Пластичные смазочные материалы

Дисперсная  фаза

Содержание загустителей в смазках составляет, как правило, 10-15%, при низкой загущающей способности – до 20-50% по массе. Загустители оказывают наиб. влияние на структуру и св-ва пластичные смазки и  подразделяются на органические и неорганические.

Смазки на орг. загустителях:

• мыльные [загустители-соли высших жирных к-т (мыла)];
• углеводородные (твердые предельные углеводороды C18-C35, C36-C55 и др.);
• пигментные (орг. красители);
• полимерные (напр., фторопласты);
• уреатные (алкил-, ацил- и арилпроизводные мочевины);
• на основе целлюлозы, солей терефталевой к-ты и т.д.

Мыльные смазки различают по катионам: кальциевые, натриевые, литиевые и др. Среди Са-смазок, выпуск к-рых в СССР составляет 75% выработки всех пластичные смазки, особенно важны составы на гидратир. Са-мылах-солидолы, работоспособные при т-рах от -30 до 70°C. Широко используют безводные пластичные смазки на основе комплексных Са-мыл (кСа-смазки), в к-рых загустителями служат комплексные соед. солей высокомол. (обычно стеариновой) и низкомол. (как правило, уксусной) жирных к-т; эти смазки более термостойки по сравнению с обычными кальциевыми и работоспособны до 160°C. Распространены (10% выпуска всех пластичные смазки) также Na-смазки, особенно консталины, работоспособные до 110-120°C; однако они р-римы в воде и  легко смываются с металлич. пов-стей. Все большее применение получают многоцелевые Li-смазки, совмещающие достоинства кальциевых (водостойкость) и натриевых (т. каплепад. 170-200°C) смазок и работоспособные при т-рах от -50 до 130°C (см., напр., Литол). Кроме перечисленных пластичные смазки в ряде случаев используют смазки на основе солей Al, Ba, Pb, Zn и др.

Углеводородные  смазки (напр., пушечная, ЦИАТИМ-205) получают загущением гл. обр. вязких остаточных или высокоочищенных нефтяных масел твердыми углеводородами: парафином, церезином, их смесью, а также петролатумом, к к-рым иногда добавляют пчелиный и др. прир. воски. Эти смазки отличаются низкой т-рой каплепадения (45-70°C), высокими водо- и морозостойкостью, а также хим. стабильностью, способностью после расплавления и послед, охлаждения восстанавливать структуру и св-ва.

Пигментные  смазки (напр., ВНИИ НП-235) приготовляют введением преим. в синтетич. масла (полисилоксаны, поли-фениловые эфиры) в кол-вах 20-50% по массе красителей: индантрена, изовиалонтрона, фталоцианина меди и др.  Отличаются высокими мех., коллоидной и хим. стабильностью, работоспособны при т-рах от -80 до  250-300°C и выше.

Полимерные  смазки (напр., ВНИИ НП-233) получают загущением перфторполиэфиров, перфтор- и перфторхлор-углеродов сходными с ними по хим. природе высокомол. твердыми полимерами (напр., полиуретанами). Чрезвычайно химически стабильны и работоспособны до 300°C.

Смазки на неорг. загустителях получают загущением нефтяных и синтетич. масел неорг. соединениями: силикагелем (напр., смазки ВНИИ НП-279 или 282), стекловолокном, асбестом, бентонитовыми глинами (напр., смазка ВНИИ НП-273) и т. д. Эти смазки стабильны при высоких т-рах (200-300°C, в перспективе — при 400-600°C), радиоактивном облучении и др. сильных внеш. воздействиях.

Загустители используют как в отдельности, так и в сочетании друг с другом. В случае смешанных загустителей каждый компонент выполняет свою ф-цию: так, мыла улучшают смазочную способность, твердые углеводороды повышают водостойкость, неорг. загустители расширяют температурный диапазон применения смазок.

Нек-рые важные характеристики пластичных смазок приведены  в таблице.

Модификаторы  структуры и добавки

Улучшение качества смазок достигается присутствием в них модификаторов структуры и введением наполнителей и присадок.

Прочность пространств. структурного каркаса смазок повышается благодаря т. наз. модификаторам структуры. Причины их присутствия в смазках:

• вносятся дисперсионной средой (напр., смолы и нефтяные к-ты);
• образуются при приготовлении т. наз. технол. ПАВ (продукты окисления жидкой основы, избыток жирового сырья и  продукты его превращений);
• накапливаются при хранении и применении (кислородсодержащие соед.) и т.д.

