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

Г л а в а IX

ПРИСАДКИ К СМАЗОЧНЫМ МАСЛАМ

О

§ 1. Назначение присадок и требования, предъявляемые к ним

Современные двигатели — это чрезвычайно сложные механизмы, состоящие из различных агрегатов и узлов, которые в разной степени подвергаются действию агрессив­ ных продуктов сгорания топлива, высоких температур, скоростей, давлений и т. д. В двигателе внутреннего сго­ рания не один десяток поверхностей трения нуждается в смазочном масле, роль и требования к качеству которого возрастают по мере совершенствования конструкций.

За последние годы значительно изменились параметры тракторных двигателей. Так, на 45% увеличилась литро­ вая мощность, примерно на 18—20% повысились скорость

исреднее эффективное давление, причем эти изменения произошли при уменьшении литрового веса (32—35%). Предусмотрено дальнейшее повышение литровой мощности

иснижение металлоемкости. Повышение экономичности

иэффективности, снижение затрат металла на единицу мощности возможны только за счет дальнейшего форсиро­ вания двигателей, т. е. еще будут увеличены среднее эф­ фективное давление, степень сжатия, частота вращения, предполагается более широко использовать наддув. Все это повышает теплонапряженность деталей двигателя и ужесточает требования к качеству смазочных масел.

Если раньше качество масла улучшали подбором сырья, технологии его переработки, совершенствованием способов очистки, то для существующих и перспективных двигате­ лей только этими приемами нельзя получить нужных ка­ честв масел. Масла, эксплуатационные свойства которых отвечают современным требованиям, получают легирова­ нием их специальными присадками.

Присадки — это сложные соединения, которые добав­ ляют к смазочным маслам для улучшения их эксплуата­ ционных качеств. В зависимости от вида присадки, вы­ полняемых ею функций и условий работы масла присадки добавляют в разных количествах — от сотых долей до не­

240

скольких десятков процентов. Роль присадок к смазочным маслам за последние годы настолько возросла, что теперь моторные масла без присадок не вырабатывают.

Многие научно-исследовательские институты работают над синтезом новых, более эффективных присадок. Но неправильно думать, что любое масло может стать хоро­ шим после добавления присадки. Присадки могут только улучшить, усилить свойства хорошо очищенных, высоко­ качественных масел.

Присадки должны отвечать определенным требованиям: обладать возможно большей эффективностью, не ухудшать эксплуатационных свойств, не выпадать в осадок при дли­ тельном хранении в широком интервале температур, не задерживаться маслоочистительными устройствами, не растворяться в воде.

Желательно иметь такие присадки, которые при добав­ лении их в масло не вызывали бы изменений (ухудшений) начальных физико-химических показателей. Пока это требование не выполнимо: при добавлении большинства синтезированных присадок исходные параметры масла изменяются. Если в присадку входят металлоорганические соединения, то при сяшгании масла остается большее количество золы по сравнению с маслом без присадки. Как правило, повышается коксуемость масел. С введением присадки может увеличиваться начальное содержание органических кислот, но в то же время корродирующее действие масел с присадками значительно ниже. С введе­ нием ряда присадок масло приобретает щелочную реак­ цию и часто высокую щелочность.

С каждым годом расширяются ассортимент и область применения присадок. Если раньше присадки в основном добавляли в масла для двигателей внутреннего сгорания, то сейчас их также широко используют для трансмиссион­ ных, изоляционных, турбинных и многих других масел. По имеющимся в литературе сведениям, доля присадок к общему производству смазочных масел должна быть не менее 6%, в нашей стране эта цифра пока еще несколько ниже.

