Page 154 - 摩擦学学报2025年第5期

788 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

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速率的增大而减小，最后达到1个平稳值，表明该类新 的η 和R 列于表3中. 进一步观察图6可知，新型稠化剂
0
2
型润滑脂具有剪切稀化特征，既假塑性. 当P34HBG的 P34HBG体系的拟合曲线和实际曲线几乎完全重叠(R >
表观黏度曲线达到稳定时，稠化剂含量越大，其黏度 0.999)，表明新型润滑脂符合Carreau Yasuda模型，印
值越大(图6插图)，则P34HBG的胶体安定性能越好. 证了该体系具有与市场上传统润滑脂相似的非牛顿特
在润滑理论研究中，常用的非牛顿流体模型有Ostwald- 性(假塑性). 结合润滑脂外观照片和扫描电子显微镜结
[36]
De Wale、Cross、Herschel-Bulkley和Carreau Yasuda等 . 果分析可知，以P34HB为稠化剂、蓖麻油为基础油成功
[37]
Paszkowski 曾采用Carreau Yasuda模型对不同稠化 制备了具有剪切稀化特性的新型可生物降解润滑脂.

剂含量锂基润滑脂在稳定流动条件下的流变参数进 2.3.2 润滑脂的振幅扫描行为分析
行预测取得了特别好的精度，且该脂的流动曲线表明 为了研究温度对不同稠化剂含量的P34HBG流动
润滑脂具有假塑性特性. Carreau Yasuda模型是描述 特性的影响，以COLG-17.5%为参照对所制备的润滑
非牛顿流体表观黏度随剪切速率的变化过程，能够描 脂进行振幅扫描测试. 所制备润滑脂的储能模量(G′)

述比幂律方程的剪切速率范围更广泛的流动性质. 和损失模量(G″)会随着应变的增加呈现出一段时间的
[38]
Carreau Yasuda模型 的公式如下： 平稳后慢慢减小的趋势，如图7所示. 在此期间润滑脂
的G′曲线与G″曲线的交点称为流动点，可以用润滑脂
η 0 −η ∞
η = a (1−n)/a +η ∞ , η 0 −η ∞ > 0 (1)
(1+(λ· x) ) 达到流动点时对应的剪切应力值来表征润滑脂的结构
式中，流变参数η、η 和η 分别为剪切黏度、零剪切黏度 强度，该参数对研究润滑脂的流动性能具有重要意义 .
[40]
0
∞
和无限剪切黏度；λ为时间常数，表示松弛时间；自变量 相对于对照组COLG-17.5%来说，在25 ℃时P34HBG-
x为剪切速率；n为幂律指数，指流动行为指数或非牛顿 48%的G′和G′′是最高的，说明静态下所制备的润滑
指数；a为Yasuda指数，表示从第一牛顿流动区到剪切变 脂具有较大的表观硬度；但是随温度升高，G′和G′′值

稀的假塑性区(非牛顿区)的剪切黏度变化速度的常数. 显著降低且降幅要高于COLG-17.5%，说明温度对于
P34HBG-48%内部结构中的相互作用力影响更明显. 在
10 8 10 2 25 ℃时P34HBG-48%的流动点是557.07 Pa，小于COLG-
10 7
P34HBG-48% Viscosity/(Pa·s) 10 1 17.5%的1 388.40 Pa，说明前者的机械稳定性要弱
10 6 5 P34HBG-38% 10 0 于后者；随着温度升高流动点值均出现降低，但是
Viscosity/(Pa·s) 10 4 3 P34HBG-18% 60 Shear rate/s −1 100 P34HBG的降低幅度大于COLG-17.5%的降低幅度. 结
P34HBG-28%
10
80
P34HBG-48%-Carreau Yasuda
P34HBG-38%-Carreau Yasuda
合两者体系稠化剂浓度(COLG-17.5%、P34HBG-48%)，
10
P34HBG-18%-Carreau Yasuda
10 2 P34HBG-28%-Carreau Yasuda 推测P34HBG-48%的内部结构中单元内分子间作用力
10 1 弱于COLG-17.5%，然而P34HBG-48%中稠化剂的高
10 0 含量极大地提高了单元内分子间作用力的能力，这使
0 25 50 75 100
Shear rate/s −1 得体系初始表观强度比较高. 但是温度和剪切作用会
Fig. 6 Apparent viscosity variation curve with shear rate 显著增大微观结构中稠化剂分子间距离，分子间作用
fitted by P34HBGs and Carreau Yasuda model 力遭到削弱，导致体系结构强度变化显著 .
[41]
图 6 P34HBG体系和Carreau Yasuda模型拟合的
表观黏度随剪切速率变化曲线 随着稠化剂含量增加，P34HBG体系的G′、G′′和
流动点值越大，表明P34HBG体系的表观结构强度越
零剪切黏度η 可在一定程度上反映润滑脂的网 高，其抗剪切能力越强. 这可能是因为P34HBG体系具
0
2
络结构强度，R 为理论模型曲线与试验结果的决定 有片状的堆叠结构，稠化剂含量的提高会增加片状材
系数，用于评估Carreau Yasuda模型的有效性，当R ≥ 料的单元密度和减小分子间距离，促进氢键之类分子
2
[39]
0.8时通常表示强相关性 ，新型稠化剂P34HBG体系 间作用力形成，有利于提高体系空间结构稳定性. 上

表 3 符合Carreau Yasuda模型的P34HBG体系的流变学参数
Table 3 Rheological parameters of the P34HBGs conforming to the Carreau Yasuda model
Parameters P34HBG-48% P34HBG-38% P34HBG-28% P34HBG-18%
η 0 /(Pa·s) 7 518.823 20 4 552.013 90 1 261.377 60 1 209.241 10
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R 0.999 24 0.999 78 0.999 67 0.999 97