К безразборному сервису относятся не только сами присадки и добавки к различным автомобильным технологическим средам, но и в большой степени особые препараты и технологии по их применению, часто называемые «специальная обработка» (англ. Special Treatment). Из‑за особенностей применения и функционирования в одних условиях они могут проявлять свои самые положительные качества, в других будут менее эффективными, в – третьих, бесполезными, а иногда даже вредными. Что это за условия, и каковы особенности применения данных препаратов автохимии, раскрывается в следующих разделах данной книги.
Базовые присадки к смазочным материалам
Смазочные масла по их назначению классифицируют на следующие основные группы: моторные, индустриальные, трансмиссионные, турбинные, компрессорные, приборные и некоторые другие более узкого специального назначения. Наиболее масштабной по объему производства и ассортименту является группа моторных масел: для бензиновых (карбюраторных) двигателей, дизелей и двигателей, работающих на газовом топливе. К этой же группе относятся универсальные масла, применяемые в двигателях разной конструкции. В группу индустриальных масел для промышленного оборудования входят масла для гидравлических систем (гидравлические жидкости), направляющих скольжения, шпинделей, зубчатых передач и др. Трансмиссионные масла подразделяются на масла, используемые для смазывания механических, гидромеханических и гидростатических передач.
Масла для двигателей внутреннего сгорания принято называть моторными маслами. Иногда их называют также картерными маслами. К этой группе относятся масла, предназначенные для смазывания карбюраторных, дизельных и авиационных поршневых двигателей, а также масла для двухтактных бензиновых двигателей.
Современные моторные масла представляют собой сбалансированный коллоидный раствор многих функциональных присадок в базовой минеральной (нефтяной) или синтетической основе, обеспечивающих основные функциональные свойства моторных, да и трансмиссионных масел.
В зависимости от вида базового масла (основы) моторные масла подразделяются на:
1. Минеральные масла, получаемые в процессе переработки (перегонки) нефти и состоящие из молекул разной длины (длина углеводородных цепочек – 20…35 атомов) и разного строения (рис. 3).
К основным примесям, присутствующим в минеральных основах, относятся:
– соединения серы (sulfur compounds) и органические кислоты (organic acids), способные вызывать коррозию металлов;
– непредельные углеводороды (unsaturated hydrocarbons), снижающие антиокислительную стойкость масла;
Рис. 3. Схема взаимодействия синтетического (вверху) и минерального (снизу) масел с поверхностями трения
– смолистые и асфальтеновые соединения (resins, bitumen), образующие при работе лаковые отложения и нагар на горячих поверхностях деталей, ухудшающие низкотемпературные свойства и подавляющие эффективность антиокислительных и антикоррозионных присадок;
Нагар – отложения на поверхности камеры сгорания, состоящие в основном из карбонов и карбоидов и способные вызывать интенсивное изнашивание деталей цилиндропоршневой группы.
– парафины (wax) – растворенные в масле твердые углеводороды, которые повышают температуру застывания масла и ухудшают его низкотемпературную фильтруемость;
Температура застывания – показатель способности масла или дистиллятного топлива оставаться текучим при низких температурах. Это наименьшая температура, при которой жидкость остается текучей после охлаждения в определенных условиях.
– полициклические соединения (polycyclic aromatics, PCA), также снижающие низкотемпературные свойства масла и способствующие образованию смолистых отложений и нагара.
Как видим, все эти соединения в той или иной степени снижают качество готового нефтехимического продукта. Вследствие неоднородности основы и наличия многих примесей наблюдается нестабильность вязкостно – температурных свойств, высокая испаряемость, низкая стойкость к окислению и другие отрицательные свойства. Индекс вязкости (ИВ) лучших минеральных основ не превышает 100 единиц. Повышение вязкостных характеристик минеральных масел достигается специальными загущающими присадками.
Индекс вязкости – эмпирическое число, которое указывает на степень изменения вязкости масла при изменении температуры. Масла с высоким индексом вязкости проявляют меньшую зависимость вязкости от температуры, чем масла с низким индексом вязкости. Для повышения индекса вязкости проводят глубокую гидроочистку базовых масел или используют вязкостные присадки (маслорастворимые полимеры) или синтетические (полимерные) масла.
2. Синтетические масла (Fully Synthetic, Voll Synthetic, 100 % synthetic), получаемые путем химических реакций, направленных на образование однотипных молекул органических веществ с заданными свойствами, в качестве которых выступают полиальфаолефины (ПАО), алкилбензолы или эфиры (эстеры).
Полиальфаолефины (ПАО) – углеводороды с длиной цепочки порядка 10…12 атомов, получаемые путем полимеризации коротких углеводородных цепочек – мономеров из 3…5 атомов. Служат основой для производства синтетических моторных масел.
Для производства ПАО обычно используются бензиновые молекулы или нефтяные газы – бутилен и этилен, из которых путем полимеризации (химического составления) получают короткие углеводородные цепочки – мономеры из 3…5 атомов. К достоинствам ПАО относятся: низкая температура застывания (до —60 оС), невысокая восприимчивость к перепадам температур, низкая испаряемость и окисление. В то же время стоимость такой основы моторного масла в 4,5 раза выше обычной минеральной.
Эстеры (греч. aither – эфир) – сложные эфиры, получаемые нейтрализацией спиртами карбоновых кислот рапсового масла, смолы хвойных деревьев и кокосовой копры. Применяются в качестве присадок к моторным маслам. Молекулы эстеров обладают электрическим зарядом (полярны), притягивающим их к поверхности трения в зоне контакта.
Электрический заряд так распределен в молекулах эстеров, что полярная молекула притягивается к металлу одним концом, образуя плотный молекулярный ворс. Исходная вязкость эстеров задается еще на этапе производства основы, так как чем более тяжелые используются спирты, тем выше получается вязкость масляной основы. При этом можно вообще отказаться от загущающих присадок, которые в процессе работы двигателя постепенно «выгорают», приводя к окислению («старению») масла. В настоящее время существуют технологии изготовления полностью биологически разлагаемых масел (биомасел) на основе эстеров.
Кинематическая вязкость – основной показатель смазочных масел, показывает зависимость между динамической вязкостью и плотностью жидкости. Ее определяют в капиллярных вискозиметрах путем измерения времени протекания известного объема жидкости через небольшое калиброванное отверстие при заданной температуре. Единицы измерения кинематической вязкости – мм2/с или сантистоксы (сСт).
Моторное масло на основе эстеров обойдется потребителю примерно в 10 раз дороже, чем на минеральной основе. Например, литр эстеровой моторной «синтетики» стоит минимум 15–20 долларов США. Поэтому эстеры добавляют к другим масляным основам в качестве присадок (обычно 3…5 %).
Динамическая вязкость – внутреннее трение или свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц под влиянием действующих на них внешних сил. Она характеризует несущую способность и прокачиваемость жидкости, измеряется с помощью вискозиметров и обозначается в Па·с или пуазах.
