УРОК

Тема 2. Присадки до мастил

Тенденції розвитку автомобільного ринку визначаються новими вимогами в законодавстві, пов’язаному з охороною навколишнього середовища. Крім цього чинника, виробництво авто враховує і наступні умови:

• Техніка повинна випускатися з незначними енергетичними і матеріальними витратами;
• Машина повинна відрізнятися збільшеним ресурсом працездатності за умови мінімального технічного обслуговування;
• Двигуни повинні характеризуватися мінімальною масою і прекрасними пусковими характеристиками при збереженні збільшеної потужності в літрах.

Вимоги щодо посилення нормативів токсичності викидів з боку екологічних організацій та побажання власників транспортних засобів щодо їх економічності призводять до того, що виробники змушені змінювати конструкції моторів, застосовувати системи турбонаддува і рециркуляції відпрацьованих газів.

Як масло впливає на роботу двигуна

Будь-яке вдосконалення в моторі так чи інакше пов’язане з нюансами застосування робочих рідин. Адже мастила повинні відрізнятися ефективністю, а вона, в свою чергу, забезпечується такими факторами, як:

• В’язкість;
• Збільшена міцність масляної плівки;
• Несприйнятливість до корозії;
• Знижена температура застигання;
• Чудові миючі, антипінні, диспергуючі, антифрикційні показники;
• Токсична безпека;
• Низька займистість.

Такі властивості можна забезпечити, якщо легувати базове масло особливими присадками. Можливий також варіант із зміною складу компонентів – бази та добавок.

Типи використовуваних присадок

Присадки, що використовуються в моторних маслах, – це складні хімічні сполуки органіки і неорганіки. Кожен виробник використовує унікальний, запатентований склад присадок і тримає інформацію про нього в таємниці, щоб уникнути непотрібної конкуренції. У той же час виділяють загальні основні групи присадок.

До них відносяться і загусники, компоненти, що відповідають за в’язкість мастила, поліпшують її температурно-в’язкі характеристики. Як загусники в більшості випадків застосовують водорозчинні полімери органічного походження (наприклад, поліефіри). За допомогою модифікаторів масло загущується в обраному діапазоні температур. Цей ефект більше проявляється при підвищенні температур, а при зниженні стає не так помітний.

В якості присадок застосовують і детергенти – речовини, що містять солі металів. Вони є миючими присадками і не дозволяють твердим продуктам згоряння відкладатися на деталях двигуна. Крім того, ці компоненти дозволяють нейтралізувати кислоти, що виникають в процесі окислення повітря і палива. Детергенти класифікуються за здатністю нейтралізувати кислоти – вона визначається лужним числом (чим воно вище, тим більша кількість кислотних з’єднань може бути нейтралізовано).

Дисперсанти також мають миючі властивості, але металів у складі тут немає, це беззольні присадки. Ця група компонентів ефективніше попередньої, краще запобігає появі шламу і лаку.

Важливими вважаються наступні групи сполук:

• Протизносні. Вони осідають на поверхнях з металу, не допускаючи їх контакту при збільшенні навантажень. Запобігають зношування клапанів, корозійні процеси в підшипниках;
• Антиоксиданти, що дозволяють запобігти біохімічну реакцію мастила з киснем повітря. Вони знижують зростання показників в’язкості масла в процесі його окислення;
• Інгібітори корозії, запобігають руйнівні процеси іржавіння металевих поверхонь, формуючи міцний бар’єр між металом і активними хімікатами;
• Депрессори температури застигання, не дозволяють формуватися парафіновим кристалам при зниженні температур. Велика частина сполук, що використовуються в цій групі, також є модифікаторами в’язкості і надають прекрасні пускові властивості моторних олив;
• Антипінні – не дозволяють утворюватися піні в олії, яка можлива через потрапляння туди повітря. З їх допомогою мастило не буде втрачати ефективність;
• Противозадирні, необхідні для коректної роботи мастила в умовах підвищених температур. З їх допомогою на поверхні металу формуються надійні захисні плівки, що не дозволяють металевим частинам безпосередньо контактувати один з одною. Як правило, ці хімічні сполуки обов’язково входять до складу трансмісійних та пластичних мастил;
• Модифікатори тертя – дозволяють поліпшувати роботу мастил, роблячи їх більш ефективними, скорочують знос, шум при роботі мотора. У цьому сегменті може використовуватися молібден і графіт, але графіт найчастіше застосовується для пластичних мастил.

