Моторные масла

    Механизм  действия зольных моющих присадок объясняют  их адсорбцией на поверхности нерастворимых  в массе частиц. При работе двигателя на топливах с высоким содержанием серы щелочные моюще-диспергирующие присадки препятствуют нагаро- и лакообразованию на деталях двигателя в результате нейтрализации кислот, образующихся из продуктов сгораемого топлива. Металлосодержащие моющие присадки повышают зольность масла, что может приводить к таким нежелательным явлениям , как образование зольных отложений в камере сгорания, замыкания электродов свечей зажигания и т.д. Поэтому сульфатную зольность масел обычно ограничивают верхним пределом. Ее значение зависит от конструкции двигателя, расхода масла на угар, условий эксплуатации, в частности от содержания серы в топливе.

    В лабораторных условиях моющие свойства моторных масел определяют на модельной  установке ПЗВ, состоящей  из малоразмерного двигателя, приводимого в действие от электромотора и имеющего нагрев цилиндра. В стендовых условиях моющие свойства оценивают стандартными испытаниями на одноцилиндровых моторных установках или полноразмерных двигателях. Критерием оценки служит чистота поршня, а также других деталей двигателя, масляных фильтров, центрифуг.

    Антиокислительные свойства. Условия работы моторных масел в двигателях настолько  жестки, что предотвратить их окисление  полностью не удается. Соответствующей  очисткой базовых масел от нежелательных соединений, присутствующих в сырье, а также введением антиокислительных присадок можно значительно затормозить процессы окисления масла, которые приводят к образованию отложений, загрязнению масляных фильтров, к росту вязкости масла, коррозионной активности и другим неблагоприятным последствиям.

    Окисление масла в двигателях наиболее интенсивно происходит в тонком слое: на металлических  поверхностях деталей, нагревающихся  до высокой температуры. В объеме масло окисляется  менее интенсивно. Во внутренних полостях двигателя масло находится в виде тумана, что создает благоприятные условия для контакта мелких капель масла с картерными газами и, следовательно, для его окисления.

    Значительно влияют на скорость и глубину окислительных процессов  частицы метанов и загрязнения неорганического происхождения, которые попадают в масло в результате износа двигателя, недостаточной очистки всасываемого воздуха, нейтрализации присадками неорганических кислот, а также металлоорганические соединения меди, железа и других металлов, образующиеся в результате коррозии металла с органическими кислотами. Все эти вещества каталитически ускоряют поцесс окисления масла.

    Стойкость моторных масел к окислению повышается при введении антиокислительных  присадок: диалкин и диарипдитиофосфаты цинка и других металлов, аретматические амины, беззольные тиофосфаты и др. Также используются некоторые моюще-диспергирующие присадки, в частности алкилсолицилатные и алкилфенольные.

    Действие  антиокислительных присадок связано с их способностью разлагать гидропероксиды, деактивировать свободные радикалы и катализаторы окисления, пассировать металлические поверхности. Обычно окисление моторного масла не сопровождается интенсивным ростом вязкости  и другими нежелательными явлениями, пока в масле не  израсходовали антиокислительные присадки.

    В стандартах и технических условиях на моторном масле их стойкость к  окислению косвенно характеризуется  индукционным периодом осадкообразования  в приборе ОК-3 и термоокислительной стабильностью по методу Ланок при 250С. При моторных испытаниях антиокислительные свойства масел оценивают по увеличению их вязкости за время работы в двигателе установки ИКМ или Летер W-1.

    Противоизносные свойства. Способность моторных масел  уменьшать интенсивность изнашивания трущихся деталей, предотвращать износные отказы двигателей зависит от химического состава и полярности компонентов базового масла, а также от состава композиции присадок. Важную роль играет также вязкостно-температурная характеристика масла с присадками, в частности эффективная вязкость при высокой температуре (130-180С) и высоком градиенте скорости сдвига (10⁵ -10⁷ с^-1), зависимость вязкости от давления, свойства граничных слоев масла, ею способность химически модифицировать поверхностные слои спряженных трущихся деталей.

