Химический состав масла — Компания MVR
Выполнение маслами своих эксплуатационных функций обеспечивается особым химическим составом масла, которое на 90% и более состоит из базового масла, а оставшиеся проценты приходятся на присадки и загустители.
Базовое масло может быть минеральным, синтетическим или полусинтетическим. Минеральное масло получают методом дистилляции с последующей селективной очисткой и депарафинизацией сырой нефти. Минеральные масла состоят из высокомолекулярных углеводородов, преимущественно алкилнафтеновых и алкилароматических. Также в состав минерального масла входят углеводороды кислородного и сернистого происхождения, и некоторые образования, которые носят смолисто-асфальтовый характер.
Синтетические масла получают методами химического синтеза из смеси сложных эфиров и полиальфаолефинов. Процедура получения синтетического масла намного сложнее, чем дистилляция сырой нефти, поэтому синтетические масла существенно дороже минеральных масел. Но высокая цена синтетических масел оправдывается их высокими эксплуатационными характеристиками.
Промежуточное положение между синтетическими и минеральными маслами занимают полусинтетические масла, получаемые гидрокрекингом сырой нефти.
Мы уже неоднократно говорили, что масла в машинах и механизмах выполняют не только смазывающую функцию, но и обеспечивают отвод тепла от пар трения, очистку трущихся поверхностей от нагаров и лаков, защиту от коррозии и др. Выполнение этих функций обеспечивается внесением в масло присадок, которые условно можно объединить в группы:
- функциональных присадок, обеспечивающих противоизносные, антиокислительные, антипенные и антикоррозионные и др. свойства масла;
- вязкостных присадок, увеличивающих индекс вязкости;
- присадок, повышающих текучесть масла при низких температурах.
Смазывающая способность масла, или иначе, образование прочной масляной пленки на трущихся поверхностях обеспечивается силами связи между молекулами базового масла, а набор необходимых эксплуатационных функций масла — химическими соединениями присадок.
В процессе эксплуатации химический состав масла неизбежно изменяется в худшую сторону за счет загрязнения и окисления базового масла и истощения присадок. Поэтому очень важно производить замену масла в соответствии с его заявленным ресурсом, а лучше и экономичнее – по фактическому состоянию масла.
Практически каждый из нас является автомобилистом и имеет хотя бы начальные представления о составе моторного масла, качественных отличиях синтетического и минерального масел, классификации масел по SAE и производит замену масла в зависимости от пробега авто и условий эксплуатации.
В помощь автомобилистам и сервисным службам промышленных предприятия компания MVR предлагает наборы тестов для капельной пробы масла бензиновых и дизельных ДВС.
Тесты исключительно доступны по цене и помогут вам выявить неполадки двигателя вашего авто и производить замену масла именно тогда, когда это необходимо.
Если же вам необходима более развернутая информация по основным показателям масла (кинематическая вязкость, ОКЧ, ОЩЧ, нитрование, сульфирование и др.), то обратите свое внимание на минилаборатории серии RY-300. С их помощью, не прибегая к дорогостоящим услугам специализированных лабораторий, вы прямо на месте работы вашего оборудования и всего за несколько минут самостоятельно проведете всесторонний анализ масла, включая и анализ продуктов износа.
Для обучения работе с приборами совсем необязательно иметь специальное химическое образование, а достаточно прохождения краткосрочного 3-х дневного обучения в Учебном центре компании MVR.
Для повышения надежности вашего оборудования мы также рекомендуем вам воспользоваться услугами Отдела выездного обслуживания и энергосервиса (ОВОЭ) MVR, специалисты которого с помощью самых современных приборов и систем проведут комплексную диагностику (вибродиагностика + тепловизионное обследование + анализ масла), устранят все выявленные дефекты и дадут рекомендации по дальнейшей эксплуатации оборудования.
Состав моторного масла, группы базового масла, присадки масел и их разновидности
Что входит в состав моторного масла? Отличия базовых групп и присадок в составе масел
Химический состав моторного масла включает: базовое масло и адаптивные присадки разных групп. Присадки в составе масел значительно повышают их качественные характеристики, влияют на вязкость. Машинное масло, состоящее из базы и этих специальных добавок, имеет более широкие возможности и усовершенствованную формулу. Они помогают дольше сохранять поверхность трущихся пар деталей двигателя, продлевая срок его службы и рабочих характеристик. Базовые моторное масла делятся на три группы:
- минеральные – сегодня используют в небольшом числе двигателей, могут везти себя непредсказуемо – менять вязкость, терять свойства при высоких или низких температурах;
- синтетические – дороже стоят, но подойдут всем, более стабильны;
- полусинтетические – смесь двух вышеуказанных.
