CC BY
741
УДК 665.7.038.5
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ПРИСАДОК К МАСЛАМ ДЛЯ ПРОДЛЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ УЗЛОВ ТРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА
Муравьев Игорь Борисович, аспирант кафедры технологии, конструирования и экспертизы изделий, migor475@mail.ru.
ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»,
г. Москва
MODERN OIL ADDITIVES USE TO ENLARGE LIFE TIME OF COMMUNAL SERVICE PROCESS ENVIRONMENT FRICTION JOINTS
Muravyev I.B.
В статье представлен обзор основных присадок к смазочным материалам, использующихся на отечественном и зарубежных рынках. Раскрыто их функциональное значение в улучшении смазочных свойств базовых масел. Проведен анализ имеющихся присадок по их целевому назначению. Представлен процесс создания, развития и применения присадок в современных машинах. Объяснено значение, указаны перспективные аспекты возможного использования каскадных пакетов присадок.
Ключевые слова: смазочные материалы, масла, присадки, триботехника.
The article gives the review of the main lubricating oil additives used on the Russian and foreign markets. The article reveals their functional role in base oil lubricating qualities improvement. The author analyzes available additives according to their purposiveness. The process of additive making, development and use in today’s machines is presented. The author explains the significance and indicates the promising aspects of cascaded additives package possible use.
Key words: lubricating oil, oils, additives, triboengineering.
До начала 30-х годов прошлого столетия в узлах трения технологического оборудования и механизмах машин применялись смазочные масла без присадок. Практика показала, что срок пригодности смазочных масел составлял примерно 850 км, а через каждые 1500 км механизмы требовали разборку для чистки частей механизмов от шламов, нагара, других загрязнений. Активное развитие машиностроения и повышение требований к качеству смазочных масел ускорило стремительное развитие работ по формированию и использованию в смазочных маслах присадок различного функционального направления. Полученные в период между первой и второй мировыми войнами результаты по исследованию и разработке присадок активно продолжились в дальнейшем. Поиски эффективных присадок к смазочным маслам проводятся и сегодня [2].
Под присадками понимаются вещества, улучшающие качество природных свойств базовых смазочных масел или дающие им требуемые новые свойства, если они к смазочным маслам добавлены в нужном количестве и оптимальной комбинации.
Необходимо подчеркнуть, что передозировка присадок к смазочным маслам или их неэффективное сочетание ведет к отрицательным результатам.
Присадки можно классифицировать:
1) по функциональному действию (моющие, антидетонационные, антиокислительные, диспергирующие);
2) по механизму действия (химический, физический, объемный, поверхностный);
3) по видам нефтепродуктов, для которых они предназначены (масла, топлива и других).
Сегодня экономически выгодный путь повышения срока службы узлов трения требует все более улучшающих смазочных свойств, получаемых путем включения в базовые масла антифрикционных, противозадирных и противоизносных присадок. Введение указанных выше присадок в базовые масла дают возможность выполнить два главных требования техники:
1) экономия топлива, т.к. в итоге более 25% энергии, производимой в промышленных странах, в основном расходуется на трение;
2) увеличение срока службы механизмов машин.
Доля вводимых присадок в смазочные масла может составлять от одного до тридцати процентов готового масла. Все присадки к смазочным маслам оказывают многообразное влияние на их качество, большая часть присадок многофункциональны. Отдельные присадки, вводимые в смазочные масла, имеют негативные побочные эффекты, но с ними приходится мириться, т.к. положительный эффект от них многократно превосходит недостатки.
Как правило, состав присадок к современным маслам зависит от их функционального предназначения:
1. Диспергирующие присадки к масляной основе - являются основными элементами в композициях присадок. Доля данных присадок составляет половину от всех имеющихся присадок в смазочном масле. Они увеличивают дисперсность (от лат. ^регао - рассеяние) попадающих в смазочные масла нерастворимых загрязнений, позволяют стабилизировать образующуюся суспензию. Поверхность деталей двигателя предохраняется от отложений нерастворимых загрязнений (продукты неполного сгорания топлива, частицы нагара и другие вещества) в диспергированном масле, которое не
позволяет образовываться осадку из данных компонентов. Для приобретения перечисленных качеств в смазочные масла добавляют присадки-дисперсанты, которые создают возможность образования оболочки вокруг частиц загрязнений. Диспергирующие присадки сходны по строению с моющими присадками, но, чаще всего, не содержат металлы и являются беззольными. Следовательно, эти присадки одновременно могут обладать двумя свойствами: диспергирующими и моющими. Во время работы двигателя диспергирующая способность смазочного масла, как правило, снижается [3]. В России сегодня применяются следующие отечественные и импортные диспергирующие присадки: Dodiflow 5416, КегоАих 3501, ТпАпеиш И.442, WFY 012-1-WFY 015-1 и др.
