Синтетические базовые масла в смазках

Споры о том, как описать или определить смазку, не помешали ей стать важным компонентом современного автомобильного и промышленного оборудования. В настоящее время 80-90% всех подшипников качения смазываются консистентной смазкой. Это легко объяснить, если мы посмотрим на многочисленные причины применения смазки. Аналогичным образом синтетические базовые материалы имеют многочисленные преимущества по сравнению с обычными минеральными базовыми компонентами. Сравнивая преимущества как консистентных, так и синтетических базовых масел, мы видим естественное соответствие, которое побуждает производителей консистентных смазок производить специально разработанные высокоэффективные синтетические смазки.

Последние разработки в технологии полимерных загустителей, которые значительно увеличивают срок службы смазки, делают использование синтетических базовых компонентов, таких как полиальфаолефины и алкилированные нафталины, весьма желательными для производства высокоэффективных смазок.

В этой статье будут рассмотрены эти конкретные синтетические базовые материалы и преимущества, которые они предлагают производителю смазок, будь то длительный срок службы, улучшенная толщина пленки, энергосбережение, регистрация NSF или стоимость.

Вступление

Кажется странным, что, несмотря на долгую историю использования смазки, споры о ее определении все еще продолжаются. Происходя из латинского слова «Crassus», означающего «жир», простые описания смазок включали «загущенную смазку», «разбавленные мыла», «пластичную жидкость».

Смазки на самом деле являются «сложной, физической, многофазной системой». Пленки, разделяющие движущиеся поверхности, представляют собой комбинацию загустителя и масла. Логично, что это не должно вызывать удивления - именно свойства, которые дает комбинация загустителя и масла, делают смазку такой универсальной.

Как правило, смазки остаются там, где они находятся. Представьте себе, что вы пытаетесь смазывать вертикальный путь скольжения маслом или подшипником качающегося колеса на автомобиле. Загуститель действует как уплотнение, удерживая масло и загрязняя его. Это, конечно, также отрицательно сказывается на сохранении остатков внутреннего износа в смазке. Однако тот факт, что смазка остается на месте, жизненно важен для снижения коррозии, особенно на резервном оборудовании, где стекают масляные пленки. Уменьшение шума и способность справляться с ударной нагрузкой также являются особенностями консистентной смазки.

По сравнению с маслами смазки требуют меньшего ухода, и даже когда требуется пополнение, это может быть достигнуто

автоматически либо индивидуально для каждого подшипника, либо через систему с насосами.

В целом, преимущества консистентной смазки намного перевешивают недостатки, и поэтому неудивительно, что в настоящее время от 80 до 90% всех подшипников качения смазываются консистентной смазкой.

Загустители

Загуститель используется для удержания масла. Конечные свойства смазки можно регулировать с помощью различных типов загустителей, у которых есть много различных вариантов, предлагающих определенные преимущества и/или недостатки. Они обычно классифицируются на основе мыла (лития, натрия или кальция) или не на основе мыла (глины или полимера). Загустителю требуется хорошая совместимость со смазкой и способность создавать стабильную структуру с равномерно распределенной смазкой. Загуститель, который так часто называют просто «губкой», на самом деле обладает чрезвычайно сложным уравновешивающим действием:

• Он должен быть механически и термически устойчивым.

• Он должен быть в состоянии течь при низких температурах,

• Он должен удерживать смазку в своей структуре, но позволять небольшому количеству масла стекать при любых температурах,

• Он должен иметь сродство к поверхности, чтобы оставаться там, где он находится даже в тяжелых условиях, таких как брызги воды под высоким давлением,

• Он должен защищать эту поверхность от окружающей среды, не мешая поверхностно-активным добавкам,

Благодаря своим свойствам, литиевые комплексные загустители очень популярны, они предлагают возможность создания высокоэффективных многоцелевых смазок. Для подшипников электродвигателей, требующих длительного срока службы при относительно высоких рабочих температурах и низких нагрузках, очень популярны загустители из полимочевины. С повышением температуры загустители из полимочевины в сочетании с синтетическими базовыми маслами имеют лучший срок службы смазки.

Последние разработки в технологии загустителя показывают, что полимерный загуститель на основе полипропилена может предложить значительные преимущества, такие как:

• Увеличенный срок службы и увеличенные интервалы повторного смазывания

• Улучшенные характеристики при низких температурах

• Увеличенная толщина пленки, снижающая шум, вибрацию, трение и износ

• Улучшенная эффективность добавки

Переходя к рассмотрению синтетических базовых масел, мы увидим, что преимущества этого нового типа загустителя в значительной степени дополняют преимущества синтетических смазок и обладают способностью производить действительно высокоэффективные смазки.

