Индустриални масла

Характеристики на смазочните вещества, видове и базови изисквания към тях

   Индустриалните масла имат важно значение за постигане на оптимални експлоатационни показатели на отделни елементи, машини и технологично оборудване. Основната им функция се състои в намаляване на коефициента на триене между допирните повърхнини на детайлите и възлите, благодарение на което се намалява енергията за тяхното задвижване и износването на частите им. Едновременно с това индустриалните смазочни материали отвеждат топлината от триещите възли, предпазват детайлите от корозия и почистват триещите се повърхнини от замърсяване. Обект на настоящата статия са основните характеристики на смазочните материали, химическият им състав, базовите изисквания към течните и пластичните смазки и видовете прибавки в маслата.

Характеристики на индустриалните масла
Индустриалните масла с общо предназначение представляват дестилатни или остатъчни минерални масла, или техни смеси, получени от различни сортове суров нефт. Използват се както за смазване на различно промишлено оборудване, за което не са необходими специални масла с прибавки, така и в качеството си на базови масла за производството на смазочни вещества с прибавки. При избора им се обръща внимание на някои основни характеристики, сред които вискозитет, химически състав, температура на втвърдяване, стабилност против окисление, противоизносни, противозадирни и антикорозионни свойства.
Като най-важен показател за индустриалните смазочни масла се посочва вискозитета. Той е мярка за вътрешното триене в маслото и определя дебелината на смазочния слой между триещите повърхнини, т.е. способността им да понасят зададено натоварване. Динамичният вискозитет се измерва в
Ns/m2 (Pa.s) и представлява силата, необходима за преместване на повърхнина с площ 1 m2 със скорост 1 m/s спрямо друга повърхнина, като двете повърхнини са разделени със слой масло с дебелина 1 m. От своя страна кинематичният вискозитет се измерва в
m2/s, в стокс (St) или сантистокс (сSt), и се дефинира в зависимост от времето, за което определен обем масло изтича през капилярна тръбичка под действието на силата на тежестта. В някои случаи вискозитетът на маслата се определя чрез т. нар. условен вискозитет (обикновено в енглерови градуси - Е), който се измерва като отношение на времената за изтичане през капилярна тръбичка на определен обем масло и същия обем дестилирана вода.

Вискозитетът на течните смазочни масла
се влияе чувствително от изменението на температурата и в значително по-малка степен - от промяната в налягането. С увеличаване на температурата вискозитетът бързо намалява и за оценка на това влияние се въвежда понятието "вискозитетен индекс" (ВИ). Колкото стойността на ВИ за дадено масло е по-висока, толкова по-слабо е изразено влиянието на температурата върху вискозитета му.
При изменение на температурата се променя и плътността на маслото. По тази причина при описание на характеристиките на маслата, вискозитетът и плътността им се дават за определена температура (в градуси Целзий). При понижаване на температурата до определена стойност, наречена "температура на втвърдяване", маслата загубват подвижността си, най-вече вследствие голямото увеличение на вискозитета им. За понижаване на температурата на втвърдяване на маслата към тях се прибавят специални вещества, наречени "депресори".

Химически състав на базовите масла
Химическият състав на маслата, който зависи от произхода и начина на получаването им, оказва съществено влияние върху техните свойства и върху необходимостта от използването на различни присадки, легиращи вещества, сгъстители, пълнители и др. За производството на смазочни вещества обикновено се използват базови минерални масла, получени при дестилацията на суров нефт. Нефтените масла се характеризират с ВИ максимум 40, но се отличават с добра стабилност при ниски температури до около -40 С°. Парафиновите масла имат по-добър ВИ (около 90) и температурна стабилност до около 177 °С. Синтетичните масла представляват изкуствено създадени индивидуални химически вещества или техни смеси, близки по химически състав и физични свойства. По своите характеристики - технически параметри, ефективност и икономичност, синтетичните масла превъзхождат минералните. Произвеждат се и полусинтетични масла, които представляват смеси от синтетични и минерални масла. Някои растителни масла - рапично, слънчогледово и др., също биха могли да се използват ефективно като базови, но приложението им се ограничава от тесния им температурен диапазон на стабилност и от по-високата им цена.

Продуктите на нефтена основа са най-голяма група
Продуктите на нефтена основа безусловно формират най-голямата група индустриални масла и са основен и предпочитан избор както от конструкторите на съоръжения, така и от производителите на смазочни материали.
Синтетичните масла включват продукти, произведени от поли-алфа-олефини, гликоли и естери на различни киселини - фосфорна, силициева, както и различни органични киселини. За производството на този тип индустриални продукти се използват базови масла от 4-та група, които дават възможност за значително удължаване на срока им на експлоатация. Основен недостатък на синтетичните масла е по-високата им цена.

