润滑油粘度及粘度指数形成的再探讨

    润滑油的粘度随温度变化而变化，同一个油品在相对高的温度下，粘度会下降，低温时粘度会升高。这种现象对机械使用来说是很不利的。因为被润滑机械的工称尺寸（包括润滑面的间隙）是相对刚性固定的，动力机械（如泵等）的转速、功率也是相对不变的。因此，假如按照常温设计的机械加工的公差 、转速等，在正常温度下与其所使用的润滑油是匹配的，那么在高温下，由于润滑油的粘度变小，就会造成机械润滑面上的油膜变薄，甚至流失，失去润滑作用；同时，在高温下润滑油粘度变小，机械功率下降形成软操作。在低温情况下，由于润滑油的粘度变大，在机械润滑面上的流动困难，散热效果变差，维持同样的转速就需付出更大的功率。总之，人们希望润滑油的粘度不随温度的变化而变化，至少要减小它的变化程度。                       

        什么是润滑油的粘度？它的粘度指数又是什么？

    粘度就是液体内摩擦力大小的程度。润滑油受到外力作用发生相对移动时，油分子间产生的阻力使润滑油无法进行顺利流动。其次流体在有制约的容器例如管道中流动时，并不是齐头并进的，是一层层的分子层移动，其中有部分分子层流得快一点，而与管壁接触部分会流得慢一点，这是另一种阻力（剪切力）造成的。液体的内摩擦力加上剪切力组成了液体流动的阻力，它的大小就代表液体的粘度。

    润滑油的粘度对润滑油的流动性，和它在摩擦表面形成的油膜的厚度有很大的影响；粘度较大的油流动性差，不易到达摩擦面之间，而在摩擦面形成的油膜较厚，在较大的负荷下，润滑效果较好，它的冷却和冲洗作用差，摩擦面的散热性差。反之，润滑油的粘度较小，其流动性好，容易扩散到间隙小的摩擦面之间，可保证润滑效果。同时机械克服摩擦阻力所消耗的功率也较小，它的冷却性好，冲洗性好，但由于粘度小油膜薄容易被破坏,造成摩擦面磨损。因此选择润滑油必须考虑其粘度大小是否合适。实际上即便是按照设计中固定的机械摩擦面间隙大小，选择了合适粘度的润滑油，仍没能解决当温度（工作温度、环境温度）变化时，粘度又不合适了的问题。这就是先前提到的润滑油的粘温性。所有的液体润滑剂都有粘温性。有的液体粘温性非常好，比如水，它的粘度几乎不受温度影响，10℃水的粘度与90℃水的粘度没有区别，除非0℃结冰，100℃沸腾。又比如有些有机物如酒精、聚醚、聚烯烃等的粘度都不受或很少受温度的影响。因为这些物质接近于纯净物的单一组分，而单一组分的物质其物化性能应该是一致，自然也不会受外界条件的变化而变化。那么同为液体的润滑油（一般矿物油基）的粘度对温度如此敏感，就得从润滑油的组成说起。严格意义上，润滑油由基础油和添加剂组成，而基础油占了极大部分，所以基础油的性质起了很大作用。基础油是20~36个碳的碳氢化合物组成的混合物，每个不同碳数碳氢化合物的物化性能不尽相同，对外部的各种影响因素（如温度）的感受和反应也不一样，是一个非常复杂的体系，因此它的粘度随温度变化而变化的特性很明显。另外，从基础油的分子结构来说，石蜡基油是以正构或异构的短侧链烷烃构成，其分子基本上呈线性直链状，随温度升高，分子运动加剧，会产生缠绕，其中部分缠绕成线团状，油品在流动时会产生立体障碍作用，表现为粘度增大。当温度下降时，升温时形成的线团状分子发生收缩，立体障碍消失或部分消失，表现为粘度不增大，因此石蜡基基础油的粘温性好，即粘度指数高。反观环烷基油，是由单环或多环饱和烃构成，当温度升高，分子运动加剧时环状分子相互碰撞不会形成线团状分子团，也就形不成立体障碍。由于高温时内摩擦力削弱，因此粘度不会增大，反而变小。当温度下降时，环烷基油由于本身结构原因，系环状、立体（有别于石蜡基油的线团立体结构），形成立体障碍，表现为粘度增大。故造成环烷基油的粘温性较差，即粘度指数不高。

    现在，人们正是利用某些高分子有机化合物具有“线团”功能来改进润滑油的粘温特性。

    当前，在石蜡基基础油和环烷基基础油的结构中所提出的“线团”说法，尚无定论，诚望通过“石化百家”这个栏目请由各方专家参与探讨。