Технология получения пластичных смазок. Система классификации и маркировки гидравлического масла

Смазки на органических загустителях: мыльные [загустители-соли высших жирных кислот (мыла)]; углеводородные (твердые предельные углеводороды C18-C35, C36-C55 и др.); пигментные (орг. красители); полимерные (например, фторопласты); уреатные (алкил-, ацил- и арилпроизводные мочевины); на основе целлюлозы, солей терефталевой кислоты и т.д.

Мыльные смазки различают по катионам-кальциевые, натриевые, литиевые и др. Среди Са-смазок, выпуск которых составляет 75% выработки всех пластичных смазок, особенно важны составы на гидратированных Са-мылах-солидолы, работоспособные при температурах от минус 30 до 700C. Широко используют безводные пластичные смазки на основе комплексных Са-мыл (кСа-смазки), в которых загустителями служат комплексные соединения солей высокомолочных (обычно стеариновой) и низкомололочных (как правило, уксусной) жирных кислот; эти смазки более термостойки по сравнению с обычными кальциевыми и работоспособны до 1600C. Распространены (10% выпуска всех пластичных смазок) также Na-смазки, особенно консталины, работоспособные до 110-1200C; однако они растворимы в воде и легко смываются с металлических поверхностей. Все большее применение получают многоцелевые Li-смазки, совмещающие достоинства кальциевых (водостойкость) и натриевых (каплепадение 170-2000C) смазок и работоспособные при температурах от минус 50 до 1300C (см., например, Литол). Кроме перечисленных пластичных смазок в ряде случаев используют смазки на основе солей Al, Ba, Pb, Zn и др.

Углеводородные смазки (например, пушечная, ЦИАТИМ-205) получают загущением главным образом вязких остаточных или высокоочищенных нефтяных масел твердыми углеводородами -парафином, церезином, их смесью, а также петролатумом, к которым иногда добавляют пчелиный и другие природные воски. Эти смазки отличаются низкой температурой каплепадения (45-700C), высокими водо- и морозостойкостью, а также химической стабильностью, способностью после расплавления и последующего охлаждения восстанавливать структуру и свойства.

Пигментные смазки (например, ВНИИ НП-235) приготовляют введением преимущественно в синтетические масла (полисилоксаны, полифениловые эфиры) в количествах 20-50% по массе красителей -индантрена, изовиалонтрона, фталоцианина меди и других. Отличаются высокими механической, коллоидной и химической стабильностью, работоспособны при температурах от минус -80 до 250-3000C и выше.

Полимерные смазки (например, ВНИИ НП-233) получают загущением перфторполиэфиров, перфтор- и перфторхлор-углеродов сходными с ними по химической природе высокомолочными твердыми полимерами (например, полиуретанами). Чрезвычайно химически стабильны и работоспособны до 3000C.

Смазки на неорганических загустителях. Получают загущением нефтяных и синтетических масел неорганическими соединениями: силикагелем (напр., смазки ВНИИ НП-279 или 282), стекловолокном, асбестом, бентонитовыми глинами (например, смазка ВНИИ НП-273) и т. д. Эти смазки стабильны при высоких температурах (200-3000C, в перспективе - при 400-6000C), радиоактивном облучении и других сильных внешних воздействиях.

Загустители используют как в отдельности, так и в сочетании друг с другом. В случае смешанных загустителей каждый компонент выполняет свою функцию: так, мыла улучшают смазочную способность, твердые углеводороды повышают водостойкость, неорганические загустители расширяют температурный диапазон применения смазок.

Улучшение качества смазок достигается присутствием в них модификаторов структуры и введением наполнителей и присадок.

Прочность пространственного структурного каркаса смазок повышается благодаря так называемым модификаторам структуры. Причины их присутствия в смазках: вносятся дисперсионной средой (например, смолы и нефтяные кислоты); образуются при приготовлении так называемой технологии ПАВ (продукты окисления жидкой основы, избыток жирового сырья и продукты его превращений); накапливаются при хранении и применении (кислородсодержащие соединения) и т.д.

Наполнители (1-15%, реже до 20% по массе и более) - твердые высоко дисперсные (размер частиц до 10 мкм) вещества-графит, технический углерод (сажа), MoS2, BN, алюмосиликаты, порошки Sn, Cu и других металлов. Обладают слабым загущающим действием, практически нерастворимы в дисперсионной среде, образуют самостоятельную фазу в смазках и способствуют упрочнению их граничных слоев.

