Оптическая плотность как показатель термоокислительной стабильности моторных масел Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

The article is sanctified to researches of the state of territories of enterprise of productive PCBS and possessing galvanic workshops for providing of production. The basic aspects of negative influence of wastes of production of pays and galvanic are briefly expounded on an environment. The state is as an example examined with contamination of soils during work of lines of etch of PCBS and plum of them on territories of industrial enterprise. It results in contamination of territories of enterprises the far of hazwastes, that practically harm to subsoil waters, environment. To avoid contamination of soils on territory of enterprises it is suggested to use technology of regeneration of exhaust solutions of etch, at that the distinguished metal is used as secondary raw material for the production of copper, and the regenerated solution is repeatedly used for the etch of PCBS. Calculations are conducted and the prognosis of contamination of subsoil waters exhaust solutions of etch of PCBS and galvanic of the named productions are executed, that allows to set ways for the increase of ecological safety of territories of enterprises.

Key words: ecological monitoring, regeneration, etchant solutions, PCBS, mass transfer, forecast.

Anatoly Antonovich Nester, candidate of technikal sciences, docent, nes-terlll 'a yandex.ru, Ukraine, Khmelnytskyi, Khmelnytskyi National University,

Galina Petrovna Evgrashkina, doctor of geological sciences, profesor, hydrogeo44@gmail. com, Ukraine, Dnepr, Dnepr National University,

Aleksandr Alekseevich Nikitin, candidate of technikal sciences, docent, [email protected], Ukraine, Khmelnytskyi, Khmelnytskyi National University

УДК 621.892.2

ОПТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ МОТОРНЫХ

МАСЕЛ

Б.И. Ковальский, Ю.Н. Безбородов, Д. Д. Абазин, О.Н. Петров, В.Г. Шрам

Приведены результаты исследования термоокислительной стабильности моторных масел различной базовой основы в температурном интервале от 180 до 160 °С и синтетического масла от 200 до 180 °С. Предложен показатель термоокислительной стабильности, учитывающий оптическую плотность масел и испаряемость. Установлено влияние кинематической вязкости на показатель термоокислительной стабильности, показано, что отношение между показателем термоокислительной стабильностью и относительной вязкостью зависит от температуры и состава продуктов окисления для частично синтетического и синтетического масла.

Ключевые слова: оптическая плотность, коэффициент испаряемости, коэффициент относительной вязкости, показатели термоокислительной стабильности, температура окисления.

В работах [1 - 4] процессы окисления смазочных масел оценивались коэффициентами поглощения светового потока, испарения и относительной вязкости. Целью настоящей работы являются исследования

156

процессов окисления масел с применением оптической плотности, учитывающий их прозрачность и влияние на этот показатель температуры и состава продуктов окисления.

Методика исследования предусматривала окисление масел различной базовой основы: минерального Роснефть М-10Г2к, частично синтетического Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF и синтетического Kixx Gold 10W-40 SJ при температурах: 180, 170 и 160 °C, а синтетического при 200 и 190 °C, что позволило выявить влияние температуры и базовой основой на процессы окисления.

Для исследования применялись следующие средства испытания и контроля: прибор для термостатирования масел, фотометр, вискозиметр и электронные весы. Согласно методики проба масла массой 100±0,1 г заливалась в стеклянный стакан прибора для термостатирования и термоста-тировалась при заданной температуре с перемешиванием стеклянной мешалкой с частотой вращения 300 об/мин в течение 8 часов.

После каждых 8-ми часов проба окисленного масла взвешивалась, определялась масса испарившегося масла, отбирались пробы для фотомет-рирования и определения оптической плотности и кинематической вязкости при температуре 100 °C. Затем отобранные пробы сливались в стеклянный стакан прибора для термостатирования, который повторно взвешивался.

Испытания масел при разных температурах продолжались по описанной технологии до достижения оптической плотности величины равной 0,75 - 0,8. По полученным данным определялись: оптическая плотность масла D:

D = lgФ , (1)

Ф о

где ф и фо - соответственно световой поток, падающий на слой масла и прошедший через слой окисленного масла толщиной 2 мм.

Коэффициент испаряемости Kg:

Kg=m ц, (2)

где m и ц - соответственно масса испарившегося масла при испытании в течение 8-ми часов и масса оставшегося масла, г.

Коэффициент испаряемости Кц;

Кц = Цо/Цт , (3)

где цо и цт - соответственно кинематические вязкости окисленного и товарного масел, мм2/с.

