Микола МАКАРЕНКО,
Сучасні мастильні матеріали — це складні суміші різних компонентів, кожен з яких виконує свої функції. Залежно від вихідної сировини, що використана для одержання базової оливи, мастильні матеріали поділяють на нафтові (мінеральні) та синтетичні. Високі вимоги, які ставлять до якості олив, досягаються шляхом вибору необхідної оливної основи (базової оливи) та доданням до неї комплексу присадок. Експлуатаційні властивості кінцевого продукту залежать від якості цих складових. Традиційно базові оливи підрозділяють на мінеральні, синтетичні і частково синтетичні. Останні в побуті називають напівсинтетичними оливами або ж просто «напівсинтетикою».
Базові оливи + присадки = щасливі разом
Мінеральною базовою оливою є субстанція, що отримана з нафти і містить в основному молекули вуглеводів з розміром ланцюга від 20 до 60 атомів вуглецю. У добре прогрітому двигуні молекули з довжиною ланцюга менше 30-35 атомів випаровуються з плівки оливи на стінках циліндрів. Це є одним зі шляхів витрачання оливи на чад.
Синтетичні оливи конструюють (синтезують) так, щоб потрапити в потрібний діапазон 30-60 атомів вуглецю у ланцюзі. В результаті синтезу отримують основу з короткими розгалуженими молекулами. Завдяки такій структурі синтетичні оливи значно менше випаровуються і менш схильні до утворення відкладень.
Напівсинтетичні оливи (незалежно від якості компонентів) характеризуються багатьма недоліками мінеральних, адже вони на 70-75% складаються зі схожих компонентів. Але все-таки допомагають досягти деякого компромісу. Пройшли ті часи, коли невибагливі низькооборотні двигуни з малим ступенем стиску могли «переварювати» прості мінеральні оливи, що практично не містять присадок.
Особливості експлуатації сучасних двигунів, а саме високонавантажені режими прискорюють посилене утворення нагару і шламу. При роботі на старих оливах або на дешевій підробці високофорсований двигун вийде з ладу через декілька десятків мотогодин. Той, хто візьметься його реанімувати, жахнеться: поршневі кільця закоксовані, шийки колінчастого валу задерті, кулачки зношені понад всяку міру, штовхачі понівечені пітингом...
Так, базова олива може багато що, але не все. Наприклад, вона не може нейтралізувати кислоти. Вона не вміє мити двигун. На щастя, на допомогу приходять присадки. Саме вони не допустять швидкої і безславної кончини сучасного двигуна. Але вони не завжди правильно взаємодіють із компонентами базової оливи і один з одним.
Фахівці виділяють три випадки такої взаємодії: антагонізм (зрозуміло, він недопустимий); нейтральне відношення; і синергетика: в цьому випадку сумісна дія пакету перевершує суму ефектів окремо узятих присадок.
Ясно, що при створенні композиції присадок виробники олив прагнуть до синергетичного варіанту. А от змішувати оливи, виготовлені на різних основах, або різних виробників, навіть коли параметри олив подібні, не можна — це може призвести до сумних наслідків.
Найбільш важливі характеристики
Вибір основи нафтового чи синтетичного походження або їх сумішей у визначених співвідношеннях залежить насамперед від умов експлуатації техніки і режимів роботи мастильного матеріалу.
Порівняно недавно в якості ще одного компонента базової основи стали використовувати рослинні оливи та продукти їх переробки. Незважаючи на відомі недоліки рослинних олив (низьку термоокисну стабільність, посередні низькотемпературні властивості та ін.), можливості їх невичерпні. Оновлюючі сировинні джерела, відмінні екологічні властивості та ряд інших позитивних характеристик привернули увагу до цієї сировини розробників мастильних матеріалів.
Найбільше розповсюдження, однак отримали оливи на нафтовій основі. Вони являють собою рідкі суміші вуглеводнів з високою температурою кипіння 300…600°С і вище.
Якість базових олив має велике значення. Саме вони визначають такі важливі характеристики товарних олив, як випарність, високотемпературні властивості, рухомість при низькій температурі, та інші, які важко поліпшити введенням присадок. Тому для забезпечення надійної експлуатації сучасної техніки з жорстким режимом роботи при виробництві олив зростає роль базових олив вузького фракційного складу, з хорошими в’яз кісними, низько- та високотемпературними властивостями.
Оливи набувають необхідних експлуатаційних властивостей у результаті застосування переробки та очищення нафтової сировини. Одним з перспективних методів поліпшення базових олив є каталітичний гідрокрекінг. Обробка базових олив цим методом дозволяє домогтися високих експлуатаційних характеристик моторних олив із високим індексом в’язкості, протиокисною стійкістю та стабільністю властивостей.