Синтетические базовые масла

Подобно тому, как смазки дают преимущество перед маслами, синтетические базовые масла имеют преимущество перед обычными парафиновыми или нафтеновыми базовыми маслами в смазочных материалах.

Потенциальные выгоды:

• Более широкий диапазон рабочих температур благодаря лучшим свойствам высоких и низких температур.

•Увеличение срока службы и уменьшение образования отложений благодаря улучшенной стойкости к окислению и меньшей летучести при высоких температурах.

• Улучшенный поток и более низкий крутящий момент подшипника при низких температурах.

• Экономия энергии благодаря возможности использовать более низкую вязкость базового масла.

• Улучшенная защита от износа благодаря улучшенному образованию масляных пленок.

• Биоразлагаемость и/или низкая биотоксичность.

• Возможность случайного контакта с пищевыми смазками.

Традиционные синтетические базовые масла представляют собой жидкости, химически созданные с использованием выбранных исходных материалов, которые имеют однородную структуру и свойства. Готовые смазочные материалы могут иметь определенные характеристики, которые могут быть согласованы с применением.

Минеральные масла высокой степени очистки, такие как масла группы III API, производятся с использованием сырья и методов, которые позволяют классифицировать их как синтетические масла. Несмотря на ограниченность диапазона вязкости и отсутствие низкотемпературных свойств ПАО или сложных эфиров, они, тем не менее, оказались очень популярными, особенно на рынке моторных масел.

Из всех синтетических базовых масел полиальфаолефины (PAO) имеют долгую историю использования в смазках (~ 40 лет) и, вероятно, наиболее широко используются благодаря их применению:

• Широкий диапазон вязкостей (2-1000 сСт при 100° С)

• Широкий диапазон рабочих температур

• Хорошая окислительная стабильность при ингибировании антиоксидантами

• Низкие коэффициенты тяги, обеспечивающие экономию энергии

• Совместимость с минеральными маслами и другими базовыми маслами

• Незначительное влияние на большинство красок, эластомеров или пластмасс

• Соответствие требованиям FDA для технического белого минерального масла (21CFR178.3620 (b))

Сложные эфиры также широко используются из-за их хорошей термической стабильности, низкотемпературных свойств, смазывающей способности и, в большинстве случаев, высокого уровня биоразлагаемости. Кроме того, они обладают хорошей растворимостью, которая является одним из важнейших факторов при выборе базового масла для смазок. Это влияет на то, как производится смазка и как формируется структура загустителя. Это может оказать существенное влияние на механическую стабильность и смазочную способность смазки. Однако высокая растворимость сложных эфиров часто может привести к проблемам с чрезмерным разбуханием уплотнения или совместимостью материалов. Кроме того, сложные эфиры могут быть подвержены гидролизу в присутствии воды.

Алкилированный нафталин (AN) является еще одним синтетическим базовым компонентом, который не только обладает хорошей растворимостью, но и термически, окислительно и гидролитически стабилен и может заменить сложные эфиры в смазках. В сочетании с PAO или другими базовыми компонентами он обеспечивает синергетический эффект.

. Приемлемые в качестве смазочных материалов при случайном контакте с пищевыми продуктами (H1), их можно комбинировать для получения высокоэффективных смазок пищевого качества.

Другие синтетические базовые масла, такие как полигликоли, силиконы и полиэфиры, также используются, но их специфические свойства означают, что они, как правило, ограничены специальными смазками.

Итог

Преимущества PAO и алкилированного нафталина могут помочь в сочетании со свойствами полимерного загустителя, упомянутыми ранее:

1. Увеличенный срок службы и увеличенные интервалы повторного смазывания.

2. Улучшенные характеристики при низких температурах

3. Улучшенная аддитивная эффективность

1. Увеличенный срок службы и увеличенные интервалы повторной смазки

Таблица 1 Окислительная стабильность ПАО в испытании на окислительную коррозию. Условия испытаний: 163° C, 72 часа

Продукт	Минеральное масло II Группы	Масло 6 сСт PAO	Масло 40 сСт PAO	Масло 100 сСт PAO
Изменение вязкости при 100 0С	215,7	3,5	2,6	1,8
Изменение TAN, мг	14,5	0,1	0,08	1,1
Потери испарения, мг	160,7	0,9	0,1	0,2
Отложения	умеренное	отсутствуют	отсутствуют	следы

Термическая и окислительная стабильность PAO при ингибировании антиоксидантами, как правило, в 4-5 раз превышает срок службы минеральных базовых компонентов. На рисунке 2 показана сравнительная стабильность различных ПАО по сравнению с минеральным маслом группы II в испытании на окисление-коррозию.