Наполнители (1-15%, реже до 20% по массе и более) — твердые высоко дисперсные (размер частиц до 10 мкм) в-ва-графит, техн. углерод (сажа), MoS₂, BN, алюмосиликаты, порошки Sn, Cu  и др. металлов. Обладают слабым загущающим действием, практически нерастворимы в дисперсионной среде, образуют самостоят. фазу в смазках и способствуют упрочнению их граничных слоев.

Присадки (0,001-5% по массе) — обычно орг. соед., р-римые в дисперсионной среде, оказывают существ. влияние на формирование структуры и реологич. св-ва смазок. Осн. присадки:

• антиокислительные (напр., ионол),
• антикоррозионные (нитрованный окисленный петролатум и др.),
• противоизносные (напр., трикрезилфосфат),
• вязкостные (по-лиизобутилены и др.) и т.д. (см. также Присадки к смазочным материалам).

Эффективно также  использование в пластичных смазках композиций присадок и наполнителей.

Получение

Технол. процессы произ-ва смазок м.б. периодическими (обычно при выпуске большого ассортимента некрупными партиями) или непрерывными (целесообразны при выработке крупных партий одного сорта смазки).

Типичная периодич. технология приготовления наиб. распространенных мыльных смазок заключается в следующем. В варочный котел загружают 15-30% нефтяного масла и всю порцию жирового компонента. Ингредиенты при перемешивании нагревают до 70-80°C и добавляют водный р-р щелочи. При интенсивном перемешивании и т-ре до 110°C происходит омыление жиров, после чего т-ру повышают до 130°C для выпаривания излишнего кол-ва воды. Затем смесь полученной мыльной основы и остатка масла нагревают до т-ры плавления мыла. По окончании варки мыльный расплав охлаждают. Режим охлаждения определяет пространств. каркас смазок: при быстром понижении т-ры образуются мелкие, при медленном — крупные частицы загустителя. Смазки, полученные путем быстрого охлаждения расплава, отличаются большей прочностью. Наиб. упорядоченная и прочная структура пластичные смазки формируется в режиме изотермич. кристаллизации.

Принципиальная  технол. схема непрерывного произ-ва смазок: измельчение готового сухого мыла; приготовление суспензии его порошка в половине общего кол-ва синтетич. масла; нагревание суспензии до образования расплава; смешение последнего с остальным кол-вом нагретого масла; охлаждение мыльного расплава.

Технология получения  углеводородных смазок намного проще, чем мыльных, и сводится в осн. к сплавлению при перемешивании компонентов, выпарке воды и охлаждению готового расплава.

Стабильность  охлажденных после приготовления  пластичных смазок повышают продавливанием их через узкие кольцевые отверстия под давлением 20-25 МПа (гомогенизация) или через щелевые зазоры в полость спец. аппарата, из  к-рого непрерывно откачивают воздух (деаэрация).

Применение

Св-ва пластичных смазок определяют их преимущества перед жидкими смазочными материалами:

• малый уд. расход (иногда в сотни раз меньший);
• возможность создания более простых конструкций машин и механизмов, больший их «межсмазочный» период
• эксплуатации и значительно более низкие затраты на обслуживание.

Благоприятное сочетание св-в жидкости и твердого тела позволяет использовать пластичные смазки в разнообразных узлах трения: открытых, негерметизированных, труднодоступных, расположенных под углом к горизонту, работающих в  широких диапазонах т-р и скоростей, а также в вакууме; в механизмах с редко сменяемыми смазками, при недопустимости загрязнения ими среды или попадания на детали и перерабатываемые материалы, при вынужденном контакте с водой и др.

По назначению различают пластичные смазки (см. также табл.):

• для снижения трения и износа деталей машин и механизмов (см. Антифрикционные смазки, Металлоплакирующие смазочные материалы);
• для защиты металлич. изделий от коррозии и предотвращения износа (см. Канатные смазки, Консерва-ционные смазки);
• для герметизации резьбовых соед., сальников, щелей, зазоров и т. д. (см. Уплотнительные смазки);
• для спец. целей увеличения трения для предотвращения проскальзывания трущихся пов-стей (фрикционные смазки), улучшения их  приработки (приработочные смазки) и др.

Кроме этих осн. ф-ций, смазки выполняют роль электро-изоляц. материалов, защищают детали узлов  трения от ударных нагрузок, снижают вибрации и шум.

Мировое произ-во пластичные смазки составляет ок. 1 млн. т/год, или примерно 4% выработки нефтяных масел (1989).