§ 2. Основные виды присадок

Длительное время существовало деление присадок на индивидуальные и многофункциональные. Первые улуч­ шали один, а вторые — одновременно несколько эксплуа-

тациошгых показателей. Исследованиями последних лет установлено, что присадка редко улучшает один показа­ тель, чаще наряду с основной, доминирующей, присадки выполняют и ряд дополнительных функций. Обычно при­ садки классифицируют по основной выполняемой ими функ­

соединения, значительно увеличивающего вязкость при повышенных (рабочих) температурах и незначительно — при низких. Известны различные вязкостные присадки: полиизобутилены, полиметакгшлаты, вишшоли, вольтоли и др. Наиболее распространены полиизобутилены и поли­ метакрилаты. К маслам эти соединения стали добавлять сравнительно недавно, после того как достижения современной химии позволили получать высокомолекулярные полимеры, имеющие молекулярную массу 15 000—25 000.

Изменение вязкостных свойств масла тесно связано с молекулярной массой и строением вводимого полимера. Общим для всех вязкостных присадок можно считать то, что относительное увеличение вязкости масла при высо­ ких температурах больше, чем при низких. Чем больше добавлено присадки, тем выше получается вязкость масла, причем чем выше вязкость базового масла, тем значитель­ нее она повышается при добавлении присадки. На характер изменения вязкости в зависимости от температуры сущест­ венно влияют только первые порции присадки, при даль­ нейшем увеличении концентрации индекс вязкости повы­ шается мало. Более пологие кривые изменения вязкости с изменением температуры будут в тех случаях, когда ис­ пользуются маловязкие базовые масла.

Достоинства вязкостных присадок: их устойчивость к окислению и то, что они почти не влияют на изменение других физико-химических показателей. Недостаток: при добавлении некоторых присадок повышается коррозийность масла (полиизобутилен не увеличивает коррозийности).

Масла, в которые введены вязкостные присадки, назы­ ваются загущенными. Обычно высокомолекулярные поли­ меры добавляют для получения зимних моторных масел. Зимние сорта масел должны иметь небольшую вязкость

242

при отрицательных температурах и пологую кривую из­ менения вязкости для облег- юоо - чения запуска двигателя в холодное время года.

График зависимости вяз­ кости от температуры дан на рисунке 54. Вязкость зимнего моторного масла (1) значи­ тельно повышается при пони­ жении температуры; его ин­ декс вязкости около 80, пуск двигателя при температурах ниже минус 10° очень затруд­ нен. Маловязкое индустри­ альное масло (2) имеет очень пологую вязкостно-темпера­ турную характеристику. До­ бавляя внегополиметакрилат,

получаем загущенное масло (5), у которого при 0° вязкость примерно та же, что и у индустриального, а при 100° зна­ чительно увеличена, индекс вязкости стал около 110.

Обычно вязкостные присадки добавляют в количестве 3—5%. Увеличивать концентрацию нецелесообразно, так

застывания; их обычно добавляют в зимние масла, полу­ чаемые из парафинистых нефтей. Применяя разные спо­ собы очистки и глубокую депарафинизацию масляных фракций, можно понизить температуру застывания до минус 10—15° (в зависимости от количества парафиновых углеводородов в сырье). Такие масла в основном могут быть использованы в летний период. Для дальнейшего понижения температуры вводят депрессорные присадки.

В качестве депрессоров используют различные органи­ ческие соединения: парафлоу (повторяющиеся структуры ароматических колец с длинными парафиновыми цепями), сантопур (сложное ароматическое соединение, в состав которого, кроме атомов углерода и водорода, входит кис­ лород), акрилоид (продукт полимеризации эфиров) и др. Первые две присадки только понижают температуру засты­ вания, а последняя, кроме того, улучшает вязкостные свой­

243

ства масел. Депрессоры добавляют в масла в количестве 0,5—1,0%; при дальнейшем повышении концентрации тем­ пература застывания существенно не снижается. Работами разных исследователей показано, что депрессоры наиболее эффективны при их добавлении к маловязким маслам, со­ держащим до 3,0—4,0% парафина. При правильно подоб­ ранных сырье, присадке и ее концентрации температуру застывания масла можно понизить на 20—25°.

