Параметры вязкостно-температурных свойств масел

основанные на эмпирических уравнениях. Большинство параметров, связанных с эмпирическими вязкостно-температурными зависимостями, основано на использовании формулы Хилла и Коатса и уравнения Вальтера.

Хилл и Коатс нашли эмпирическую связь между вязкостью масел и их плотностью, она имеет следующий вид:

где G —удельный вес при 15,5°; S —вязкость в секундах Сей-болта универсального при 37,8°; Л —постоянная величина, характерная для разных масел. Она называется вязкостно-весовой константой и служит для оценки качества масла; чем меньше величина вязкостно-весовой константы, тем масло лучше.

Не вдаваясь в детальный разбор формулы (VI, 11), отметим, что вязкостно-весовая константа является мало чувствительным показателем. Для большинства масел ее значение лежит между 0,8—0,9, а для многих отечественных масел весьма разнообразного происхождения она отличается только на 9—10% . Применение этого показателя совершенно нецелесообразно.

Для оценки вязкостно-температурных свойств масел Невитт , а за ним Ю. А. Пинкевич использовали угол наклона прямой, выражающей зависимость вязкости от температуры по уравнению Вальтера:

Величина В—тангенса угла наклона прямой—характерна для каждого масла (угол а, см. фиг. 75).

Зная кинематические вязкости v± и v2 при температурах 7 и Т2, можно вычислить В по следующему уравнению:

Величина В колеблется в пределах 3—4,5. Очевидно, что у хороших масел она меньше, чем у плохих.

Ю. А. Пинкевич предложил взять в качестве параметра вязкостно-температурных свойств не Б, а величину К, связанную с ней следующим соотношением:

Подставляя это значение для В в уравнение (VI, 12), мы получим величину, которая была названа Ю. А. Пинкевичем вязкостно-температурным коэфициентом или кратко ВТК:

ВТК вычисляют для кинематических вязкостей, выраженных в сантистоксах при 50 и 100°.

Для подавляющего большинства масел величина ВТК лежит между 200 и 280. Этот параметр имеет тот же недостаток, что и вязкостно-весовая константа, т. е. малую чувствительность (см. табл. 36). То же самое относится ко всем параметрам, построенным с использованием угла наклона прямых, выражаемых уравнением Вальтера. Благодаря двойному логарифмированию реальные изменения хода вязкостно-температурной кривой сильна сглаживаются.

Другая попытка использовать это уравнение была предпринята самим Вальтером и Уббелоде . Они предложили оценивать масло по высоте так называемого полюса вязкости. Полюсом вязкости была названа точка пересечения прямых, продолженных в сторону низких температур и построенных по уравнению Вальтера для масел одного происхождения (фиг. 75). Чем ниже эта точка, тем более полога вязкостно-температурная кривая. Однако и этот параметр не свободен от недостатков, связанных с малой чувствительностью угла наклона прямых, выражаемых уравнением Вальтера. Кроме того, по данным Бонди и некоторых других авторов, прямые для нескольких масел одного происхождения могут не пересекаться в одной точке.

Общий недостаток параметров рассмотренных двух групп связан с тем, что трудности, вытекающие из особенностей вязкостно-температурных свойств масел, преодолены или путем снижения чувствительности параметра, или вследствие пренебрежения уровнем вязкости (например, для индексов вязкости Дина и Дэвиса).

Прямые усредненные показатели пологости вязкостно-температурной кривой масел. Для оценки пологости вязкостно-температурной кривой рациональнее воспользоваться или отношением вязкостей при различных температурах, или температурным градиентом вязкости, или, наконец, температурным коэфи-циентом вязкости. Все эти величины являются прямыми показателями хода вязкостно-температурной кривой, но они дают усредненную и условную оценку пологости вязкостно-температурной кривой.

и, наконец, температурный коэфициент вязкости

/х.

Например,

СТКВ0_100 был принят Комитетом стандартов в качестве рекомендуемого стандартного метода оценки пологости вязкостно-температурной кривой масел с у50 < 150 ест (ГОСТ 3153-46). Согласно стандарту он назван температурным коэфициентом вязкости.

Все эти параметры передают ход вязкостно-температурной кривой лишь приблизительно, так как они не отражают формы кривой между двумя или тремя точками, выбранными для сравнения. Между тем заведомо известно, что в широком интервале температур пологость вязкостно-температурной кривой непостоянна.

Условность рассматриваемых параметров связана с интервалом температуры. Перечисленные показатели передают зависимость вязкости от температуры тем точнее, чем меньше этот интервал. Однако для практических целей необходимо оценивать масла в широком диапазоне температур. По предложению М. П. Воларо-вича Комитетом стандартов принят диапазон 0—100°. Согласно исследованиям М. П. Воларовича и К. И. Самариной определение вязкости в этом интервале можно экстраполировать до температур от —25 до +175°. Понятно, что такая экстраполяция возможна для масел, у которых при 0° не проявляется аномалия вязкости.

Применимость температурного градиента вязкости для оценки качества масел была рассмотрена Г. В. Виноградовым.