Согласно классификации API, выделяют 5 категорий масел в зависимости от способа их получения:
- Обычные минеральные, которые получены путем селективной очистки нефти и депаранифинизации.
- Улучшенные – прошедшие дополнительную гидрообработку.
- С повышенным индексом вязкости – минеральные, которые производится по технологии каталитического гидрокрекинга или GTL-технологии (синтез газ). Такой способ производства позволяет приблизить состав моторных масел данной группы к синтетическим.
- ПАО – синтетическая группа базовых масел. Полиальфаолефины – улучшенная химическая формула моторного масла с высокой вязкостью и окислительной стабильностью, не содержат парафинов.
- Все остальные масла.
База – основа любого моторного масла, определяющая его свойства. Молекулы масла состоят из углеводорода, соединённого с атомами углерода разным способом. Это может быть прямая цепочка или разветвленная.
Чем прямее эти «цепи», тем лучшими свойствами обладает моторное масло.
Выбор подходящего состава моторного масла. Как состав масел влияет на вязкость?
Состав масел играет решающую роль в их свойствах, но не окончательную. Для улучшения характеристик в базовый состав моторного масла добавляют присадки. Без них использовать масло с длительным сохранением его защитных качеств было бы невозможно. Так, все моторные жидкости содержат определенный пакет присадок, которые могут достигать до 50% состава масла. Хорошее моторное масло должно выполнять следующие функции:
- создавать тонкую защитную масляную пленку на трущихся деталях;
- частично отводить тепло;
- смывать продукты сгорания и другие частицы грязи с поверхности ДВС.
Присадки в составе масел помогают защитить металл даже в случае разрыва масляной пленки. Это могут быть модификаторы вязкости – линейные или звездообразные полимерные загустители (используются для 1-3 групп базовых моторных масел).
Второй вариант практически не разрушается даже при сдвиговых нагрузках. Вязкость — является ключевым фактором при выборе моторного масла, поэтому состоящее из таких присадок масло стало намного востребованным. Добавляются также моющие присадки – препятствует возникновению и накоплению нагара на деталях. Подобную функцию в моторном масле играют и дисперсанты, только они работают на предотвращение появления отложений при низких температурах. Используются также модификаторы трения, антиокислительные присадки, депрессоры. Лучшим моторной смазкой конкретно для вашего двигателя будет тот, который указан в инструкции к его эксплуатации. Производители поводят все нужные тесты при разных нагрузках и в разных условиях для определения лучше варианта смазочного материала.
Химия моторного масла
Химия моторного масла |
| Со времен Римской империи многие жидкости, включая воду, использовались в качестве смазочных материалов для сведения к минимуму трения, нагревания и износа между механическими частями, контактирующими друг с другом. Сегодня смазочное масло или смазочное масло является наиболее часто используемым смазочным материалом из-за его широкого спектра возможных применений. Две основные категории смазочных масел – минеральные и синтетические. Минеральные масла перерабатываются из природной нефти или сырой нефти. Синтетические масла производятся из полиальфаолефинов, которые представляют собой полигликоли или эфирные масла на основе углеводородов. Смазка обычно состоит из базовой жидкости, обычно нефтяного происхождения, в сочетании с химическими добавками, которые улучшают различные желаемые свойства базовой жидкости. Базовые жидкости в основном получают из двух основных источников: переработка сырой нефти и синтез относительно чистых соединений со свойствами, подходящими для смазочных материалов. Смазочные масла являются лишь одной из многих фракций или компонентов, которые могут быть получены из сырой нефти, которая выходит из нефтяной скважины в виде горючей жидкой смеси от желтого до черного цвета, состоящей из тысяч углеводородов (органических соединений, содержащих только углерод и атомы водорода, они встречаются во всех ископаемых видах топлива). Обычное моторное масло 1OW-30, например, представляет собой смесь масла с низкой вязкостью (для облегчения запуска при низких температурах) и масла с высокой вязкостью (для лучшей защиты двигателя при нормальных рабочих температурах). Синтетические смазочные материалы, впервые использованные в аэрокосмической промышленности, обычно разрабатываются для конкретного применения, для которого минеральные масла плохо подходят. Для разработчика моторное масло представляет собой сложную смесь из 10-15 ингредиентов, тщательно сбалансированных и протестированных на соответствие отраслевым спецификациям и требованиям рынка. Для блендера это может быть так же просто, как смешать три жидкости и разлить их по бутылкам. |
Например, синтетические масла используются там, где встречаются чрезвычайно высокие рабочие температуры или где смазочное масло должно быть огнестойким. В этой статье речь пойдет о смазочном масле на минеральной основе. 
