PROMOIL — ПРОМЫШЛЕННЫЕ МАСЛА И СМАЗКИ
МЫ ДАДИМ ВАМ ЛУЧШИЙ ВЫБОР
Пластические смазки для автомобилей
Категория: Технологии и материалы
 Когда ведется речь о смазочных материалах для автомобилей, то прежде всего обращается внимание на моторные масла, и это понятно, так как от них зависит работоспособность основного агрегата – автомобильного двигателя. Однако существует большое количество других узлов, от качественной смазки которых также в большой степени зависит общее состояние автомобиля. К ним относятся, например, шарниры и оси приводов акселератора, механизмы стеклоподъемников, шаровые шарниры передней подвески, наконечники тяг рулевого управления, игольчатые подшипники карданных шарниров и другие. Узлов и агрегатов, которые нуждаются в смазке, в таком сложном механизме, как автомобиль сотни. При этом нужно иметь ввиду, что герметизировать многие детали и обеспечить постоянную подачу к ним масла фактически невозможно. Поэтому смазку наносят на заводе-изготовителе один раз и на все время эксплуатации узла. Далее речь пойдет о смазочных материалах, которые принято называть пластическими или консистентными. Эти вещества используют в негерметичных (открытых) узлах трения. На украинском рынке существует большое количество продуктов, которые могут иметь разный состав в зависимости от назначения. Но общей для них для всех особенностью, которая отразилась в названии всех пластичных смазок стала обратимость процесса разрушения структурного каркаса. При воздействии больших нагрузок каркас разрушается, и пластичная смазка работает как жидкостная, а при снятии нагрузки каркас сразу восстанавливается, и смазка опять приобретает свойства твердого тела. Основным назначением любой смазки является уменьшение износа. Однако выполнение этого требования связано с большим количеством сложностей, которые зависят ль характера работы конкретного механизма. Ведь он может эксплуатироваться в условиях повышенных нагрузок, скоростей, вибрации или температур. Кроме того, различные детали часто могут соприкасаться с внешней средой, которая благодаря наличию воды и различных дополнительных элементов имеет агрессивные свойства. Поэтому смазку, которая обычно является волокнистым техническим вазелином, часто наносят как раз для предохранения от коррозии наконечников проводов и клемм аккумуляторных батарей, на трущиеся поверхности крышки багажника, упоры капота, двери, пружины крышки топливного бака и т. д. Кроме того, пластичная смазка в подвижных узлах позволяет уменьшить расход мощности, затрачиваемой на преодоление трения. Консистентные смазки изобретены людьми в древности, когда ни моторных масел, ни самих двигателей не было. Древние египтяне обратили внимание на то, что если смазать оси боевых колесниц растительным маслом или животным жиром, в которые добавить кальций, то уменьшится неприятный скрип, и оси живут дольше. Первые упоминания о таком наблюдении относятся к IV тысячелетию до нашей эры. Этот вариант смазки оказался живучим, он применялся на протяжении веков, вплоть до XIX столетия. Но появление развитой промышленности в конце позапрошлого века повлекло за собой создание и первых пластичных смазок на основе минеральных масел. Они стали применяться с положительным эффектом для вагонеток в шахтах и промышленных агрегатов, узлы которых в то время работали с небольшими скоростями. Эта консистентная смазка, которую называли «брикет», широко применялась до середины XX века, а в некоторых случаях ее используют и до сих пор. В ХХ веке с развитием паровых машин, а затем автомобильного транспорта, промышленной и сельскохозяйственной техники, постоянно росла потребность во все более эффективных смазках. Это стало причиной появления пластических смазок на основе натриевых мыл, алюминия, бария и других материалов. Появилась широкая линейка смазок, в которой каждая создавалась, чтобы выполнять конкретную задачу. Так появились смазки для шасси, подшипников, рулевого механизма, для зубчатых колес, для вагонов, конвейеров, вагонеток и др. В