❄️ CCS 低温表观黏度
用冷启动模拟机测定发动机油在低温（−5°C 至 −40°C）下的表观黏度。SAE 分级的关键参数。
要点速览
- 标准: ASTM D5293-20
- 类别: 石油化工
- 操作步骤数: 10
- 各步骤合计时间: 1 小时 29 分钟
- 黏度范围: 900–25 000 mPa·s
- 温度范围: −5°C 至 −40°C（通常 −10 至 −35°C）
- 剪切速率: 约 10⁴–10⁵ s⁻¹
概述
冷启动模拟机（CCS）是模拟内燃机冷启动条件的实验室装置。它在高剪切应力（约 50 000 Pa）和高剪切速率（约 10⁴–10⁵ s⁻¹）下测量发动机油在 −5°C 至 −40°C 温度下的表观黏度。CCS 黏度与严寒中起动机带转发动机时的机油性状相关 — CCS 黏度越低，发动机越易起动。
CCS 试验结果是按 SAE J300 规范确定 SAE 冬季黏度等级（如 0W、5W、10W、15W、20W、25W）的两个低温参数之一。例如 SAE 5W 级机油在 −30°C 时的 CCS 黏度须 ≤6 600 mPa·s。另一个低温参数 — 泵送黏度（MRV，ASTM D4684）— 评价机油到达机油泵的能力。
CCS 试验是每种上市发动机油的强制项目。它由炼厂实验室、机油生产商（Shell、Castrol、Fuchs、Orlen Oil）、研究机构（INiG-PIB、ITS）以及经认可的实验室在认证和监督检验中开展。CCS 结果决定机油可在何种气候条件下安全使用。
CCS 装置由 ASTM 与 SAE 合作开发，主要由美国 Cannon Instrument Company 生产。现代型号（CCS-2100、CCS-G6）可在无人值守下自动分析多达 30 个样品。
方法原理
将机油样品置于旋转转子与固定定子之间的环形间隙中，冷却至设定试验温度。转子由电机以恒定扭矩驱动。机油黏度产生旋转阻力 — 机油越黏稠，转子转速越低。测量转子转速，并依据已知 CCS 黏度的参比油（如 Cannon CL 系列）校准结果换算为表观黏度（mPa·s）。达到稳定温度后测量仅需数十秒。
应用领域
- 按 SAE J300 对发动机油分级（冬季等级 0W–25W）
- 生产中发动机油质量控制
- 乘用车和载重车发动机用油认证试验
- 发动机油配方用基础油评定
- 新型机油配方开发研究（R&D）
- 在用发动机油监控（油液分析）
- ACEA 和 API 规格（A3/B4、SN Plus 等）验证
关键参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 黏度范围 | 900–25 000 mPa·s |
| 温度范围 | −5°C 至 −40°C（通常 −10 至 −35°C） |
| 剪切速率 | 约 10⁴–10⁵ s⁻¹ |
| 剪切应力 | 约 50 000 Pa |
| 重复性 | 平均值的 ±5,2% |
| 再现性 | 平均值的 ±14,8% |
标准
- 标准编号
- ASTM D5293-20
- 标准名称（波兰语）
- Lepkość pozorna olejów silnikowych i baz olejowych w temperaturze od −10°C do −35°C za pomocą symulatora rozruchu zimnego (CCS)
- 标准名称（英语）
- Standard Test Method for Apparent Viscosity of Engine Oils and Base Stocks Between –10°C and –35°C Using Cold-Cranking Simulator
分步操作程序
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仪器检查
测量前至少 30 min 开启 CCS。检查制冷剂液位。用经校准的温度计核查测量池温度。
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校准
测定与测量范围相适应的 CL 参比油黏度。结果须在定值的 ±5% 以内。若偏差过大 — 须重新校准。
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样品准备
将发动机油样品置于室温。将容器颠倒数次混匀。加热不得超过 50°C。
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测量池加样
用注射器抽取约 5 mL 机油。注入 CCS 测量池的环形间隙。避免产生气泡。
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设定试验温度