И для потребителя это, по большей части, таинственная золотая жидкость со сбивающими с толку цифрами и буквами, которые все говорят о том, что это лучший продукт для вашего автомобиля. На самом деле, это все эти вещи. Смазочные материалы (моторное масло) помогают остановить или предотвратить коррозию, покрывая компоненты тонким слоем, который защищает их от воздействия кислорода и других «окислителей», которые могут вызывать химические реакции, приводящие к повреждению поверхности материала. Наиболее известным примером коррозии является ржавчина. Ржавчина возникает, когда железо подвергается воздействию кислорода. Основные сведения о физических свойствах и химическом составе смазочных материалов
Смазочные материалы обладают несколькими физическими свойствами, которые служат их функциям и характеристикам.
- Вязкость
- Удельный вес и плотность
- Температура застывания
- Прочность пленки
- Температура вспышки
- Стойкость к окислению
- Вода разделение
- Защита от ржавчины и коррозии
Вязкость
Наиболее важным свойством является вязкость.
Вязкость, которая измеряет сопротивление масла течению, является наиболее важным свойством смазочного материала. Вода имеет относительно низкую вязкость; патока имеет гораздо более высокую вязкость. Однако, если вы нагреете патоку, она станет более жидкой. Точно так же масла также становятся «жидкими» при нагревании. Вязкость находится в обратной зависимости от температуры. С увеличением давления увеличивается и вязкость масла. Следовательно, вязкость масла при эксплуатации зависит от его температуры и давления.
Вязкость индустриальных масел обычно указывается при 40°C. Международная организация по стандартизации использует его в качестве стандарта для своей системы оценок ISO VG, которая варьируется от ISO VG 2 до ISO VG 1500. ISO VG определяется как средняя точка диапазона, который составляет + 10%. Например, гидравлическая жидкость с вязкостью 31,5 сСт при 40°C имеет VG по ISO 32. Вязкость картерных масел обычно измеряется при 100°C. Смазочные масла могут варьироваться от очень низкой вязкости, таких как растворители и керосин, используемые для прокатки металлов, до жидкостей с высокой вязкостью, которые едва текучи при комнатной температуре, таких как масла для паровых цилиндров или редукторные масла, используемые на сахарных заводах.
Характеристикой вязкости является индекс вязкости. Это эмпирическое число, указывающее влияние изменения вязкости смазочного материала. Смазка с высоким индексом вязкости не разжижается очень быстро при нагревании. Он будет использоваться для масел, которые используются на открытом воздухе летом и зимой. Многовязкие моторные масла имеют высокий индекс вязкости.
Удельный вес и плотность
Удельный вес – масса на единицу объема вещества называется плотностью и выражается в фунтах на галлон, кг/м или г/куб.см. Удельный вес определяется как плотность вещества, деленная на плотность воды. Вещество с удельным весом больше единицы тяжелее воды и наоборот. Это мера того, насколько хорошо вещество плавает на поверхности воды (или тонет под поверхностью). Плотность воды при комнатной температуре составляет приблизительно 1 г/см 3 . Нефтяные жидкости обычно имеют удельный вес менее 1, поэтому они всплывают. Нефтяные пятна плавают на поверхности лужи.
Стоки для воды в резервуарах располагаются на дне резервуара.
Чем ниже удельный вес, тем лучше всплывает масло. Масло с удельным весом 0,788 очень хорошо всплывает. Плотность масел уменьшается с температурой; они лучше плавают, когда нагреваются. Плотность нефтепродуктов часто выражается как плотность в градусах API, которая определяется как градусы API = (141,5/Sp Gravity @60˚F – 131,5). Плотность воды в градусах API равна 10. Поскольку плотность в градусах API является обратной величиной относительной плотности, чем выше плотность в градусах API, тем легче нефть; поэтому лучше он плавает.
Температура застывания
Температура застывания масла — это самая низкая температура, при которой оно будет течь или течь при охлаждении без возмущений. Самой первой присадкой, которая использовалась в моторном масле, была присадка, снижающая температуру застывания.
Прочность пленки
Прочность пленки является мерой смазывающей способности жидкости. Это несущая способность смазочной пленки. Прочность пленки может быть повышена за счет использования добавок.
Многие синтетические масла имеют большую прочность пленки, чем нефтяные масла.
Температура вспышки
Температура вспышки – это температура, при которой воспламеняются пары нефтяной жидкости, когда над поверхностью проходит небольшое пламя. Чтобы произошло сгорание, должна быть определенная топливно-воздушная смесь. Если воздуха слишком много, смесь слишком бедная — топлива не хватает. Если жидкости слишком много, она задушит пламя.
Температура воспламенения — это температура, при которой молекулы, подпрыгивающие в воздухе над поверхностью, образуют воздушно-топливную смесь, которая воспламеняется (при наличии искры, воспламеняющей их, о чем свидетельствует хлопающий звук).