Марки PAO показывают намного меньшее ухудшение в конце испытания по сравнению с маслом Группы II.

Алкилированный нафталин также термически и окислительно стабилен. Дополнительная особенность заключается в том, что в сочетании с ПАО (или другими базовыми компонентами) и антиоксидантами это помогает повысить стойкость к окислению сверх ожидаемых уровней (см. Рисунок 3).

Рисунок 3. Повышение окисления путем добавления алкилированного нафталина в ПАО.

В ходе недавних испытаний литиевые консистентные смазки NLGI 2 были изготовлены с использованием того же универсального пакета присадок и базовых масел 110 сСт - одно с использованием ПАО, а другое - алкилированного нафталина. Смазка, изготовленная с использованием алкилированного нафталина, показала значительное увеличение срока службы подшипников в испытании по сравнению с той же смазкой, что и базовые масла ПАО. (рисунок 4)

Рисунок 4 Улучшение износостойкости подшипников при высоких температурах с использованием алкилированного нафталина (смазки NLGI 2, 110 сСт, тот же пакет присадок)

Как и в случае смазочных материалов, смазки, изготовленные на основе синтетических базовых масел, служат дольше, чем смазки на основе минеральных базовых масел, используя тот же тип загустителя в тех же условиях повышенной температуры.

2. Улучшенные характеристики при низких температурах

ПАО и сложный эфир имеют очень низкие температуры застывания по сравнению с минеральными маслами. На рисунке 4 показано, как синтетические базовые масла, в частности ПАО и сложные эфиры адипиновых кислот, имеют гораздо лучшие температуры застывания, чем минеральные масла, специальные / сложные смазки PAO / сложный эфир-литий имеют тенденцию работать при более низких температурах, чем другие типы смазок.

Хотя температура застывания алкилированного нафталина находится где-то между ПАО и минеральными маслами (рисунок 5), его хорошая растворимость позволяет использовать более низкие уровни загустителя, сохраняя при этом хорошую стабильность. Это способствует улучшению прокачиваемости при низких температурах (в пределах рабочего диапазона AN), как показано в тестах на рисунке 6.

Рисунок 5 Диапазон температур застывания базовых масел

. Использование синтетических базовых масел с очень низкой температурой застывания означает, что масло, отобранное из загустителя, все равно будет иметь способность течь там, где это необходимо.

Рисунок 6 Сравнение низкотемпературной прокачиваемости с использованием алкилированного нафталина в сравнении с ПАО (смазки NLGI # 2, 110 сСт, тот же пакет присадок)

3. Улучшенная аддитивная эффективность

Обычные загустители обладают сродством к поверхности, что ограничивает доступ поверхностно-активных присадок к смазке, таких как противоизносные, ингибиторы коррозии, противозадирные свойства, металлические пассиваторы и т. д.

Новые полимерные загустители является неполярным, и поэтому были сделаны заявления о том, что между ним и добавками меньше помех, что делает их более эффективными. Аналогичным образом, использование алкилированного нафталина вместо сложных эфиров может улучшить эффективность добавок, как показано на таблице 2.

Таблица 2 Улучшенная замена износостойкости эфиры / алкилированный нафталин

ISO VG 220	эфиры	алкилированный нафталин
40 сСт PAO	78 %	78 %
Эфиры	20 %	-/-
5 сСт алкилированный нафталин	-/-	20 %
Пакет присадок	2 %	2 %
Тест на 4-х Шариковой машинке трения ASTM D 4472 1800 об/мин, 93 С в течении 30 мин	износ	износ
60 кг нагрузка	0,822	0,739
80 кг нагрузка	2,094	0,822

В смеси сложных эфиров повышенная нагрузка в испытании на износ с четырьмя шариками создает сильный износ, в то время как тот же состав, в котором сложный эфир заменен алкилированным нафталиином, демонстрирует незначительные изменения, поскольку отсутствует влияние на эффективность присадки. Несколько примеров значительно уменьшенного износа кулачка были также показаны в тестах двигателя при замене сложных эфиров на алкилированный нафталин.

Вывод

В начале этой статьи мы увидели, что смазка - это нечто большее, чем просто комбинация загустителя и смазки. Мы также увидели, что синтетические смазки могут предложить лучшую производительность, чем минеральные

смазочные материалы со свойствами, которые могут быть адаптированы для конкретного применения.

Сочетание синтетических смазок с подходящим загустителем, соответствующим требуемым свойствам, может создать высокоэффективные смазки для всех типов применений.

Как утверждается в названии этой статьи, синтетические базовые материалы, такие как PAO и алкилированный нафталин, обеспечивают хорошую синергию для смазок!