Пластичные смазки для автомобилей
Автомобильные пластичные смазки
2. Назначение, состав и получение пластичных смазок
Пластичные смазки предназначены для применения в узлах трения, где масло не удерживается или невозможно обеспечить непрерывное пополнение его запаса.
Пластичные (консистентные) смазки — особый класс смазочных материалов, которые получают загущением смазочных масел (дисперсионная среда) твердыми веществами (дисперсионная фаза). В этой системе твердая фаза (загуститель) образует структурный каркас, который удерживает в своих ячейках жидкую дисперсионную среду. В качестве такого структурного каркаса используются жирные соли мягких металлов.
3. Но могут применяться и мыло, парафин или пигмент. Название металла, как правило, переносят на саму смазку — натриевая, кальциевая, литиевая, бариевая, магниевая, цинковая, стронциевая и т. д.
Если на долю дисперсионной среды (масло) приходится основная масса (70—95 %), то дисперсионная фаза (загуститель) составляет 5—30 %.
При заданных условиях такая смазка находится в пластичном мазеобразном состоянии. При достижении определенной температуры предела пластичная смазка плавится и расслаивается.
Пластичные смазки не стекают с наклонных и вертикальных поверхностей и удерживаются в узлах трения при действии высоких нагрузок и инерционных сил.
4. Пластичные смазки нашли широкое применение в качестве защитных, герметизирующих, антифрикционных и противоизносных материалов.
На долю дисперсной среды в пластичных смазках приходится 70—95 % массы, как правило, это минеральные масла. Для получения большего интервала рабочих температур используют такие синтетические жидкости, как силиконы и диэфиры.
Кроме дисперсионной среды и загустителя смазки могут содержать стабилизаторы и модификаторы коллоидной структуры, присадки и наполнители для придания или улучшения функциональных свойств, а также красители. Действие смазки гораздо сложнее, чем масла. Поэтому для грамотного выбора того или иного состава необходимо знать его свойства.
5.Эксплуатационные свойства пластичных смазок. Температура каплепадения
В пластичной смазке при нагревании происходит необратимый процесс разрушения кристаллического каркаса, и смазка становится текучей. Переход из пластичного состояния в жидкое условно выражают температурой каплепадения, т. е. температурой, при которой из стандартного прибора при нагревании падает первая капля смазки. Температура каплепадения смазок зависит от вида загустителя и его концентрации.
6. По температуре каплепадения смазки делят на тугоплавкие (Т), среднеплавкие (С) и низкоплавкие (Н). Тугоплавкие смазки имеют температуру каплепадения выше 100 °С; низкоплавкие — до 65 °С. Во избежание вытекания смазки из узла трения температура каплепадения должна превышать температуру рабочего узла на 15—20 °С.
7. Механические свойства
Механические свойства смазок характеризуются пределом прочности смазок при сдвиге и пенетрацией.
Предел прочности — это минимальное удельное напряжение, которое нужно приложить к смазке, чтобы изменить ее форму и сдвинуть один слой смазки относительно другого. При меньших нагрузках пластичные смазки сохраняют свою внутреннюю структуру и упруго деформируются подобно твердым телам, а при больших давлениях структура разрушается, и смазка ведет себя как вязкая жидкость.
8. Предел прочности зависит от температуры смазки — с повышением температуры он уменьшается. Этот показатель характеризует способность смазки удерживаться в узлах трения, противостоять сбросу под влиянием инерционных сил. Для рабочих температур предел прочности не должен быть ниже 300—500 Па.
Пенетрация — условный показатель механических свойств смазок, численно равный глубине погружения в них конуса стандартного прибора за 5 с. Пенетрация — показатель условный, не имеющий физического смысла, и не определяет поведение смазок в эксплуатации.
9. В то же время, так как этот показатель быстро определяется, им пользуются в производственных условиях для оценки идентичности рецептуры и соблюдения технологии изготовления смазок.
Число пенетрации характеризует густоту смазок и колеблется от 170 до 420.