Однак, незалежно від вибору нафти і способів її одержання, базові оливи не можуть забезпечити необхідного рівня експлуатаційних властивостей мастильних матеріалів. Для поліпшення цих властивостей на завершальній стадії виробництва в базові оливи вводять різноманітні хімічні сполуки — присадки. Це — це оливорозчинні синтетичні сполуки органічного походження або їхні суміші. Деякі присадки впливають на фізичні властивості оливи (схильність до застигання, в’язкісно-температурні характеристики), інші надають оливним фракціям властивостей, яких вони не мали (антикорозійні, протизадирні та ін.). Найчастіше в оливи вводять композиції присадок. При цьому вони можуть взаємно посилювати одна одну, створюючи синергічний ефект, або викликають антагонізм (послаблення функцій присадок при невдалій композиції).
Дружні й функціональні
За функціональним призначенням існують наступні групи присадок:
- в’язкісні — підвищують в’язкість та поліпшують в’язкісно-температурні властивості;
- депресорні — знижують температуру застигання;
- антифрикційні, протизношувальні і протизадирні — поліпшують мастильні властивості олив, зменшують тертя, знос тертьових деталей і попереджають задири;
- протиокисні — підвищують стійкість олив проти окиснення киснем повiтря;
- мийно-диспергувальні — забезпечують необхідну чистоту деталей, підтримуючи продукти окиснення і забруднення у зваженому стані;
- антикорозійні та захисні — сприяють зниженню і запобіганню корозійного впливу на метали кислих продуктів та вологи;
- протипінні та деемульгуючі — запобігають спіненню олив та утворенню стійких емульсій.
Присадки, які поліпшують одночасно декілька властивостей мастильних матеріалів, називають поліфункціональними. При цьому назву присадки визначає її основне призначення. Ефективність присадок до олив різного походження обумовлюється не тільки оптимальною концентрацією (у випадку композиції оптимальним поєднанням компонентів), але й складом, властивостями, умовами виробництва і застосування мастильних матеріалів.
Присадки вводять в оливи порівняно у невеликих кількостях, від часток відсотка до кількох відсотків (у пакетах їхня загальна концентрація може бути до 15% і більше). Виняток становлять в’язкісні присадки, їх можна додавати до 20-30% і більше.
Загальними вимогами до сучасних присадок, незалежно від призначення, є добра розчинність в оливах у широкому інтервалі температур, стабільність при тривалому зберіганні.
Показники якості олив
В’язкість оливи особливо важлива для створення гідродинамічного режиму мащення, наприклад, у шатунних та корінних підшипниках колінчастого валу. Для забезпечення мінімального зношування в умовах граничного мащення оливи повинні мати здатність модифікувати тертьові поверхні і нейтралізувати утворені при роботі продукти кислотного характеру.
Внаслідок високого термічного впливу, якого зазнає олива у двигуні, ставляться жорсткі вимоги до її окислювальних властивостей і антикорозійних якостей, особливо по відношенню до кольорових металів. Крім того, моторні оливи повинні мати певні мийно-диспергувальні властивості відносно нерозчинних забруднень у поєднанні з ефективною нейтралізуючою дією, забезпечуючи чистоту деталей у всіх температурних зонах двигуна.
Останнім часом велике значення надається захисним властивостям оливи для двигунів, які працюють на низькотемпературних режимах, а також із короткочасними і тривалими перервами у роботі.
До деяких моторних олив ставляться й специфічні додаткові вимоги. Так, оливи, загущені в’язкісними присадками, повинні мати досить високу стійкість до механічних та термічних режимів. Для олив також важлива вологостійкість присадок і незначна емульгованість з водою.
Крім класу в’язкості, рівня експлуатаційних властивостей, інформації про наявність енергозберігаючих характеристик, а також переліку фірмових специфікацій чи офіційних допусків виробників техніки, фірми, які виготовляють оливи, повідомляють споживачам своєї продукції типові значення деяких фізико-хімічних показників якості оливи.
Це найчастіше такі показники, як кінематична в’язкість при 40 і 100°С, індекс в’язкості, температура спалаху, лужне число, сульфатна зольність та ін. Така інформація потрібна споживачеві не тільки для оцінки якості оливи і придатності до подальшого використання, але й для діагностування стану двигунів.
Наприклад, якщо дві оливи мають практично однакову в’язкість при 100°С, а при 40°С їхня в’язкість відрізняється, то перевага надається тій оливі, у якої остання нижче, бо у неї вище індекс в’язкості.
Температура спалаху оливи пов’язана з її фракційним складом і структурою молекул базових компонентів. При інших рівних умовах оливі, у якої температура спалаху вище, надають перевагу. Температура спалаху таких олив суттєво знижується у порівнянні з початковим значенням, якщо у процесі роботи вона розріджується паливом внаслідок несправностей двигуна. За температурою спалаху і в’язкістю визначається ступінь розрідження оливи, яка працює у двигуні. Це дозволяє оцінити технічний стан систем паливоподачі або запалювання.
