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從植物油到礦物質(zhì)油

至少在公元前17世紀， 古埃及就出現了使用橄欖油來(lái)搬運巨石的記載，而到了公元前14世紀，人類(lèi)甚至能用動(dòng)物的油脂對戰車(chē)輪軸進(jìn)行潤滑，但受限于對食物的需求 ，一直到中世紀才能穩定的從動(dòng)植物當中提取潤滑物質(zhì)。近代文明的爆發(fā)始于第一次工業(yè)革命，而現代意義上的潤滑油，也跟隨著(zhù)石油產(chǎn)量的井噴得到新生 。

1747年，31歲的冒險家Peter Kalm接受了瑞典皇家科學(xué)院的一項任務(wù)：旅行至北美進(jìn)行冒險，并帶回有助于瑞典農業(yè)發(fā)展的作物。不過(guò)第二年他所繪制的一幅地圖卻使他以另一種方式被銘記。地圖里的地方，后來(lái)被稱(chēng)為油泉之春。1859年Edwin L. Drake在這里建立起第一口商業(yè)油井，有趣的是這口油井在一個(gè)多月以后就被明火點(diǎn)燃毀壞，Drake不得不進(jìn)行重建，在今天看來(lái)，那卻是人類(lèi)文明史上的一道火光。

Drake的油井打開(kāi)了石油紀元，加速了人類(lèi)使用礦物油的進(jìn)程，然而當時(shí)的產(chǎn)品看似優(yōu)越，卻富有爭議：未經(jīng)處理的原油不能展現出卓越的潤滑性能，甚至無(wú)法與大多數動(dòng)物脂肪產(chǎn)品相比 。

彼時(shí)一個(gè)準備進(jìn)入卡爾斯魯厄大學(xué)的德國少年，在26年后成為了轉折點(diǎn)。作為意義上第一臺汽油機汽車(chē)的發(fā)明者，Karl BenZ開(kāi)始了汽車(chē)市場(chǎng)病毒式的擴張。繁榮的汽車(chē)業(yè)對潤滑的需求也一樣繁榮。這個(gè)階段溶劑精制的基礎油成為了最好的選擇，加上各廠(chǎng)商的積極改良，礦物油最終占領(lǐng)了全世界——事實(shí)上這段時(shí)間里，誕生了許多知名的機油廠(chǎng)商，比如耳熟能詳的殼牌、?？松梨?、嘉實(shí)多，比如BP、Motul、勝牌等等等等。

意義上的第一臺汽車(chē)來(lái)自奔馳，當時(shí)整個(gè)行業(yè)未有健全的標準，設計師們時(shí)有蘇東坡時(shí)有李清照，不同潤滑油之間風(fēng)格迥異。全球化的進(jìn)程中廠(chǎng)商之間沒(méi)有統一的標準，就得付出極大代價(jià)。于是從1911年開(kāi)始，SAE（美國汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )）著(zhù)手解決這個(gè)問(wèn)題 ，并發(fā)布了SAE J300，今天我們能使用各種級別的潤滑油來(lái)應對不同的車(chē)型、天氣、地區，都始于這里。
 

當時(shí)潤滑油能夠承受的最高工作溫度也就在100℃左右，而潤滑油的粘度特性隨溫度升高卻是下降的，環(huán)境溫度過(guò)高會(huì )導致潤滑油過(guò)稀，無(wú)法形成有效的油膜對零部件進(jìn)行潤滑保護。因此，選定100℃作為基準溫度對潤滑油的粘度進(jìn)行測試，具有一定的參考意義。

粘度又是怎么測試的呢？工程師們使用的是粘度計，讓潤滑油流經(jīng)特定的管道，測試所需時(shí)間，  量化這個(gè)過(guò)程的參數就叫做運動(dòng)粘度。對于普通人而言這個(gè)參數不易理解，而且實(shí)際上粘度差別不大時(shí)，潤滑油區別也未必有那么大，所以SAE最終對其進(jìn)行了分級。

SAE分級

SAE30的性能由于覆蓋了大部分區域的需求，成為當時(shí)接受度最廣的級別。而粘度更高或者更低的潤滑油，就更多的被用來(lái)處理極端工況，比如賽車(chē)發(fā)動(dòng)機的溫度更高，就得用上SAE 40、SAE50的潤滑油了。

1930年之前，潤滑油只能滿(mǎn)足汽車(chē)行駛1500km左右的里程，不夠耐用的問(wèn)題促使廠(chǎng)商們加速添加劑的研發(fā)進(jìn)程，這個(gè)階段工程師們發(fā)現了鋅與磷可以作為耐磨劑的核心，鈣與鎂則是清潔劑和耐酸劑的關(guān)鍵等等，添加劑極大的延長(cháng)了潤滑油的壽命，并在1940年前后得到了商業(yè)化，但這還不夠。

從植物油到礦物質(zhì)油

一戰和二戰期間，飛機數量的井噴對發(fā)動(dòng)機的轉速、負荷提出了更高的要求，戰爭結束后這些要求就被放到了汽車(chē)上，最明顯的體現就是豪華轎車(chē)的性能已能與戰前的賽車(chē)比肩，這也意味著(zhù)民用市場(chǎng)對SAE 50的需求開(kāi)始增加。遺憾的是，SAE 50高溫時(shí)剛好有足夠的粘度去應付高性能發(fā)動(dòng)機，環(huán)境溫度一低則顯得過(guò)于粘稠。此時(shí)，不論是工程師還是消費者，都已經(jīng)認識到了一個(gè)問(wèn)題：現有的分級制度不足以描述已有機油產(chǎn)品的低溫性能。