начале пятидесятых годов появилась «универсальная» консистентная смазка, загущенная литиевыми мылами. Первоначально она была встречена достаточно скептично, но спустя несколько лет этот тип смазки стал самым популярным для применения в автомобилях и промышленных агрегатах. И на сегодня литиевая смазка является самой распространенной консистентной смазкой в промышленности. Изготовление смазок — это сложный физико-химический процесс. Для популярных литиевых смазок при проихводстве проводят реакцию жирового материала и щелочного раствора в базовом масле, и таким образом формируют литиевую структуру. Обычно используются такие жиросодержащие материалы, как гидроксистеариновая кислота (HSA) или гидрогенизированное касторовое масло (HCO). В качестве основы используется гидроксид лития (LiOH). Компоненты HCO и/или HSA и LiOH растворяются в базовом масле. Структура мыла формируется путем управляемого нагрева и размешивания. Приблизительно через 3-5 часов обработки продукт поступает на конечную этап, который имеет продолжительность от 2 до 4 часов, в процессе которого добавляется большая часть базового масла и присадок. Однородная масса смазки формируется путем охлаждения, перемешивания и размола. Иногда при изготовлении комплексной смазки во время первой стадии добавляется еще один элемент, например, жирная кислота. Для комплексной литиевой смазки чаще всего используется себациновая, азелаиновая или борная кислоты. Путем использования комплексной смазки можно достичь более высокой рабочей температуры смазки. Повышение такой характеристики, которое обеспечено использованием комплексных загустителей, прежде всего оказывает положительный эффект на смазку в целом. Однако действие присадок ограничивается типом используемого базового масла. Чтобы пластичные смазки можно было применять по основному назначению, показатели их качества должны соответствовать требованиям, которые содержатся в стандартах и технических условиях. В тугоплавких смазках загустителем является литиевое или натриево-кальциевое мыло. Температура каплепадения тугоплавких смазок составляет от 120 до 185°С. Среднеплавкие смазки, к которым относят солидолы и графитную смазку, изготавливают на основе кальциевых видов мыла. Их температура каплепадения находится в пределах от 75 до 105°С. Низкоплавкие, или защитные смазки, изготавливаются на базе немыльных загустителей. Температура их каплепадения не выше 60°С. Пенетрация характеризует густоту смазки. Величина пенетрации, которая выражается целым числом десятых долей миллиметра по шкале пенетрометра. Она хпрпктеризует глубину погружения в смазку стандартного испытательного конуса под действием собственной массы в 150 г в течение пяти секунд. Если пенетрация смазки составляет 250, это означает то, что конус в течение определенного времени опустился в смазку на глубину 25 мм. Чем выше величина пенетрации, тем меньше густота (консистенция) этой смазки. Смазки, имеющие бóльшее значение пенетрации применяются зимой, а меньшее – летом. Водостойкость, или отношение к воде. Этот показатель характеризует способность смазки противостоять растворению в воде. Антифрикционные смазки, которые загущаются литиевыми, такими как Литол-24, а также кальциевыми мылами (солидолы всех марок), которые не растворяются в воде, являются влагостойкими. Защитные смазки, при изготовлении которых используются углеводородные загустители, совершенно не растворяются в воде. Антифрикционные смазки, которые изготовлены на базе кальциево-натриевых мыл, отличаются малой влагостойкостью, поэтому их можно применять только в узлах трения, которые хорошо защищены от проникновения воды. Предел прочности позволяет делать выводы относительно способности смазки удерживаться на вращающихся деталях. Чем выше предел прочности, тем надежнее смазка способна удерживаться в подшипниках качения. Значение предела прочности солидолов при +50°С не превышает 0,02 Па, а у высококачественной пластичной смазки «Литол-24» он составляет 0,045 Па при 20°С. Содержание свободных