Температура вспышки напрямую связана со скоростью испарения. Жидкость с низкой вязкостью обычно испаряется быстрее, чем масло с высокой вязкостью, поэтому ее температура воспламенения обычно ниже. В целях безопасности рекомендуется выбирать масло с температурой воспламенения не менее чем на 20°F выше максимальной рабочей температуры оборудования.
Температура воспламенения – это температура, поддерживающая горение в течение 5 секунд.
Стойкость к окислению
Стойкость к окислению влияет на срок службы масла. Турбины и большие циркуляционные системы, в которых масло используется длительное время без замены, должны иметь масла с высокой стойкостью к окислению. Там, где масло остается в эксплуатации только короткое время или часто добавляется новое масло в качестве подпитки, сорта с более низкой стойкостью к окислению могут удовлетворительно служить.
Скорость окисления нефтяных масел имеет тенденцию удваиваться при повышении температуры на каждые 18°F (10°C), поэтому при повышении температуры системы на каждые 18°F (10°C) ожидается изменение масла в два раза чаще. Другими словами, при снижении температуры масла на каждые 18°F срок службы масла удваивается.
Отделение воды
Отделение масла от воды называется деэмульгированием. Вода может вызывать ржавчину, коррозию и износ, а также многие другие пагубные факторы, такие как пенообразование и кавитация.
Некоторые базовые масла обладают естественным отталкиванием воды, в то время как другие легко смешиваются. Некоторые добавки могут быть использованы для компенсации возможного смешивания, которое может привести к эмульгированию.
Для циркуляционных масляных систем требуются масла с хорошей деэмульгирующей способностью. Прямоточные системы не требуют деэмульгаторов, потому что масло не рециркулирует и не собирает достаточно воды, чтобы вызвать ржавчину. Деэмульгаторы не нужны, если система достаточно горячая, чтобы испарить любую воду, например, двигатель. В некоторых случаях масло смешивают с водой для улучшения огнестойкости или охлаждения смазочно-охлаждающей жидкости. Эмульсии важны для огнестойкости и охлаждения металлообработки.
Смесь воды и масла Частичное разделение Полное разделение
Ингибитор ржавчины и коррозии
Когда оборудование простаивает, смазка может использоваться в качестве консерванта. Когда оборудование находится в эксплуатации, смазка предотвращает коррозию, покрывая смазанные детали.
Находясь в состоянии покоя, смазочная пленка, препятствующая ржавчине и коррозии, теперь покрывает поверхность, защищая ее от воды.
Химия смазочных материалов
Смазочные материалы производятся на основе базовых масел и присадок. Нефтяные масла составляют большую часть двух основных категорий промышленной и транспортной смазки. Их перерабатывают из сырой нефти, которая, как всем известно, образовалась из миллиардов и миллиардов мельчайших микроорганизмов, которые со временем и под давлением превратились в нефть. Термин углеводород просто означает, что он преимущественно состоит из водорода и углерода, хотя есть небольшие количества других элементов, таких как сера и азот.
В качестве смазочных материалов используются два основных типа нефтяных масел: парафиновые и нафтеновые. Когда вы думаете о парафине, вы думаете о воске. Это дает вам хорошее представление о сильных сторонах парафинового масла. Воск — отличная смазка; он скользкий и достаточно устойчивый при высоких температурах.
Он неэффективен при низких температурах, потому что затвердевает. По этой причине парафиновые масла рекомендуются для большинства промышленных и транспортных смазочных материалов, за исключением случаев, когда они работают при низких температурах. Еще одна характеристика воска заключается в том, что он оставляет очень мало остатков при окислении, но небольшое количество остатков является твердыми и липкими.
Нафтеновые масла не восковые, поэтому их можно использовать при очень низких температурах. Хотя они, как правило, оставляют больше отложений, чем парафиновое масло, они остаются мягкими и пушистыми. Производители компрессоров часто предпочитают нафтеновые масла, потому что отложения выдуваются сжатым воздухом, а не накапливаются на нагнетательных клапанах. Нафтеновые масла также используются во многих холодильных установках из-за их хороших свойств при низких температурах.
Физически парафиновые масла можно отличить от нафтеновых масел по их более высокой температуре застывания и более низкой плотности.
Парафиновые масла обычно весят от 7,2 до 7,3 фунтов на галлон, в то время как нафтеновые масла немного тяжелее. Будьте осторожны при характеристике базового компонента рецептурного продукта на основе физических свойств, поскольку добавки могут сильно влиять на физические свойства.