Що ж стосується загальних вимог до моторних олив, то вони грунтуються на загальновизнаних специфікаціях, характеристики в яких зазначаються згідно з проведеними дослідженнями. Методи досліджень ідентичні в більшості випадків – це означає, що виробники машин і масел, а також автолюбителі можуть обмінюватися між собою.

                Присадки

Під присадками розуміються маслорозчинні добавки або активні речовини, які додаються в базові масла. Своєю хімічною або/і фізичною дією вони змінюють або покращують властивості мастильних матеріалів.

Хімічно діючі присадки:

детергенти

дисперсанти

антиоксиданти

присадки для захисту від зносу присадки для захисту від корозії

Фізично діючі присадки:

покращувач індексу в’язкості

покращувач точки загустіння

фрикційний модифікатор (засіб, що знижує силу тертя)

Детергенти

Детергенти – це миючі речовини, які протидіють утворенню відкладень на деталях, що несуть термічне навантаження. Завдяки ним вдається зберігати мотор майже чистим. Крім того, вони утворюють лужні запаси в моторній оливі, тобто кислі продукти реакцій згорання можуть бути нейтралізовані.Детергенти – це присадки, що дають зольні (металоорганічні) з’єднання, які перешкоджають відкладенню твердих забруднюючих часток на металі (агломерація).

Процес нейтралізації (схематично) :

Дисперсанти

Завданням дисперсантів є обволікання твердих і рідких забруднень (наприклад, пил, вода, продукти реакцій згорання або окислення), підтримуючи їх в маслі в підвішеному стані для запобігання їх відкладення.Процес пептизації: під цим процесом розуміють обволікання і підтримка в підвішеному стані в маслі твердих часток забруднень завдяки беззольним (органічним) дисперсантам.Процес солюбілізації: обволікання і підтримка в підвішеному стані в оливі рідких часток забруднення (вода, кислоти) без нейтралізації.

Процес пептизації (схематично) :              Процес солюбілізації (схематично):

Антиоксиданти

Мастильні масла мають властивість окислюватися (старіти) під впливом тепла і кисню. Цей процес прискорюється кислими продуктами реакцій горіння і мікроелементами металів, які діють каталітично (абразивний або корозійний знос). Це веде до процесу старіння, при якому утворюються кислоти, а також відкладення лаків, смол і бруд, який, в більшості своїй, в оливі не розчиняється (наприклад, масляний нагар). Додавання антиоксидантів дає істотно поліпшений захист від старіння. Вони не можуть запобігти процесу старіння, але уповільнюють його.

Речовини, що захищають від старіння, можуть діяти трояко:Акцептори вільних радикалів (первинні речовини захисту від старіння) : радикали є вуглеводнями, на яких із-за розриву ланцюга або виривання атомів водню утворюються вільні валентності.

На них відразу ж розташовується кисень (окислення). Акцептори вільних радикалів насичують (відновлюють) “проломи” шляхом перенесення водню з присадки на вільну валентність.

Руйнівники перекису (вторинні речовини захисту від старіння) : діють тільки після того, як вже утворилися речовини старіння (кисневі з’єднання). Вони “відбирають” кисень і утворюють нешкідливі з’єднання.

Інгібітори/ дезактиватори іонів металу : ведуть до пасивування часток заліза і міді, а, отже, і до закінчення або послаблення каталітичної дії цих металів на процес старіння. Вони “вчіплюються”  в іони металу в маслі так, що ті практично вже не мають ніякої каталітичної активності.