щелочей, органических кислот и механических примесей. Количество свободных щелочей, которые определяют коррозионную агрессивность смазок, не должно превышать 0,1…0,2 % общей массы. Свободные органические кислоты и механические примеси, которые вызывают абразивный износ деталей, вообще не должны присутствовать. Вязкость пластичных — это один из самых важных эксплуатационных показателей. Вязкость пластической смазки, может изменяться при одной и той же температуре в довольно широких пределах и зависит от скорости перемещения ее слоев относительно друг друга, чем отличается от вязкости масла. Чем быстрее продавливают смазку через капиллярную трубку, тем меньше становится вязкость. Поэтому при определении этого параметра должна быть зафиксирована не только температура смазки, но и скорость ее подачи через капилляр. Вязкость пластических смазок при постоянной температуре зависит от скорости деформации. Вязкость смазки, которая определена при заданной скорости деформации и температуре, является постоянной величиной и называется «эффективной вязкостью». Для жидких нефтепродуктов вязкость не зависит от скорости деформации, в связи с чем эффективная вязкость совпадает с динамической. Эффективную вязкость пластичных смазок определяют с помощью автоматического капиллярного вискозиметра. Анатолий Пластичные смазки: ассортимент и применениеПластичные смазки – самостоятельный вид материалов, обеспечивающих надежность и долговечность техники (ранее их называли консистентными). Их мировое производство составляет около миллиона тонн в год, что значительно меньше выпуска смазочных масел (около 40 млн. т/год). Итак, пластичная смазка – это структурированная высокодисперсная система, которая состоит, как правило, из базового масла и загустителя. При обычных температурах и малых нагрузках она проявляет свойства твердого тела, т. е. сохраняет первоначальную форму, а под нагрузкой начинает деформироваться и течь подобно жидкости. После снятия нагрузки пластичная смазка вновь застывает. Основное ее назначение – уменьшить износ поверхностей трения и продлить тем самым срок службы деталей машин и механизмов. В отдельных случаях смазки не столько уменьшают износ, сколько упорядочивают его, предотвращают трение и заклинивание смежных поверхностей, препятствуют проникновению агрессивных жидкостей, абразивных частиц, газов и паров. Смазки, которые практически не изменяют своих показателей качества весь период работы в узле трения, относятся к «вечным» (т. е. закладываются одноразово на весь период работы техники) или долго работающим (с большим периодом замены). Почти все смазки обладают антикоррозийными свойствами. Для защиты металлических поверхностей от коррозии при транспортировке и длительном хранении разработаны консервационные смазки. Для герметизации зазоров в механизмах и оборудовании, а также соединений трубопроводов и запорной арматуры созданы уплотнительные смазки с лучшими герметизирующими свойствами, чем у масел. Некоторые смазки специального назначения увеличивают коэффициент трения, изолируют или, наоборот, проводят ток, обеспечивают работу узлов трения в условиях радиации, глубокого вакуума и т. п. По составу это сложные коллоидные системы, состоящие из жидкой основы, которая называется дисперсионной средой, и твердого загустителя – дисперсной фазы, а также наполнителей и присадок. В качестве дисперсионной среды используют различные масла и жидкости. Около 97% пластичных смазок готовят из нефтяных продуктов. Применяются и синтетические масла для смазок, работающих в специфичных и экстремальных условиях: сложные эфиры, фторуглероды и фторхлоруглероды, полиалкиленгликоли, полифениловые эфиры, кремнийорганические жидкости. Изза высокой стоимости такие масла растространены не очень широко. В отдельных случаях используют растительные масла. Работы в этом направлении весьма перспективны, поскольку материалы на основе компонентов биосферного происхождения значительно безопаснее для окружающей среды, чем минеральные аналоги.
