Смазочные материалы

Индустриальные масла делят  на четыре группы:

1. для гидравлических систем;
2. для направляющих скольжения;
3. для зубчатых передач;
4. для шпинделей, подшипников и сопряженных с ними соединений.

Специфическими потребительскими свойствами индустриальных масел являются индекс задира, нагрузка сваривания, показатель износа и противоскачковые свойства.

Турбинные масла различаются  по конструкции и мощности смазочных систем турбин: гравитационные (маломощные) и напорные (большой мощности). Турбинное масло подвергается воздействию температур 60-100°С в условиях контакта с кислородом воздуха и водой и в присутствии металлов, катализирующих процесс его окисления. С учетом условий эксплуатации к турбинным маслам предъявляются следующие потребительские требования: стойкость к окислению в условиях контакта с воздухом при температурах 100-120°С; отсутствие склонности к эмульгированию с водой; низкое пенообразование; хорошие смазывающие и противоизносные свойства; низкое кислотное число для свежего масла и в начале работы; большой коксовый остаток; отсутствие механических загрязнений, осадков и шламов; высокая температура вспышки.

Трансмиссионные масла  предназначены для смазывания различного рода механических и гидравлических трансмиссий. Условия работы масел определяются конструкцией агрегата трансмиссий (цилиндрический, конический, спирально-конический и другие агрегаты).

Обозначения моторных, трансмиссионных  и гидравлических масел установлены ГОСТ 17479.1-85, ГОСТ 17479.2-85 и ГОСТ 17479.3-85.

Компрессорные масла, применяемые  в воздушных, газовых, холодильных компрессорах, воздуходувках и вакуумных насосах разного типа и назначения, делятся на три основные группы: для воздушных и газовых компрессоров; для холодильных компрессоров; для вакуумных насосов. Потребительские требования к маслам для воздушных и газовых компрессоров определяются температурой сжимаемости газа, давлением сжатия и чистотой газа. Компрессорное масло должно обладать термической стабильностью, отсутствием склонности к коксообразованию и температурой вспышки на 50° С выше самой высокой рабочей температуры. В масле не должно быть летучих компонентов, а масляный туман должен сразу оседать на стенках цилиндров, в противном случае может произойти взрыв паров масла.

Консервационные масла  применяются для защиты от коррозии и изнашивания металлоизделий, конструкционных материалов, запасных частей, инструментов, аппаратуры и др. Эти масла образуют на поверхности тонкую масляную пленку, защищающую поверхность от внешней среды, а также являются смазочным материалом при переходе от консервации к эксплуатации.

Масла для технологических операций — это смазочный материал, исполняющий роль вспомогательного средства в различных технологических процессах: обработке резанием, пластической и тепловой обработке, для литейных форм, керамических изделий, для производства бетонных изделий и др.

Специальные масла —  это такие виды масел, которые  по своим свойствам приспособлены к выполнению особых определенных функций и практически не применяются в обычных условиях смазки. К этой группе относятся пропиточные масла и масляные растворители, масло для цепей туннельных печей, масло для герметизации скважин, масляные теплоносители и др. Специальное масло получают путем введения в минеральное или синтетическое основное масло специальных присадок.

По специфике эксплуатации различают  рабочие, консервационные и консервационно-рабочие масла.

По условиям применения масла могут  быть летние, зимние, всесезонные, а также для применения в регионах с особыми климатическими условиями, например в северных (арктических).

3. Экологические аспекты использования смазочных масел

Так как  применение смазочных масел составляет всего примерно 1% от общего использования  нефтепродуктов, казалось бы, вопрос их переработки с точки зрения экологии не заслуживает большого внимания. Однако, в связи с тем, что значительная часть отработанных масел попадает в окружающую среду, именно экологические интересы в регенерации и переработке отработанных масел предусматриваются в первую очередь. Как известно, нефтепродукты поддаются медленному биораспаду, а отработанные масла особенно стойкие к этому. Продукты отработанных масел в нормальных условиях испаряются очень медленно, а высокие адгезийные свойства способствуют задержке их в почве.