Присадки (0,001-5% по массе) - обычно органические соединения, растворимые в дисперсионной среде, оказывают существенное влияние на формирование структуры и реологические свойства смазок. Основные присадки: антиокислительные (например, ионол), антикоррозионные (нитрованный окисленный петролатум и др.), противоизносные (например, трикрезилфосфат), вязкостные (полиизобутилены и другие) и т.д. Эффективно также использование в пластичных смазках композиций присадок и наполнителей.

Процесс производства пластичных смазок - это процесс получения высокостабильных гелей с заданными свойствами. Поэтому технология получения смазок гораздо сложнее, чем топлив или масел. Технологические процессы производства смазок могут быть периодическими (обычно при выпуске большого ассортимента некрупными партиями) или непрерывными (целесообразны при выработке крупных партий одного сорта смазки). Типичная периодическая технология приготовления наиболее распространенных мыльных смазок заключается в следующем. В варочный котел загружают 15-30% нефтяного масла и всю порцию жирового компонента. Ингредиенты при перемешивании нагревают до 70-800C и добавляют водный раствор щелочи. При интенсивном перемешивании и температуре до 1100C происходит омыление жиров, после чего температуру повышают до 130 0C для выпаривания излишнего количества воды. Затем смесь полученной мыльной основы и остатка масла нагревают до температуры плавления мыла. По окончании варки мыльный расплав охлаждают. Режим охлаждения определяет пространственный каркас смазок: при быстром понижении температуры образуются мелкие, при медленном - крупные частицы загустителя. Смазки, полученные путем быстрого охлаждения расплава, отличаются большей прочностью. Наиболее упорядоченная и прочная структура пластичных смазок формируется в режиме изотермической кристаллизации.

Принципиальная технологическая схема непрерывного производства смазок: измельчение готового сухого мыла; приготовление суспензии его порошка в половине общего количества синтетического масла; нагревание суспензии до образования расплава; смешение последнего с остальным количеством нагретого масла; охлаждение мыльного расплава.

Технология получения углеводородных смазок намного проще, чем мыльных, и сводится в основном к сплавлению при перемешивании компонентов, выпарке воды и охлаждению готового расплава.

Стабильность охлажденных после приготовления пластичных смазок повышают продавливанием их через узкие кольцевые отверстия под давлением 20-25 МПа (гомогенизация) или через щелевые зазоры в полость специального аппарата, из которого непрерывно откачивают воздух (деаэрация).

При производстве смазок для получения необходимой структуры необходимым условием является тщательное выдерживание технологических режимов: порядка, температуры и продолжительности смешения компонентов, охлаждения и гомогенизации смеси, введения присадок и наполнителей. Для получения смазок иногда используются готовые загустители. Такие загустители, как мыла и полимочевины, могут также приготавливаться в процессе приготовления самой смазки путем смешивания реагентов в дисперсионной среде.

Приготовление загустителя в процессе приготовления самой связки происходит в процессе смешения реагентов в дисперсионной среде или ее части. Например, для приготовления мыла в реактор загружают дисперсионную среду, жиры и водный раствор (или суспензию) гидроксида металла. Смесь нагревают до плюс 200°C и более градусов и перемешивают в течении заданного времени (10-40 мин). В реакторе происходит омыление жира с образованием мыла и глицерина. Глицерин остается в смазке, а избыток воды выпаривается. Для этого используются специальные выпарные аппараты. Полностью воду из смазки удалить нельзя, и поэтому часть ее (до нескольких процентов на смазку) остается. Иногда это оказывается полезным. Например, вода в гидратированных кальциевых смазках служит стабилизатором их структуры. Другим примером приготовления загустителя в процессе приготовления самой связки может служить получение полимочевины. Для этого в дисперсионной среде последовательно смешивают амины и изоцианаты, наблюдая в процессе реакции между ними интенсивное загущение смеси с выделением тепла. Завершается стадия диспергирования загустителя образованием гомогенного расплава или тонкой суспензии.

Охлаждение - ответственная стадия, на которой начинается образование структуры смазки. Оно начинается в реакторе и продолжается в специальных скребковых холодильниках. Существуют другие способы охлаждения, например, в тонком слое на вращающихся барабанах. В конце процесса охлаждения в смазку вводят большинство присадок и наполнителей.

Гомогенизация смазки завершает образование ее структуры. Она заключается в интенсивном механическом воздействии на гель. Простейшим гомогенизатором являются трехвальцовые краскотерки, в которых через зазоры между вращающимися вальцами пропускается смазка. Более эффективны клапанные и роторно-щелевые гомогенизаторы, в которых смазка пропускается с большой скоростью под давлением через малые регулируемые зазоры. Существуют гомогенизаторы и других типов.