Область применения смазки во многом определяется температурой плавления и разложения дисперсной фазы, а также ее концентрацией и растворимостью в масле. От природы загустителя зависят антифрикционные и защитные свойства, водостойкость, коллоидная, механическая и антиокислительная стабильность смазки. Для придания этих свойств в состав вводят соли высших карбоновых кислот, высокодисперсные органические и неорганические вещества, тугоплавкие углеводороды. В связи с ужесточением режимов эксплуатации узлов трения в большую часть современных пластичных смазок вводят добавки – присадки и наполнители. Используют присадки следующих типов: противоизносные, противозадирные, антифрикционные, защитные, вязкостные и адгезионные. Многие из них – многофункциональные, т.е. улучшают несколько свойств одновременно. В качестве наполнителей используются высокодисперсные, нерастворимые в маслах вещества, улучшающие эксплуатационные характеристики смазки, но не образующие в ней коллоидной структуры. Чаще применяют наполнители с низким коэффициентом трения: графит, дисульфид молибдена, сульфиды некоторых металлов, полимеры, комплексные соединения металлов и др. Оксиды цинка, титана и одновалентной меди, алюминия, олова, бронзы и латуни широко используют в резьбовых, уплотнительных и антифрикционных смазках для тяжелонагруженных узлов трения скольжения. Обычно эти наполнители добавляют в объеме от 1 до 30% количества смазки. За рубежом широко используется две классификации, разработанные Национальным институтом по пластичным смазкам (NLGI). Классификация по вязкости группирует все смазки на 9 классов по диапазону пенетрации. Величину пенетрации определяют методом погружения стандартного металлического конуса в пластичную смазку в течение определенного времени. Чем глубже погрузится конус, тем меньше класс NLGI, мягче смазка и, соответственно, тем легче она будет выдавливаться из зоны трения. Смазки с высоким номером NLGI, напротив, будут создавать дополнительное сопротивление и плохо возвращаться в зону трения. Другая, достаточно широко признанная классификация группирует пластичные смазки в 5 классов, основываясь на областях применения на автомобилях. В России используется несколько систем классификации – по консистенции, по составу и областям применения. По консистенции смазки разделяют на полужидкие, пластичные и твердые. Пластичные и полужидкие представляют собой коллоидные системы, состоящие из дисперсионной среды, дисперсной фазы, присадок и добавок. Твердые смазки до отвердения остаются суспензиями, состоящими из смолы или другого связующего и растворителя. В них в качестве загустителя используют дисульфид молибдена, графит, технический углерод и т. п. После отверждения (испарения растворителя) твердые смазки превращаются в золи с низким коэффициентом сухого трения.
По составу смазки разделяют на четыре группы. 1. Мыльные. В качестве загустителя используются соли высших карбоновых кислот (мыла). Наиболее распространены кальциевые, литиевые, бариевые, алюминиевые и натриевые смазки. Мыльные смазки в зависимости от жирового сырья называют условно синтетическими, на основе синтетических жирных кислот, или жировыми – на основе природных жирных кислот, например синтетические или жировые солидолы. 2. Неорганические. В качестве загустителя использованы термостабильные высокодисперсные неорганические вещества. Это силикагелевые, бентонитовые, графитные смазки и др. 3. Органические. Для их получения используют термостабильные, высокодисперсные органические вещества. Это полимерные, пигментные, полимочевинные, сажевые смазки и др. 4. Углеводородные. В качестве загустителей используют тугокоплавкие углеводороды: петролатум, церезин, парафин, различные природный и синтетический воск.
По области применения ГОСТ 23258–78 разделяет смазки на антифрикционные, консервационные, уплотнительные и канатные. Такая классификация более удобна для разработчиков техники. Антифрикционные смазки уменьшают износ и трение сопряженных деталей. Консервационные смазки снижают коррозионное разрушение металлоизделий. Уплотнительные смазки герметизируют зазоры и неплотности узлов и деталей. Канатные смазки наряду со снижением коррозионного разрушения стальных канатов также снижают износ отдельных проволок при их трении друг о друга. Немаловажная проблема – совместимость смазок разного состава. При замене смазочного материала в узле трения не всегда полностью удаляется предыдущая закладка. Так, в шарнирах рулевого управления автомобилей после четырехкратного шприцевания остается до 40% «старой» смазки. При смешении «старой» и «новой» смазок ухудшаются эксплуатационные характеристики смеси по сравнению с исходным продуктом. Эта смесь вытекает из узла трения либо чрезмерно уплотняется, снижая надежность узла. Следовательно, при выборе новой смазкизаменителя потребителю полезно знать, можно ли смешивать смазки разных марок. Основным фактором, определяющим совместимость смазок, является природа загустителя. Жидкая основа, присадки и добавки существенного влияния на совместимость не оказывают. Со смазками всех марок совместимы консервационные материалы, загущенные тугоплавкими углеводородами (парафином, церезином). Совместимы почти все продукты, загущенные стеаратом натрия и оксистеаратом лития. Плохо совместимы смазки с силикагелем, стеаратом лития и полимочевиной.
