Журнал о Медицине
rss новости rss статьи rss все архив
Словарь научных терминов

Пластичные смазки

ПЛАСТИЧНЫЕ СМАЗКИ (консистентные смазки, от лат. consisto-состою, застываю, густею), мазе- или пастообразные смазочные материалы, получаемые введением твердых загустителей в жидкие нефтяные или синтетич. масла и их смеси. Как правило, П. с. (в литературе их для краткости часто наз. просто смазками)-трехкомпонентные коллоидные системы, содержащие дисперсионную среду (жидкая основа), дисперсную фазу (загуститель), модификаторы структуры и добавки (наполнители, присадки). Благодаря высокой концентрации коллоидные частицы загустителя образуют пространств. структурный каркас, в ячейках к-рого прочно удерживается масло. Большинство П. с. имеет волокнистое строение.

Высокая степень структурирования дисперсной фазы придает смазкам пластичность, упругость и др. св-ва (см. ниже), к-рыми они значительно отличаются от жидких смазочных материалов. При малых нагрузках или в их отсутствие П. с. проявляют св-ва твердых тел: не растекаются под действием собств. массы, удерживаются на вертикальных пов-стях, не сбрасываются инерционными силами с движущихся деталей. Однако при нек-рых критич. нагрузках (обычно 0,1-0,5, реже 2-3 кПа), превышающих предел прочности структурного каркаса, происходят т. наз. тиксотропные превращения: смазки разрушаются и начинают деформироваться-течь как пластичное тело без нарушения сплошности; после снятия нагрузок течение прекращается, разрушенный каркас восстанавливается и смазки снова приобретают св-ва твердых тел.

Основные свойства. Оценка качества П. с. включает определение комплекса св-в, к-рые лежат в основе подбора и применения смазок.

Предел прочности на сдвиг -миним. нагрузка, вызывающая переход от упругопластич. деформации к течению смазки. С повышением т-ры он обычно уменьшается. Т-ра, при к-рой предел прочности приближается к нулю, характеризует верх. предел работоспособности П. с. Оценка прочности производится на пластометре: сдвиг смазки осуществляется в спец. оребренном капилляре под давлением термически расширяющейся жидкости. Для большинства П. с. предел прочности на сдвиг 0,1-1 кПа (при 200C).

Вязкость определяет прокачиваемость при низких т-рах и др. эксплуатац. св-ва смазок, возможность заправки ими узлов трения. Для измерения вязкости используют, напр., капиллярные и ротац. вискозиметры. При миним. рабочих т-рах и скорости деформации 10с-1 вязкость П.с. не должна превышать 2 кПа · с.

Мех. стабильность характеризует реологич. св-ва смазок, т.е. их способность восстанавливаться после разрушения. Вследствие неблагоприятного влияния изменения мех. св-в П. с. на функционирование узлов трения (затруднены их запуск, ухудшены рабочие характеристики, поступление смазочного материала к контактным пов-стям и увеличено его вытекание) стремятся приготовлять механически стабильные смазки. Для этого, напр., уменьшают (до определенных пределов) размеры частиц загустителей и увеличивают их концентрацию, изменяют хим. состав масел, вводят соответствующие добавки. Мех. стабильность оценивается на ротац. приборе - таксометре изменением прочности П. с. при их деформировании.

Пенетрация-показатель прочности смазок. Глубина погружения конуса (стандартной массы) в течение 5 с в смазку, выраженная в десятых долях мм, наз. числом пене-трации. Чем смазка мягче, тем глубже в нее погружается конус и тем выше число пенетрации. Этот показатель используют для установления идентичности рецептур и соблюдения технологии получения смазок. Число пенетрации П. с. составляет 170-420.