10. Эффективная вязкость
Вязкость смазки при одной и той же температуре может иметь различное значение, которое зависит от скорости перемещения слоев относительно друг друга. С увеличением скорости перемещения вязкость уменьшается, так как частицы загустителя ориентируются по ходу движения и оказывают меньшее сопротивление скольжению. Увеличение концентрации и степени дисперсности загустителя приводят к увеличению вязкости смазки. Вязкость смазки зависит от вязкости дисперсной среды и технологии приготовления смазки.
11. Вязкость смазки при определенной температуре и скорости перемещения называется эффективной вязкостью и рассчитывается по формуле
ηэф = τ/D
где т — напряжение сдвига; D — градиент скорости сдвига.
Показатель вязкости имеет большое практическое значение. Он определяет возможность подачи смазок и заправки в узлы трения с помощью различных заправочных устройств. Вязкость смазки определяет также расход энергии на ее перекачку при перемещении смазанных деталей.
12. Коллоидная стабильность
Коллоидная стабильность — это способность смазки сопротивляться расслаиванию.
Коллоидная стабильность зависит от структурного каркаса смазки, который характеризуется размерами, формой и прочностью связей структурных элементов. Следовательно, на коллоидную стабильность оказывает влияние вязкость дисперсной среды: чем выше вязкость масла, тем труднее ему вытекать.
Выделение масла из смазки увеличивается с повышением температуры, увеличением давления под действием центробежных сил.
13. Сильное выделение масла недопустимо, так как смазка может ухудшить или потерять полностью свои смазочные свойства. Для оценки коллоидной стабильности используют различные приборы, способные выпрессовывать масло под действием нагрузки.
Водостойкость
Водостойкость — это способность смазки противостоять размыву водой. Растворимость смазки в воде зависит от природы загустителя. Наилучшей водостойкостью обладают парафиновые, кальциевые и литиевые смазки. Натриевые и калиевые — водорастворимые смазки.
14. Классификация, применение и обозначения пластичных смазок
Пластичные смазки подразделяются на четыре группы:
— антифрикционные — для снижения износа и трения скольжения сопрягаемых деталей;
— консервационные — для предотвращения коррозии при хранении, транспортировке и эксплуатации;
— канатные — для предотвращения коррозии и износа стальных канатов;
— уплотнительные — для герметизации зазоров, облегчения сборки и разборки арматуры, манжет, резьбовых, разъемных и любых подвижных соединений.
15. Антифрикционные смазки являются самой многочисленной группой пластических смазок и делятся на следующие подгруппы:
С — общего назначения;
О — для повышенной температуры;
М — многоцелевые;
Ж — термостойкие (узлы трения с рабочей температурой >150 °С);
Н — низкостойкие (узлы трения с рабочей температурой
Дата добавления: 2016-04-22 ; просмотров: 8550 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Пластичные смазки: свойства и классификация
К категории смазочных материалов относятся моторные и трансмиссионные масла, различные жидкости на основе нефтепродуктов и пластичные смазки.
Смазочные материалы — это неотъемлемый компонент практически любого механизма. Помимо основной функции смазки поверхностей деталей, подверженных трению, они выполняют множество других функций, в том числе герметизации, антикоррозийной защиты, охлаждения, защиты от ударной нагрузки.
Состав
Если машинные масла — это двухкомпонентный состав на основе минерального или синтетического базового масла с добавлением пакета присадок, то пластичные смазки есть не что иное, как трехкомпонентный состав, состоящий из базового масла, пакета присадок и самого главного компонента — загустителя, который формирует пластичную структуру.
Производство
Пластичные смазки изготавливаются из 3 компонентов — базового масла, присадок и загустителя. В качестве базового масла применяются синтетические или минеральные с различной вязкости.
