Файл: Итинская, Н. И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости учеб. пособие.pdf

связи с образованием первичного продукта окисления гид­ роперекиси R О О—II. Остальные продукты окисления образуются при превращении и разложении гидропереки­ сей, которые способны распадаться с образованием кислот, спиртов, альдегидов и т. д. Одноатомные гидроперекиси могут присоединять молекулярный кислород и образовы­ вать двухатомные гидроперекиси, разложение которых сопровождается распадом углеводорода по С—С связям. В результате последующего распада этих соединений полу­ чаются высоко- и низкомолекулярные карбоновые кисло­ ты, а иногда фенолы.

Органические кислоты при дальнейшем окислении об­ разуют новые гидроперекиси, в результате распада кото­ рых образуются продукты более глубокого окисления— оксикислоты, а из них лактоны, лактиды, непредельные кислоты, эстолиды. Уплотнение и окисление ароматичес­ ких колец фенолов и других ароматических продуктов окисления способствуют образованию смол.

II. И. Черножуков и С. Э. Крейн предложили схемы окисления углеводородов масла, получившие широкое распространение и признание.

Ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями —► —>- перекиси —*- фенолы — смолы —*- асфальтены —>- карбоны

Как видно из приведенной схемы, в результате окис­ ления ароматических углеводородов образуются различ­ ные нейтральные соединения, находящиеся в масле как в растворенном состоянии (перекиси, фенолы, смолы), так и выпадающие в осадки (асфальтены, карбены).

Углеводороды парафинового и нафтенового рядов, а также ароматические с длинными боковыми цепями окис­ ляются с образованием (в основном) кислых продуктов. Причем здесь в зависимости от строения исходных угле­ водородов и условий окисления может быть несколько разновидностей в образовании продуктов окисления:

217

Среди всех факторов, влияющих иа процессы окисле­ ния, решающее значение имеет температура. По данным

образования одного и того же количества осадка при температуре 50° требуется 10 200 ч, а из того же масла, но при температуре 150° — всего только 6 ч. При темпе­ ратуре выше 150° не только резко ускоряется процесс окисления, но и изменяются продукты, получающиеся при окислении, увеличивается содержание летучих сое динений и продуктов глубокой окислительной конденса­ ции. Интересны данные, показывающие зависимость ско­ рости поглощения одного и того же количества кислорода (5 мг/г масла) от температуры. Так, если для одного итого же масла при 125° требуется 12 000 мин, то при 150" уже 170 мин, а при 300° — всего только 0,4 мин.

Процесс окисления по времени происходит неравно­ мерно. Вначале существует скрытый (индукционный) пе­ риод, в который заметных изменений с маслом не проис­ ходит. Спустя определенное время, зависящее от хими­ ческого состава масла, температуры, каталитического дей­ ствия среды, концентрации кислорода и др., начинается быстроразвивающийся процесс окисления, сопровождаю­ щийся накоплением большого количества продуктов окис­ ления, а потом происходит процесс торможения, коли­

чество образующихся продуктов окисления стабилизи­ руется.

Наиболее интенсивно процессы окисления протекают в тех случаях, когда масло окисляется в тонком слое, на­ ходящемся на сильно нагретых поверхностях металла. Такие случаи окисления наблюдаются при смазывании ответственного узла двигателей—поршень-цилиндр. Здесь непрерывно циркулирующее масло подвергается сильному испарению с образованием газообразных продуктов, а на горячих деталях накапливаются прочно удерживающиеся лаковые отложения. Чем тоньше масляная пленка и выше

температура металла, тем больше накапливается лаковых отложений.

Таким образом, термоокислительная стабильность ма­ сел является важной эксплуатационной характеристикой, которая оценивает как склонность масла к накоплению кислых (коррозийно-активных) продуктов, так и нераст­ воримых (нейтральных) веществ (лаков, нагаров, осадков),

218

вызывающих пригорание поршневых колец и загрязня­ ющих детали двигателя.

В изучении термоокислительной стабильности масел многое сделано профессором К. К. Папок. Разработанные им методы лабораторных испытаний позволяют оценить поведение масла при высокой температуре в эксплуата­ ции.

§ 5. Термоокислительная стабильность

Наиболее широко распространено определение термоокислительной стабильности на испарителях по методу Папок (ГОСТ 9352—60). По данному методу термоокисли­ тельная стабильность выражается в минутах, в течение которых исследуемое масло при определенной температу­ ре превращается в лаковый остаток, который состоит из 50% рабочей (полезной) фракции и 50% лака.

Проследим за изменением масла, находящегося в тон­ ком слое на нагретой металлической поверхности. Под действием высокой температуры значительная часть лег­

масло постепенно темнеет, часть его превращается в ла­ ковые вещества, а часть остается без изменения, она назы­ вается рабочей фракцией.

С возрастанием температуры образование лака идет интенсивнее. Чем длительнее время действия температуры и тоньше пленка масла, тем больше образуется лака. Поэтому термоокислительную стабильность оценивают в строго определенных условиях.

Чем медленнее изменяется масло под действием темпе­ ратуры и кислорода воздуха, тем больше в масле рабочей фракции, медленнее образуется лак и требуется больше времени на образование равных количеств рабочей фрак­ ции (РФ) и лака (Л), тем выше термоокислительная ста­ бильность масла.

Общий вид прибора для определения термоокисли­ тельной стабильности показан на рисунке 46. Исследуемое масло в количестве 50—45 мг наносят пипеткой на каждый из четырех предварительно взвешенных испарителей 1 и взвешивают на аналитических весах. Испарители с маслом помещают на стальной диск 3, нагретый до заданной тем­ пературы (для моторных масел 250°±2°), через опреде­ ленное время, разное для различных масел, снимают с дис-

219

ЗЗеизин нагревают на закрытой электроплитке, его па­ ры по трубке 9 экстракционного аппарата поднимаются в холодильник 10. В холодильнике пары бензина конден­ сируются и в виде жидкости накапливаются в нижней части экстракционного аппарата, где находится подставка с испарителями. Постепенно уровень бензина повышается, и когда он доходит до сгиба отводной трубки, то по прин­ ципу сифона сливается в колбу 5. Нагревание ведут до тех пор, пока в колбу 5 не будет стекать совершенно проз­

рачный бесцветный бензин, что указывает на полное раст­ ворение полезной части масла.

По окончании экстрагирования прибор охлаждают, вы­ нимают подставку с испарителями, на которых в виде плотной пленки находится лак. Испарители высушивают в термостате 10 мин при температуре 105—110° для удале­ ния остатков бензина, затем охлаждают и взвешивают.

где РФх — рабочая фракция масла при температуре Т и определенном времени выдержки испарителя

С/6,

а— масса испарителя с остатком после нагрева­ ния, г;

б— масса испарителя с лаком (после экстрагиро­ вания), г;

вмасса испытуемого масла, г.

На основании полученных данных строят график изме­ нения РФ и Л, в зависимости от времени выдержки испа­ рителей в лакообразователе, откладывая по оси абсцисс время выдержки в мин, а по оси ординат содержание РФ и Л (обязательно в одном масштабе).

Точка пересечения кривых будет соответствовать об­ разованию остатка в лакообразователе, состоящего из 50 /о РФ и 50% Л. Из этой точки опускают перпендикуляр на ось абсцисс, полеченное значение показывает термо-

221