(a) и (b) — Парафин, (c) — Нафтен, (d) — Ароматические соединения
С появлением более сложных методов очистки базовые компоненты были разделены на Группу I, Группу II и Группу III. Базовые масла I группы – масла условной очистки. Группа II включает базовые масла, которые содержат более 90% насыщенных углеводородов и менее 0,03% серы с индексом вязкости от 80 до 119. Их часто производят гидрокрекингом.
| Базовые масла | Насыщенные Содержание | Содержание серы | Индекс вязкости | 90 030
| Группа I | <90 % | >0,03 % | 80 – 120 |
| II группа | >90 % | <0,03 % 900 12 | 80-120 |
| III группа | >90 % | <0,03 % | >120 |
Белые масла представляют собой высокоочищенные нефтяные масла, пригодные для пищевых продуктов.
и требования к лекарствам для прямого контакта с пищевыми продуктами. Клиенты могут потребовать, чтобы продукт был сертифицирован как USDA H-1 для случайного контакта с пищевыми продуктами. В то время как Министерство сельского хозяйства США распустило организацию, которая тестировала и одобряла смазочные материалы H-1 для случайного контакта с пищевыми продуктами, теперь производители могут самостоятельно подтвердить, что их продукты были официально одобрены в соответствии с H-1 или в настоящее время соответствуют требованиям, установленным этим стандартом.
Синтетические базовые масла
Синтетические базовые масла производятся, в основном, из низкомолекулярных углеводородов, в результате чего получают высококачественные базовые масла с увеличенным сроком службы в экстремальных условиях эксплуатации. В общих чертах, синтетические базовые масла способны работать в более широком диапазоне температур применения, поэтому они обеспечивают наилучшую защиту как при высоких, так и при низких температурах.
[Перерыв текста]
Базовые масла | Тип основы |
| Группа IV | Полиальфаолефин |
| Группа V | Другие синтетические основы |
[Перерыв текста] API Классификация (2-я часть)
Синтетические Углеводородные Жидкости
SHF представляют собой наиболее быстрорастущий тип синтетических базовых масел, все они совместимы с минеральными базовыми маслами .
Полиальфаолефины (ПАО) представляют собой ненасыщенные углеводороды общей формулы (-Ch3-)n, не содержащие серы, фосфора, металлов и восков. Обеспечивают превосходную высокотемпературную стабильность и низкотемпературную текучесть, высокие индексы вязкости, низкую летучесть и совместимость с минеральными базовыми маслами.
Хотя устойчивость к окислению ниже, чем у минеральных масел, и их растворяющая способность полярных присадок плохая, обычно ПАО комбинируют с другими синтетическими маслами. Это базовое масло рекомендуется для моторных и трансмиссионных масел.
Алкилированные ароматические соединения , образованные алкилированием ароматических соединений, обычно бензола или нафталина. Обеспечивают превосходную низкотемпературную текучесть и низкую температуру застывания, хорошую растворимость присадок, термическую стабильность и смазывающую способность. Хотя их индекс вязкости примерно такой же, как у минеральных масел, они менее летучи, более устойчивы к окислению, высоким температурам и гидролизу. Они используются в качестве основы моторных масел, трансмиссионных масел и гидравлических жидкостей.
Полибутены производятся путем контролируемой полимеризации бутенов и изобутиленов. По сравнению с другими синтетическими базовыми маслами они более летучи, менее устойчивы к окислению и имеют более низкий индекс вязкости; их склонность к образованию дыма и отложений очень низка, поэтому они используются в рецептурах моторных масел для 2-тактных двигателей, а также в качестве трансмиссионных масел в сочетании с минеральными или синтетическими базовыми маслами.
Полиалкилен Гликоли (ПАГ) представляют собой полимеры, изготовленные из этиленоксида (ЭО), пропиленоксида (ПО) или их производных. Растворимость в воде или другом углеводороде зависит от типа оксида. Оба обладают хорошими вязкостно-температурными характеристиками, низкой температурой застывания, высокотемпературной стабильностью, высокой температурой воспламенения, хорошей смазывающей способностью и хорошей устойчивостью к сдвигу. PAG не вызывает коррозии большинства металлов и совместим с резиной. Основными недостатками являются низкая растворяющая способность присадок и совместимость при заливке со смазками, уплотнениями, красками и отделками.
Они используются в качестве основы для гидравлических тормозных жидкостей (DOT3 и DOT 4) из-за их растворимости в воде, моторных масел для 2-тактных двигателей из-за низкого отложения при высоких температурах, смазочных материалов для компрессоров и огнестойких жидкостей.
Синтетические сложные эфиры представляют собой кислородсодержащие соединения, образующиеся в результате реакции спирта с органической кислотой.
Они обладают хорошей смазывающей способностью, температурной и гидролитической стабильностью, растворяющей способностью присадок и совместимостью с присадками и другими основами.
