Изменение свойств моторных масел путем добавления присадок

Моторное масло – это не только смазочный материал для поршневых двигателей внутреннего сгорания. Это важный элемент их конструкции. Трибологическим свойствам моторных масел придается большое значение. Современные моторные масла – это высоколегированные смазочные материалы очень сложного, тщательно разработанного и сбалансированного состава. Их основой являются минеральные, полусинтетические и синтетические базовые масла. Нефтяные и синтетические базовые масла обладают различными смазывающими свойствами, что определяется различием вязкостно- температурных и поверхностных свойств и влияет на способность формирования смазочных слоев на контактирующих поверхностях трения.

Смазочные свойства [1] являются важнейшей характеристикой масел. Оценка уровня смазочных   свойств   масла   проводится   экспериментально   и   включает   оценку      их противозадирных свойств, т.е. способности предохранять от заедания и катастрофического изнашивания при высоких нагрузках, противоизносных [2] свойств, т.е. способности снижать износ при умеренных нагрузках, а также антифрикционных свойств масел – их способности снижать трение при граничной смазке. Оптимизация смазочных свойств масел осуществляется, главным образом, путем введения в композицию присадок различного назначения. Суммарное содержание этих компонентов составляет 15-18% [3] и более, от базового масла. Чтобы представить, насколько важна роль масла, перечислим его основные функции:

  • обеспечить чистоту деталей двигателя, за счет высоких моющих, диспергирующе- стабилизирующих и солюбилизирующих свойств по отношению к различным нерастворимым загрязнениям;
  • способствовать легкому холодному пуску двигателя, обеспечивать хорошую прокачиваемость при холодном пуске и надежное смазывание в экстремальных условиях при высоких нагрузках и температуре окружающей среды за счет оптимальных вязкостно- температурных свойств и низкой температуры застывания;
  • отводить тепло от нагретых деталей двигателя, обеспечивать надежную работу двигателя при высоких температурах в зоне цилиндропоршневой группы и в зоне картера за счет высокой термической и термоокислительной стабильности;
  • обеспечивать надежную смазку деталей двигателя при любых режимах его работы за счет высоких антифрикционных, противоизносных и противозадирных свойств;
  • нейтрализация коррозионно-агрессивных компонентов, накапливающихся в процессе эксплуатации двигателя (продукты неполного сгорания топлива, а также воздействия кислорода воздуха и воды на материал деталей двигателя) за счет высоких антикоррозионных и защитных свойств.

При этом масла должны обладать:

  • стойкостью к старению;
  • высокой физической и химической стабильностью при транспортировании и хранении;
  • отсутствием коррозионного воздействия на материалы деталей двигателя как в процессе работы, так и при длительных перерывах;
  • совместимостью с материалами уплотнений и катализаторами системы нейтрализации отработавших газов;
  • малой летучестью, низким расходом на угар (экологичность);
  • малой вспениваемостью при высокой и низкой температурах;
  • энергосберегающими свойствами;
  • низкой токсичностью;
  • биоразлагаемостью [4].

Для реализации всех этих свойств в базовую основу добавляют присадки и антифрикционные добавки. Присадки - синтетические химические соединения, вводимые в базовое масло для придания необходимых эксплуатационных свойств. Практически все моторные масла выпускают с присадками, их число достигает до 8 различных соединений. Почти все присадки, как одиночные, так и пакеты, поставляются на маслосмесительные заводы в виде растворов присадок в масле, содержащих около 50% активного вещества. На рынок чаще всего поставляют композиции присадок – пакеты (additive package). Это пакеты строго определенного состава, предназначенные для масла конкретного назначения и класса качества.

Очень важно соблюдение правильной технологии смешения присадок и базового масла (температуры, давления подачи сырьевых потоков, режима перемешивания, отбора контрольных проб и т.д.). Именно от этого зависит коллоидная стабильность полученного масла, которая будет определять работоспособность пакета присадок при эксплуатации. В процессе работы механизмов происходят физические и химические изменения масел, т.е. их состав и свойства. Для предотвращения подобных изменений вводят специальные вещества и их композиции. Органические маслорастворимые продукты называют ПРИСАДКАМИ, они составляют самую распространенную группу добавок к маслам. Твердые нерастворимые вещества, как правило, неорганического происхождения, называют АНТИФРИКЦИОННЫМИ ДОБАВКАМИ [5].