Пластичные смазки, консистентные смазки, смазочные  материалы, проявляющие в зависимости от нагрузки свойства жидкости или твёрдого тела. При малых нагрузках они сохраняют свою форму, не стекают с вертикальных поверхностей и  удерживаются в негерметизированных узлах трения. Пластичные смазки состоят из жидкого масла, твёрдого загустителя, присадок и добавок. Частицы загустителя в составе П. с., имеющие коллоидные размеры, образуют структурный каркас, в ячейках которого удерживается дисперсионная среда (масло). Благодаря этому пластичные смазки начинают деформироваться подобно аномально-вязкой жидкости только при нагрузках, превышающих предел прочности пластичные смазки (обычно 0,1-2 кн/м², или 1-20 гс/см²). Сразу после прекращения деформирования связи структурного каркаса восстанавливаются и смазка вновь приобретает свойства твёрдого тела. Это позволяет упростить конструкцию и снизить вес узлов трения, предотвращает загрязнение окружающей среды. Сроки смены пластичных смазок больше, чем смазочных материалов. В современных механизмах пластичные смазки часто не меняют в течение всего срока их службы. Промышленность СССР в 1974 выпускала около 150 сортов пластичных смазок. Их мировое производство составляет около 1  млн. т в год (3,5% выпуска всех смазочных материалов).

Пластичные смазки получают, вводя в нефтяные, реже синтетические, масла 5-30 (обычно 10-20) % твёрдого загустителя. Процесс производства периодический. В варочных котлах готовят расплав загустителя в масле. При охлаждении загуститель кристаллизуется в виде сетки мелких волокон. Загустители с температурой плавления выше 200-300°С диспергируют в масле при помощи гомогенизаторов, например коллоидных мельниц. При изготовлении в состав некоторых пластичных смазок вводят присадки (антиокислительные, антикоррозионные, противозадирные и др.) или твёрдые добавки (антифрикционные, герметизирующие).

Пластичные смазки классифицируют по типу загустителя и по области применения. Наиболее распространены мыльные пластичные смазки., загущенные кальциевыми, литиевыми, натриевыми мылами высших жирных кислот. Гидратированные кальциевые пластичные смазки (солидолы) работоспособны до 60-80°С, натриевые до 110°С, литиевые и  комплексные кальциевые до 120-140°С. На долю углеводородных пластичные смазки., загущаемых парафином и церезином, приходится 10-15% всего выпуска пластичных смазок. Они имеют низкую температуру плавления (50-65°С)  и используются в основном для консервации металлоизделий.

В зависимости от назначения и области применения различают следующие типы пластичных смазок:

• Антифрикционные, снижающие трение скольжения и уменьшающие износ. Их применяют в подшипниках качения и  скольжения, шарнирах, зубчатых и цепных передачах индустриальных механизмов, приборов, транспортных, с.-х. и др.  машин;
• Консервационные, предотвращающие коррозию металлоизделий. В отличие от др. покрытий (окраска, хромирование) они легко удаляются с трущихся и др. поверхностей при расконсервировании механизма;

К уплотнительным пластичным смазкам относятся

• арматурные (для герметизации прямоточных задвижек, пробковых кранов),
• резьбовые (для предотвращения заедания тяжелонагруженных или высокотемпературных резьбовых пар),
• вакуумные (для герметизации подвижных вакуумных соединений).

Aссортимент  и применение

Пластичные смазки — самостоятельный вид материалов, обеспечивающих надежность и долговечность техники (ранее их называли консистентными). Их мировое производство составляет около миллиона тонн в год, что значительно меньше выпуска смазочных масел (около 40 млн. т/год).

Итак, пластичная смазка — это структурированная высокодисперсная система, которая состоит, как правило, из базового масла и загустителя. При обычных температурах и малых нагрузках она проявляет свойства твердого тела, т. е. сохраняет первоначальную форму, а под нагрузкой начинает деформироваться и  течь подобно жидкости. После снятия нагрузки пластичная смазка вновь застывает. Основное ее назначение — уменьшить износ поверхностей трения и продлить тем самым срок службы деталей машин и механизмов. В  отдельных случаях смазки не столько уменьшают износ, сколько упорядочивают его, предотвращают трение и  заклинивание смежных поверхностей, препятствуют проникновению агрессивных жидкостей, абразивных частиц, газов и паров. Смазки, которые практически не изменяют своих показателей качества весь период работы в узле трения, относятся к «вечным» (т. е. закладываются одноразово на весь период работы техники) или долго работающим с большим периодом замены).