2. Моющие присадки (детергенты) к смазочным маслам добавляются с целью предупреждения образования лакообразных отложений или нагара на наиболее нагревающихся деталях. Моющие присадки придают способность маслу очищать элементы двигателя от различного нагара, лакообразных отложений и других загрязнений. Эти свойства обеспечиваются путем введения моющих присадок, которые содержат поверхностно-активные вещества (ПАВ), способные смывать частички отложений с деталей и переносить их в масло. На рынке представлены следующие отечественные и импортные детергенты: Лубризол 65, Паранокс 24,51, Лубризол 74 или С-300Е, М-300 Е, Олоа 219 или Паранокс 52, АС-60С, Олоа 3400.
3. Загущающие (или вязкостные) присадки к маслам добавляются с целью улучшения вязкостно-температурных характеристик смазочных масел. Это макрополимеры, которые имеют переменную растворимость в смазочном масле при различных температурах, увеличивают вязкость, понижают степень ее трансформации при изменениях температуры в широком диапазоне. Они позволяют создавать энергосберегающие масла на маловязких основах, тем самым обеспечивая экономию топлива [4]. Присадки, улучшающие индекс вязкости следующие: КП-5, КП-10, КП-20, ПМА «В-1», ПМА «В-2», ИХП-234, Атапол, Дизакрил, ВИНИПОЛ ВБ, ЛУКОЙЛ-4141, WFY 016-1 (ТБШ5) - WFY 020 А-4 и другие [1].
4. Депрессорные присадки в смазочных маслах способствуют понижению
температуры застывания масляной основы, мешают формированию кристаллов парафина в смазочных маслах при низкой температуре. Среди них чаще всего применяются следующие отечественные депрессорные присадки: АзНИИ-ЦИАТИМ-1, АФК,
Депрессатор АзНИИ, ПМА «Д», Депресал; и зарубежные: WFY 011 А - WFY 011 - 4.
5. Противопенные присадки в смазочных маслах уменьшают склонность его к образованию стойкой пены за счет снижения поверхностного напряжения масла. Например, антипенная присадка ПМС-200А.
6. Противоизносные присадки в смазочных маслах не позволяют изнашиваться поверхности трения элементов двигателя. Эти присадки были одними из первых, которые стали применяться в базовых маслах. Противоизносные присадки образуют пленку на смазываемых поверхностях, устраняя прямое трение металлических поверхностей, тем самым улучшая противоизносные свойства смазочного масла, а также его способность уменьшать механический и коррозионный износ деталей. Эти присадки модифицируют поверхность металла, создавая на ней тонкую пленку, благодаря которой и совершается скольжение.
7. Противозадирные присадки к смазочным маслам - это разновидность
противоизносных присадок, которые используются при высоких температурах и нагрузках. Уменьшение поверхностного разрушения при повреждаемости металлов происходит путем схватывания (задир). Данные присадки образуют химическую пленку на смазываемых ими металлических поверхностях, в результате чего эффективно предотвращают задиры. Противозадирные и противоизносные присадки уменьшают износ и трение. В России сегодня используются следующие отечественные и зарубежные противоизносные и противозадирные присадки: АБЭС, КИНХ-2, ЛЗ-23К, ОТП, Хлорэф-40, ЭФО, ЛЗ-309/2, ЛЗ-301, ЛЗ-23М, ЛЗ-26МО, ЛЗ-318, ВИР-1, ИХП-14А, МИКС, ТЭФ-3, ВИГОС, МОД, 021-1 - ^У 033-3 [1].