Все большее распространение получают маслорастворимые ПАВ [6] (поверхностно- активные вещества) содержащие легирующие элементы: медь, никель, кобальт, хром и чаще всего молибден. Такие присадки получили название МОДИФИКАТОРЫ ТРЕНИЯ. Они создают на поверхности металла многослойные адсорбционно-хемосорбционные пленки с внедрением легирующих металлов в поверхность зоны трения. В качестве присадок используют около 100 органических соединений. С помощью присадок можно повысить:

  1. устойчивость масел к окислению;
  2. значение их вязкости и уменьшить зависимость вязкости от температуры;
  3. повысить температуру застывания (изменить текучесть) ;
  4. повысить смазочную способность;
  5. уменьшить коррозию металлических поверхностей;
  6. снизить отложение нагаров на деталях двигателей. При производстве моторных масел используют:
  7. Моющие присадки (детергенты). Детергенты по составу это сульфонаты, феноляты, салицилаты кальция, бария, магния и других металлов. Они придают маслам зольность. Зола – это неорганический остаток, образующийся после сгорания масла. Ее избыток очень не желателен, т.к. является абразивным материалом. Многие детергенты придают маслу способность нейтрализовать кислоты. Такие детергенты называют щелочными. Предотвращают коррозионный износ деталей двигателя.
  8. Диспергирующие присадки (дисперсанты) используют для повышения коллоидной стабильности масла. Предотвращает повышенное осадкообразование на рабочих поверхностях и в смазочной системе ДВС. А также предотвращает рост вязкости масла при накоплении в нем сажи от неполного сгорания топлива.
  9. Антиокислители стабилизируют химический состав масла в особенности при высоких температурах (тормозят окисление масла кислородом воздуха). При рациональном сочетании детергентов и антиокислителей удается значительно замедлить рост вязкости масла, увеличить срок его бессменной работы.
  10. Противоизносные и противозадирные предназначены для улучшения смазывающих свойств масел. Предотвращают быстрое изнашивание трущихся деталей двигателей путем химического взаимодействия с поверхностями металлов и образования пленок, препятствующих контакту металла с металлом, образованию рисок, натиров.
  11. Антифрикционные (модификаторы трения) уменьшают коэффициент трения при граничном режиме смазки и этим повышают механический КПД двигателей.
  12. Загущающие (модификаторы вязкости) используются для регулирования соотношения уровней вязкости массы при низких и высоких температурах.
  13. Антикоррозионные присадки [7] предотвращают повышенную коррозию (коррозионное изнашивание) деталей из цветных металлов и их сплавов, на основе меди, свинца, олова. Образовывают прочные защитные пленки на вкладышах подшипников, втулках и других деталях.
  14. Депрессорные, снижают температуру застывания масел и увеличивают их подвижность (текучесть) при отрицательных температурах.
  15. Противопенные, снижают склонность масел к пенообразованию в особенности при аэрации в процессе эксплуатации. Проблема вспениваемости масла приобрела особое значение, в связи с применением дизельных масел в качестве рабочего тела в системах вспрыскивания топлива под высоким давлением с помощью гидравлических насос- форсунок.
  16. Ингибиторы коррозии предохраняют металл от атмосферной коррозии, инициируемой влагой.

Моторные масла должны обеспечивать снижение износа и трения трущихся сопряжений, а также осуществлять уплотнение зазоров между контактирующими деталями. Единого моторного масла удовлетворяющего всем условиям эксплуатации двигателей различных типов и назначения не существует. Обеспечение надежной работы двигателя и уменьшения отрицательного влияния на окружающую среду достигается за счет оптимизации состава моторных масел, сочетания базового масла и пакета присадок. 

 

Литература

  1. Картошкин А.П., Манджиев Ш.Т. Дозированный ввод присадок в регенерируемые масла//Теория и практика повышения качества и рационального использования масел, смазочных материалов и технических жидкостей//Сборник трудов конференции. СПб.: Академия Прикладных Исследований, 2007. - С.204-209.
  2. Папок К.К. Химмотология топлив и смазочных масел. М.: Воениздат, -С. 192.
  3. Папок К.К. Рагозин Н.А. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостям. М.: Химия, 1975- 392 с.
  4. Трение, изнашивание и смазка// Справочник М. 1978.- 399 с.
  5. Григорьев, М.А. Обеспечение надежности двигателей/ М.А. Григорьев, В.А. Долецкий. - М.: Изд. стандартов, 1978. - 324 с.
  6. ASTM-Standart on Petroleum Products. Philadelphia, 1966. - 108 p.
  7. Аронов Д.М., Максимов Е.М. Влияние эксплуатационных режимов работы автомобиля на изменение физико-химических свойств работавших масел.//В кн.: Эксплуатация - технические свойства и применение автомобильных топлив, смазочных материалов и спецжидкостей, 1986. —вып. 5.-С. 194-205.

 

Фамилия автора: Радионов А.А.
Год: 2011
Город: Алматы