潤滑油飽和點(diǎn)和水分活度

美國METER Group, Inc.公司專注于水分活度的研究，提供專業(yè)的水分活度解決方案，AquaLab水分活度儀采用鏡面冷凝露點(diǎn)方法，是FDA、AOAC、ISO、USP等標(biāo)準(zhǔn)組織推薦的技術(shù)，更多水分活度咨詢，請北京技術(shù)服務(wù)中心 010 65610082。

潤滑油都有能力溶解一定的水分。在一個(gè)特定的潤滑油中能溶解zui大的水分含量稱之為飽和點(diǎn)。一旦流體達(dá)到飽和點(diǎn)，所有額外加入的水分都會(huì)成為自由水，在潤滑油中存在分層現(xiàn)象。由于大部分油類的密度都小于水，通常水會(huì)在油的下面。

             水分溶解狀態(tài)（飽和點(diǎn)以下）                          水和油分層（飽和點(diǎn)以上）

潤滑油的飽和點(diǎn)對許多不同的因素起到很多作用，比如，基礎(chǔ)油的組成（礦物或合成）以及添加劑、乳化劑和氧化劑的類型。

除了這些初始的組成差異之外，潤滑油的飽和點(diǎn)將在其整個(gè)使用壽命期間作為工作流體而變化。影響潤滑油飽和點(diǎn)的兩個(gè)主要因素是溫度的波動(dòng)以及由于形成在動(dòng)態(tài)潤滑油體系內(nèi)發(fā)生的作為化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)物的新物質(zhì)而造成的化學(xué)組成變化。

潤滑油中水分的計(jì)算傳統(tǒng)都是水分含量ppm表示。ppm測量的意義是什么？通過ppm水分含量的定義可以知道是一個(gè)的水分參數(shù)，描述水和油的體積比或者質(zhì)量比：

體積比： 1ppm_(體積) 水分=1 L水/1,000,000 L油

質(zhì)量比：1ppm_(重量) 水分=1 kg水/1,000,000 kg油

通過動(dòng)態(tài)測量油中水的含量，可以知道水的決定量。然而，水分含量ppm的測量有一個(gè)非常明顯的不足—無法解釋潤滑油的飽和點(diǎn)的變化。另外的角度來說，在動(dòng)態(tài)潤滑油系統(tǒng)中飽和點(diǎn)的波動(dòng)，ppm水分含量的測量無法指示提供對水分含量和飽和點(diǎn)的變化的相關(guān)性。這個(gè)在接近飽和點(diǎn)的水分含量時(shí)更加關(guān)鍵，存在超過飽和點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)并產(chǎn)生自由水—對潤滑油的所有應(yīng)用都具有破壞性的污染。

為了解釋這個(gè)概念，考慮到以下潤滑油在經(jīng)過55°C降低的變化：

齒輪潤滑油                                                                 齒輪潤滑油

溫度：82°C                                                                                    溫度：27°C

飽和點(diǎn)：5000 ppm                                                     飽和點(diǎn)：3000 ppm

實(shí)際的水分含量：2000 ppm                                       實(shí)際的水分含量：2000 ppm

水分活度aw：0.40                                                                          水分活度aw：0.67

上圖顯示了潤滑油在82°C時(shí)的飽和點(diǎn)是5000 ppm。水分含量是2000 ppm。這意味著潤滑油在達(dá)到飽和點(diǎn)前可以有額外的3000 ppm水分溶解。在很多時(shí)候這個(gè)值是指距離飽和點(diǎn)的差距。

當(dāng)潤滑油的溫度降低到27°C時(shí)，潤滑油的飽和點(diǎn)降到了3000 ppm。值得注意的是潤滑油中的水分含量沒有變化（還是在2000 ppm）。然而，距離飽和點(diǎn)的差距只縮小到了1000 ppm。

在這個(gè)情況下，如果操作人員還是只測量水分含量，只看到水分含量沒有發(fā)生變化，但是這個(gè)水分含量距離飽和點(diǎn)的差距已經(jīng)非常小了，游離水的形成風(fēng)險(xiǎn)變得更大。

如果使用一年以后，由于潤滑油的老化，飽和點(diǎn)降低到了1500 ppm，這時(shí)又會(huì)發(fā)生什么變化呢？

在這個(gè)情況下，潤滑油中的水分含量已經(jīng)超過了飽和點(diǎn)，操作人員還是繼續(xù)測量水分含量為2000 ppm，但實(shí)際情況是飽和點(diǎn)為1500 ppm，已經(jīng)有500 ppm的游離水生成。

通過測量水分活度，而不是水分含量，可以很好的避免以上問題：

什么是水分活度aw？

水分活度是樣品里的水分蒸汽壓和純水的蒸汽壓的比值，定義為：

a_w=p/p₀

式中，p為樣品中水分的蒸汽壓

           p₀為純水的蒸汽壓

在上面的例子中，水分活度aw的變化隨飽和點(diǎn)的變化（分母p₀），水分活度也隨著實(shí)際水分含量變化。換句話說，水分活度總是提供到飽和點(diǎn)的真正的指示點(diǎn)。

雖然有可能計(jì)算出水分活度和水分含量的關(guān)系，但是在動(dòng)態(tài)潤滑油系統(tǒng)里這兩個(gè)的關(guān)系的準(zhǔn)確性隨著使用壽命而減小。如前所述，隨著潤滑油的老化，由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，潤滑油會(huì)發(fā)生組成變化，這不僅影響其飽和點(diǎn)，而且還影響與水分活度的關(guān)系。這個(gè)現(xiàn)象可以在下面的圖中看到：

圖中的數(shù)據(jù)來自輪船發(fā)動(dòng)機(jī)油，比較了新的油和用過的油的區(qū)別。因?yàn)橛偷睦匣只疃群退趾康年P(guān)系始終在不同的變化，很難在整個(gè)使用壽命期間維持正確的相關(guān)性。

目前，在市面上有很多中方法來測量油中的水分，美國METER Group, Inc.研發(fā)的的水分活度測量技術(shù)是AquaLab TDL水分活度測量儀使用可調(diào)激光的方法來測量，可以很有效的避免了油揮發(fā)性的問題。

在特定波長的光中，水分會(huì)對光有吸收，而其他的揮發(fā)性物質(zhì)的吸收可以忽略不計(jì)。油中吸附的水和水分活度成正比。AquaLab TDL水分活度測量儀可以測量準(zhǔn)確快速的乙醇、汽油、潤滑油等溶劑的水分活度。

目前，許多生產(chǎn)設(shè)備采用某種類型的預(yù)防性維護(hù)程序，旨在防止機(jī)器停機(jī)并延長設(shè)備壽命，水分活度測量是許多流體管理計(jì)劃中的組成部分。

總之，雖然傳統(tǒng)上對潤滑油中的水分含量測量，但是水分活度的測量可以更加完整的描繪流體的狀態(tài)：

1，不管流體的飽和點(diǎn)如何，水分活度的讀數(shù)總是提供游離水生成的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

2，無論是什么原因造成飽和點(diǎn)的升高還是降低（溫度、老化和物理屬性的變化），水分活度總是反映距離飽和點(diǎn)的差距。

3，水分活度與所測量的流體類型無關(guān)。及軟水分活度應(yīng)用于所有流體和固體，它可以被廣泛使用到所有的物質(zhì)中，和物質(zhì)的化學(xué)組成以及物理特征沒有關(guān)系。