В качестве присадок используют стандартные присадки и модификаторы трения:
В качестве загустителя используется два вида компонентов:
Степень густоты загустителя регулируется добавлением модификатора структуры — специального компонента, позволяющего делать загуститель более густым или более жидким. Все основные свойства смазки — степень адгезии, температурная стойкость, стойкость к вымыванию водой, механическая стабильность, определяются именно свойствами загустителя. Не важно, какое базовое масло использовано в смазке, важно на основе какого загустителя она изготовлена. Именно этот показатель определяет применение той или иной смазки.
Свойства
Основная функция пластичной смазки, хоть далеко и не единственная, заключается в снижении трения между поверхностями деталей, соприкасающихся между собой в процессе работы механизма. В этом смысле пластичная смазка похожа на масло.
Однако у пластичной смазки есть одна особенность — это принцип ее работы, основанный на свойствах загустителя впитывать базовое масло в состоянии покоя, и выделять его из своей структуры при механическом воздействии.
Принцип работы пластичной смазки напрямую зависит от того, какой загуститель применялся производителем при производстве той или иной пластичной смазки.
Когда пластичная смазка закладывается в узел трения, например в подшипник, на направляющую или какую-либо другую поверхность, то смазывает не сама пластичная смазка, а смазывает базовой масло, которое выступает из ее структуры. При работе узла, в который нанесена пластичная смазка, внутри него возникает механические нагрузки. Например, внутри подшипника при его вращении ролики или шарики прокатываются по телам качения, соответственно, смазка подвергается механическому воздействию.
Как следствие, загуститель расширяется и из его пор выделяется базовое масло, которое непосредственно смазывает поверхность. Как только подшипник перестает вращаться, загуститель снова впитывает в себя базовое масло.
Принцип действия загустителя похож на принцип действия губки, при надавливании на которую из ее структуры выступает вода, а если ее отпустить, то она снова впитает воду.
Применение
Пластичные смазки многофункциональны, однако можно выделить 5 основных:
К преимуществам можно отнести характеристики:
Виды пластичных смазок
От содержащихся компонентов, разделяются на несколько типов:
Пластичные смазки, в силу своих особенностей, применяются там, где применение обычных масел невозможно.
Отличаясь простотой, они выполняют множество функций, недоступных для обычных смазочных масел. Данный тип смазочных материалов можно по праву отнести к универсальным.
Пластичные смазки: ассортимент и применение
Пластичные смазки – самостоятельный вид материалов, обеспечивающих надежность и долговечность техники (ранее их называли консистентными). Их мировое производство составляет около миллиона тонн в год, что значительно меньше выпуска смазочных масел (около 40 млн. т/год).
Итак, пластичная смазка – это структурированная высокодисперсная система, которая состоит, как правило, из базового масла и загустителя. При обычных температурах и малых нагрузках она проявляет свойства твердого тела, т. е. сохраняет первоначальную форму, а под нагрузкой начинает деформироваться и течь подобно жидкости. После снятия нагрузки пластичная смазка вновь застывает. Основное ее назначение – уменьшить износ поверхностей трения и продлить тем самым срок службы деталей машин и механизмов. В отдельных случаях смазки не столько уменьшают износ, сколько упорядочивают его, предотвращают трение и заклинивание смежных поверхностей, препятствуют проникновению агрессивных жидкостей, абразивных частиц, газов и паров. Смазки, которые практически не изменяют своих показателей качества весь период работы в узле трения, относятся к «вечным» (т. е. закладываются одноразово на весь период работы техники) или долго работающим (с большим периодом замены).
Почти все смазки обладают антикоррозийными свойствами. Для защиты металлических поверхностей от коррозии при транспортировке и длительном хранении разработаны консервационные смазки. Для герметизации зазоров в механизмах и оборудовании, а также соединений трубопроводов и запорной арматуры созданы уплотнительные смазки с лучшими герметизирующими свойствами, чем у масел.