Коллоидная стабильность характеризует способность смазок при хранении и эксплуатации сопротивляться выделению масла (под действием т-ры, давления и др. факторов или самопроизвольному вследствие структурных изменений, напр. под воздействием собственной массы). Коллоидная стабильность смазок определяется степенью совершенства их структурного каркаса и вязкостью дисперсионной среды: чем выше вязкость масла, тем труднее ему вытекать из объема смазки. Mн. пром. смазки на основе маловязких масел или с малым содержанием загустителей недостаточно коллоидостабильны. Для предотвращения либо понижения выделения масла из таких смазок их расфасовывают в небольшую тару. Коллоидная стабильность оценивается по массе масла (в %), отпрессованного из смазки при комнатной т-ре в течение 30 мин; для П. с. она не должна превышать 30% во избежание резкого упрочнения, нарушения их нормального поступления к смазываемым пов-стям и ухудшения вязкостных и смазывающих св-в.

Хим. стабильность-стойкость смазок к окислению кислородом воздуха (в широком смысле - отсутствие изменения св-в смазок при воздействии на них к-т, щелочей и др.). Окисление приводит к образованию и накоплению кислородсодержащих соед. в смазках, снижению их прочности и коллоидной стабильности и ухудшению иных показателей. Хим. стабильность П. с. удается повысить тщательным подбором масляной основы и загустителей, введением антиокислит. присадок, изменением технол. режимов приготовления. Стойкость к окислению особенно важна для таких смазок, к-рые заправляются в узлы трения 1 -2 раза в течение 10-15 лет, работают при высоких т-рах, в тонких слоях и в контакте с цветными металлами. Большинство методов определения этого показателя для П. с. основано на их окисляемости в тонком слое на к.-л. пов-сти (стекло, сталь, медь) при повыш. т-ре, оцениваемой по величине индукц. периода и скорости поглощения кислорода.

Термич. стабильность-способность смазок не изменять св-ва и не упрочняться при кратковрем. воздействии высоких т-р. Термоупрочнение затрудняет поступление к узлам трения смазок, ухудшает их адгезионные св-ва. Термич. стабильность П. с. оценивается на приборе, наз. проч-номером, по изменению предела их прочности до и после выдерживания при повыш. т-рах.

Испаряемость-показатель стабильности состава смазок при хранении и применении; зависит гл. обр. от испаряемости масла, к-рая тем выше, чем ниже хим. стабильность смазочного материала, тоньше слой и больше его пов-сть. Количеств. оценка испаряемости смазок основана на измерении потери массы (в %) образца, к-рый выдерживается в стандартньйс условиях в течение определенного времени при постоянной т-ре.

Микробиол. стабильность-стойкость смазок к изменению состава и св-в под действием микроорганизмов. Для предотвращения микробиол. поражения смазок в них вводят бактерицидные препараты-антисептики (напр., салициловую к-ту, фенолы, орг. производные Hg, Sn и др.) и нек-рые присадки. Этот показатель оценивают по отсутствию или росту, напр., грибков на пов-сти П. с. в чашках Петри либо на металлич. пластинках.

Радиац. стойкость-показатель стабильности смазок при воздействии излучений высоких энергий (a- и b-частицы, g-кванты, своб. электроны). Стойкость П. с. к облучению в значит. степени определяется составом дисперсионной среды и м. б. представлена след. рядом: полисилоксаны < < сложные эфиры < нефтяные масла < простые эфиры. В зависимости от типа загустителей смазки могут приобретать "наведенную" радиоактивность; наиб. легко становятся радиоактивными Na-смазки (см. ниже). О радиац. стойкости П. с. судят по изменению их св-в после облучения определенной интенсивности. Суммарная доза 5·(104-106) Gr вызывает, как правило, разрушение волокон загустителей и изменение св-в смазок.

Температура каплепадения-миним. т-ра, при к-рой происходит падение первой капли нагреваемой смазки; условно характеризует т-ру плавления загустителя. Макс. т-ру применения смазок обычно принимают на 15-200C ниже их т-ры каплепадения. Однако далеко не для всех П. с. она позволяет правильно судить об их высокотемпературных св-вах. Так, т-ра каплепадения Li-смазок (см. ниже) отличается от т-р, соответствующих верх. пределу их работоспособности, на 40-70 0C.