Но некоторые сложные эфиры могут повредить уплотнения, поэтому для них требуются специальные составы. Применяются в качестве базовых масел для моторных масел, в смеси с другими синтетическими основами, поскольку улучшают низкотемпературные свойства, снижают расход топлива, повышают защиту от износа и вязкостно-температурные свойства.
Кроме того, в качестве базовых масел для 2-тактных двигателей они уменьшают образование отложений, защищая кольца, поршни и искры. Они позволяют уменьшить количество смазочного материала с 50:1 минерального масла до 100:1 и до 150:1 благодаря их выдающимся смазывающим свойствам.
Эфиры фосфорной кислоты используются в качестве противоизносных присадок из-за их высокой смазывающей способности, а также в качестве базовых масел для гидравлических жидкостей и компрессорных масел из-за их низкой воспламеняемости.
Но их гидролитическая и температурная стабильность и индекс вязкости низкие, а низкотемпературные свойства плохие. Кроме того, они агрессивны с красками, покрытиями и уплотнителями.
Сложные эфиры полиолов обладают хорошей термостойкостью, гидролитической стабильностью и низкотемпературными свойствами, низкой летучестью и низким индексом вязкости; сложные эфиры полиолов также могут оказывать большее влияние на краски и вызывать большее набухание эластомеров. Чтобы воспользоваться преимуществом их смешиваемости с гидрофторуглеродными (ГФУ) хладагентами, сложные эфиры полиолов используются в холодильных системах.
Перфторированные полиэфиры (PFPE) с плотностью, почти вдвое превышающей плотность углеводородов, они не смешиваются с большинством других базовых масел и негорючи при любых практических условиях. Очень хорошая зависимость вязкость-температура и вязкость-давление, высокая устойчивость к окислению и воде, химически инертен и устойчив к радиации; к этим свойствам присоединилась их устойчивость к сдвигу.
Они подходят в качестве гидравлических жидкостей в космических кораблях и в качестве диэлектриков в трансформаторах и генераторах.
Полифенил Эфиры обладают отличными высокотемпературными свойствами и стойкостью к окислению, но имеют удовлетворительные вязкостно-температурные свойства, они используются в качестве гидравлической жидкости для обеспечения высокой термостойкости и радиационной стойкости.
Полисилоксаны или силиконы имеют высокий индекс вязкости, более 300, низкую температуру застывания, стойкость к высоким температурам и устойчивость к окислению, поэтому они хорошо работают в широком диапазоне температур; они химически инертны, нетоксичны, огнестойки, водоотталкивающие, обладают низкой летучестью, совместимы с уплотнителями и пластмассами.
Их недостатком является образование абразивных оксидов кремния, если происходит окисление, не образуются эффективные адгезионные смазочные пленки из-за их низкого поверхностного натяжения, а также они плохо реагируют на присадки.
Они используются в качестве тормозных жидкостей и в качестве пеногасителей в смазочных материалах. В таблице сравниваются различные свойства синтетических базовых масел и минеральных масел. Сравнение базовых масел.
Масла на биооснове
В основном их производят из соевых бобов, семян рапса, пальмы, подсолнечника и сафлора. Их преимуществами являются высокая биоразлагаемость, превосходная смазывающая способность, более высокая температура вспышки и индекс вязкости; но их температура застывания высока, а окислительная стабильность плоха, а рециркуляция затруднена.
Основные области применения: гидравлические жидкости, трансмиссионные жидкости, трансмиссионные масла, компрессорные масла и смазки. Лучше, когда применяется с полными потерями, внутри помещений или там, где низкая температура застывания не является проблемой, в пищевой промышленности или в экологически чувствительных зонах.
Присадки
Смазочные материалы требуют дополнительных ингредиентов помимо базового масла для обеспечения функциональности.
Ниже приведен список часто используемых материалов. Присадки От 5% до 30% формулы масла с использованием моторного масла с максимальной концентрацией.
Типичное моторное масло для легковых автомобилей содержит детергенты, диспергаторы, ингибиторы ржавчины, противоизносные присадки, депрессорные присадки, антиоксиданты, антипенные присадки и модификаторы трения. Противоизносные присадки способствуют снижению износа между сильно нагруженными деталями двигателя; детергенты и диспергаторы помогают предотвратить накопление загрязнений, шлама, сажи и нагара; а ингибиторы окисления помогают предотвратить разрушение смазочного материала при высоких рабочих температурах.
Противозадирные присадки (EP) – добавка на основе фосфора, серы или хлора, обычно используемая в редукторных маслах, которая предотвращает заедание скользящих металлических поверхностей в условиях экстремального давления. При высоких локальных температурах он химически соединяется с металлом, образуя поверхностную пленку.
Противозадирные присадки из серы, фосфора или хлора. Они становятся реактивными при высокой температуре (160+F), воздействуют на желтые поверхности и могут вызывать коррозию некоторых металлов, особенно при повышенных температурах.
