Пластичные смазки: производство, применение, свойства

Пластичные смазки по своим свойствам объединяются в отдельную категорию пастообразных вязких материалов. Смеси обладают уникальной способностью сохраняться длительное время на поверхностях трущихся деталей, где традиционные жидкие составы не смогли бы удержаться.

Состав масел

Пластическая масляная смесь представляет собой трехкомпонентную коллоидную систему, состоящую из основы (дисперсной среды), загустителей (дисперсной фазы) и модифицирующих слаборастворимых добавок (наполнителей). Сгустители формируют в масляной жидкости волокнистую структуру, которая создает внутри вещества пространственную кристаллическую решетку, удерживающую жидкое масло. В момент возникновения, между соприкасающимися поверхностями, сил трения, жидкая составляющая самовыделяется и смазывает зону контакта.

В составе пластичной смазки каждый компонент имеет свое специфическое назначение:

1. Загуститель служит для придания жидким эмульсиям присущей им густоты.
2. Базовый масляный состав смазывает трущиеся поверхности.
3. Модифицирующие добавки совершенствуют рабочие качества субстанций.

В зависимости от способа производства и эксплуатационных требований пастообразные масляные вещества принято систематизировать по нескольким параметрам:

• состав смесей (тип и материал загустителя);
• консистенция;
• температурный интервал использования смазок (низкотемпературные, высокотемпературные);
• сфера применения (многофункциональные, специальные и пр).

По своему назначению масла делятся:

• на уплотнительные;
• антифрикционные;
• консервационные.

Базовые масла

Пластичные системы на 70–96% состоят из жидкой дисперсионной среды. Это базовая составляющая всех пастообразных смазочных материалов. Эксплуатационные качества готовых смесей в полной мере повторяют свойства основы, ее химический состав, вязкостные и термические характеристики, а также кардинально влияют на параметры готового продукта.

Минеральные базовые составляющие – это продукты получаемые в процессе переработки нефти, отличаются высокой вязкостью, окислительной и механической стабильностью. Мази, изготовленные на базе минеральных нефтепродуктов, хорошо защищают металлические покрытия от воздействия влаги, химических веществ и коррозии. Эксплуатационные свойства готового продукта пропорциональны качеству исходного сырья, которое зависит от способа перегонки нефти и глубины фильтрации.

Материалы на минеральной основе используются для смазывания высоконагруженных модулей трансмиссии автомобиля:

• подшипников колесных ступиц и водяного насоса;
• шарниров рулевых тяг;
• выжимных подшипников механизма сцепления.

Синтетическая основа – это масляные жидкости, синтезируемые из низкомолекулярных веществ – полимеров или олигомеров. Технические характеристики синтетических смазок во много раз превышают эксплуатационные качества минеральных масел. Составы отличаются повышенной вязкостью, температурой твердения, высокими термическими и механическими свойствами.

Эфирные (диэфирные) композиции – маслянистые бесцветные жидкости, не вступающие в реакцию с водой. Смазочные материалы на основе эфирных веществ обладают высокой смазочной способностью, и предназначены для высокоскоростных узлов трансмиссии, где требуется повышенная химическая устойчивость к различным нефтепродуктам.

Силиконовая основа пластичных смазок – это кремнийорганические масляные жидкости с высокими гидрофобными и адгезионными свойствами, химически инертны, не токсичны. Вещества обладают большим углом смачивания и широким диапазоном рабочих температур.

Масла растительного происхождения производятся посредством переработки семян некоторых масленичных культур. Органические композиты обладают хорошей адгезией, но сравнительно низкими термическими характеристиками.

Загустители

Пластичные мылистые реактивы, служащие для увеличения вязкости масел, называются загустителями. В роли загустителей (добавок) по большей части выступают жирные органические кислоты и продукты омыления металлов.

Волокнистая структура добавки определяет густоту и механическую прочность покрытия, а кристаллическая решетка, формируемая волокнами, обуславливает химическую и термическую устойчивость материала. Количество сгущающих присадок в структуре вещества составляет 4–20%.

В роли модификаторов вязкости выступают производные калия, натрия, алюминия, лития, бария. Кроме этого применяют полимерные, углеводородные, силикагелевые и эфирные загустители. При маркировке смазочного материала обязательно указывается тип мыльной добавки.

Металлические мыла

Мыльные комплексные системы классифицируют по нескольким категориям:

• простые;
• комплексные
• смешанные.

Структура простых субстанций состоит из синтетического (60%) или натурального (80%) сырья. Примерами таких соединений могут служить смазочные растворы на базе солей лития, кальция, натрия, алюминия, бария.

Соли кальция и смазочные материалы, изготовленные на базе этих веществ, обладают высокой гидрофобностью, адгезией, низкотемпературными, противокоррозионными и антиокислительными качествами. Недостатками этих масел является низкое значение жаростойкости (+75°). В процессе работы они могут разжижаться, а в случае длительного хранения – затвердевать. На практике такие смазки называют солидолами:

1. Солидолы С – продукты переработки синтетических жирных кислот.
2. Солидолы Ж – смазочные субстанции на базе натуральных загустителей.