按所声称的 SAE 等级选择测量温度：0W → −35°C，5W → −30°C，10W → −25°C，15W → −20°C，20W → −15°C，25W → −10°C。
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冷却与测量
CCS 将测量池冷却至设定温度（约 5–10 min）。温度稳定后以恒定扭矩启动转子。测量转速并计算黏度。测量约需 30 s。
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读取结果
读取 CCS 表观黏度（mPa·s）。与所声称等级的 SAE J300 限值比较（如 5W：−30°C 时最高 6 600 mPa·s）。
-
清洗测量池
用石脑油冲洗测量池（3 次，每次 5 mL），再用正己烷（2 次，每次 5 mL）。用气流吹干。测量池即可用于下一样品。
-
重复测量
每个样品至少测两次。两次之差 ≤平均值的 5,2%（重复性判据）。
-
最终核查
一批样品结束后再测一次 CL 参比油。结果须确认校准稳定（在定值 ±5% 以内）。
所需设备与仪器
| 设备 | 示例 | 参考价格 |
|---|---|---|
| 冷启动模拟机 CCS | Cannon CCS-2100、Cannon CCS-G6（自动，最多 30 个样品） | 150 000–350 000 PLN |
| 制冷系统 | 内置复叠式压缩机或外置低温浴（液氮） | CCS 内置 |
| CCS 黏度标准油 | Cannon CL 系列（CL130、CL250、CL500、CL3500）— 有证参比油 | 300–600 PLN / 500 mL |
| 加样注射器 | 5–10 mL 塑料注射器，用于向测量池加样 | 50–100 PLN / 100 支 |
| 清洗溶剂 | 石脑油或正己烷，用于样品间冲洗测量池 | 30–80 PLN / L |
试剂、培养基与耗材
| 试剂 | CAS | 详情 |
|---|---|---|
| 参比油 CL130 | — | Cannon CL130，−5°C 至 −35°C 范围内 CCS 黏度已定值，500 mL |
| 参比油 CL250 | — | Cannon CL250，中黏度范围，用于校准核查 |
| 参比油 CL3500 | — | Cannon CL3500，高黏度范围（20W–25W 级机油） |
| 石脑油（清洗用） | 8008-20-6 | 每个样品后冲洗测量池用溶剂 |
| 正己烷（最终清洗用） | 110-54-3 | 最后冲洗并使测量池干燥，挥发快 |
职业健康与安全
- 低温（可至 −40°C）— 有冻伤风险，切勿徒手触碰测量池金属部件
- 石脑油和正己烷 — 易燃，蒸气可形成爆炸性混合物，须在通风房间操作
- 正己烷 — 吸入有害（H304、H361f），长期接触有神经毒性
- 发动机油 — 可能含刺激性添加剂，须戴防护手套
常见问题
该检测依据哪项标准？
该检测依据的标准为 ASTM D5293-20 — 《Standard Test Method for Apparent Viscosity of Engine Oils and Base Stocks Between –10°C and –35°C Using Cold-Cranking Simulator》。
该方法的原理是什么？
将机油样品置于旋转转子与固定定子之间的环形间隙中，冷却至设定试验温度。转子由电机以恒定扭矩驱动。
测量范围和准确度是多少？
黏度范围：900–25 000 mPa·s；温度范围：−5°C 至 −40°C（通常 −10 至 −35°C）；剪切速率：约 10⁴–10⁵ s⁻¹；剪切应力：约 50 000 Pa。
完成检测需要多长时间？
各步骤所列时间合计约为 1 小时 29 分钟。整个程序共 10 个步骤。
需要哪些设备？
冷启动模拟机 CCS、制冷系统、CCS 黏度标准油、加样注射器、清洗溶剂。核心仪器的参考价格（冷启动模拟机 CCS）：150 000–350 000 PLN。
该检测用于哪些场景？
按 SAE J300 对发动机油分级（冬季等级 0W–25W）；生产中发动机油质量控制；乘用车和载重车发动机用油认证试验；发动机油配方用基础油评定；新型机油配方开发研究（R&D）；在用发动机油监控（油液分析）；ACEA 和 API 规格（A3/B4、SN Plus 等）验证。
需要采取哪些安全防护措施？
低温（可至 −40°C）— 有冻伤风险，切勿徒手触碰测量池金属部件；石脑油和正己烷 — 易燃，蒸气可形成爆炸性混合物，须在通风房间操作；正己烷 — 吸入有害（H304、H361f），长期接触有神经毒性；发动机油 — 可能含刺激性添加剂，须戴防护手套。
哪家实验室可以开展此项检测？
该检测由通过 ISO/IEC 17025 认可的实验室开展。在 LabCoda 上可按标准编号检索 ASTM D5293。