合成潤滑劑及其使用效益評估 －以 Mobil SHC 系列產品為例（一）
2005-04-08
合成潤滑劑及其使用效益評估－以 Mobil SHC 系列產品為例（一）
吳世榮
一、潤滑原理：
潤滑的基本原理就是利用減低摩擦的薄膜層來支撐滑動負荷，而潤滑劑則是最常見的薄膜層。
（因摩擦阻力低，將一艘駁船牽引過運河水道比拖上沙灘要輕鬆容易。）
1. 摩擦：
摩擦阻力係兩物體相對運動時所遭遇到的抵抗或遲滯力量。當兩固體相互摩擦時，其對應接觸面上的粗糙凸出部分相互干涉會產生可觀的摩擦阻力，特別是表面較為粗糙者更加明顯。為克服摩擦阻力，接觸表面材質的結構變位產生高熱，另外兩熔接觸面受剪力分開造成磨損。因摩擦阻力在這裡是不受歡迎的，需選用潤滑劑來有效的分開兩滑動表面，期間的摩擦阻力得以大大的減少。
2. 潤滑：
潤滑係由下述的原理所主導：液動潤滑和邊界潤滑。液動潤滑是建立一持續的全流液油膜層將兩滑動面分開；而邊界潤滑的狀態則是油膜層的建立，不足以避免兩滑動面間金屬和金屬的接觸。
液動潤滑較常見且適用於非極壓負荷的各種持續滑動的作動，但是有些軸頸運轉速度緩慢加上高壓力負載單倚賴高黏度的潤滑油並無法避免兩介面間金屬和金屬的接觸；停開頻繁的操作狀況或逆轉反向運動都會造成油膜層的破壞；部分極重負荷的的齒輪系統無法以一般的潤滑劑來滿足其潤滑保護要求。上述這些工作條件都是屬於邊界潤滑的範圍。
3. 彈性液動潤滑Elasto-hydrodynamic Lubrication (EHL)
彈性液動潤滑Elasto-hydrodynamic Lubrication (EHL)主要發生於滾動軸承、齒輪組及凸輪機構。 由於不平順的表面接觸產生極大的負荷，彈性液動潤滑接觸產生時，兩接觸表面在壓力下短暫的彈性變形，其間的潤滑油黏度在高壓下瞬間劇增，所以接觸區域內滑油承受負載的能力也相對增加。
4. 潤滑劑的主要工作
＊起動時提供機件設備快速的循環和抗磨保護
相當大部分的零組件磨損都發生於設備剛起動的階段，這是因為滑油尚未達到其正常的操作溫度油品的流動較遲緩. 所以剛起動運轉時需要較快的流動速度以更多量的滑油來提供更好的抗磨保護.
＊潤滑運動組件、減低摩擦力、且避免磨損。
只要有摩擦產生的地方，就有磨損的發生。潤滑劑便應用於分開兩滑動件，並藉以減低其間摩擦力的產生，從而降低能量的消耗、減少金屬磨損、且更得以延長設備的使用壽命。
＊提供冷卻保持設備適溫，避免高溫而使油品氧化及稠化。
潤滑油能帶走高溫區域的熱量，以提供高負荷及壓力下低溫的運作，環境較低的工作溫度能有較佳的油膜維持特性，避免滑油劣化，延長金屬的疲勞壽命及換油間隔。
＊提供適當的密封效果避免動能損失及滑油的洩漏。
在兩運動件之間建立薄薄的油膜層以避免能量的損耗、滑油洩漏，其最終結果是確保高效且又安全的運轉條件。
＊避免氧化和油泥積垢的形成。
潤滑油具有良好的高溫及氧化穩定性，可以防止零組件積垢因而妨害了正常的運作,減低磨損，減緩滑油的稠化，並且延長濾芯的使用壽命及降低維護費用。
＊保持系統潔淨，抑制高溫區域的積垢形成。
潤滑油中和機械設備運轉所產生的酸性物質沖走細微的顆粒和污染物，使設備發揮最佳的設計效率並確保可靠無故障的運轉。
二、合成潤滑劑開發的原由？（礦油系潤滑劑應用上的限制）
人類從農業時代就熟悉潤滑劑的應用。在早年時候，農夫會使用動物的油脂來潤滑牛車的輪軸；但是隨著工業科技的發展，現代的機械較早期的牛車不知複雜了千百倍，當然對於潤滑劑的要求程度自是不可同日而語。
礦物系潤滑劑被廣泛的使用已超過一世紀，尤其在工業革命之後；而最近的五十年來持續進展的煉油技術結合強化的添加劑，將礦物油推上極致的品質，得以適用於絕大多數的應用。但科技的日新月異，需求極端高低溫應用的潤滑劑也更殷切；傳統的礦物系潤滑劑無法承擔的嚴苛狀況下，合成潤滑劑的研發由是而生。工業界基於成本精簡、能源節省、及延長使用壽命的考量，也加速合成潤滑劑的發展。近年來，設計小體積、重量輕、且更有效率的引擎和機械的趨勢，使得合成潤滑劑更加被重視。為符合這些嚴苛的操作條件，高效益高品質的合成潤滑劑的是最佳的選擇。
合成潤滑劑使用的時機？
△ 極端高溫和低溫的運轉操作條件。
△ 換油間隔長、節省成本和無故障運轉的要求。
△ 需求高效率和高動力的嚴苛運轉。
三、合成潤滑劑是甚麼樣的產品？合成潤滑劑如何展現其效能？
合成潤滑劑和礦物系潤滑劑的來源是全然不同的，它是以合成基礎油為原料所配製的產品。合成基礎油有酯類、聚醇、聚烴、矽油、聚苯類等等，這些合成基礎油的成分組成，結構特性以及工業上的應用是有很大的不同，我們將另文探討。這裡針對現今工業及車用潤滑最為廣泛使用的合成基礎油聚α烯烴 (PAOs)和傳統的礦物系基礎油作比較說明。礦物系潤滑油係天然的碳氫化合物和不純物質所組成的 複雜混合體, 而合成基礎油則源自化學的合成,它所含有的碳氫分子是依據特殊需求的效能性質而選定的. 這些偏好的化學結構可以經由精煉程序來篩選控制, 所得到的聚α烯烴PAOs幾乎是完全的石臘系組成, 這樣的組成其穩定性比起含有芳香族或環烷族結構的基礎油要好多了. 合成基礎油在提供潤滑運用相關的效益是礦物油所無法比擬的. 下列以比較對應的方式來解說合成基礎油和礦物性基礎油的差異之處.
（下期續）