Некоторые смазки специального назначения увеличивают коэффициент трения, изолируют или, наоборот, проводят ток, обеспечивают работу узлов трения в условиях радиации, глубокого вакуума и т. п. По составу это сложные коллоидные системы, состоящие из жидкой основы, которая называется дисперсионной средой, и твердого загустителя – дисперсной фазы, а также наполнителей и присадок. В качестве дисперсионной среды используют различные масла и жидкости. Около 97% пластичных смазок готовят из нефтяных продуктов. Применяются и синтетические масла для смазок, работающих в специфичных и экстремальных условиях: сложные эфиры, фторуглероды и фторхлоруглероды, полиалкиленгликоли, полифениловые эфиры, кремнийорганические жидкости. Изза высокой стоимости такие масла растространены не очень широко.
В отдельных случаях используют растительные масла. Работы в этом направлении весьма перспективны, поскольку материалы на основе компонентов биосферного происхождения значительно безопаснее для окружающей среды, чем минеральные аналоги.
Область применения смазки во многом определяется температурой плавления и разложения дисперсной фазы, а также ее концентрацией и растворимостью в масле. От природы загустителя зависят антифрикционные и защитные свойства, водостойкость, коллоидная, механическая и антиокислительная стабильность смазки. Для придания этих свойств в состав вводят соли высших карбоновых кислот, высокодисперсные органические и неорганические вещества, тугоплавкие углеводороды.
В связи с ужесточением режимов эксплуатации узлов трения в большую часть современных пластичных смазок вводят добавки – присадки и наполнители. Используют присадки следующих типов: противоизносные, противозадирные, антифрикционные, защитные, вязкостные и адгезионные. Многие из них – многофункциональные, т.е. улучшают несколько свойств одновременно.
В качестве наполнителей используются высокодисперсные, нерастворимые в маслах вещества, улучшающие эксплуатационные характеристики смазки, но не образующие в ней коллоидной структуры. Чаще применяют наполнители с низким коэффициентом трения: графит, дисульфид молибдена, сульфиды некоторых металлов, полимеры, комплексные соединения металлов и др. Оксиды цинка, титана и одновалентной меди, алюминия, олова, бронзы и латуни широко используют в резьбовых, уплотнительных и антифрикционных смазках для тяжелонагруженных узлов трения скольжения. Обычно эти наполнители добавляют в объеме от 1 до 30% количества смазки.
За рубежом широко используется две классификации, разработанные Национальным институтом по пластичным смазкам (NLGI). Классификация по вязкости группирует все смазки на 9 классов по диапазону пенетрации. Величину пенетрации определяют методом погружения стандартного металлического конуса в пластичную смазку в течение определенного времени. Чем глубже погрузится конус, тем меньше класс NLGI, мягче смазка и, соответственно, тем легче она будет выдавливаться из зоны трения. Смазки с высоким номером NLGI, напротив, будут создавать дополнительное сопротивление и плохо возвращаться в зону трения. Другая, достаточно широко признанная классификация группирует пластичные смазки в 5 классов, основываясь на областях применения на автомобилях.
В России используется несколько систем классификации – по консистенции, по составу и областям применения. По консистенции смазки разделяют на полужидкие, пластичные и твердые. Пластичные и полужидкие представляют собой коллоидные системы, состоящие из дисперсионной среды, дисперсной фазы, присадок и добавок. Твердые смазки до отвердения остаются суспензиями, состоящими из смолы или другого связующего и растворителя. В них в качестве загустителя используют дисульфид молибдена, графит, технический углерод и т. п. После отверждения (испарения растворителя) твердые смазки превращаются в золи с низким коэффициентом сухого трения.
| Применение | Класс по NLGI | Обслуживание |
|---|---|---|
| Шасси | LA | Мягкие условия, частая замена |
| LB | Редкая замена, высокие нагрузки, контакт с водой | |
| Подшипники колес | GA | Мягкие условия |
| GB | Средние условия, типичные для большинства автомобилей | |
| GC | Жесткие условия, высокие температуры, эксплуатация в режиме частых пусков и остановок |
По составу смазки разделяют на четыре группы.