8. Антиокислительные присадки вводят в масляную основу с целью снижения скорости процесса окисления основы и скорости увеличения количества продуктов глубокого окисления в смазочном масле. Данная реакция окисления носит цепной характер, при котором начинающееся окисление и посторонние включения, находящиеся в масле, активизируют дальнейшее его окисление. При этом металлические поверхности выступают в роли катализатора. Имеющиеся антиокислительные присадки уменьшают процесс окисления и не дают проявиться каталитическому эффекту металлических поверхностей, кроме того, способствуют стойкости масла к потере его свойств и, соответственно, к его старению. Для данного процесса вводят антиокислительные присадки, которые защищают масляную основу от воздействия кислорода воздуха, ограничивая действие реакции окисления. Однако жесткие условия использования масел сегодня не дают возможности предотвратить его окисление. После отработки антиокислительных присадок увеличивается коррозионная активность, склонность к
образованию отложений, начинается рост вязкости масла и т.д. На рынке представлены следующие отечественные и зарубежные антиокислительные присадки: Ионол
технический, Агидол -2 (марки а, б), Вниинп-354, ДФ-11, Инхп-21, Ихп-21, Касп-13, Мниип-22к, ДФ-1, Борин, Скиф-1, Фосан, Дфб, А-22, Букс, Иноксил, Дат, WFY 001-1 -010-4.
9. Антикоррозионные присадки к смазочным маслам необходимы для деталей из сплавов цветных металлов с целью защиты от коррозии. Они образуют на металлических поверхностях пленки, которые препятствуют прямому контакту со смазочным маслом, тем самым предотвращая их коррозию. Масла без присадок могут обладать коррелирующими свойствами. Также в этом случаи накапливают в своем объеме продукты коррозии. Для снижения такого отрицательного действия масел применяют антикоррозийные присадки. Следует отметить, что антикоррозионными свойствами обладают и некоторые антиокислительные присадки, например, ДФ-11, которая в своей молекуле содержит и серу, и фосфор. Ниже представлены некоторые присадки с антикоррозийным свойством: АКОР-1, СИМ, АЛОП, ВСП, КП, КП-2, МКД, СДМ, Бетол-1, Ризол.
10. Антифрикционные присадки к маслам или модификаторы трения способствуют экономии топлива с помощью понижения мощности трения, обеспечивают увеличение КПД двигателя. Данные присадки появились одни из первых. Они были изобретены учеными из оборонной промышленности и изначально имели узкую направленность -создать временную сохранность подвижности механизмов военной техники в случае тяжелого повреждения масляной системы. На рынке России можно выделить следующие антифрикционные присадки: АДТФ, БМА-5, ВНИИНП-715, МК, ТИОМОЛ-С, АТФ, МДТ, ЭКОМИН-С, ИХП-14М, ТОС, ВИГОС, МКФ-18, МКФ-18Х, ЛКФ-85.
Процесс создания присадок, развитие и применение их в смазочных маслах различного функционального назначения в прошлом веке изображен на рисунке 1. Основные характеристики, имеющихся на рынке присадок, представлены в таблице 1.
Пакеты
Диспергирующие
Многофункциональные
Противоизносные
Моющие
Антиржавейные Антикоррозийные Антиокислительные Депрессорные Противозадирные Антифрикционные Базовые масла
191G 192G 193G 194G 195G 196G 197G 198G 199G 2GGG 2G1G
Годы
Рисунок 1 - Применение в маслах присадок различного функционального назначения
с 1910 по 2012 годы
Таблица 1 - Основные характеристики применяемых присадок
Присадки Назначение Химические соединения (условные обозначения)
Диспергирующие (дисперанты) Расщепление загрязнений и удержание их во взвешенном состоянии Моно- и бисукцинимиды, эфиры янтарной кислоты, днепрол и другие
Моющие (детергенты) Уменьшение и предотвращение образования высокотемпературных отложений Сульфонаты, феноляты, салицилаты различных металлов (кальция, бария, магния и других) (МАСК, АСК, ПМС «А», С-150, АСБ и другие)
Вязкостные (загущающие) Уменьшение степени снижения вязкости масла с ростом температуры Полиизобутилен, сополимеры олефинов, полиметакрилат, винипол, сополимеры (КП-10, ПМА «В-1», «В-2» и другие)
Депрессорные Понижение температуры застывания масла Полиметакрилат, кальциевая соль алкилфенола, бариевая соль бисульфидалкилфенола (ПМА «Д», АзНИИ-ЦИАТИМ-1 и другие)
Противопенные Предотвращение вспенивания масла Силоксаны (ПМС 200А и другие)
Противоизносные и противозадирные Повышение окислительной устойчивости масел Дитиофосфаты металлов, сульфиды (дисульфиды) и их производные, фосфаты, эфиры трихлорметилфосфоновой кислоты (АБЭС, КИНХ-2, ЛЗ-23к, ОТП, хлорэф-40, фриктол и другие)
Антиокислительные Повышение окислительной устойчивости масел Тиофенолы, ароматические и алифатические амины, дитиофосфаты и дитиокарбаматы различных металлов (цинка, бария, сурьмы и других) (ионол, агидол-2, ИХП-21, ВНИИНП-354 и другие)
Защитные (ингибиторы коррозии) Предотвращение коррозии черных металлов Нитрованные масла, сукцинимид мочевины (АКОР-1, СИМ, НГ-107 и другие)
Антифрикционные Улучшение смазочных свойств масла Металлические мыла, дитиофосфаты и дитиокарбоматы молибдена и их производные, дисульфид молибдена, графит (МКФ-18, ПАФ-4, фриктол и другие)
Отдельно существуют дополнительные составы, предназначенные для увеличения ресурса, снижения трения и повышения КПД смазываемых узлов и агрегатов.
