性，使用于深井及超深井；具有一定的防塌能力；具有良好的保护油层能力；可形成致密的高质量泥饼，护壁能力强。 (3)钾基（抑制性）钻井液体系：该体系是以聚合物的钾，铵盐及氯化钾为主处理剂配制而成的防塌钻井液。它主要是用来对付含水敏性粘土矿物的易坍塌地层。该体系特点：对水敏性泥岩，页岩具有较好的防塌效果；抑制泥页岩造浆能力较强；对储层中的粘土矿物具有稳定作用；分散型钾基钻井液有较高的固相容限度。 (4)饱和盐水钻井液体系：该体系是一种体系中所含NaCl达到饱和程度的钻井液，是专门针对钻岩盐层而设计的一种具有较强的抑制能力，抗污染能力及防塌能力的钻井液。该体系特点：具有较强的抑制性，由于粘土在其中不宜水化膨胀和分散，故具有较强的控制地层泥页岩造浆的能力；具有较强的抗污染能力，由于它已被NaCl所饱和，故对无机盐的敏感性较低，可以抗较高的盐污染，性能变化小；具有较强的防塌能力，尤其再辅以KCL对含水敏性粘土矿物的页岩具有较强抑制水化剥落作用；可制止盐岩井段溶解成大肚子井眼。由于钻井液中氯化钠已达饱和，故钻遇盐岩时就会减少溶解，以免形成大井眼；缺点是腐蚀性较强。 (5)正电胶钻井液体系是一种以带正电的混合层状金属氢氧化物晶体胶粒(MMH或MSF）为主处理剂的新型钻井液体该体系的特点：具有独特的流变性;有利于提高钻井速度；对页岩具有较强的抑制性；具有良好的悬浮稳定性；有较强
钻井液润滑剂润滑性能及影响因素 国内外研究者对钻井液的润滑性能进行了评价，得出的结论是：空气与油处于润滑性的两个极端位置，而水基钻井液的润滑性处于其间。用Baroid公司生产的钻井液极压润滑仪测定了三种基础流体的摩阻系数(钻井液摩阻系数相当于物理学中的摩擦系数)，空气为0．5，清水为0．35，柴油为0．07。在配制的三类钻井液中，大部分油基钻井液的摩阻系数在o．08～o．09之间，各种水基钻井液的摩阻系数在0．20～0．35之间，如加有油晶或各类润滑剂，则可降到0．10以下。 对大多数水基钻井液来说，摩阻系数维持在o．20左右时可认为是合格的。但这个标准并不能满足水平井的要求，对水平井则要求钻井液的摩阻系数应尽可能保持在0．08～0．10范围内，以保持较好的摩阻控制。因此，除油基钻井液外，其它类型钻井液的润滑性能很难满足水平井钻井的需要，但可以选用有效的润滑剂改善其润滑性能，以满足实际需要。近年来开发出的一些新型水基仿油性钻井液，其摩阻系数可小于0．10，很接近油基钻井液，其润滑性能可满足水平井钻井的需要。 从提高钻井经济技术指标来讲，润滑性能良好的钻井液具有以下优点： (1)减小钻具的扭矩、磨损和疲劳，延长钻头轴承的寿命； (2)减小钻柱的摩擦阻力，缩短起下钻时间； (3)能用较小的动力来转动钻具； (4)能防粘卡，防止钻头泥包。 钻井液润滑性好，可以减少钻头、钻具及其它配件的磨损，延长使用寿命，同时防止粘附卡钻、减少泥包钻头，易于处理井下事故等。在钻井过程中，由于动力设备有固定功率，钻柱的抗拉、抗扭能力以及井壁稳定性都有极限。若钻井液的润滑性能不好，会造成钻具回转阻力增大，起下钻困难，甚至发生粘附卡钻和日钻具事故；当钻具回转阻力过大时，会导致钻具振动，从而有可能引起钻具断裂和井壁失稳。 1．钻井作业中摩擦现象的特点 随着密封轴承的出现，改善钻井液润滑性能的目的主要是为了降低钻井过程中钻柱的扭矩和阻力。在钻井过程中，按摩擦副表面润滑情况，摩擦可分为以下三种情况(见图4-11)：