Для оценки антикоррозионных св-в П. с. металлич. пластинку погружают в них при повыш. т-ре, зависящей от т-ры каплепадения; об агрессивности смазок судят по изменению состояния пов-сти пластинки. Противоизнос-ные св-ва П. с. определяют на четырехшариковой машине трения; предельно допустимые значения износа шариков устанавливают в зависимости от назначения смазок и условий их эксплуатации. Защитные (консервационные) св-ва П. с. оценивают при воздействии на смазку, нанесенную на металлич. пластинку, повышенных влажности и т-ры, SO2, тумана HCl и др. агрессивных сред. Оценка эксплуатац. св-в П. с. включает также определение в них содержания воды, к-т и своб. щелочей.

Повышение требований к надежности и долговечности работы совр. машин и механизмов, а также ужесточение условий применения П. с. обусловливают необходимость регулирования и улучшения их качества путем тщательного подбора дисперсионных сред, дисперсных фаз, введения добавок и их композиций, совершенствования технологии приготовления.

Дисперсионная среда. Жидкая основа в значит. мере определяет вязкостно-температурные характеристики, стабильность и др. св-ва П. с. В качестве дисперсионной среды, содержание к-рой в смазках составляет 70-90% по массе, используют товарные нефтяные масла малой и средней вязкости (не более 50 мм2/с при 50 0C). При подборе жидкой основы учитывают также хим. состав (содержание смол, полициклич. ароматич. углеводородов, кислородных соед.), заметно влияющий на формирование структуры смазок. Для приготовления П. с., работоспособных при высоких т-рах (150-2000C и более), служат обычно синтетич. масла (полисилоксаны, полигликоли, сложные эфиры, перфтор- и перхлоруглероды и др.). Регулирование эксплуатац. св-в смазок и более эффективное их использование достигаются применением композиций синтетич. и нефтяных масел.

НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИПИЧНЫХ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК

Смазка

Предел прочности, кПа, при т-ре

Вязкость, кПа·с, при т-ре

Испаряемость, % (при 1000C, 1 ч)

Коллоидная стабильность, %

Температурный диапазон применения, 0C

500C

800C

00C

200C

Общего назначения

0,2-0,3

-

0,1-0,2

0,08-0,15

1-4

1-5

от -20 до 65

Многоцелевая

0,4-0,6

0,2-0,6

0,2-0,28

0,08-0,12

2-3 (при 1500C)

8-12

от -40 до 120

Термостойкая

0,12-0,25

0,06-0,15

0,08-0,2

0,04-0,10

0,5-1 (при 1500C)

3-7

от -60 до 150

Морозостойкая

0,18-0,4

0,1-0,15

0,16-0,35

0,085-0,115

1-2

8-15

от -50 до 100

Химически стойкая

0,4-0,8

0

1-2,5

0,1-0,3

1

1-3

от -20 до 50

Радиационностойкая

0,37

0,2-0,26

0,18-0,21

0,12-0,13

2-6 (при 2000C)

3-8

от -20 до 250

Приборная

0,15-0,4

0,06-0,1

0,5-0,7

0,15-0,2

0,5-2

3-9

от -40 до 100

Для электрич. машин

0,25-0,65

0,13-0,3

0,2-0,4

0,14-0,24

3-4 (при 1500C)

5-8

от -30 до 100

Авиационная

0,12-0,24

0,11-0,2

0,05-0,18

0,05-0,07

0,5

8-16

от -60 до 150

Космическая

0-0,04

0

0,07

0,03

0,9 (при 1500C)

10

от -50 до 115

Металлоплакирующая

0,58

0,4

0,15-0,28

0,08-0,16

1

10-15

от -40 до 130

Автомобильная

0,4-0,84

0,4-0,52

0,1-0,2

0,08-0,15

3,6

2-5

от -30 до 100

Железнодорожная

0,4-0,6

0,15-0,25

0,37-0,43

0,2-0,3

<2,5

9-12

от -40 до 120

Морская

0,35-0,8

0,24-0,38

1,2-2,0

0,4-0,7

0

1-5

от 0 до 75

Индустриальная

0,15-0,35

0,1-0,3

<0,11

0,055

1-2 (при 1500C)

3-10

от -10 до 160

Консервационная

0,05-0,18

-

1,5-4,0

0,1-0,4

0

1-4

ниже 50

Канатная

-

-

0,25-0,36

0,02-0,75

0,8-1,5

-

от -35 до 50

Уплотнительная

0,3-0,55

0,2

0,43

0,2

9,3 (при 1500C)

3-6

от -25 до 130

Дисперсная фаза. Содержание загустителей в смазках составляет, как правило, 10-15%, при низкой загущающей способности-до 20-50% по массе. Загустители оказывают наиб. влияние на структуру и св-ва П. с. и подразделяются на органические и неорганические.