Пластические кальциевые масла применяют для обработки трущихся поверхностей автомобиля, где нет высокого механического и химического воздействия.

Литиевые мыла обладают широким диапазоном эксплуатационных характеристик. Смазочные материалы, изготовленные на базе литиевых производных, используют для покрытия трущихся деталей в крайне нагруженных местах трансмиссии и шасси автомобиля.

Литиевые смазки работают в температурном интервале от -30 до +150°C, обладают водонепроницаемостью и высоким термическим порогом твердения. Примером таких масел служат: Литол-24, Северол, ФИОЛ и др.

Натриевые смазки обладают высокой адгезией по отношению к металлическим поверхностям.  Высокие термические характеристики натриевого мыла позволяют пластичным смазкам на их основе сохранять свою работоспособность до +120°. Недостатком масел является то, что они хорошо растворяются в воде. Этот фактор в значительной степени ограничивает их сферу использования.

Алюминиевые растворы характеризуются высокой водонепроницаемостью, адгезией, температурный интервал – от +5 до +110°C. Из недостатков – невысокая стойкость к механическим нагрузкам. Бариевые мыла и материалы отличаются повышенными физико-химическими характеристиками, термостойкостью (+150°C) и совершенно инертны к нефтехимическим веществам.

Смешанные композиции вырабатывают посредством соединения 2–3 элементов (Ca–Na; Li–Na–Ca). Производство композитов имеет свои особенности. Вначале в структуру загустителей вводят базовые вещества, которые начинают взаимодействовать с органическими кислотами, и только после окончания реакции окисления, вводят следующий реагент.

Характеристики таких смазок обуславливаются объемом применяемых компонентов. Например, чем больше кальциевого мыла в составе натриевой смазки, тем выше водонепроницаемость и термическая стойкость. Добавки кальциевых компонентов в структуру лития позволяют получить более прочные соединения с хорошей водостойкостью.

Комплексные загустители получают путем смешивания нескольких типов солей, принадлежащих одному химическому элементу. В качестве таких реагентов обычно выступают соли щелочных металлов (стеараты), органических или неорганических кислот – ацетаты и карбонаты.

Химический состав комплексного раствора подбирают с учетом улучшения эксплуатационных характеристик готовой смазки. Среди большого количества комплексных соединений особенно широкое признание получили алюминиевые, литиевые, кальциевые и бариевые мыла.

Полимерные загустители

Для производства пластичных смазок на базе полимерных загустителей применяются восковые полимочевины и фторполимерные вещества. Полимочевинные соединения обладают высокими термическими характеристиками, их температура плавления находится в границах от +150 до 230°C.

Полимерные композиции отличаются длительным сроком эксплуатации, хорошей смазочной способностью, подходят для использования в узлах трения с высокими механическими нагрузками. Основное назначение – это смазывание шарниров и роликовых подшипников ходовой части автомобиля.

Составы на основе фторполимерных загустителей являются незаменимыми субстанциями при производстве высокотемпературных масел, отличаются гидрофобными, антикоррозионными и антиокислительными свойствами.

Углеводородные

Углеводородные мази получают посредством сгущения жидких минеральных масел парафинами и церезинами. Смазки имеют высокую водостойкость, химическую устойчивость, и способны сохранять свои эксплуатационные характеристики даже после расплавления и последующего остывания.

Из недостатков – это низкая термическая устойчивость (32–65°C). По этой причине масла разрешено применять только в консервационных целях. Не исключается возможность использования таких смазок для ходовой части автомобилей, эксплуатируемых в условиях низкого температурного режима.

Неорганические и органические компоненты

Смазочные материалы с неорганическими связующими веществами изготавливают с применением сажи, селикогеля, бетонита и др. Смеси химически стабильны, отличаются повышенными параметрами водо- и термостойкости.

Неорганические составляющие имеют пористую структуру, которая в процессе изготовления смазочных смесей впитывает масляную жидкость, которая в ходе переработки превращается в вязкий гель. Продукты, сделанные на силиконовых маслах и графите, отличаются водонепроницаемостью, высокой термической и химической устойчивостью.

В роли органических сгустителей задействуют соединения мочевины и фталоцианиновые производные. Смазочные материалы на базе органических загустителей имеют неплохие эксплуатационные характеристики и могут использоваться для смазывания трущихся поверхностей в ходовой части автомобиля.

Модификаторы

Пластичные смазки являются сложными по своей структуре материалами, их состав зависит от назначения и эксплуатационных требований. Некоторые марки смесей могут содержать десять и более компонентов. Помимо основы и загустителя в пастообразных системах содержится комплекс улучшающих добавок и наполнителей, которые в свою очередь тоже изменяют эксплуатационные свойства продукта.

Подбор модификаторов производится строго индивидуально, в зависимости от назначения готовой смазки. Например, добавка, увеличивающая липкость масла – важна для смазки рулевых тяг и совершенно неприемлема при обработке высокоскоростных подшипников.