Сейчас в России вырабатывается примерно 150 наименований пластичных материалов в количестве 45…50 тыс. т/год. По структуре производства мыльных смазок Россия значительно отстает от Западной Европы и США, где основными являются литиевые смазки – в США 60% общего объема и в Западной Европе 70%. В России их доля невелика – 23,4%, или около 10 тыс. т/год. Современные смазки на 12-гидроксистеарате лития, например типа Литол24, хорошо работают в широком диапазоне температур – от –40 до +120 °С, имеют хорошие эксплуатационные свойства, заменяют многие устаревшие продукты, такие как консталин, 113, солидолы и др. Это перспективные и конкурентоспособные материалы. Более перспективны смазки, приготовленные на комплексном литиевом мыле. Они работают в более широком диапазоне температур (от –50 до +160…200 °С), нагрузок и скоростей. Комплексная литиевая смазка ЛКСметаллургическая в ряде случаев заменяет ИП1, 113, ВНИИНП242, Литол24. Комплексные литиевые смазки также применяются в оборудовании текстильной, станкостроительной, автомобильной и других отраслей промышленности, в подшипниках ступиц колес автомобилей. Основу отечественного ассортимента – 44,4% – составляют устаревшие гидратированные кальциевые смазки (солидолы), доля которых в развитых странах, например в США, не превышает 4%. Производство натриевых и натриевокальциевых смазок в России составляет 31% общего объема, или до 12,5 тыс. т/год. Эти материалы имеют хорошие характеристики и применяются при температурах от –30 до +100 °С. Доля прочих мыльных смазок в России невелика – 0,3%, или 89 т/год. Это продукты на алюминиевых, цинковых, смешанных мылах (литиевокальциевых, литиевоцинковых, литиевоцинковосвинцовые, бариевосвинцовые и др.), а также получаемые путем смешения готовой смазки с металлическим порошком. Доля немыльных смазок, приготовленных на неорганических загустителях (аэросилы, силикагели, сажа, бентонит), в России всего 0,2%, или менее 10 т/год. Главным образом это узкоспециализированные термостойкие (до 200…250 °С) и химически стойкие смазки. В США доля этих материалов – 6,7%. Немыльные смазки готовят на органических загустителях – полиуреатах, пигментах. Полиуреатные продукты нового поколения, приготовленные на нефтяных и синтетических углеводородных маслах, работают при температурах до 220 °С и по этому показателю близки к термостойким тефлоновым смазкам на основе перфторполиэфиров, выгодно отличаясь от последних значительно меньшей ценой. В США доля производства этих материалов составляет 6% и непрерывно увеличивается. В России полиуретановые смазки не выпускают. Объемы производства отечественных углеводородных материалов составляют 3 тыс. т/год. В основном это консервационные и канатные смазки. Полужидкие смазки типа Трансол200, Редукторная вырабатывают в России в объеме всего около 20 т/год.
Анализ отечественного ассортимента смазок позволяет сделать следующие выводы. В России сохраняется неблагоприятная структура ассортимента: большая доля низкокачественных гидратированных кальциевых смазок и незначительная доля высокоэффективных литиевых. Комплексные литиевые смазки выпускают в малых количествах. Большинство пластичных материалов массового применения морально устарело еще 20…30 лет назад, ассортимент практически не обновляется. Экономический рост, особенно в автомобильной, металлургической, нефтегазодобывающей отраслях промышленности, стимулирует рост потребления пластичных материалов, в том числе высококачественных автомобильных смазок, смазок для металлургического оборудования, работающего при максимальной температуре до 150 °С, а также арматурных и резьбовых.  Горючее в баке автомобиля должно соответствовать предусмотренному  Присадки для двигателя помогают «оживить» устаревший  Система работающего двигателя достаточно защищена от  Работу двигателя обеспечивают сразу несколько важнейших | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