二戰當中塑料行業(yè)附著(zhù)于石油化工飛速發(fā)展，工程師們也是在這時(shí)發(fā)現了高分子材料的潛力：粘度強化劑可以在溫度升高的時(shí)候減緩機油粘度下降的趨勢。比如SAE 30的潤滑油經(jīng)過(guò)改造，不僅能在保證自身低溫性能的同時(shí)，還能在高溫環(huán)境達到SAE 50的粘度。為了區別潤滑油是否進(jìn)行了這種處理，1952年 SAE開(kāi)始對這種機油進(jìn)行復合分級，Winter is coming，“W”得以出現。

SAE 30的潤滑油，由于可以滿(mǎn)足-10℃以上的環(huán)境，也被等效為SAE 20W30，假如經(jīng)過(guò)改造使其達到了SAE50的標準，那么就成為了SAE 20W50。這種分級制度很快就為行業(yè)所接受，而戰前最受歡迎的SAE 30，戰后已然變成了SAE 20W50了。

早期這種復合級別的機油也存在缺陷：粘度強化劑很容易被氧化成有害物質(zhì)。面對這個(gè)事實(shí)，人們找到的第一個(gè)答案是全合成機油，可是當時(shí)其價(jià)格往往是普通機油的三倍以上，難以推廣。

隨著(zhù)復合級別機油的流行，SAE意識到了J300的局限：復合級別與單級別的機油相比，在高溫高壓的條件下粘度屬性非常不同，一些復合級別的機油在高溫下容易失效。于是1970至1975年間，SAE 對J300進(jìn)行了修訂，新增了150℃超高溫測試。至于后來(lái)潤滑油技術(shù)的不斷進(jìn)步，也不停的在推動(dòng)的這個(gè)標準的變動(dòng)，過(guò)往的種種嚴謹，才能夠使得今天的我們有更好的依據。

如今，SAE J300將不含粘度強化劑的機油認定為單級別機油，并定義了6個(gè)冬季級別和5個(gè)夏季級別，這兩類(lèi)級別的測試方法、使用的單位都不一樣，所以像0W40以及5W40這樣的復合級別產(chǎn)品，就必須同時(shí)通過(guò)兩種級別的測試。

在夏季級別的測試當中，為了保證機油存有余力應對溫度變高而粘度變稀的過(guò)程，較高的牌號是消費者的優(yōu)選。但如前所說(shuō)，級別是以一定粘度范圍來(lái)劃定的，比如下面四個(gè)品牌的機油，盡管級別相同，都是0W40或者5W40，但相比來(lái)說(shuō)3M的粘度就要明顯高一些，S牌和C牌則不相上下。這有點(diǎn)像考試，95~100分都算A+，而100分相比95分還是有點(diǎn)不一樣。

高溫機油粘度表現

低溫環(huán)境下粘度如果過(guò)高，反而會(huì )造成發(fā)動(dòng)機冷啟時(shí)，機油流動(dòng)性較差，不能及時(shí)對零部件進(jìn)行潤滑，所以粘度較低的級別更好。圖里就可以看到，5W40由于冬季級別標號值較大，四個(gè)品牌的粘度都要高于自家的0W40產(chǎn)品。而當確定級別時(shí)，低溫流動(dòng)性一樣有所區別，0W40與5W40的全合成產(chǎn)品里，3M優(yōu)于其他幾款產(chǎn)品，而5W40的半合成產(chǎn)品，S牌以微弱的優(yōu)勢領(lǐng)先。

低溫機油粘度表現

60年代前，除了SAE的粘度分級外，并無(wú)有效的標準對機油質(zhì)量進(jìn)行管控：將石蠟從原油提煉出來(lái)并不只有一種方法，煉制出的基礎油成分也不太一樣，比如有的微粒溶解度更高不容易產(chǎn)生雜質(zhì)，有的芳香烴成分比較多就容易揮發(fā)、氧化等等。美國石油組織（API）也因此開(kāi)始嘗試建立一種規范，這就是今天API分級系統的前身。

就汽油機而言，API把1960年之前的機油定義為“SB”，但當時(shí)還存在著(zhù)一種更高的等級，叫做“API Service MS”， 1968年以后則分別被修改成今天我們所稱(chēng)呼的“API SC”，或者“SD”。

這個(gè)標準從出現到今天已經(jīng)修訂、廢除了很多版本，如今只剩1996年的SJ、2000年的SL、2004年的SM以及2010年最新、要求最高的SN了。

基礎油根據不同的生產(chǎn)工藝，更是被分成了幾大類(lèi)：溶劑精制的一類(lèi)基礎油實(shí)際上包含了芳香烴偏高、偏低的兩個(gè)子類(lèi)，這種基礎油的粘度系數都很低，而且硫含量高，并不環(huán)保；二類(lèi)基礎油則進(jìn)行了加氫處理，與一類(lèi)相比更加純凈、穩定，幾乎不含硫成分；加氫異構化的三類(lèi)基礎油本質(zhì)依然是礦物油，比較優(yōu)異的產(chǎn)品也可以與合成機油相媲美，不過(guò)也有很多不足。