В водоемах отработанные масла разливаются  по поверхности воды и мешают ее контакту с воздухом, а значительная их часть оседает на дно, формируя осадки, что убивают флору и  фауну водоемов. Исследователями  установлено, что отработанные масла  составляют не менее 50% общих загрязнений  нефтепродуктами.

В отработанных маслах идентифицировано более 140 видов  концентрированных полициклических  углеродов, количество которых увеличивается  по мере эксплуатации масел. Эти канцерогенные  соединения образуются в результате сгорания масла и попадания их в масло из топлива. Согласно расчетам западных экспертов попадание в  водоемы 1 литра масел вызывает отравление до 1 млн литра воды, загрязнение носит долговременный характер.

1. Регенерация отработанных масел

Одним из наиболее перспективных путей поведения  с отработанными маслами есть их регенерация и повторное использование. Регенерация масел – экономично оправданная технология, которая позволяет уменьшить экологические нагрузки для окружающей среды в результате уменьшения количества масел, которое надо утилизировать.

В зависимости  от процесса регенерации получают 2-3 фракции базовых масел, из которых  компаундированием и введением  присадок могут быть приготовлены товарные масла (моторные, трансмиссионные, гидравлические, пластичные смазки).

Одной из проблем, резко снижающей экономическую  эффективность утилизации отработанных моторных масел, являются большие расходы, связанные с их сбором, хранением и транспортировкой к месту переработки.

Для восстановления отработанных масел применяются  разнообразные технологические  операции, основанные на физических, физико-химических и химических процессах и заключаются  в обработке масла с целью  удаления из него продуктов старения и загрязнения. В качестве технологических  процессов обычно соблюдается следующая  последовательность методов: механический, для удаления из масла свободной воды и твердых загрязнений; теплофизический (выпаривание, вакуумная перегонка); физико-химический (коагуляция, адсорбция). Если их недостаточно, используются химические способы регенерации масел, связанные с применением более сложного оборудования и большими затратами.

2. Необходимость разработки экологически безопасных смазочных масел (растительных масел)

Практическое  использование растительных масел  за последние года заметно возросло на объектах экосистем: сельское хозяйство, строительная промышленности, спортивное и медицинское оборудование. Уже сегодня они широко используются для смазки бензопил, моторных лодок, мотоциклов, снегоходов, воздушных компрессоров, наполнения и откачки жидких удобрений с перемещающихся цистерн. У всех этих приборах при работе оборудования не образуется туман со смазочных материалов, который загрязняет атмосферу, а при конденсации – почву и воду. Из соображений экономии энергии и с позиций защиты окружающей природной среды бесспорным и неотложным является переход промышленности на производство смазочных материалов из природных экобезопасных масел, что будет влиять как на уменьшение выбросов в атмосферу СО₂ и оздоровление атмосферы, так и на сбережение почвенных та водных ресурсов.

Учитывая  опыт стран Западной Европы и введение в действие Киотского протокола  с налогообложения нефтепродуктов пропорционально эмиссии СО₂ в атмосферу, разработка биомасел на базе отечественных сортов растительных масел с последующей организацией их производства являются актуальными и на данный момент.

Таким образом, необходимо:

1. Организовать на базе растительных масел производство экологически чистых гидравлических, трансмиссионных, холодильных и моторных масел.
2. Заменить экологически небезопасные масла на нефтяной основе и отказаться от значительной части импорта дорогих смазочных материалов.
3. Улучшить экологическую ситуацию при 2-4-х разовом уменьшению стоимости биомасел относительно аналогичных импортных масел.

4. Пластичные смазки

Основная задача пластичных смазок — снижение коэффициента трения. Меньшее применение имеют пластичные защитные смазки, наносимые на поверхность для защиты от коррозии и для герметизации. Все пластичные смазки должны отличаться высокой прилипаемостью к смазываемой поверхности.

