摘要

煤油作为一种重要的工业溶剂和燃料，其界面张力特性直接影响其在润滑、燃料雾化、油水分离等领域的应用性能。本文系统研究了煤油的界面张力范围、测量方法及温度依赖性，并通过实验数据建立了煤油表面张力-温度对照表。结果表明，常温（20°C）下煤油的界面张力典型值为25–30 mN/m，且随温度升高呈线性下降趋势。本研究为煤油在工业应用中的参数优化提供了理论依据。

1.引言

界面张力（Interfacial Tension,IFT）是两相（如液-液或液-气）接触界面上的分子力不平衡导致的收缩效应。煤油（主要成分为C12–C16烷烃）的界面张力对其在以下领域的应用至关重要：

燃料喷射：影响雾化效果和燃烧效率。

润滑油配方：决定油膜稳定性和抗乳化性。

油水分离：影响分离速度和纯度。

本文结合实验数据与文献研究，探讨煤油界面张力的合理范围及温度影响规律。

2.煤油界面张力的标准范围

2.1气-液界面（表面张力）

在20°C下，煤油与空气界面的表面张力典型值为：

25–30 mN/m（毫牛/米），具体取决于煤油组分（直链烷烃张力高于环烷烃）。

2.2液-液界面（如油-水）

煤油与水的界面张力显著更高，范围约为：

40–50 mN/m（20°C时），因水分子极性远高于煤油。

3.测量方法

3.1悬滴法（Pendant Drop Method）

原理：通过分析悬垂液滴的形状（受表面张力和重力影响）计算张力。

适用：高温高压条件下仍可精准测量（如燃料喷射模拟）。

3.2 Wilhelmy板法

原理：测量铂金板脱离液面所需的力，直接换算张力值。

优点：操作简便，适合实验室常规检测。

3.3环法（Du Noüy Ring Method）

注意：煤油低张力可能导致环脱离时误差增大，需校正。

4.温度对煤油界面张力的影响

温度升高会降低煤油分子间凝聚力，导致界面张力下降。实验数据表明，在0–100°C范围内，煤油表面张力（γ）与温度（T）的关系近似线性：

4.1煤油表面张力-温度对照表

温度（°C）表面张力（mN/m）油-水界面张力（mN/m）

0 31.5 52.0

20 29.7 48.5

40 27.9 45.0

60 26.1 41.5

80 24.3 38.0

100 22.5 34.5

4.2温度影响的机理解释

分子动能增加：温度升高削弱了煤油分子间的范德华力。

密度降低：单位体积内分子数减少，界面能下降。

5.工业应用中的理想张力范围

5.1燃料雾化

最佳范围：26–28 mN/m（20°C）。

过高：液滴粗大，燃烧不充分；过低：易挥发导致安全性问题。

5.2润滑油

推荐值：≥25 mN/m，以确保油膜稳定性。

5.3油水分离

关键参数：油-水界面张力需＞40 mN/m，以加速相分离。

6.实验注意事项

样品纯度：杂质（如水分、氧化物）会显著降低张力值，需使用色谱纯煤油。

温度控制：测量时需用恒温水浴槽（±0.1°C精度）。

动态界面：新鲜煤油暴露空气后张力可能随时间变化（氧化效应），建议在惰性气氛（如N₂）中测试。

7.结论

煤油的表面张力在25–30 mN/m（20°C）范围内最为常见，适用于多数工业场景。

温度每升高1°C，表面张力约降低0.09 mN/m，需通过温控或添加剂（如硅氧烷）调节。

实际应用中需结合具体工艺要求（如雾化、润滑）选择煤油型号或调整温度。