Пеногаситель или ингибитор пенообразования – добавки на основе силикона, используемые в турбулентных системах, помогают объединять мелкие пузырьки воздуха в крупные, которые поднимаются на поверхность и лопаются. Он уменьшает поверхностное натяжение пузыря до тонкого и ослабляет его, так что он лопается. Большинство масел содержат ингибиторы пенообразования, которые изменяют поверхностное натяжение масла. Это позволяет пузырькам объединяться и ломаться. Ингибиторы пены либо основаны на силиконе, либо представляют собой органические пеногасители.
Ингибиторы ржавчины и коррозии – молекулы на основе углерода, предназначенные для поглощения металлическими поверхностями для предотвращения воздействия воздуха и воды.
Ржавление и коррозия работают за счет замедления износа поверхности компонента из-за химического воздействия кислотных продуктов окисления масла. Ржавление относится к процессу окисления поверхности железа из-за присутствия воды в масле. Масла, содержащие ингибиторы ржавчины и окисления, в США известны как масла R&O, а за рубежом — масла HL.
Ингибиторы окисления – аминовые и фенольные антиоксиданты действуют, прерывая цепную реакцию свободных радикалов, которая приводит к окислению. По сути, когда масло начинает разлагаться в присутствии кислорода, эти ингибиторы прерывают реакцию. Они также не дают металлу ускорить реакцию окисления, дезактивируя металл. Ингибиторы окисления добавляются для продления срока службы масла. Кислород вступает в реакцию с маслом с образованием слабых кислот, которые могут поцарапать поверхности. Ингибиторы окисления замедляют скорость окисления.
Устойчивость к окислению важна для большинства применений компрессоров из-за выделяемого тепла.
Окисленное масло может создавать отложения, которые накапливаются на выпускных клапанах, из-за чего они заедают в открытом положении. Это приводит к тому, что горячий воздух всасывается обратно в камеру сжатия, где он подвергается повторному сжатию. Воздух может выделять достаточно тепла, чтобы воспламенить отложения и вызвать пожар или взрыв. Использование синтетики может свести к минимуму эту возможность.
Противоизносная присадка – Диалкилдитиофосфат цинка (ZDDP) является наиболее распространенной противоизносной присадкой, хотя существует множество безцинковых присадок на основе серы и фосфора, которые также придают противоизносные свойства. Цинк-серно-фосфорный конец молекулы притягивается к поверхности металла, позволяя длинным цепочкам атомов углерода и водорода на другом конце молекулы образовывать скользкий ковер, предотвращающий износ.
Не химическая реакция, а сверхсильное притяжение. Существуют и другие противоизносные присадки, не содержащие цинка.
Некоторые основаны на сере, а некоторые на жирных материалах. Противоизносные присадки, как правило, не столь агрессивны, как противозадирные. Масла, содержащие противоизносные присадки, часто называются маслами AW в США или имеют обозначение HLP в Европе. Цинксодержащие противоизносные масла, как правило, не рекомендуются для воздушных компрессоров, поскольку противоизносный пакет может нарушить устойчивость масла к окислению.
Деэмульгатор – полимеры на основе углерода влияют на поверхностное натяжение загрязняющих веществ, поэтому они быстро отделяются от масла. Гидролитическая стабильность – это способность масла сопротивляться разложению в присутствии воды. Это важно, потому что любая система, открытая для атмосферы, будет подвергаться воздействию влаги из-за влажности и конденсата. Некоторые жидкости на основе сложных эфиров имеют относительно низкую гидролитическую стабильность и быстро становятся кислыми в присутствии воды.
Депрессорные присадки для температуры застывания – химикаты, предназначенные для уменьшения затвердевания масла до самой низкой температуры, при которой оно будет разливаться при лабораторных испытаниях ASTM.
Как правило, это молекулы метакрилата, которые препятствуют кристаллизации молекул парафина.
Улучшители индекса вязкости – химикаты, предназначенные для снижения разжижения масла при повышении температуры. Эти химические вещества обычно представляют собой молекулы метакрилата и будут препятствовать разжижению масла за счет расширения своего молекулярного следа, что снижает текучесть при повышении температуры.
Моющие средства – обычно используются в рецептурах моторных масел, они предназначены для очистки системы от отложений. Часто они имеют щелочную природу, что способствует увеличению общего щелочного числа масла. Смазочные масла для дизельных двигателей содержат щелочные присадки, помогающие нейтрализовать кислоты при сгорании. Они также обеспечивают антиоксидантные свойства. Типичные соединения содержат кальций или магний.
Моющие средства имеют свои недостатки. Моющие средства перемещают отложения вниз по потоку, где они могут накапливаться на поверхностях теплообмена в охладителях.
