陆 沁 莹 李 桂 华
中国石油大连润滑油研究开发中心(116032)
一． 前言：
蒸发损失对于润滑油来说，是一项很重要的指标，它的大小关系到润滑油的使用寿命,特别是在设备的高温部分，润滑油的蒸发损失会增加润滑油的消耗，同时由于低粘度组分的损失，导致油品的粘度上升，增加动力消耗，严重时会因为粘度太大而导致供油不足，润滑失败，损坏设备。随着润滑油生产和研究的趋向高档化，国内外对于润滑油的蒸发损失都有严格的要求。增大药剂
以往润滑油的蒸发损失是由经典诺亚克法和气相谱法测定的。经典诺亚克法是模拟发动机工况，将样品在连续的空气流下加热到250°C,并在此条件下保持一小时后的重量损失即为样品的蒸发损失。此实验条件与发动机中润滑油的使用环境较相似，所以其结果较可靠，但因其使用伍德合金而损害健康，且样品用量大，实验时间长，不利于快速分析 ⑴。气相谱法 克服了经典诺亚克法的一些缺点，如不使用伍德合金，安全性高，结果重复性好。该法使用惰性气体作为流动相，将填充柱中的油加热到600°C来使样品缓慢脱附，样品的蒸发损失是柱温升至371°C时脱附的样品量与柱温升至600°C时脱附的所有样品量的比值。但因气相谱法条件与发动机工作条件并不相似，所以不能满足某些产品标准 ⑵。
理想的测定润滑油蒸发损失的方法应该是即有谱法安全、快速优点，又具有经典诺亚克法准确、可靠结果的方法。国外最近发展了一项新的测定蒸发损失的技术——热重诺亚克法（TG Noack），它使用热重仪（TG）来测定油品的诺亚克蒸发损失，并取得一定的效果 ⑵。本文使用该方法对国内及部分国外基础油，成品油进行了蒸发损失的测定并将其结果与经典诺亚克法结果进行了比较。
二． 实验原理：
1． 热重诺亚克实验是由热重分析仪来完成的，热重分析仪测定的是样品在可控制气氛下以程序化的速率被加热时样品重量的变化。热重分析仪测定的结果是样品重量变化随着时间或温度变化的函数。
2． 热重诺亚克法的主要特点是样品量少（几十毫克），分析时间短（十几分钟），重复性好，安全（不使用伍德合金）。可以满足快速，经济分析油品的需要。
3． 谱法、经典诺亚克法以及热重诺亚克法都是根据石油组分的沸点差异，测定规定条件下的蒸发损失。
4． 热重仪（TG）参数的最大允许值及经典诺亚克法操作条件的比较，见下表1。
表1
方法 | 样品量mg | 气氛 | 加热速率 (°C/min) | 样品最终温度 | 恒温时间 |
经典法 ⑵ | 65000 | 空气 | 以100°C/min从50°C 升到220°C 再以10°C/min从220°C升到250°C | 250°C | 60min |
热重仪 | 200max | 空气 | 200°C/min max | 1100°212资源C max | 无限制 |
射击标靶 | | | | | |
在热重诺亚克法操作条件的选择中，样品重量，实验气氛，加热及程序最终温度是必须确定的参数。通过比较可以看出TG Noack法在操作条件方面可以模拟经典诺亚克法（也就是模拟发动机工况），例如实验气氛，加热速率，样品最终温度。但TGNoack法样品量大大少于经典诺亚克法。（实验结果证明此项参数与获得最佳结果无关 ⑶）。由于经典法测定的是一小时内的重量损失，因此需要确定一个相应的TGNoack法时间，国外科学家通过反复实验提出了诺亚克参比时间的概念。它是将一个已知蒸发损失的标准参比油在TG条件下达到其已知蒸发损失所需要的时间作为诺亚克参比时间，此时间被用来测定未知蒸发损失的油品，并取得了较好的结果。图1说明了用诺亚克参比油来确定诺亚克参比时间，并用此时间来测定未知样品的蒸发损失的过程。本实验采用英国加德士公司的RL172/2蒸发损失为15%的标准油作为参比油来确定本实验的参比时间。
图1
1号油是诺亚克参比油，达到其已知蒸发损失所需要的时间为“诺亚克参比时间”，此时间被用来测定未知2号油和3号油的蒸发损失，在诺亚克参比时间2号油和3号油的重量损失即为油品的蒸发损失，其过程见图1。⑷
三．实验部分：
1．设备：热重分析仪——TA HITGA2950
样品盘——50μl，Φ4*4mm铝制圆桶状样品盘
试剂与样品：
99.99%高纯氮气——（热重天平保护气） 空气——载气
样品——16个不同蒸发损失，不同产地的基础油，多媒体操作系统3个不同等级的内燃机油。
标准诺亚克参比油——英国加德士公司的RL172/2蒸发损失为15%的标准油，用来确定诺亚克参比时间。
2． 实验步骤
载气：空气。根据TA仪器制造商的推荐其流速为60ml/min。（此流速可根据不同型号仪器的要求而调节）
1 温度程序：第一部分: 以80℃/min从 50℃升到240℃, 第二部分:以 5℃/min从 240℃升到249℃，然后在此温度恒温20min。⑷
2 在样品盘中加入22±3mg的参比油，在①和②的实验条件下进行实验，记录下样品重量对于时间的热重曲线，并计算出参比油达到已知蒸发损失所需要的时间作为本实验的诺亚克参比时间。⑷