Деаэрация - стадия, которой иногда пренебрегают. Однако удаление воздуха из готовой смазки улучшает ее структуру и внешний вид.

Фильтрация исходных компонентов и готовых смазок также необходима для получения качественного продукта с хорошими антифрикционными характеристиками. Фильтрация смазок - процесс достаточно трудный. Для этого смазки пропускают через металлические сетки, патронно-щелевые фильтры или фильтры других, более сложных конструкций.

2. Система классификации и маркировки гидравлического масла

2.1 Гидравлические масла. Общие требования и свойства

Принятая в мире классификация минеральных гидравлических масел основана на их вязкости и наличии присадок, обеспечивающих необходимый уровень эксплуатационных свойств.

В соответствии с ГОСТ 17479.3-85 ("Масла гидравлические. Классификация и обозначение") обозначение отечественных гидравлических масел состоит из групп знаков, первая из которых обозначается буквами "МГ" (минеральное гидравлическое), вторая - цифрами и характеризует класс кинематической вязкости, третья - буквами и указывает на принадлежность масла к группе по эксплуатационным свойствам.

Таблица 1 - Классы вязкости гидравлических масел

По ГОСТ 17479.3-85 (аналогично международному стандарту ISO 3448) гидравлические масла по значению вязкости при 40°С делятся на 10 классов.

В зависимости от эксплуатационных свойств и состава (наличия соответствующих функциональных присадок) гидравлические масла делят на группы А, Б и В.

Группа А (группа НН по ISO) - нефтяные масла без присадок, применяемые в малонагруженных гидросистемах с шестеренными или поршневыми насосами, работающими при давлении до 15 МПа и максимальной температуре масла в объеме до 80°С.

Группа Б (группа HL по ISO) - масла с антиокислительными и антикоррозионными присадками. Предназначены для средненапряженных гидросистем с различными насосами, работающими при давлениях до 2,5 МПа и температуре масла в объеме свыше 80°С.

Группа В (группа HM по ISO) - хорошо очищенные масла с антиокислительными, антикоррозионными и противоизносными присадками. Предназначены для гидросистем, работающих при давлении свыше 25 МПа и температуре масла в объеме свыше 90°С.

В масла всех указанных групп могут быть введены загущающие (вязкостные) и антипенные присадки.

Загущенные вязкостными полимерными присадками гидравлические масла соответствуют группе HV по ISO 6743/4.

В таблице 2 кроме чисто гидравлических масел включены масла марок "А", "Р", МГТ, отнесенные к категории трансмиссионных масел для гидромеханических передач. Однако благодаря высокому индексу вязкости, хорошим низкотемпературным и эксплуатационным свойствам и из-за отсутствия гидравлических масел такого уровня вязкости они также используются в гидрообъемных передачах и гидросистемах навесного оборудования наземной техники.

Некоторые давно разработанные и выпускаемые гидравлические масла по значению вязкости нестрого соответствуют классу по классификации, обозначенной ГОСТ 17479.3-85, а занимают промежуточное положение. Например, масло ГТ-50, имеющее вязкость при 40°С 17-18 ммУс, находится в ряду классификации между 15 и 22 классами вязкости.

По вязкостным свойствам гидравлические масла условно делятся на следующие:

- маловязкие - классы вязкости с 5 по 15;

- средневязкие - классы вязкости 22 и 32;

В данном стандарте приведены свойства следующих масел, описываемых в стандарте ИСО 6743:

HH = масла без присадок

HL = масла HH с антикоррозионными и антиокислительными свойствами

HM = масла HL с улучшенными противоизносными свойствами

HR = масла HL с улучшенными вязкостно-температурными свойствами

HV = масла HM с улучшенными вязкостно-температурными свойствами (обычно для строительной и морской техники)

HG = масла HM с повышенной скользкостью и антизаедающими свойствами

2.3 Синтетические и полусинтетические гидравлические масла

Наряду с широко распространенными рабочими жидкостями на нефтяной основе все большее применение находят синтетические и полусинтетические продукты, выгодно отличающиеся от нефтяных по комплексу эксплуатационных свойств, а также огнестойкостью и большей пожаробезопасностью. Такие рабочие жидкости используют в авиационной технике, в гидравлических приводах шахтного оборудования, в гидравлических системах "горячих" цехов металлургических заводов и ряде других областей.