常规分析项目 (1)四球试验机模拟试验：测定润滑油脂的减摩性、抗磨性和极压性。减摩性用摩擦系数“f”表示；抗磨性用磨痕直径“d”表示；极压性用最大无卡咬负荷“PB”和烧结负荷“PD”表示。国内标准试验方法有GB/T12583-90润滑剂承载能力测定法、SH/T0189-92润滑油磨损性能测定法、SH/T0202-92润滑脂四球机极压性测定法、SH/T0204-92润滑脂抗磨性能测定法。国外标准试验方法有ASTMD2783润滑油极压性测定法、ASTMD4172润滑油抗磨性测定法、ASTMD2596润滑脂极压性测定法、ASTMD2266润滑脂抗磨性测定法。 (2)梯姆肯(Timken)试验机模拟试验：评定润滑油脂的抗擦伤能力，用OK值作为评定指标。中国标准试验方法有GB/T11144-89润滑油脂极压性测定法。国外标准试验方法有美国ASTMD2782润滑油极压性测定法、ASTMD2509润滑脂极压性测定法。 (3)法莱克斯(Falex)试验机模拟试验：评定润滑剂的极压性和抗磨性，以试验失效(发生卡咬)时的负荷作为评定指标。中国标准试验方法有SH/T0187-92润滑油极压性测定法、SH/T0188-92润滑油抗磨损性能测定法（V形块）。国外标准试验方法有ASTMD4007测定液体润滑剂极压性标准方法(O型)、ASTMD2670和2714测定液体润滑剂磨损特性标准方法(I型)。 (4)成焦板试验：是用加热的润滑油与高温(310～320℃)铝板短暂接触而结焦的倾向来评定润滑油的热安定性。此方法与Caterpillar1H2和1G2发动机试验有一定的相关性。中国标准试验方法有SH/T0300-92曲轴箱模拟试验方法。国外标准试验方法有美国FTM3462成焦板试验(QZX法)。(5)低温粘度测定法：用来测定发动机油在高剪切速率下、-50～-30℃时的低温粘度。所得结果与发动机的启动性有关。中国标准试验方法有GB/T6538-86发动机油表观粘度测定法(冷启动模拟机法)。国外标准试验方法有美国ASTMD2602发动机润滑油低温下表观粘度测定法(CCS)。 (6)低温泵送性测定法：用来预测发动机油在低剪切速率下、-40～0℃范围内的边界泵送温度。中国标准试验方法有GB/T9171-88发动机油边界泵送温度测定法。国外标准试验方法有美国ASTMD3830发动机润滑油边界泵送温度测定法(MRV)。 (7)剪切安定性测定法(超声波法)：以油品的粘度下降率来评定其剪切安定性。中国标准试验方法有SH/T0505-92含聚合物油剪切安定性测定法(超声波剪切法)、SH/T0200-92含聚合物润滑油剪切安定性测定法(齿轮机法)。国外标准试验方法有美国ASTMD2603含聚合物润滑油超声剪切稳定性试验法。 (8)FZG齿轮试验：用于测定钢对钢直齿轮用润滑剂的相对承载能力，以载荷级来表示。中国标准试验方法有SH/T0306-92润滑油承载能力测定法（CL-100齿轮机法）。国外标准试验方法有欧洲CECL-07-A-71、英国IP334和德国DIN51354等。 (9)轮轴承润滑脂漏失量试验：测定轴承中润滑脂的漏失量，模拟润滑脂在汽车轮轴承中的工作性能。中国标准试验方法有SH/T0326润滑脂轴承漏失量试验方法。国外标准试验方法有美国ASTMD1263汽车轮轴承润滑脂漏失量测定法。 (10)润滑脂滚筒试验机模拟试验：测定在滚筒试验机中润滑脂的机械安定性。中国标准试验方法有SH/T0122-92润滑脂滚筒安定性测定法。国外标准试验方法有美国ASTMD1831润滑脂滚筒安定性测定法。 (11)高温轴承试验：评定在高温、高转速条件下润滑脂在轻负荷抗磨轴承中的工作性能。最高适用温度为180℃。中国标准试验方法有SH/T0428-92高温下润滑脂在抗磨轴承中工作性能测定法。国外标准试验方法有美国FS791B331.2高温下润滑脂在抗磨轴承中工作性能测定法。 (12)润滑脂齿轮试验：测定润滑脂的齿轮磨损值，用以表示润滑脂的相对润滑性能。中国标准试验方法有SH/T0427润滑脂齿轮磨损测定法。国外标准试验方法有美国FS791B335.2齿轮磨损测定法。 常见台架试验 (1)汽油发动机台架试验：汽油发动机台架试验结果是确定汽油机油质量等级的依据。