Модифицирующая присадка во время приготовления может растворяться в смеси (функциональная добавка) или находится в растворе в форме твердых включений – взвесей (наполнитель).

Функциональные реагенты совершенствуют противоизносные, антифрикционные, противозадирные и антиокислительные свойства. Они повышают коллоидную и термическую устойчивость, адгезию, снижают риск коррозии и ржавления.

Наполнители:

• сажа;
• дисульфид молибдена;
• медь;
• графит;
• политетрафторэтилен;
• сульфид цинка и др.

Перечисленные материалы добавляются в смеси в форме порошков. Их эффект действия заметен в зонах контакта интенсивно трущихся поверхностей. Наполнители отличаются высокой термостойкостью – 250–400°C. Они на постоянной основе предохраняют трущиеся детали от задиров и разрушений.

Основные свойства пластичных смазок

Свойства пластичных смазок несколько отличаются от свойств жидких трансмиссионных и моторных масел. Для жидких фракций характерны следующие качества:

1. Вязкость.
2. Давление.
3. Температурный диапазон.
4. Моющая способность (вывод продуктов износа).
5. Окислительная, коррозионная и термическая стабильность.
6. Способность масляной жидкости создавать на границе раздела прочную защитную пленку.
7. Низкий показатель вспениваемости.
8. Малая испаряемость.

Эксплуатационные требования к пастообразным смазкам нужно рассматривать гораздо шире. Технические характеристики жидких масел в основном направлены на снижение трения и износа, и эти свойства зависят от химической структуры основы и пакета модифицирующих присадок.

Свойства пластичных смазок и их назначение определяется маркой базового масла, его вязкостью, типом загустителя, способом смешивания, природой наполнителя, химическим составом присадок и их принципом действия.

Основные показатели качества, влияющие на эксплуатационные характеристики пластичных масляных смесей:

1. Коэффициент трения и величина износа при использовании пластичных смазок – подчиняется индексу вязкости и сорту базовых масел.
2. Нагрузочная способность (несущая) смазки определяется возможностью масляного материала удерживаться длительное время на границе раздела трущихся поверхностей, невзирая на термические и механические воздействия.
3. Устойчивость к вибрации. Вибрация возникает в роликовых или игольчатых подшипниках ходовой части и трансмиссии автомобиля.
4. Стабильность коллоидной структуры смазочной смеси – это способность мази не расслаиваться в процессе работы и хранения. Слишком большое выделение жидкого компонента может привести к твердению загустителя, что отрицательно скажется на функциональных способностях смазки. Коллоидная стабильность масла зависит от структуры пространственного каркаса, консистенции и состава дисперсионной фазы.
5. Адгезия характеризует способность материала прочно схватываться с металлическими поверхностями. Липкость смазки оказывает влияние на устойчивость масляного покрытия в зонах контакта трущихся деталей.
6. Подвижность масляного слоя играет важную роль в смазке вращающихся поверхностей. Во время работы механизмов происходит выдавливание материала на поверхность трущихся деталей. Способность смеси быстро возвращаться в стандартное положение и характеризует подвижность продукта.
7. Тиксотропия определяется способностью пластичного состава воссоздавать структурные соединения, которые были разрушены под воздействием механических нагрузок.
8. Предел текучести оценивает возможности мазей сохранять и восстанавливать свою консистенцию на вертикальных плоскостях и поверхностях вращающихся деталей. Величина сдвига, при которой смазка начинает переходить из пластичного состояния в жидкое, называется пределом или границей текучести.
9. Динамической вязкостью называется величина соотношения между силой сдвига и скоростью деформации. Показатели вязкости зависят от параметров базовой субстанции и могут изменяться при увеличении или уменьшении скорости и температуры деформации.
10. Химическая устойчивость – это возможность смазочного материала противостоять окислительным реакциям при повышении температуры, в процессе взаимодействия масляного покрытия с кислородом воздуха.
11. Водостойкость – способность смазки защищать трущиеся поверхности от вредного воздействия влаги. В случае соединения масляной пасты с водой – не должна меняться консистенция, смазочная способность и липкость рабочей смеси.

Совместимость смазок

В ходе эксплуатации автомобильного транспорта возникает необходимость замены одного типа смазки на ее аналоги. При выборе материала всегда нужно учитывать совместимость смазочных составов. Нанесение на металлическую поверхность масла, которое не совмещается по техническим характеристикам с предыдущим составом, может привести к поломке, и выходу из строя рабочего узла ходовой части автомобиля.

В случае невозможности приобретения нужного сорта смазки, необходимо снять деталь, промыть ее в керосине, и лишь затем наносить новую марку материала. Если демонтаж детали ходовой части автомобиля затруднен по техническим причинам, то нужно использовать только ту смазку, которую рекомендует завод изготовитель (инструкция по ТО).

Следующая проблема – это совместимость с полимерными комплектующими. Масла на минеральной основе хорошо воспринимают пластиковые детали, а вот синтетические материалы могут отрицательно повлиять на состояние пластмассовых элементов. При определении возможности совмещения контактируемых веществ, нужно учитывать продолжительность их взаимодействия и рабочую температуру узла трения.