    При работе на топливах с повышенным содержанием  серы, а также в условиях, способствующих образованию азотной кислоты  из продуктов сгорания (газовые двигатели, дизели с высоким наддувом), важнейшей  характеристикой способности масла предотвращать изность поршневых колец и цилиндров является щелочное число, его нейтрализующая способность.

    Множественность факторов, влияющих на износ деталей  двигателей, принципиальные различия режимов трения и изнашивания  узлов сильно затрудняют оптимизацию противоизносных свойств моторных масел. Однако наличие в масле щелочных моющих насадок и антиокислителей, в частностидитиофосфатов цинка, часто оказывается достаточным для предотвращения коррозионно-механического изнашивания и модифицирования поверхности деталей тяжело нагруженных сопряжений во избежание задиров или усталостного выкрашивания. В некоторых случаях в состав масла необходимо вводить дополнительные противоизностные компоненты.

    Смазочные свойства, определяемые на четырехшариковой машине трения (ЧШМ), нормируют в стандартах и технических условиях на многие моторные масла для контроля процесса производства и состава масел. Непосредственно связь смазывающих свойств, определяемых на ЧМШ с фактическими противоизносными свойствами моторных масел в двигателях установить не всегда можно. При моторных испытаниях противоизносные свойства масел оценивают по потере массы поршневых колец, задиру или литтингу кулачков и толкателей линейному износу этих деталей и цилиндров.

    Антикоррозионные  свойства. Коррозионная активность моторных масел зависит от углеводородного состава базовых компонентов, концентрации и эффективности антиокислительных и антикоррозионных присадок, наличия в масле природных антикоррозионных соединений и антиокислителей. Во многих моторных маслах роль и антиокислительных и антикоррозийных присадок выполняют диапкил- или диарилдитофосфаты цинка. В процессе старения коррозионная активность масел возрастает. Более склонны к увеличению коррозионной активности масла из малосернистных нефтей с высоким содержанием парафиновых углеводородов, при окислении образующих агрессивные органические кислоты, которые взаимодействуют с цветными металлами и их сплавами. Действие антикоррозионных присадок связано с торможением процессов окисления масла и, главным образом, с образованием на поверхности антифрикационных сплавов (например, свинцовистой бронзы), прочных пленок нерастворимых соединений, которые защищают находящиеся под пленкой слои от растворения агрессивными кислотами.

    Антикоррозионные  присадки обычно не защищают от коррозии сплавы на основе серебра и фосфористой бронзы, а даже способствуют очень сильной коррозии таких металлов, особенно при высокой температуре. Двигатели, в конструкции которых использованы подобные антифрикционные материалы, необходимо смазывать специальными маслами, не содержащими дитиофосфатов цинка.

    В лабораторных условиях антикоррозионные свойства моторных масел оценивают  по потере массы свинцовых пластин (в расчете на 1 м² их поверхности) за время испытания в приборе ОК-3 при температуре 140С. При моторных испытаниях коррозионную активность масел характеризуют потерей массы шатунных подшипников, вкладыши которых залиты свинцовистой бронзой (двигатель ЯАЗ-204 или установка Летер 10-1)

    Вязкостно-температурные  свойства. Вязкость - одна из важнейших характеристик смазочных масел. Она определяет возможность обеспечения жидкостного трения, эффективность охлаждения, легкость пуска, прокачиваемость масла по смазочной системе. Интенсивность изменения вязкости с изменением температуры зависит  от углеводородного состава масел: наименьшая - у парафиновых углеводородов и наибольшая - у ароматических углеводородов, а нафтеновые занимают промежуточное положение.

    В соответствии с нормативно-технической  документацией вязкостно-температурные свойства моторных масел характеризуют индексом вязкости. Это -относительная величина, показывающая степень изменения вязкости в зависимости от температуры. Индекс вязкости рассчитывают по значениям кинематической вязкости при 40 и 100С (ГОСТ 25371-82) или  находят по таблицам. Вязкостно-температурные свойства масел оценивают также кинематической вязкости при низкой (0 и 18С) температуре.

    Для улучшения вязкостно-температурных  свойств применяют вязкостные (загущающие) присадки. В качестве присадок используют полимерные соединения (полиметакрилаты, полиизобутеин и др.), которые относительно мало влияют вязкость масла при низкой и значительно повышают ее при высокой температуре. Такие масла называют загущенными всесезонными, если охватываемый диапазон вязкостных классов достаточно широк, или зимними.