При термостатировании масел изменяются оптическая плотность, испаряемость и кинематическая вязкость, однако последний показатель изменяется в результате испарения легких фракций, увеличения концен-

трации продуктов окисления или деструкции вязкостной присадки. В этой связи за показатель термоокислительной стабильности П целесообразно принять оптическую плотность и испаряемость, а связь этого показателя с вязкостью исследовать эмпирическими зависимостями П ■ Кц и П/Кц, что

позволит уточнить его аналитическую формулу.

Исследуем зависимости показателя термоокислительной стабильности П1, определяемого формулой:

Пх = D + Kg. (4)

Данный показатель учитывает количество тепловой энергии, поглощенной смазочным маслом, в результате которой изменилась оптическая плотность и испарилась определенная масса масла.

На рис. 1 представлены результаты испытания моторных масел различной базовой основы в зависимости от времени и температуры окисления. Для всех исследованных масел с понижением температуры процессы окисления замедляются. Так, время достижения величины показателя П1 = 0,6 составило для:

минерального масла Роснефть М-10 Г2к (рис. 1, а) при температурах: 180 °C - 37 ч; 170 °C - 72 ч; 160 °C - 151 ч;

частично синтетического масла Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF (рис. 1, б): 180 °C - 30 ч; 170 °C - 44 ч; 160 °C - 96 ч;

синтетического Kixx Gold 10W-40 SJ (рис. 1, в): 200 °C - 50 ч; 190 °C - 82 ч.

Эти данные показывают, что более термостойким является синтетическое масло (рис. 1, в), а менее стойким частично синтетическое (рис. 1, б).

Для оценки влияния испаряемости масел и температуры окисления на показатель термоокислительной стабильности Пх исследованы зависимости П\ = f (D) (рис. 2). Установлено, что данные зависимости для исследованных масел практически не зависит от температуры окисления и испаряемости с увеличением оптической плотности, т. е. при заданной величине оптической плотности температура окисления и испаряемость не играет роли. В этом случае для достижения заданной оптической плотности масла или показателя термоокислительной стабильности при разных температурах окисления изменяется время испытания, при этом с увеличением температуры, пропорционально увеличивается и испаряемость масла. Представленные на рис. 2 зависимости Щ = f (D) описываются

уравнениями второго порядка для масел:

минерального масла Роснефть М-10 Г2к (рис. 2, а):

П1 = -0,142D2 + 1,243D; (5)

частично синтетического Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF (рис. 2, б):

П1 = -0,051D2 + 1,127D; (6) синтетического Kixx Gold 10W-40 SJ (рис. 2, в):

П1 = -0,738D2 + 2,111D. (7)

Коэффициент корреляции соответственно равен 0,9999; 0,9999;

0,9941.

Рис. 1. Зависимости показателя термоокислительной стабильности от времени и температуры окисления моторных масел с учетом

оптической плотности: а - минеральное Роснефть М-10 Г2к; б - частично синтетическое Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF; в - синтетическое Kixx Gold 10W-40 SJ

Для оценки влияния кинематической вязкости на показатель термоокислительной стабильности исследуемых масел принято два варианта, первый из которых определяется произведением:

П2 = D + Kg )■ Кц, или П2 = П • Кц (8)

а второй

П3 = (D + Kg)/Кц , или П3 = Щ/Кц (9)

Результаты исследования по первому варианту представлены на рис. 3. Для сравнения показателей термоокислительной стабильности П и П2, и влияния вязкости на второй показатель, определим время достижения показателя П2 величины 0,6, которая составила при температурах для масел:

минерального масла Роснефть М-10 Г2к (рис. 3, а): 180 °C - 34 ч; 170 °C - 67 ч; 160 °C - 138 ч;

частично синтетического Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF (рис. 3, б): 180 °C - 33 ч; 170 °C - 52 ч; 160 °C - больше 130 ч;

синтетического Kixx Gold 10W-40 SJ (рис. 3, в): 200 °C - 53 ч; 190 °C - 86 ч.