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

Мыльные смазки различают по катионам-кальциевые, натриевые, литиевые и др. Среди Са-смазок, выпуск к-рых в СССР составляет 75% выработки всех П. с., особенно важны составы на гидратир. Са-мылах-солидолы, работоспособные при т-рах от -30 до 700C. Широко используют безводные П. с. на основе комплексных Са-мыл (кСа-смазки), в к-рых загустителями служат комплексные соед. солей высо-комол. (обычно стеариновой) и низкомол. (как правило, уксусной) жирных к-т; эти смазки более термостойки по сравнению с обычными кальциевыми и работоспособны до 1600C. Распространены (10% выпуска всех П. с.) также Na-смазки, особенно консталины, работоспособные до 110-1200C; однако они р-римы в воде и легко смываются с металлич. пов-стей. Все большее применение получают многоцелевые Li-смазки, совмещающие достоинства кальциевых (водостойкость) и натриевых (т. каплепад. 170-2000C) смазок и работоспособные при т-рах от —50 до 1300C (см., напр., Литол). Кроме перечисленных П. с. в ряде случаев используют смазки на основе солей Al, Ba, Pb, Zn и др.

Углеводородные смазки (напр., пушечная, ЦИАТИМ-205) получают загущением гл. обр. вязких остаточных или высокоочищенных нефтяных масел твердыми углеводородами -парафином, церезином, их смесью, а также петролатумом, к к-рым иногда добавляют пчелиный и др. прир. воски. Эти смазки отличаются низкой т-рой каплепадения (45-700C), высокими водо- и морозостойкостью, а также хим. стабильностью, способностью после расплавления и послед, охлаждения восстанавливать структуру и св-ва.

Пигментные смазки (напр., ВНИИ НП-235) приготовляют введением преим. в синтетич. масла (полисилоксаны, поли-фениловые эфиры) в кол-вах 20-50% по массе красителей -индантрена, изовиалонтрона, фталоцианина меди и др. Отличаются высокими мех., коллоидной и хим. стабильностью, работоспособны при т-рах от -80 до 250-3000C и выше.

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

Смазки на неорг. загустителях. Получают загущением нефтяных и синтетич. масел неорг. соединениями: силикагелем (напр., смазки ВНИИ НП-279 или 282), стекловолокном, асбестом, бентонитовыми глинами (напр., смазка ВНИИ НП-273) и т. д. Эти смазки стабильны при высоких т-рах (200-3000C, в перспективе - при 400-6000C), радиоактивном облучении и др. сильных внеш. воздействиях.

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

Нек-рые важные характеристики П. с. приведены в таблице.

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

Прочность пространств. структурного каркаса смазок повышается благодаря т. наз. модификаторам структуры. Причины их присутствия в смазках: вносятся дисперсионной средой (напр., смолы и нефтяные к-ты); образуются при приготовлении-т. наз. технол. ПАВ (продукты окисления жидкой основы, избыток жирового сырья и продукты его превращений); накапливаются при хранении и применении (кислородсодержащие соед.) и т.д.

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

Присадки (0,001-5% по массе) - обычно орг. соед., р-римые в дисперсионной среде, оказывают существ. влияние на формирование структуры и реологич. св-ва смазок. Осн. присадки: антиокислительные (напр., ионол), антикоррозионные (нитрованный окисленный петролатум и др.), противоизносные (напр., трикрезилфосфат), вязкостные (по-лиизобутилены и др.) и т.д. (см. также Присадки к смазочным материалам). Эффективно также использование в П. с. композиций присадок и наполнителей.