Сульфатна зольність обмежується верхньою межею і визначається нормативною документацією на виробництво моторних олив, а також класифікаціями (не повинна бути вище допустимої). Це обумовлено тим, що надмірна зольність оливи може призвести до передчасного займання робочої суміші внаслідок утворення відкладень у камері згоряння, а також несприятливо впливати на роботоздатність свічок запалювання. Сульфітна зольність може також викликати підвищене зношування деталей внаслідок абразивної дії на тертьові поверхні. Базові оливи практично беззольні. Підвищена сульфатна зольність моторних олив в основному обумовлена наявністю у їх складі миючих присадок, які містять в собі метали.
Лужне число є умовною мірою здатності оливи нейтралізувати кислі продукти неповного згоряння палива і продукти окиснення олив. Процес спрацьовування лужного запасу присадок пов’язаний з нейтралізацією кислот, з одночасним диспергуванням забруднень. Він значною мірою залежить від вмісту сірки у паливі. Зниження лужного числа під час роботи двигуна призводить до погіршення експлуатаційних властивостей оливи і, як наслідок, до підвищеного зношування його деталей. При цьому зростає нагароутворення й утворення лакових відкладень на них. Лужне число має допустимі межі, при досягненні яких олива вважається нероботоздатною. Тому за інших рівних умов перевага віддається тій оливі, у якої лужне число вище.
Слід зазначити, що досить складно вибрати на підставі класифікації або специфічних вимог оливу із числа повністю взаємозамінних. Особливу увагу слід звернути на відповідність таких характеристик олив, як температура спалаху і застигання, які є найбільш загальними і важливими характеристиками експлуатаційних властивостей.
Про хіммотологічні аспекти
Теоретичні та практичні питання раціонального використання нафтопродуктів вивчає сформована в наш час галузь науки і техніки хіммотологія — наука про експлуатаційні властивості, якість і раціональне застосування у техніці палив і мастильних матеріалів.
Методологія цієї науки передбачає, що техніка, умови експлуатації, паливо і мастильні матеріали є ланками єдиної хіммотологічної системи, в якій кожна з них, маючи свої специфічні риси і особливості, впливає на сусідні елементи і сама у значній мірі залежить від них.
Хіммотологія у сільськогосподарському виробництві має вирішувати велике коло інженерних завдань, пов’язаних з підбором асортименту мастильних матеріалів, сучасним контролем якості, технічним обґрунтуванням витрат і раціональним режимом їхнього використання під час транспортування, зберігання і застосування.
Основним завданням раціонального використання мастильних матеріалів є забезпечення відповідності їхніх властивостей умовам роботи автотракторної та іншої сільськогосподарської техніки для забезпечення максимального технічного, економічного і соціального ефекту.
Для цього необхідно мати чітке розуміння взаємозв’язку показників, які характеризують якість нафтопродуктів, з фізико-хімічними і енергетичними процесами, що відбуваються у конкретних умовах експлуатації машинно-тракторного агрегату.
Якість нафтопродуктів змінюється разом зі зміною або умов експлуатації, або техніки, або того та іншого разом. Разом з тим, досягнення відповідності властивостей мастильних матеріалів технічному рівню машин і умовам їхньої експлуатації може здійснюватися різними шляхами: зміною властивостей нафтопродуктів, розробкою раціональних схем і конструкцій машин, спільною зміною і паливно-мастильних матеріалів і машин, регламентацією умов експлуатації машинно-тракторного парку.
У документах, які регламентують якість мастильних матеріалів, замість терміну «властивості» використовують термін «показники». Якість нафтопродуктів нормують кількісними показниками, що складають основу стандартів і технічних умов. За їхньою допомогою можна контролювати ідентичність різних партій палив і мастильних матеріалів у процесі виробництва, транспортування і зберігання.
Фізико-хімічні властивості мастильних матеріалів оцінюють характеристиками, які визначають їхній стан: фізичний (густина, в’язкість, температура спалаху, колір, зовнішній вигляд та ін.) і хімічний (вміст у нафтопродуктах окремих елементів або тих чи інших присадок).
Експлуатаційні властивості характеризують поведінку мастильних матеріалів безпосередньо у вузлі, агрегаті чи механізмі і залежать від їх фізико-хімічних властивостей конструкційних та експлуатаційних факторів. Ця група властивостей нафтопродуктів значно впливає на забезпечення надійності та економічності роботи машин і механізмів. Крім того, ці властивості зумовлюють екологічні особливості нафтопродуктів. До експлуатаційних властивостей віднесено: термодинамічну ефективність, випарність, займистість, горючість, детонаційну стійкість, схильність до нагаро- і лакоутворення, прогонність, фізичну і хімічну стабільність, мийно-диспергувальні, низькотемпературні, корозійні, захисні, антифрикційні, протизношувальні, протизадирні і протипінні властивості, пожеже- і вибухонебезпечність, токсичність та ін.
Залежно від призначення конструкції та умов експлуатації машин, до експлуатаційних властивостей мастильних матеріалів ставлять певні вимоги, які виражаються у вигляді чітких гранично допустимих показників якості відповідних марок олив та мастил. Вибір цих показників, встановлення норм за ними та визначеного запасу якості науково обґрунтовуються та експериментально підтверджуються при випробуваннях та при рядовій експлуатації.