1. Мыльные. В качестве загустителя используются соли высших карбоновых кислот (мыла). Наиболее распространены кальциевые, литиевые, бариевые, алюминиевые и натриевые смазки. Мыльные смазки в зависимости от жирового сырья называют условно синтетическими, на основе синтетических жирных кислот, или жировыми – на основе природных жирных кислот, например синтетические или жировые солидолы.
2. Неорганические. В качестве загустителя использованы термостабильные высокодисперсные неорганические вещества. Это силикагелевые, бентонитовые, графитные смазки и др.
3. Органические. Для их получения используют термостабильные, высокодисперсные органические вещества. Это полимерные, пигментные, полимочевинные, сажевые смазки и др.
4. Углеводородные. В качестве загустителей используют тугокоплавкие углеводороды: петролатум, церезин, парафин, различные природный и синтетический воск.
По области применения ГОСТ 23258–78 разделяет смазки на антифрикционные, консервационные, уплотнительные и канатные. Такая классификация более удобна для разработчиков техники. Антифрикционные смазки уменьшают износ и трение сопряженных деталей. Консервационные смазки снижают коррозионное разрушение металлоизделий. Уплотнительные смазки герметизируют зазоры и неплотности узлов и деталей. Канатные смазки наряду со снижением коррозионного разрушения стальных канатов также снижают износ отдельных проволок при их трении друг о друга.
Немаловажная проблема – совместимость смазок разного состава. При замене смазочного материала в узле трения не всегда полностью удаляется предыдущая закладка. Так, в шарнирах рулевого управления автомобилей после четырехкратного шприцевания остается до 40% «старой» смазки. При смешении «старой» и «новой» смазок ухудшаются эксплуатационные характеристики смеси по сравнению с исходным продуктом. Эта смесь вытекает из узла трения либо чрезмерно уплотняется, снижая надежность узла. Следовательно, при выборе новой смазкизаменителя потребителю полезно знать, можно ли смешивать смазки разных марок. Основным фактором, определяющим совместимость смазок, является природа загустителя. Жидкая основа, присадки и добавки существенного влияния на совместимость не оказывают. Со смазками всех марок совместимы консервационные материалы, загущенные тугоплавкими углеводородами (парафином, церезином). Совместимы почти все продукты, загущенные стеаратом натрия и оксистеаратом лития. Плохо совместимы смазки с силикагелем, стеаратом лития и полимочевиной.
| Загуститель | Стеарат кальция | Комплекс кальциевого мыла | Стеарат лития | Оксистеарат лития | Стеарат натрия | Силикагель | Полимочевина | Церезин, парафин |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Стеарат кальция | С | Н | Н | С | С | Н | Н | С |
| Комплекс кальциевого мыла | Н | С | Н | С | С | С | С | С |
| Стеарат лития | Н | Н | С | С | Н | Н | Н | С |
| Оксистеарат лития | С | С | С | С | С | С | Н | С |
| Стеарат натрия | С | С | Н | С | С | С | – | С |
| Силикагель | Н | С | Н | С | С | С | – | С |
| Полимочевина | Н | С | Н | Н | – | – | С | С |
| Церезин, парафин | С | С | С | С | С | С | С | С |
Сейчас в России вырабатывается примерно 150 наименований пластичных материалов в количестве 45…50 тыс. т/год. По структуре производства мыльных смазок Россия значительно отстает от Западной Европы и США, где основными являются литиевые смазки – в США 60% общего объема и в Западной Европе 70%. В России их доля невелика – 23,4%, или около 10 тыс. т/год.
Современные смазки на 12-гидроксистеарате лития, например типа Литол24, хорошо работают в широком диапазоне температур – от –40 до +120 °С, имеют хорошие эксплуатационные свойства, заменяют многие устаревшие продукты, такие как консталин, 113, солидолы и др. Это перспективные и конкурентоспособные материалы.