Присадки для захисту від зносу

Завдяки відповідним присадкам на поверхнях ковзання можна утворити дуже тонкі шари, межа міцності на зріз яких значно менша, ніж у металів. Цей шар в звичайних умовах твердий, а за умов зносу (при високому тиску і температурі), він стає таким, що ковзає. Таким чином, уникаєця надмірний знос (роз’їдання або зварювання). За допомогою хімічної реакції можна при необхідності (контакт метал/метал) постійно утворювати нові шари.Присадки проти високого тиску.

Найдавніша присадка проти високого тиску – чиста сірка. Присадки проти зносу і присадки проти тиску – це поверхнево-активні речовини і в полярній групі можуть між іншим містити цинк, фосфор і сірку в різних комбінаціях. Найвідоміший представник цієї групи – цинковий дітіофосфат, який додатково діє також як присадка проти старіння і корозії.

Присадки проти високого тиску додаються в трансмісійні масла, моторні мастила, масла для гідравлічних систем, оливи для обробки металу з метою підвищення сприйняття навантаження і опору зносу при неоднорідному терті. Дія відбувається шляхом утворення поверхневих шарів на металі, які  при неоднорідному терті повинні зменшувати зварювання шорсткостей один з одним, а також дозволяти ковзання дотичних рухомих металевих поверхонь без зносу. Одночасно тут також бажане зменшення тертя.

Присадка для захисту від корозії

Корозія – це хімічна або електрохімічна руйнівна дія на поверхню металів. Для захисту від корозії переважно використовуються поверхнево-активні присадки, які можуть бути як беззольними, так і такими, що утворюють зольні з’єднання. Полярна група відкладається на поверхнях металів, алкіловий залишок утворює щільні волокнисті гідрофобні (водовідштовхувальні) бар’єри. Із-за їх полярної структури захисні присадки від корозії конкурують з присадками проти високого тиску і зносу, тобто вони можуть ослабити їх ефективність.

Присадки-модифікатори

Використання модифікатора індексу в’язкості (МІВ) дозволяє виготовляти багатодіапазонні моторні мастила. МІВ підвищує в’язкість масла і тим самим покращує його в’язкісно-температурні властивості.Модифікація в’язкісно-температурних властивостейЯкщо розглядати МІВ під мікроскопом, то будуть видні дуже довгі, волокнисті молекули, які в холодному стані знаходяться в маслі в згорнутому вигляді і створюють руху молекул оливи відносно низький опір. При зростанні температури вони розгортаються, приймають більший об’єм і утворюють мережу ланок, яка гальмує рух молекул оливи і уповільнює занадто швидке розрідження масла.

Модифікація стійкості до зрізу

При навантаженні МІВ можуть зрізати парами, що труться, тобто довгі молекули буквально розриваються. Це пов’язано з втратою в’язкості. Втрата в’язкості незворотна, і в зв’язку з цим говорять про постійний зріз. Розірвані молекули займають менший об’єм і відповідно мають меншу згущуючу дію. Стабільність до зрізу мастильного засобу головним чином визначається якістю МІВ.Високі навантаження зрізу утворюються, наприклад, в області поршневих кілець (високі числа оборотів, швидкості ковзання, тиск і температури).

Модифікація точки загустіння

Точка загустіння – це гранична температура (у градусах Цельсія), при якій олива ще тече. Загустіння масла відбувається із-за кристалізації парафінів, що знаходяться в базовому маслі, при низьких температурах. При додаванні речовин, які знижують температуру точки загусання, кристалізація парафінів сповільнюється, тим самим покращуючи властивості масла при низьких температурах.

Фрикційний модифікатор

Присадки, які знижують тертя, так звані фрикційні модифікатори, можуть діяти тільки при неоднорідному терті. Ці активні речовини утворюють на поверхнях м’які волокнисті шари (фізичний процес), які здатні відділяти металеві поверхні один від одного. Фрикційні модифікатори дуже полярні, тобто існує висока спорідненість з поверхнею разом з властивістю знижувати тертя.

Питання для самоконтролю:

1. Як масло впливає на роботу двигуна?
2. Які ві знаете типи використовуваних присадок ?

3.Які характеристики присадок?