В табл. 36 приведены значения ряда параметров для исследованных нами масел . Значение вязкостен для этих масел дано в табл. 34.

Интервал температур 50—100° недостаточен для того, чтобы уловить различия вязкостно-температурных свойств ниже 50°. Рассматриваемые свойства масел должны оцениваться в интервале температур 0—100°. Исключение может быть сделано для наиболее вязких масел, у которых при 0° проявляется аномалия вязкости. Для таких масел опорные вязкости для характеристики вязкостно-температурной кривой следует измерять при 20 и 100°.

Практически наиболее удобными параметрами для оценки

зависимости вязкости от температуры можно признать и

вязкости). Некоторое преимущество второго параметра заключается в том, что он учитывает три точки на кривой вязкости, в то время как первый вычисляется только по двум точкам. Г. В. Виноградов

по уравнению

Вальтера (фиг. 76). С помощью этих двух параметров можно сравнивать только масла с близкой вязкостью при 50 или 100°.

, тем лучше масло.

Б. Влияние уровня вязкости и состава масел на зависимость их вязкости

от температуры

Как отмечалось выше, у минеральных масел и индивидуальных углеводородов зависимость вязкости от температуры увеличивается со снижением температуры, а следовательно, и с ростом вязкости. Данные М. П. Воларо-вича (фиг. 77), Г. И. Фукса и И. А. Митрофановой (фиг. 78) и других авторов показывают, что высоковязкие масла и фракции вакуумной разгонки масел обладают более крутой вязкостно-температурной кривой, чем маловязкие масла и их фракции. Увеличение температурного коэ-фициента вязкости с повышением уровня вязкости является общим свойством жидкостей , но у масел это явление выражено особенно сильно вследствие резкого возрастания межмолекулярного взаимодействия при снижении температуры. Как лравило, ассоциация вязких масел нарастает быстрее, чем маловязких.

Параметры пологости вязкостно-температурной кривой увеличиваются с ростом вязкости не монотонно (фиг. 77). На некоторых кривых СТКВ0_10о = / (W имеются горизонтальные и даже снижающиеся участки (фиг. 78).

Различие в вязкостно-температурныхсвойствах рав-новязких масел объясняется разницей фракционного и химического состава масел.

Из рассмотрения вязкостно-температурных свойств индивидуальных углеводородов (глава IV) следует, что накопление в маслах циклических углеводородов за счет парафиновых ухудшает вязкостно-температурные свойства. Температурный коэфициент вязкости повышается с увеличением числа циклов ароматических и нафтеновых углеводородов, составляющих масла, и уменьшается с увеличением длины боковых цепей, присоединенных к циклическим углеводородам, и увеличением отношения числа атомов углерода, составляющих эти цепи, к числу атомов углерода, входящих в циклы. Степень насыщенности углеводородов и изменение соотношения между ароматическими и гидроароматическими углеводородами мало отражаются на температурной зависимости вязкости.

Смолы резко ухудшают вязкостно-температурные свойства масел. Аналогично действуют другие окси- и тиосоединения, но практически их влияние невелико, так как в маслах они содержатся в сравнительно небольших количествах.

Температурный коэфициент вязкости масел не имеет таких значительных различий, как индивидуальных углеводородов. Однако равновязкие масла и фракции, приготовленные одинаковым способом из нефтей разного происхождения, имеют неодинаковую пологость вязкостно-температурной кривой (табл. 37). Увеличение парафинистости масел (отношение парафиновой части к циклической) сопровождается улучшением вязкостно-температурных свойств. По этой причине масла из парафиновых нефтей имеют более пологую вязкостно-температурную кривую, чем масла из нафтеновых и ароматических нефтей.

Гроссе предложил оценивать масла отношением числа атомов водорода к числу атомов углерода. Чем больше это отношение, тем лучше вязкостно-температурные свойства масел. Заметим, что содержание водорода в минеральных маслах обычно не превышает 14%. Следует, однако, отметить, что накопление парафинов в маслах ухудшает их низкотемпературные свойства. Поэтому с точки зрения вязкостно-температурных свойств масел в целом наиболее ценны малоциклические углеводороды с длинными парафиновыми цепями.

Так как гидрирование циклических углеводородов повышает вязкость, а степень гидрирования мало отражается на пологости вязкостно-температурной кривой, то ясно, что из нафтеновых нефтей можно получить высоковязкие масла со сравнительно (для этой вязкости) малым температурным коэфициентом вязкости. Примером служат высококачественные авиационные масла из эмбенских нефтей.

Маловязкие масла не так сильно различаются по вязкостно-температурным свойствам, как высоковязкие. Как правило, маловязкие масла парафинового основания лучше, чем нафтенового и тем более ароматического основания.

Из вышеизложенного следует, что степень и характер очистки масел существенно влияют на их вязкостно-температурные свойства. Они улучшаются в ряду дестиллаты-масла сернокислотной очистки—у масла селективной очистки (табл. 38). Н. И. Черно-жуков рекомендует для, получения масел с пологой вязкостно-температурной кривой удалять из них селективными растворителями полициклические углеводороды с короткими боковыми цепями.