п,

в

Рис. 2. Зависимости показателей термоокислительной стабильности от оптической плотности и температуры окисления моторных масел с учетом испаряемости: а - минеральное Роснефть М-10 Г2к; б - частично синтетическое Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF; в - синтетическое Kixx Gold 10W-40 SJ

Если сравнивать эти данные, полученные при том же значении показателя П\, то видно, что для минерального масла эти показатели ниже, а для частично синтетического и синтетического масла они выше. Это обу-

160

словлено тем, что коэффициент относительной вязкости (см. формулу 3) для минерального масла К^ > 1, а для других масел он меньше единицы,

поэтому время достижение показателя П2 = 0,6 уменьшается и наоборот, при К^ < 1 время увеличивается. Поэтому, кинематическая вязкость увеличивает показатель П2 для минерального масла и понижает его для частично синтетического и синтетического масел.

Для оценки влияния кинематической вязкости на показатель термоокислительной стабильности П2 исследованы зависимости его от оптической плотности и температуры окисления (рис. 4, а, б, в). Установлено, что для минерального масла (рис. 4, а) при температурах 180 и 170 °C зависимости П2 = f (D) совпадают, а при 160 °C зависимость ответвляется в сторону увеличения показателя П2 и тем больше, чем больше величина оптической плотности масла. Это связано с тем, что при температуре 160 °C для достижения оптической плотности, например 0,5, требуется увеличить время окисления, при этом вязкость масла увеличивается на большую величину, чем при температурах 170 и 180 °C.

Для частично синтетического масла (рис. 4, б) коэффициент П2 практически не зависит ни от температуры окисления, ни от оптической плотности окисленного масла, что, видимо, связано с наличием двух базовых основ.

Для синтетического масла (рис. 4, в) наблюдается аналогичная картина, что и для минерального масла - с понижением температуры окисления наблюдается ответвление зависимости П2 = f (D) в сторону увеличения показателя П2.

Представленные зависимости П2 = f (D) описывается уравнением второго порядка для масел:

минерального масла Роснефть М-10 Г2к (рис. 4, а): для температур 180 и 170 °C

П2 = 0,0986D2 + 1,2603D; (10)

для температуры 160 °C

П2 = 0,2956D2 + 1,2389D. частично синтетического Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF (рис. 4, б):

П2 = 0,064D2 + 0,938D ; (11)

синтетического Kixx Gold 10W-40 SJ (рис. 4, в): для температуры 200 °C

П2 = -0,1531D2 + 1,3943D + 0,0675; (12)

для температуры 190 °C

П2 = -0,2358D2 + 1,3452D + 0,0675.

Коэффициент корреляции соответственно составил: 0,9995; 0,9993;

0,9964.

Я:

Рис. 3. Зависимости показателя термоокислительной стабильности

и температуры окисления моторных масел с учетом оптической плотности и кинематической вязкости: а - минеральное Роснефть М-10 Г2к; б - частично синтетическое Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF; в - синтетическое Kixx Gold 10W-40 SJ

Второй вариант оценки влияния кинематической вязкости на показатель термоокислительной стабильности предусматривает применение выражения (9), которое определяет отношение количества поглощенной тепловой энергии маслом, выраженное показателем П1 = D + Kg к относительной вязкости (3). Результаты исследования показателя термоокислительной стабильности П3 от времени и температуры окисления

представлены на рис. 5, а, б, в для моторных масел различной базовой основы.

Рис. 4. Зависимости показателя термоокислительной стабильности от оптической плотности и температуры окисления моторных масел с учетом кинематической вязкости: а - минеральное Роснефть

М-10 Г2к; б - частично синтетическое Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF; в - синтетическое Kixx Gold 10W-40 SJ

Для оценки влияние вязкости и температуры на показатель термоокислительной стабильности (П3 = Пх/Kц) исследуем зависимости П3 = f (t)

(рис. 5, а, б, в). Определим время достижения показателя П3 величины 0,6 при разных температурах. Так, для минерального масла (рис. 5, а) время составило: 180 °C - 40 ч; 170 °C - 80 ч; 160 °C > 170 часов; для частично синтетического (рис. 5, б): 180 °C - 26 ч; 170 °C - 38 ч; 160 °C - 82 ч; синтетического (рис. 5, в): 200 °C - 50 часов; 190 °C - 77 ч. Если сравнивать полученные данные с данными по показателям П\ и П2, то видно, что они их превышают для минерального масла (рис. 5, а). Это объясняется увеличением вязкости масла при окислении, которая уменьшает показать П3, а для достижения принятой величины (0,6) время окисления масла увеличивается.

