接触角评估油脂抗污染效果

润滑脂是由增稠剂、添加剂和基础油组成的高度复杂的润滑剂，广泛应用于各种机械设备和工业领域中，其主要作用是减少摩擦、磨损和腐蚀，提高设备的性能和寿命。许多润滑脂润滑的机械部件在潮湿的环境中运行，使它们容易受到水污染。有研究表明，润滑脂中仅存在1%的水污染，轴承的寿命就会减少90%。

润滑脂的疏水或吸水能力取决于其表面活性成分的疏水/亲水性质以及润滑脂中基础油的类型。该技术利用润滑脂结构中与表面活性极性组分相互作用的化学原理，来评估润滑脂在水存在下的行为。

测定润滑脂疏水性的一种简单而有效的方法是测量水滴在润滑脂表面的接触角。测定润滑脂疏水性的一种简单而有效的方法是测量水滴在润滑脂表面的接触角。实验使用七种不同类型的市售NLGI 2级润滑脂，所用润滑脂的详细信息见表1。

表1. 润滑脂名称与增稠剂和基础油类型

为了测量水滴在油脂表面的接触角，使用了光学接触角仪。在实验过程中，要测试的油脂样品被放置在可调节的样品台上，并且使用可调节的旋钮将样品台的高度设置为水平。使用10µl注射器将水滴置于油脂表面，并使用可调镜头调节水滴的焦距和变焦距离。液滴的图像是用附着在液滴上的相机捕获的。单色蓝光提供了液滴清晰的黑色图像。从捕获的图像中，通过内置软件计算接触角θ。

润滑脂是一种结构复杂的半固体物质。当水滴被放置在油脂表面时，它倾向于扩散和/或被油脂吸收。因此，液滴的大小和接触角值随时间而变化。

为了解决这些问题，以3帧/秒的速度记录了液滴的视频，并分析了不同间隔下的图像接触角。液滴的接触角值是使用仪器软件中提供的长度/宽度方法确定的。在这种方法中，将矩形的长度和宽度分别手动调整为液滴的边缘和峰值点(见图1)。

为了获得更可靠的结果，确定了菱形槽边缘的两个液滴的接触角值。对于每种类型的润滑脂，至少取了9组读数。

图2显示了原始li -m润滑脂的三组测量结果。该图还提供了在5、30、60、150和300秒时捕获的水滴图像。从图中可以看出，接触角随时间的变化，在前150秒内，接触角呈非线性下降，之后，接触角的变化率变小，呈线性变化。有趣的是，在过程的前45秒内，样品之间接触角值的变化有些分散，但在此之后变得稳定。

同样，PU、CaS和WLi润滑脂的接触角值和捕获的液滴图像分别如图3所示。在所有情况下，接触角的变化都是相似的，表现出一种非线性的瞬态行为，在150s后趋于稳定。

现在，参照图2和图3所示的接触角值，可以得出以下一般性的观察结果。(1)接触角值随时间减小;(2)接触角值在不同样本之间的变化在60 s之前趋于分散，但在60 s之后趋于不变;(3)接触角值在150 s之前呈非线性下降，随后趋于稳定，并以较低的变化率线性下降。在60 s时，确定了所有9个润滑脂样品的接触角平均值，并绘制在图4中。

结果表明，LiC - P和Si润滑脂的接触角值大于90°，而CaS润滑脂的接触角值近似等于90°。这表明水滴作为自由水在油脂表面停留的时间较长。对于LiC -m润滑脂，θ<90°，而对于PU、AlC和WLi润滑脂，θ≪90°，表明润滑脂扩散或被润滑脂吸收得更快。接触角结果表明，其疏水性能的顺序为: LiC-P > Si > CaS > LiC-m > AlC > PU > WLi。

参考文献：

[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.