Получение. Технол. процессы произ-ва смазок м.б. периодическими (обычно при выпуске большого ассортимента некрупными партиями) или непрерывными (целесообразны при выработке крупных партий одного сорта смазки). Типичная периодич. технология приготовления наиб. 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 р-р щелочи. При интенсивном перемешивании и т-ре до 1100C происходит омыление жиров, после чего т-ру повышают до 130 0C для выпаривания излишнего кол-ва воды. Затем смесь полученной мыльной основы и остатка масла нагревают до т-ры плавления мыла. По окончании варки мыльный расплав охлаждают. Режим охлаждения определяет пространств. каркас смазок: при быстром понижении т-ры образуются мелкие, при медленном - крупные частицы загустителя. Смазки, полученные путем быстрого охлаждения расплава, отличаются большей прочностью. Наиб. упорядоченная и прочная структура П. с. формируется в режиме изотермич. кристаллизации.

Принципиальная технол. схема непрерывного произ-ва смазок: измельчение готового сухого мыла; приготовление суспензии его порошка в половине общего кол-ва синтетич. масла; нагревание суспензии до образования расплава; смешение последнего с остальным кол-вом нагретого масла; охлаждение мыльного расплава. Технология получения углеводородных смазок намного проще, чем мыльных, и сводится в осн. к сплавлению при перемешивании компонентов, выпарке воды и охлаждению готового расплава.

Стабильность охлажденных после приготовления П. с. повышают продавливанием их через узкие кольцевые отверстия под давлением 20-25 МПа (гомогенизация) или через щелевые зазоры в полость спец. аппарата, из к-рого непрерывно откачивают воздух (деаэрация).

Применение. Св-ва П. с. определяют их преимущества перед жидкими смазочными материалами: малый уд. расход (иногда в сотни раз меньший); возможность создания более простых конструкций машин и механизмов, больший их "межсмазочный" период эксплуатации и значительно более низкие затраты на обслуживание.

Благоприятное сочетание св-в жидкости и твердого тела позволяет использовать П. с. в разнообразных узлах трения: открытых, негерметизированных, труднодоступных, расположенных под углом к горизонту, работающих в широких диапазонах т-р и скоростей, а также в вакууме; в механизмах с редко сменяемыми смазками, при недопустимости загрязнения ими среды или попадания на детали и перерабатываемые материалы, при вынужденном контакте с водой и др.

По назначению различают П. с. (см. также табл.): для снижения трения и износа деталей машин и механизмов (см. Антифрикционные смазки, Металлоплакирующие смазочные материалы); для защиты металлич. изделий от коррозии и предотвращения износа (см. Канатные смазки, Консерва-ционные смазки); для герметизации резьбовых соед., сальников, щелей, зазоров и т. д. (см. Уплотнительные смазки); для спец. целей увеличения трения для предотвращения проскальзывания трущихся пов-стей (фрикционные смазки), улучшения их приработки (приработочные смазки) и др. Кроме этих осн. ф-ций, смазки выполняют роль электро-изоляц. материалов, защищают детали узлов трения от ударных нагрузок, снижают вибрации и шум.

Мировое произ-во П. с. составляет ок. 1 млн. т/год, или примерно 4% выработки нефтяных масел (1989).

Лит.: Фукс И. Г., Пластичные смазки, M., 1972; его же, Добавки к пластичным смазкам, M., 1982; Синицын В. В., Пластичные смазки в СССР, 2 изд., M., 1984; Ищук Ю. Л., Технология пластичных смазок, К., 1986; Вава-нов В. В., Вайншток В. В., Гуреев А. А., Автомобильные пластичные смазки, M., 1986; Гуреев А. А., Фукс И. Г., Лашхи В. Л., Химмотология, M., 1986, с. 278- 363; Климов К. И., Антифрикционные пластичные смазки, M., 1988; Смазочные материалы. Справочник, M., 1989, с. 113-50; Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочное издание, под ред. В. M. Школьникова, M., 1989, с. 257-321. А. В. Виленкин.






Здоровье и профилактика Акушерство и гинекология Стоматология Красота Зрение Энциклопеди Адреса Реклама
Видео