Для частично синтетического масла (рис. 5, б) время достижения показателя П3 = 0,6 по сравнению с показателем П\ уменьшается, что объясняется уменьшением вязкости при окислении этого масла, при этом, время окисления до принятого значения показателя сокращается по срав-

163

нению с показателем П2 при температуре окисления 180 °С с 33 до 26 часов; для температуры 170 °С - с 52 до 38 часов, а для температуры 160 °С -с 130 до 82 часов, что вызвано уменьшением вязкости окисленного масла по сравнению с товарным. При этом увеличивается показатель П3, а время достижения величины 0,6 уменьшается.

Для синтетического масла (рис. 5, в) время достижения показателя П3 = 0,6 по сравнению с показателем П1 для температуры 200 °С она неизменно и равно 50 часов, а для температуры 190 °С она уменьшилось от 82 до 77 часов, а по сравнению с показателем П2 для температуры 200 °С время уменьшилось от 53 до 55 часов, а температуры 190 °С - от 86 часов до 77 часов.

Таким образом, кинематическая вязкость для частично синтетического и синтетического масел увеличивает показатель термоокислительной стабильности за счет ее уменьшения при окислении масел.

Рис. 5. Зависимости показателя термоокислительной стабильности от времени и температуры окисления моторных масел с учетом кинематической вязкости: а - минеральное Роснефть М-10 Г2к; б - частично синтетическое Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF; в - синтетическое Kixx Gold 10W-40 SJ

164

Исследуем зависимость показателя тем окислительной стабильности П3 от оптической плотности исследуемых масел, который учитывает изменение кинематической вязкости и температура окисления (рис. 6, а, б, в). Для минерального масла (рис. 6) зависимости совпадают и не зависят от температуры окисления. Они описываются уравнением второго порядка вида:

П3 = аВ1 + ЪВ + с, (13)

где а, Ъ и с - коэффициенты, характеризующие сопротивляемость масла окислению.

Регрессионное уравнение зависимости П3 = / (В) имеет вид:

П3 =-0,338В1 + 1,171В . (14)

Коэффициент корреляции составил 0,9997.

В данном случае кинематическая вязкость синхронно увеличивается с увеличением температуры окисления и оптической плотности.

Для частично синтетического масла (рис. 6, б) зависимости П3 = /(В) зависят от кинематической вязкости, причем с уменьшением

температуры окисления установлено увеличение показателя П3. Данные зависимости описываются линейными уравнениями для температур:

180 °С П3 = 1,333 • В (15)

170 °С П3 = 1,3667 • В (16)

160 °С П3 = 1,45 • В (17)

Коэффициент корреляции составило 0,9988

Ответвление зависимости П3 = /(В) при понижении температуры окисления связано с уменьшением вязкости окисленного маслом, т.е. при одной и той же величине оптической плотности вязкость масла понижается тем больше, чем ниже температура окисления.

Для синтетического масла (рис. 6, в) в начальный период окисления (В < 0,1) установлено влияние температуры на показатель П3, а при увеличении оптической плотности (В > 0,4) установлено разветвление зависимостей, причем для температуры 190 °С величина показателя П3 уменьшается, а не увеличивается, как в частично синтетическом масле. Это объясняется увеличением кинематической вязкости при температуре 190 °С по сравнению с температурой 100 °С за счет увеличения времени испытания масла.

Регрессионные уравнения зависимостей П3 = / (В) для синтетического масла имеют вид для температур:

100 °С П3 = -0,995В1 +1,195 В + 0,071 (18)

190 °С П3 =-0,786В1 + 1,105В + 0,071 (19)

Коэффициент корреляции составил соответственно 0,9948 и 0,9916.

165

0.1 0.3 0.5 0.7 0.3 „ 0.1 0.3 0.5 0.7 0.3

6

щ

о 2

в

Рис. 6. Зависимости показателя термоокислительной стабильности

от оптической плотности и температуры окисления моторных масел с учетом кинематическая вязкости: а - минеральное Роснефть М-10Г2к; б - частично синтетическое Роснефть Maximum 10W-40 SL/CF; в - синтетическое Kixx Gold 10W-40 SJ

Выводы

1. Предложен вариант определения показателя термоокислительной стабильности, учитывающий тепловую энергию, поглощенную смазочным маслом, в результате которой образуются продукты окисления и испарения, поэтому сумма оптической плотности и коэффициента испаряемости характеризуют термоокислительную стабильность испытуемого масла, что позволяет сравнивать различные масла по этому показателю и контролировать их соответствие группам эксплуатационных свойств.