Масла 132-10 и 132-10Д (ГОСТ 18613-88) - полусинтетические гидравлические жидкости - представляют собой смесь полиэтилсилоксановой жидкости и нефтяного маловязкого низкозастывающего масла МВП. Указанные жидкости выпускают под индексом ВПС. Масло 132-10 предназначено для работы в гидравлических системах в интервале температур от минус 70 до плюс 100°С, масло 132-1 ОД - для работы в электрически изолированных системах также в том же интервале температур.

Рабочая жидкость 7-50С-3 (ГОСТ 20734-75) - синтетическая жидкость, применяют в гидравлических агрегатах и гидравлических системах летательных аппаратов в диапазоне температур от минус 60 до плюс 175°С длительно, с перегревами до 200°С; рабочие давления до 21 МПа. Жидкость изготавливают из смеси полисилоксановой жидкости и органического эфира с добавлением противоизносной присадки и ингибиторов окисления.

Рабочая жидкость НГЖ-4у (ТУ38.101740-80, изменения №№ 4-6) - синтетическая взрывопожаробезопасная жидкость на основе эфиров фосфорной кислоты. Была создана взамен ранее широко применявшейся в авиации жидкости НГЖ-4, вызывавшей эрозию клапанов гидросистем и, как следствие этого, утечку жидкости. Жидкость НГЖ-4у является эрозионностойкой, содержит присадки, улучшающие ее вязкостные, антиэрозионные, антиокислительные свойства. Работоспособна в интервале температур от минус 55 до 125°С при рабочих давлениях до 21 МПа. Имеет температуру самовоспламенения 650-670°С, медленно горит в пламени, но не поддерживает горение и не распространяет пламя в отличие от нефтяных жидкостей типа АМГ-10. Является хорошим пластификатором и растворителем для многих неметаллических материалов, поэтому при использовании последних в контакте с жидкостью НГЖ-4у следует тщательно проверять их совместимость или пользоваться только теми материалами, которые специально подобраны и рекомендованы для жидкостей типа НГЖ

Рабочая жидкость НГЖ-5у (ТУ38.401-58-57-93) - синтетическая взрывопожаробезопасная, эрозионностойкая жидкость на основе смеси эфиров фосфорной кислоты, содержащая пакет присадок, улучшающих вязкостные, антигидролизные, антиокислительные, антикоррозионные и антиэрозионные свойства.

Используют в гидросистемах самолетов ИЛ-86, ИЛ-96, ТУ-204 и др. Температурный интервал использования жидкости НГЖ-5у составляет минус 60...плюс 150°С при номинальных давлениях до 21 МПа.

Жидкость имеет температуру самовоспламенения 595-630°С, медленно горит в пламени, не поддерживает горения и не распространяет пламя. Жидкость НГЖ-5у полностью совмещается с жидкостями НГЖ-4 и НГЖ-4у.

3. Эксплуатационные свойства тормозной жидкости и физико-химические показатели ее раскрывающие

Эксплуатационные свойства тормозных жидкостей определяются составом основных компонентов, входящих в них. В зависимости от основы тормозные жидкости делятся на минеральные, гликолевые и силиконовые.

Минеральные тормозные жидкости представляют собой смеси касторового масла, получаемого из масленичной культуры клещевины, и спирта. Смесь на основе бутилового спирта образует тормозную жидкость БСК, а смесь на основе этилового спирта -- ЭСК.

Жидкость на основе касторового масла обладает хорошими смазывающими и защитными свойствами, она негигроскопична, но имеет низкую температуру кипения. Поэтому ее нельзя использовать в приводах с дисковыми тормозами, так как жидкость в их рабочих цилиндрах может достигать температуры 150 °С, а иногда и более высокой. При отрицательных температурах вязкость БСК сильно возрастает: при минус 20°С работа тормозов затруднительна, а при минус 40°С эта жидкость застывает.

Жидкости на основе минеральных масел (ISO 7308) практически не обладают гигроскопичностью, поэтому температура их кипения (при отсутствии абсорбции влаги) не снижается. Для обеспечения меньшей зависимости вязкости от температуры в тормозную жидкость добавляют специальные присадки.

Тормозные жидкости на основе минеральных масел нельзя смешивать с другими жидкостями, в которых в качестве основы применяются гликоли, чтобы не допустить набухания резиновых уплотнительных элементов гидропривода тормозов. Кроме того, при снижении температуры из раствора будут выпадать сгустки касторового масла, которые могут препятствовать прохождению жидкости по тормозной системе.

Гликолевые тормозные жидкости изготавливаются на основе различных соединений гликолей. Их свойства противоположны свойствам касторовых жидкостей. При удовлетворительных смазывающих свойствах эти жидкости имеют высокую начальную температуру кипения и низкую температуру застывания, однако, будучи гигроскопичными, при насыщении влагой снижают температуру кипения.