Более перспективны смазки, приготовленные на комплексном литиевом мыле. Они работают в более широком диапазоне температур (от –50 до +160…200 °С), нагрузок и скоростей. Комплексная литиевая смазка ЛКСметаллургическая в ряде случаев заменяет ИП1, 113, ВНИИНП242, Литол24. Комплексные литиевые смазки также применяются в оборудовании текстильной, станкостроительной, автомобильной и других отраслей промышленности, в подшипниках ступиц колес автомобилей.
Основу отечественного ассортимента – 44,4% – составляют устаревшие гидратированные кальциевые смазки (солидолы), доля которых в развитых странах, например в США, не превышает 4%. Производство натриевых и натриевокальциевых смазок в России составляет 31% общего объема, или до 12,5 тыс. т/год. Эти материалы имеют хорошие характеристики и применяются при температурах от –30 до +100 °С. Доля прочих мыльных смазок в России невелика – 0,3%, или 89 т/год. Это продукты на алюминиевых, цинковых, смешанных мылах (литиевокальциевых, литиевоцинковых, литиевоцинковосвинцовые, бариевосвинцовые и др.), а также получаемые путем смешения готовой смазки с металлическим порошком.
Доля немыльных смазок, приготовленных на неорганических загустителях (аэросилы, силикагели, сажа, бентонит), в России всего 0,2%, или менее 10 т/год. Главным образом это узкоспециализированные термостойкие (до 200…250 °С) и химически стойкие смазки. В США доля этих материалов – 6,7%. Немыльные смазки готовят на органических загустителях – полиуреатах, пигментах. Полиуреатные продукты нового поколения, приготовленные на нефтяных и синтетических углеводородных маслах, работают при температурах до 220 °С и по этому показателю близки к термостойким тефлоновым смазкам на основе перфторполиэфиров, выгодно отличаясь от последних значительно меньшей ценой. В США доля производства этих материалов составляет 6% и непрерывно увеличивается. В России полиуретановые смазки не выпускают.
Объемы производства отечественных углеводородных материалов составляют 3 тыс. т/год. В основном это консервационные и канатные смазки. Полужидкие смазки типа Трансол200, Редукторная вырабатывают в России в объеме всего около 20 т/год.
| Тип смазки | 1992 г. | 2000 г. | ||
|---|---|---|---|---|
| % | тыс. т | % | тыс. т | |
| Мыльные | ||||
| Литиевые | 17,23 | 16,8 | 21,75 | 9,83 |
| Литиевые комплексные | 0,16 | 0,16 | 0,09 | 0,04 |
| Натриевые и натриево-кальциевые | 2,28 | 2,22 | 28,83 | 13,03 |
| Кальциевые гидратированные | 62,67 | 61,1 | 41,42 | 18,72 |
| Кальциевые комплексные | 0,42 | 0,41 | 0,93 | 0,42 |
| Прочие мыльные | 1,36 | 1,33 | 0,29 | 0,1316 |
| Неорганические | 0,08 | 0,08 | 0,02 | 0,008 |
| Органические | – | – | – | 0,0004 |
| Углеводородные | 6,46 | 6,3 | 6,64 | 3,0 |
| Полужидкие | 9,23 | 9 | 0,04 | 0,02 |
| Всего | 100,00 | 97,5 | 100,00 | 45,2 |
Анализ отечественного ассортимента смазок позволяет сделать следующие выводы. В России сохраняется неблагоприятная структура ассортимента: большая доля низкокачественных гидратированных кальциевых смазок и незначительная доля высокоэффективных литиевых. Комплексные литиевые смазки выпускают в малых количествах. Большинство пластичных материалов массового применения морально устарело еще 20…30 лет назад, ассортимент практически не обновляется.
Экономический рост, особенно в автомобильной, металлургической, нефтегазодобывающей отраслях промышленности, стимулирует рост потребления пластичных материалов, в том числе высококачественных автомобильных смазок, смазок для металлургического оборудования, работающего при максимальной температуре до 150 °С, а также арматурных и резьбовых.