2. Исследовано два варианта усовершенствования вышеуказанного показателя термоокислительной стабильности путем его умножения или деления на коэффициент относительной вязкости, установлено, что второй вариант более перспективный, т.к. учитывает не только влияние температуры окисления, но и вязкости на величину коэффициента термоокислительной стабильности, и характеризует соотношение между продуктами окисления и испарения и кинематической вязкостью в процессе окисления масел.

Список литературы

1. Пат. № 2408886 РФ, МПК G01N 33/30. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б.И. Ковальский, Ю.Н. Безбородов, А.В. Юдин, Н.Н. Ананьин, Е.Г. Мальцева; опубл.

10.01.2011. Бюл. № 1.

2. Пат. № 2453832 РФ, МПК G01N 25/02. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б.И. Ковальский, Е.Г. Мальцева; Ю.Н. Безбородов, В.С. Янович, А.А. Игнатьев; опубл.

20.06.2012. Бюл. № 17.

3. Пат. № 2485486 РФ, МПК G01N 25/00. Способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов / Б.И. Ковальский, А.В. Юдин, В.С. Янович, М.М. Рунда; опубл. 20.06.2013. Бюл. № 15.

4. Ковальский Б.И., Янович В.С., Петров О.Н., Шрам В.Г. Оптический метод контроля термоокислительной стабильности трансмиссионных масел // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. Вып. 11. С. 302 - 311.

Ковальский Болеслав Иванович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Безбородов Юрий Николаевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, Labsm@,mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Абазин Дмитрий Дмитриевич, канд. техн. наук, проф., [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Петров Олег Николаевич, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа,

Шрам Вячеслав Геннадьевич, канд. техн. наук, доц., Shram18rus@,mail.ru, Россия, Красноярск, Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа

OPTICAL DENSITY AS AN INDICATOR OF THERMOOXIDATIVE STABILITY

OF MOTOR OILS

B.I. Kowalski, U.N. Bezborodov, D.D. Abazin, O.N. Petrov, V.G. Shram

The results of the study of the thermal oxidative stability of motor oils of various base bases in the temperature range from 180 to 160 ° C and synthetic oil from 200 to 180 ° C are presented. An index of thermooxidative stability, taking into account the optical density of oils and volatility, is proposed. The effect of kinematic viscosity on the index of thermoox-idative stability is established, it is shown that the ratio between the index of thermooxidation stability and the relative viscosity depends on the temperature and composition of oxidation products for partially synthetic and synthetic oil.

Key words: optical density, the coefficient of volatility, the coefficient of relative viscosity, the parameters of thermooxidative stability, the oxidation temperature.

Kowalski Boleslav Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, Lahsmamail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

Bezhorodov Yury Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, Lahsma mail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

Ahazin Dmitry Dmitrievich, candidate of technical sciences, professor, Lahsmamail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Institute of Oil and Gas,

Petrov Oleg Nikolayevich, candidate of technical sciences, docent, Pe-trov oleqa mail.ru, Russia, Krasnoyarsk, Siherian Federal University, Institute of Oil and

Gas,

Shram Vyacheslav Gennadevich, candidate of technical sciences, docent, Shram IHrusamail. ru, Russia, Krasnoyarsk, Siherian Federal University, Institute of Oil and

Gas

УДК 621.9.02

МНОГОВЕРШИННАЯ РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА С РЕЖУЩЕЙ КРОМКОЙ, СФОРМИРОВАННОЙ ПО ЛЕКАЛЬНОЙ КРИВОЙ

М.О. Борискина, А.В. Хоменко, С.Я. Хлудов

В данной работе рассмотрена конструкция многовершинной режущей сменной многогранной пластины. Проведен расчет на определение максимальной допустимой глубины резания. Установлено влияние независимых параметров на форму, количество вершин многовершинной режущей пластины и на величину допустимой максимальной глубины резания.

Ключевые слова: многовершинная режущая пластина, форма, глубина резания, радиус, вершина, режущая кромка, положение.

В настоящей работе рассмотрена конструкция сменной многогранной пластины (СМП) с многовершинным исполнением, отличающаяся от круглой пластины тем, что режущая кромка выполнена по лекальной кривой, которая разделяет ее на п вершин радиусом при вершине Я1. Активная часть режущей кромки формируется по дуге окружности с радиусом значительно меньшим, чем у круглой пластины. Режущая кромка, расположенная между двух вершин, выполняет функцию соединения отдельных вершин и в срезании припуска не участвует.

168