3 在样品盘中加入22±3mg的待测油，在①和②的实验条件下进行实验，此时可将温度程序中的恒温时间改为诺亚克参比时间加2 min，记录下样品重量对于时间的热重曲线，并用诺亚克参比时间来确定待测油的蒸发损失。⑷
四． 结果与讨论
1． 参比时间的确定
| 实验1 | 实验2 | 实验3 | 实验4 | 平均值 |
参比时间min | 13.55min | 13.51min | 13.49min | 13.54 min | 13.52 min |
| | | | | |
2． 基础油的测定结果
样品名称 | 经典诺亚克法数据 | TG Noack法数据 | TG法与经典法偏差 | 经典法要求再现性 |
HVI150（大连） | 15.33% | 15.42% | 0.09% | 1.3% |
HVI150（抚顺） | 19.23% | 18.72% | 0.51% | 1.3% |
HVIW150大连） | 18.41% | 18.98% 机柜空调器 | 0.57% | 1.3% |
HVI200（大庆） | 10.06% | 10.69% | 0.63% | 1.3% |
HVI200（大连） | 9.97% | 10.33% | 0.36% | 1.3% |
HVI200（抚顺） | 13.1% | 12.76% | 0.34% | 1.3% |
HVI400（大连） | 3.69% | 3.81% | 0.12% | 1.3% |
HVI500（大连） | 3.43% | 3.42% | 0.01% | 1.3% |
HVI650（大连） | 3.10% | 2.86% | 0.24% | 1.3% |
HVI650（大庆） | 2.37% | 2.51% | 0.14% | 1.3% |
油I 4#（进口） | 16.21% | 16.88% | 0.67% | 1.3% |
油I 6#（进口） | 陶瓷电热水壶11.68% | 12.16% | 0.48% | 1.3% |
HVI150BS-1 | 0.73% | 0.71% | 0.02% | 1.3% |
HVI150BS-2 | 2.24% | 2.06% | 0.18% | 1.3% |
大庆加氢5# | 22.59% | 23.72% | 1.13% | 1.3% |
大庆加氢10# | 2.62% | 2.70% | 0.08% | 1.3% |
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3． 成品油测定结果
样品名称 | 经典诺亚克法数据 | TGNoack法数据 | 热重法与经典法偏差 | 经典法要求再现性 |
5W/30CD | 12.37% | 12.38% | 0.01% | 1.3% |
10W/30CC | 15.42% | 15.10% | 0.32% | 1.3% |
15W/40CD | 10.47% | 10.64% | 0.17% | 1.3% |
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从表1、表2中的数据比较可以看出，随着油品蒸发损失的增加，热重诺亚克法的结果与经典诺亚克法的结果偏差增大，所有偏差均小于经典诺亚克法的再现性要求（经典诺亚克法的再现性要求见参考文献⑴），说明当蒸发损失小于30%时，用热重诺亚克法测定基础油及成品油的结果完全与经典诺亚克法的结果相同。但当蒸发损失大于30%时，热重诺亚克法的结果与经典诺亚克法结果偏差较大，偏差达4%左右。
五． 结论
总之，热重诺亚克法作为一种测定润滑油蒸发损失的新方法，适合蒸发损失在0～30%
的基础油和成品油，其结果完全与经典诺亚克法结果相同。它既有谱法的安全性，又有经典诺亚克法的环境且结果重复性好，实验时间短，可以被广泛应用于润滑油的研究及生产领域。此法具有一定的局限性，对于蒸发损失大于30%的低沸点的油品所测结果与经典诺亚克法结果偏差较大。
六． 参考文献
⑴CECL-40-T-87 “Eaporation Loss of Lubricating Oils by Noack Method”
2 ASTM D2887-93 “Boiling Range Distribution of Petroleum Fractions by Gas Chromatography”
3 “The Thermogravimetric Noack Test: A Precise ,Safe and Fast Method for Measuring Lubricant V olatility” SAE paper 962035
⑷ASTM D6375-99 Evaporation Loss of Lubricating Oils by Thermogravimetric Analyzer(TGA) Noack Method
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