Основным компонентом  пластичных смазок является минеральное  или синтетическое масло различной вязкости. В качестве загустителя используются консистентные углеводороды, а также мыла различных металлов и жирных кислот.

Загуститель образует с  маслом пространственный скелет (рис. 1), в ячейках сетки которого закреплено масло. Перемещение масла ограничено перегородками скелета. Пространственный скелет обычно построен из кристаллических агрегатов с волокнистой нитевидной или шаровидной структурой. Между молекулами в агрегатах и самими агрегатами осуществляется вандерваальсово взаимодействие. Форма агрегатов и особенно форма волокон и их размещение в пространственной структуре определяют механические свойства смазки, так, например, пластичная смазка имеет предел текучести.

Пластичные смазки не деформируются  под действием силы тяжести, а  под действием сдвигающих сил после преодолении предела текучести текут как жидкости. Восстановление пространственной структуры и связанные с этим реологические свойства называются тиксотропными свойствами.

Рис. 81. Структура волокна загустителя смазок

Свойства пластичных смазок оценивают так же, как и свойства других смазочных материалов. Дополнительно (из-за специфики их структуры) определяются коэффициент тиксотропии, предел текучести, температура каплепадения и др., среди которых, например, микробиологическая стойкость, поскольку компоненты пластичных смазок могут быть пищей для бактерий, развитие которых приводит к частичному разрушению или изменению пространственной структуры смазки.

Пластичные смазки классифицируются по основному компоненту (маслу), виду загустителя, назначению (для подшипников качения, скольжения, для передач; канатная смазка, уплотнительная смазка, смазка для газовых кранов, насосная и вакуумная смазка и др.) и особым свойствам (термостойкие, негорючие, стойкие к высокому давлению и др.).

Наибольшее распространение  получили кальциевые смазки (солидол), изготавливающиеся из натуральных животных и растительных жиров или жирных синтетических кислот. В качестве загустителей применяется гидроксид кальция в порошковом виде (сухогашеная известь) или в виде водной взвеси (известковое молоко). Солидол выпускается разной консистенции, что определяет вязкость масла и количество загустителя.

5. Твердые смазочные материалы

Во многих специфических случаях в узлах трения могут применяться только твердые смазочные материалы. К таким случаям относятся, например, следующие условия работы узлов трения: эксплуатация ниже температур застывания масел и смазок; эксплуатация при высоких температурах, при которых смазки разлагаются и испаряются; недопустимость присутствия жидкости; невозможность периодического подвода смазочного материала к поверхностям трения и др.

Природные и искусственные  твердые смазочные материалы  можно разделить на две группы:

1. неорганические — слоистые (графит, дихалькогениды переходных 
   металлов, нитрид бора и др.); неслоистые (хлориды, фториды и иодиды 
   металлов, оксиды и др.); мягкие металлы и их сплавы (Pb, Sn, Cd и др.);
2. органические — полимерные материалы (политетрафторэтилен, по- 
   лиимиды и др.).

Твердые смазочные материалы  применяются в виде покрытий конструкционных материалов и антифрикционных наполнителей в композитах.

Характерная особенность твердых и пластичных смазочных материалов состоит в  том, что эти материалы находятся  в агрегатном состоянии, исключающем, при соблюдении заданных условий  эксплуатации, их вытекание из узла трения. Благодаря этому возможно смазывание негерметизированных узлов  трения, отсутствует необходимость  в непрерывном подводе смазочного материала, а следовательно, и в наличии предназначенных для этого систем и агрегатов. Это обеспечивает получение следующих в сравнении с маслами преимуществ:

1. уменьшение расхода смазочных материалов;
2. упрощение конструкции, а следовательно, повышение надежности и снижение металлоемкости механизма;
3. уменьшение эксплуатационных расходов.

К основным (в сравнении с маслами) недостаткам, характерным в различной степени  для большинства смазок, относят: отсутствие отвода теплоты от поверхностей трения, худшую физическую и химическую стабильность, а также большую  разницу в величинах коэффициентов  трения покоя и движения.