接觸角評(píng)估油脂抗污染效果

潤(rùn)滑脂是由增稠劑、添加劑和基礎(chǔ)油組成的高度復(fù)雜的潤(rùn)滑劑，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備和工業(yè)領(lǐng)域中，其主要作用是減少摩擦、磨損和腐蝕，提高設(shè)備的性能和壽命。許多潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑的機(jī)械部件在潮濕的環(huán)境中運(yùn)行，使它們?nèi)菀资艿剿廴?。有研究表明，?rùn)滑脂中僅存在1%的水污染，軸承的壽命就會(huì)減少90%。

潤(rùn)滑脂的疏水或吸水能力取決于其表面活性成分的疏水/親水性質(zhì)以及潤(rùn)滑脂中基礎(chǔ)油的類型。該技術(shù)利用潤(rùn)滑脂結(jié)構(gòu)中與表面活性極性組分相互作用的化學(xué)原理，來(lái)評(píng)估潤(rùn)滑脂在水存在下的行為。

測(cè)定潤(rùn)滑脂疏水性的一種簡(jiǎn)單而有效的方法是測(cè)量水滴在潤(rùn)滑脂表面的接觸角。測(cè)定潤(rùn)滑脂疏水性的一種簡(jiǎn)單而有效的方法是測(cè)量水滴在潤(rùn)滑脂表面的接觸角。實(shí)驗(yàn)使用七種不同類型的市售NLGI 2級(jí)潤(rùn)滑脂，所用潤(rùn)滑脂的詳細(xì)信息見(jiàn)表1。

表1. 潤(rùn)滑脂名稱與增稠劑和基礎(chǔ)油類型

為了測(cè)量水滴在油脂表面的接觸角，使用了光學(xué)接觸角儀。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要測(cè)試的油脂樣品被放置在可調(diào)節(jié)的樣品臺(tái)上，并且使用可調(diào)節(jié)的旋鈕將樣品臺(tái)的高度設(shè)置為水平。使用10µl注射器將水滴置于油脂表面，并使用可調(diào)鏡頭調(diào)節(jié)水滴的焦距和變焦距離。液滴的圖像是用附著在液滴上的相機(jī)捕獲的。單色藍(lán)光提供了液滴清晰的黑色圖像。從捕獲的圖像中，通過(guò)內(nèi)置軟件計(jì)算接觸角θ。

潤(rùn)滑脂是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的半固體物質(zhì)。當(dāng)水滴被放置在油脂表面時(shí)，它傾向于擴(kuò)散和/或被油脂吸收。因此，液滴的大小和接觸角值隨時(shí)間而變化。

為了解決這些問(wèn)題，以3幀/秒的速度記錄了液滴的視頻，并分析了不同間隔下的圖像接觸角。液滴的接觸角值是使用儀器軟件中提供的長(zhǎng)度/寬度方法確定的。在這種方法中，將矩形的長(zhǎng)度和寬度分別手動(dòng)調(diào)整為液滴的邊緣和峰值點(diǎn)(見(jiàn)圖1)。

為了獲得更可靠的結(jié)果，確定了菱形槽邊緣的兩個(gè)液滴的接觸角值。對(duì)于每種類型的潤(rùn)滑脂，至少取了9組讀數(shù)。

圖2顯示了原始li -m潤(rùn)滑脂的三組測(cè)量結(jié)果。該圖還提供了在5、30、60、150和300秒時(shí)捕獲的水滴圖像。從圖中可以看出，接觸角隨時(shí)間的變化，在前150秒內(nèi)，接觸角呈非線性下降，之后，接觸角的變化率變小，呈線性變化。有趣的是，在過(guò)程的前45秒內(nèi)，樣品之間接觸角值的變化有些分散，但在此之后變得穩(wěn)定。

同樣，PU、CaS和WLi潤(rùn)滑脂的接觸角值和捕獲的液滴圖像分別如圖3所示。在所有情況下，接觸角的變化都是相似的，表現(xiàn)出一種非線性的瞬態(tài)行為，在150s后趨于穩(wěn)定。

現(xiàn)在，參照?qǐng)D2和圖3所示的接觸角值，可以得出以下一般性的觀察結(jié)果。(1)接觸角值隨時(shí)間減小;(2)接觸角值在不同樣本之間的變化在60 s之前趨于分散，但在60 s之后趨于不變;(3)接觸角值在150 s之前呈非線性下降，隨后趨于穩(wěn)定，并以較低的變化率線性下降。在60 s時(shí)，確定了所有9個(gè)潤(rùn)滑脂樣品的接觸角平均值，并繪制在圖4中。

結(jié)果表明，LiC - P和Si潤(rùn)滑脂的接觸角值大于90°，而CaS潤(rùn)滑脂的接觸角值近似等于90°。這表明水滴作為自由水在油脂表面停留的時(shí)間較長(zhǎng)。對(duì)于LiC -m潤(rùn)滑脂，θ<90°，而對(duì)于PU、AlC和WLi潤(rùn)滑脂，θ?90°，表明潤(rùn)滑脂擴(kuò)散或被潤(rùn)滑脂吸收得更快。接觸角結(jié)果表明，其疏水性能的順序?yàn)? LiC-P > Si > CaS > LiC-m > AlC > PU > WLi。

參考文獻(xiàn)：

[1] Lijesh, K. P., Khonsari, M. M., Miller, R. A., Assessment of Water Contamination on Grease Using the Contact Angle Approach[J]. Tribology Letters. 2020, 103.