Антиокислительные присадки (ингибиторы окисления) повышают устойчивость масел к окислению. На эффектив­ ность присадок значительно влияют условия, в которых работает масло, поэтому одна и та же присадка для одних условий работы оказывается хорошей, а для других — малоэффективной. В качестве антиокислительных присадок используют амины, фенолы, серу, фосфорсодержащие орга­ нические соединения и др. Все они не устраняют процес­ сов окисления, а только в большей или меньшей степени их тормозят.

Обычно ингибиторы окисления не только замедляют процессы окисления, но также снижают коррозийный из­ нос деталей, задерживая в масле накопление перекисей и кислых продуктов. Антиокислительные присадки доба­ вляют к маслам в очень небольших количествах — деся­ тые-сотые доли процента.

Детергенты (моющие присадки) снижают интенсивность нагаро- и лакообразования на деталях поршневой группы двигателя. Роль этих присадок особенно возрастает с при­ менением в промышленности и сельском хозяйстве фор­ сированных, теплонапряженных двигателей. При исполь­ зовании масел с эффективными, правильно подобранными детергентами поверхности цилиндро-поршневой группы (кольца, канавки, тепловые экраны) длительное время остаются чистыми, в результате чего значительно повы­ шается надежность работы и долговечность двигателей.

В качестве моющих присадок используют самые разно­ образные соединения: некоторые соли органических кис­ лот, тиофосфорные и азотсодержащие вещества, феноль­ ные соединения и др. Наиболее эффективны соли щелоч­ ноземельных металлов (бария, кальция, магния), широко применяемые в товарных маслах. Обычно в состав присадки входят: металлы Ва, Са, Mg, А1 и др., группа, связываю­ щая металл с органическим радикалом (сульфогруппа — S03H, карбоксил — СООЫ, гидроксил — ОН и др.), и группа органических соединений (радикалы), определяю­

244

щих растворимость присадки в масле (высокомолекуляр­ ные парафиновые цепи, нафтеновые или ароматические кольца и др.). В состав присадок часто входят вещества, являющиеся ингибиторами окисления. Поэтому они не только препятствуют накоплению отложений на деталях, но и задерживают образование в масле продуктов окисле­ ния.

Поскольку детергенты содержат значительные коли­ чества неорганических элементов, то они в большей степе­ ни, чем другие присадки, изменяют начальные физико-хи­ мические показатели масла (зольность, коксуемость и др.). В моторные масла моющие присадки вводят в значи­ тельных количествах — от 5 до 20—22%. Чем более тепло­ напряжен двигатель и выше содержание серы в топливе, на котором он работает, тем в больших количествах вво­ дят присадку. В некоторых дизельных маслах, используе­ мых в сельскохозяйственном производстве, содержание этих присадок доходит до 10—11%. Зольность таких ма­ сел не менее 1,4%.

Антикоррозийные присадки предназначены для сниже­ ния химического износа металла поверхностей трения. Эти присадки добавляют в моторные масла для двигателей, работающих на сернистых топливах. При сжигании мало­ сернистых топлив коррозия деталей происходит главным образом за счет органических кислот (продуктов окисления масла), а при использовании сернистых топлив — вызы­ вается окислами серы, образующимися при сгорании топ­ лива.

Антикоррозийные присадки можно разделить на две группы. К первой относятся сложные органические фосфор-

исерусодержащие соединения, они способны создавать на поверхностях металла защитные пленки, предохраняю­ щие детали от коррозии. Ко второй группе относятся при­ садки, нейтрализующие агрессивные продукты, которые образуются при сгорании сернистого топлива, а также низ­ комолекулярные кислоты и другие кислые продукты, накапливающиеся в масле при его окислении. Наиболее эффективным нейтрализующим действием обладают при­ садки, в состав которых входят алкилфеноляты щелочных

ищелочноземельных металлов.

Противоизносные присадки предназначены для сниже­ ния коэффициента трения, уменьшения износа и повыше­ ния прочности масляной пленки. Эти присадки добавляют в масла, работающие в особо тяжелых условиях, на­

245