    При температуре 100С вязкость масел существенно  снижается. Для обеспечения работоспособности  нагруженных подшипников коленчатого  вала минимально допустимая кинематическая вязкость при рабочей температуре  составляет 4-5 мм²/с. При использовании наиболее распространенных масел температура масла в картере не должна превышать 125С.

    Низкотемпературные  свойства масел характеризует также  температура застывания. Это температура, при которой масло теряет подвижность (при наклоне пробирки с маслом под углом 45 уровень жидкости не меняется в течении 1 мин). Температура застывания зависит в основном от содержания в масле парафиновых углеводородов, их структуры и молекулярной массы. Масла с температурой застывания до -10…-15С получают удалением парафинов в процессе депарафинизации. Для получения зимних масел с температурой застывания -25…-30С и ниже депарафинизация бывает экономически нецелесообразна, и для понижения температуры застывания используют присадки-депрессоры.

    Эффективные депрессоры в концентрации от десятых  долейпроцента до 1,5 способны понижать температуру застывания масла на 20-25С. Для получения масел с  низкой стабильной температурой застывания и низкой предельной температурой прокачиваемости предпочтительны базовые масла,подвергнутые глубокой депарафинизации. 
 
 

    4. Технология производства  моторных масел.

    Моторные  масла получают из мазута - остатка  первичной переработки нефти (схема  получения моторных масел показана на рис. 4.1). Если нагревать мазут при атмосферном давлении, то многие индивидуальные углеводороды начинают разлагаться при более низкой температуре, чем их температура кипения. При понижении давления понижается температура кипения, что позволяет выделить нужные фракции. Процесс этот называется вакуумной разгонкой. Для его реализации сооружаются специальные установки, позволяющие из мазута получать различные по вязкости масла. Особенно четко удается произвести разгонку в установках с двукратным испарением, применяемым в современных нефтеперерабатывающих комплексах. Эти масла называются дистиметными маслами. Их получение предусматривает перегонку или испарение с последующей конденсацией отдельных фракций жидкостей или их смесей.

мазут 1 остаточные масла  дистилянтные масла 2 Вредные  примеси  

                                                           моторные масла

0вакуумная  разгонка

1очистка

    Рис. 4.1

    В результате вакуумной перегонки  получают дистиметные масла, а оставшийся продукт (полугудрон и гудрон) используется для получения остаточных масел. Характерной особенностью дистиметных масел является их хорошие вязкостно-температурные свойства и высокая термоокислительная стабильность. Но в этих маслах мало соединений, обладающих высокой маслянистостью, т.е. прочностью масляной пленки.

    Остаточные масла, наоборот, обладают высокой естественной маслянистостью, но плохими низкотемпературными и вязкостно-температурными свойствами. Высокая маслянистость остаточных масел связана с находящимися в них продуктами окислительной полимеризации (нефтяными смолами).

    Существует  две схемы переработки мазута - топливная и масляная. При масляной переработке получают три фракции: легкие дистиметные масла (выкипающие при 300-400С), средние (при 400-450С) и тяжелые (450-500С).

    Для получения товарных марок масла  подвергают сложным технологическим операциям. Для удаления нежелательных примесей масло очищают. Цель очистки - удаление нежелательных примесей (асфальто-смолистые вещества, непредельные углеводороды, нефтяные кислоты, сернистые и азотистые соединения, которые являются составной частью масел или образуются в них при вакуумной перегонке), отрицательно влияющих на работу смазываемых механизмов и машин.

    Для улучшения низкотемпературных свойств  масла подвергают депарафинизации  и деасфальтизации. Очищенные продукты при необходимости смешивают для получения нужного условия вязкости. Дистиметные масла используют для приготовления масел, от которых не требуется особо высокой естественной прочности масляной пленки. Остаточные - для масел, высокая маслянистость которых имеет особое значение.. Например, для дизельных масел обычно смешивают дистиметные и остаточные масла. Масла, используемые в качестве основных моторных масел, называются базовыми маслами.

    В практике используются следующие способы  очистки: кислотно-щелочная, кислотно-контактная, селективная, депарафинизация и деасфальтизация.