Моющие масла поглощают воду. Если вода может скапливаться в масле, это вызовет ржавчину и ускорит окисление. Компрессоры производят воду, потому что влага из воздуха конденсируется при сжатии воздуха. Обычно его удаляют в коагуляторе или выбивном барабане, но в масло попадает некоторое количество воды. По этой причине детергентные масла используются только в ограниченных случаях.
Диспергаторы – предназначены для улавливания твердых частиц, таких как сажа, с образованием мицелл и удерживанием их во взвешенном состоянии. Эти соединения могут входить в состав моющих средств или не содержать металлов, поэтому их можно использовать в беззольных составах. Некоторые добавки действительно могут способствовать износу. Слишком большое количество металлического детергента/диспергатора может оставить отложения типа золы, которые могут быть абразивными. Существует тест для измерения количества золы, остающейся после сжигания масла. Он широко известен как тест на сульфатированную золу.
Некоторые производители двигателей ограничивают количество золы в масле. «Беззольное» масло, необходимое для некоторых авиационных двигателей, имеет зольность менее 0,1%, в то время как высокозольное масло, используемое в некоторых судовых двигателях с топливом с высоким содержанием серы, может иметь зольность более 1,5%.
Добавки могут быть истощены в процессе эксплуатации. Существует быстрый полевой тест, используемый для измерения уровня моющих и диспергирующих свойств отработанных масел. Он широко известен как тест масляного пятна (или пятна). Простой тест — это когда масло фильтруют через заплату и обрабатывают растворителем. Если частицы концентрируются в центре пластыря, это указывает на то, что вода или антифриз могут ухудшать диспергируемость. Капельный тест масла также может выявить топливную сажу, которая представляет собой частицы, образовавшиеся из не полностью сгоревшего топлива. Патч фильтра также может свидетельствовать о загрязнении.
Совместимость
Присадки к смазочным материалам были разработаны для улучшения существующих характеристик базового масла (масел), в состав которого входит смазочный материал, чтобы уменьшить недостатки базовых масел или придать новые рабочие характеристики.
Моторные масла были первыми смазочными материалами, в состав которых входили присадки. Они были и остаются крупнейшим сегментом рынка смазочных материалов. Поэтому неудивительно, что большая часть усилий в области исследований и разработок была направлена на повышение качества моторного масла.
В 1911 году Американское общество автомобильных инженеров (SAE) разработало систему классификации масел. Это было связано только с вязкостью масла, а не с производительностью. До 1930-х годов моторные масла не содержали никаких присадок. Это были только базовые масла. До введения присадок интервалы замены масла составляли 750 миль. Из-за растущего потребительского спроса и экономического давления двигатели внутреннего сгорания стали более сложными. Моторные масла становились все более нагруженными, и проблемы с их резервами производительности привели к необходимости использования присадок.
Первой разработанной присадкой к маслу была депрессорная присадка. Эти акрилатные полимеры были разработаны в середине 1930-х годов.
Противоизносные присадки, такие как дитиофосфат цинка, были введены в начале 1940-х годов, за ними последовали ингибиторы коррозии, а затем сульфонатные моющие средства. Было обнаружено, что сульфонатные моющие средства обеспечивают нейтрализацию кислоты, а также защиту от окисления, а также защиту от ржавчины и коррозии.
В 1932 году Американский институт нефти (API) разработал систему спецификаций для классификации характеристик моторных масел. Это важное соображение, потому что это единственная система, по которой смазка может считаться совместимой со смазкой другого производителя без необходимости проверки совместимости. Если масла относятся к одному классу вязкости, имеют одинаковую классификацию API и вязкость SAE, масла совместимы; пользователь может смешивать масла, если это необходимо. Это не относится к другим смазочным материалам.
При смешивании различных смазочных материалов может возникнуть неблагоприятная реакция между двумя маслами при определенных условиях работы в системе.
Это считается «несовместимостью смазочных материалов». Чаще всего причиной несовместимости является нейтрализация кислотной присадки в одном масле щелочной присадкой в другом масле. В результате присадки реагируют друг с другом, а не с металлической поверхностью, частицами или свободными радикалами в масле.
Новообразованное соединение становится неэффективным и выпадает в осадок. Большинство добавок являются полярными, что и запускает эту реакцию. Это по дизайну. Полярность обеспечивает поверхностную реакцию, а также реакции загрязнения, которые приносят пользу активу. Во время реакции несовместимости часто образуется мыло, которое может осаждать жироподобный гель, мешающий смазке и течению масла.
Однако смешанные масла не всегда могут приводить к проблемам несовместимости. Они могут существовать без осаждения или реакции в действующей системе в течение неопределенного времени, пока не будет введена вода. Вода может быстро привести к реакции между полярными добавками.