Тормозные жидкости на гликолевой основе, как правило, соответствуют требованиям международного стандарта DOT 3. Однако если свободные гидроксилы в их составе частично связаны сложными эфирами с борной кислотой, образется высококачественная тормозная жидкость DOT 4 (или DOT 4+, Super DOT ; 4), которая при взаимодействии с влагой полностью ее нейтрализует. Снижение температуры кипения тормозной жидкости DOT 4 за время ее эксплуатации по сравнению с жидкостью DOT 3 происходит значительно медленнее, а потому срок службы тормозной жидкости DOT 4 больше.

Силиконовые тормозные жидкости (SAE J 1705), как и минеральные масла, не абсорбируют влагу. Накопленная в тормозной жидкости вода в свободном состоянии при нагревании более 100°С выпаривается, а при охлаждении ниже 0°С замерзает, что препятствует нормальной работе тормозной системы. Кроме того, тормозные жидкости на основе силиконов имеют худшие смазывающие свойства, что существенно ограничивает их широкое применение.

Важнейшими эксплуатационными свойствами тормозных жидкостей являются: вязкостно-температурные свойства (температура кипения свежей жидкости, температура кипения увлажненной жидкости, вязкость), гигроскопичность, совместимость, агрессивность к резиновым уплотнениям и др.

Температура кипения свежей жидкости служит критическим параметром безопасной работы тормозной системы. Установившаяся наибольшая температура во всей тормозной системе характеризует величину сопротивления жидкости тепловым нагрузкам, которые возникают при работе колесных тормозных цилиндров.

При температуре, превышающей точку кипения тормозной жидкости, растворенные в ней газы резко, увеличивают свой объем. При этом происходит интенсивное образование воздушных пузырьков испаряющейся тормозной жидкости, которые вытесняют часть жидкости через компенсационные отверстия в резервный бачок главного тормозного цилиндра. Нажатие на тормозную педаль приведет лишь к сжатию и растворению пузырьков газа в оставшейся жидкости, а необходимого роста давления в системе не происходит, что приводит к значительному снижению эффективности торможения или к полному отказу тормозной системы (педаль тормоза при нажатии «проваливается»). Чтобы этого не происходило, тормозная жид­кость, заливаемая в систему, должна обладать высокой температурой кипения.

Гигроскопичность -- способность жидкости поглощать воду из окружающей среды. Негигроскопичная тормозная жидкость предохраняет тормозную систему от появления в ней воды в свободном виде, химически связывает ее и препятствует образованию ледяных или паровоздушных пробок в интервале рабочих температур.

Температура кипения увлажненной жидкости характеризует минимально допустимое значение установившейся температуры кипения жидкости в зависимости от абсорбированной влаги в количестве 3,5 % от объема системы. При попадании в систему влаги точка кипения тормозной жидкости снижается.

Абсорбция влаги происходит, в основном, за счет диффузии воды через гибкие трубопроводы тормозной системы. Поэтому гибкие соединительные трубопроводы тормозной системы рекомендуется заменять через 1 -2 года эксплуатации автомобиля.

Наиболее чувствительны к изменению вязкости жидкости тормозные механизмы, оснащенные, антиблокировочной системой тормозов (АБС), и тормоза автомобилей с автоматической трансмиссией.

Совместимость -- способность тормозной жидкости смешиваться с аналогами без вступления их компонентов в химическую реакцию между собой.

Стабильность физико-химических свойств должна предотвращать расслоение, вспенивание и выпадение осадков в жидкости при работе и хранении.

Химическая инертность -- способность жидкости не вступать в химические реакции с материалами, из которых изготовлены детали тормозной системы. Коррозионная агрессивность жидкостей не должна оказывать сильного воздействия на металлические детали тормозной системы автомобилей. Защитные противокоррозионные свойства обеспечиваются введением в тормозные жидкости специальных присадок. Увеличение объема резины в тормозной жидкости после старения нормируется отечественными стандартами, а для жидкостей иностранного производства не должно превышать 10 %. При значительном увеличении объема прочностные свойства резины существенно ухудшаются. Даже незначительное загрязнение (минеральным маслом, растворителями) тормозной жидкости на гликолевой основе может привести к разрушению резиновых уплотнений и выходу из строя всей тормозной системы. Свойства жидкостей улучшаются добавлением присадок.

Физико-химические показатели тормозной жидкости представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Характеристики тормозных жидкостей отечественного производства