Условно эти составы можно разделить на следующие типы по составу и принципу действия.
1. Порошковые:
1) слоистые модификаторы трения,
2) геомодификаторы (фуллерены),
3) оксиды мягких металлов.
2. Металлоплакирующие (реметаллизанты).
3. Химические соединения.
4. РТББ (политетрафторэтилены).
5. Жидкие кристаллы.
6. Жидкие магниты (анамегаторы).
7. Эпиламы.
Сегодня современные присадки являются сбалансированными пакетами смеси присадок разнообразного функционального назначения и могут включать в себя до 20 компонентов [5].
Применение таких пакетов при создании смазочных масел упрощает дозировку компонентов, способствует сокращению числа технологических операций, создает подходящие условия для обеспечения стабильного качества товарной продукции с минимальными затратами и автоматизации производства.
В настоящее время до 75% присадок, производимых главными зарубежными фирмами, выпускается в виде пакетов.
Принцип создания смазочных композиций в последние годы развивался за счет использования так называемых каскадных пакетов присадок. Принцип каскадности реализуется с применением в композициях базового пакета присадок, который содержит заданный набор присадок в наилучшем соотношении, и бустеров (присадок с усиливающим эффектом). Их применение в требуемых концентрациях в базовых маслах позволяет производить композиции смазочных масел с необходимым набором свойств.
Отечественный рынок в настоящее время предлагает следующие пакеты присадок: СамОйл 7311 (марки А, В), СамОйл 7321, И-10, ВДС-941Н, К-47, К-48, ЛУКОЙЛ-8141, ЛУКОЙЛ-8141 А, ЛУКОЙЛ-8241, ЛУКОЙЛ-8241 А, К-471, К-483, К-484 [1].
Исходя из вышеизложенного, можно утверждать, что масляная основа независимо от ее качества сама по себе не может удовлетворять жестким рабочим условиям
(повышение температуры, нагрузки, скорости перемещения, ресурса работы и т.д.), существующим в современных машинах. В связи с этим, производители, специалисты известных фирм смазочных материалов, ученые, а также широкий круг потребителей все больше и больше будут проявлять интерес к проблемам укрепления и дополнения основных свойств смазочных материалов путем добавления других веществ для придания особых характеристик либо для подавления или устранения нежелательных свойств за счет введения различного рода присадок. В перспективе в качестве присадок все чаще будут использоваться комплексные препараты в виде каскадных пакетов.
Литература
1. Ассортимент отечественных присадок [Электронный ресурс] Ц^:
http://www.akpr.ru/rep.php?id=498. (Дата обращения: 05.10.2012).
2. Гнатченко И.И., Бородин В. А., Репников В.Р. Автомобильные масла, смазки и присадки. М.: АСТ, 2000. 268 с.
3. Данилов А.М. Применение присадок в топливах. СПб.: Химиздат, 2010. 307 с.
4. Троицкий С.Н. Топлива, смазочные материалы и технические жидкости для строительных машин. М.: АСВ, 2010. 73 с.
5. Школьников В.М. (ред.). Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. СПб.: Химия, 1989. 294 с.