Продукти на синтетична и водна основа
Течностите на водна основа включват емулсии от типа "масло-във-вода", както и водни гликоли. Пожароустойчивостта е пряко зависима от съдържанието на вода в тях. Известно е, че емулсиите са сложни смеси от масло и вода, съдържащи емулгатори, стабилизатори и други присадки, чието предназначение включва постигане на лесно смесване, хомогенност и стабилност на емулсията. Емулсиите от типа "вода-в-масло" се състоят от дребни капчици вода, разпръснати в непрекъснатата маслена фаза. И докато диспергираната вода осигурява пожароустойчивост и охлаждане, непрекъснатата маслена фаза е отговорна за добрите смазващи качества. От своя страна, течностите на синтетична основа разчитат на естествената пожароустойчивост на базовия си материал. Те включват фосфатни естери, халогенирани въглеводороди, както и смесите им. Фосфатните естери се използват като базов материал за течности, към които са поставени изисквания за пожароустойчивост. Те много трудно поддържат горенето, тъй като пламните им температури са над 200 °С, а температурата на самозапалването им е по-висока от 480 °С.
Биоразграждащите се течности са от растителни мазнини
Друг вид смазочни материали, използвани в индустрията, са т.нар. биоразграждащи се течности. Произвеждат се основно от растителни мазнини. Подходящи са за използване в повечето хидравлични съоръжения. Растителните масла използват различни базови фракции и присадки, така че получените течности са подходящи за точно определени приложения, т.е. продукти, които работят дори по-добре от минералните масла в някои приложения, имат ограничено използване в други. Следва да се има предвид и фактът, че биоразграждащите се течности са склонни към окисление и имат по-кратък живот в сравнение с традиционните индустриални смазочни продукти.

Изисквания към маслата
Към смазочните материали, използвани в индустрията, се поставят разнообразни изисквания. Сред по-съществените от тях са наличието на мазилни свойства (съчетание на нисък коефициент на триене, намаляване на износването и предпазване от задиране на триещите повърхнини) и вискозно-температурни и депресивни свойства (минимална зависимост на вискозитета и другите физични показатели от температурата). Също така, от смазките се очаква да запазват възможно най-дълго време качествените си показатели както при съхранение, така и при работа при зададени експлоатационни условия. Не по-малко важни са и антикорозионните и консервационните свойства на смазките, които представляват способността им да защитават конструктивните материали от корозия. Сред другите изисквания към смазочните материали са способността им да отвеждат топлината и продуктите от износването, да уплътняват хлабините между триещите повърхнини и да имат минимална токсичност, пожарна безопасност и максимално висока икономическа ефективност.
Базовите минерални масла не удовлетворяват комплекса от изисквания към съвременните смазочни вещества. За повишаване на технико-експлоатационните и икономическите показатели на маслата в тях се слагат прибавки (у нас широко се използва и терминът присадки).
В общия обем на маслото количеството на прибавките варира в широки граници - от части от процента до 25 - 35%. При смесването на различни прибавки с базовото масло могат да се образуват молекулярни разтвори, колоидни разтвори, суспензии или емулсии. Сред прибавките с антифрикционно действие са молибденов дисулфид - 0,5-3%, високодисперсен графит - 1-2%, олеинова и стеаринова киселина, етери на различни киселини. Като прибавки против задиране и износване са познати хлорираният парафин и пентахлордифенил - 5-10%. Използват се още прибавки с антикорозионно, антиокислително, вискозно и депресивно действие.

Пластични смазки
Освен течните (смазочни) масла в индустрията, широко се използват и пластични (консистентни) смазки, познати като греси. Характеризират се с работоспособност в по-широк диапазон на работни температури и скорости, по-добри мазилни качества, по-високи защитни свойства от корозия, работоспособност при проникване на вода и други агресивни среди. Като техни недостатъци могат да се посочат лоша охлаждаща способност, по-висока склонност към окисление, по-сложно подвеждане към триещите възли.
Пластичните смазки се състоят от два основни структурни компонента - течна основа и сгъстител. Основата представлява базово течно масло - минерално, растително или синтетично. За сгъстители се използват твърди въглеводороди, различни сапуни - соли на високомолекулярните мастни киселини, високодисперсни силикагели, бентонити, както и други органични и неорганични вещества. Сапуните образуват тримерен структурен кафез в клетките, на които се задържа маслото. По тази причина, при малки натоварвания пластичните смазки показват характеристики на твърди тела - не се разтичат под действие на собственото си тегло, задържат се върху наклонени и вертикални повърхнини. При критични натоварвания, по-големи от якостта на структурния кафез, тези смазки се разтичат, подобно на течните мазилни вещества, наричани накратко в статията масла. В случай на премахване на натоварването, обаче, разтичането се прекратява и смазката отново възвръща качествата си на твърдо тяло.
Често в състава на смазката се въвеждат добавки, които подобряват експлоатационните й показатели, а също и различни пълнители - графит, молибденов дисулфид, слюда, прахообразни метали и др.

Класификация на пластичните смазки
Класификацията на този тип смазки се изгражда на основата на техните признаци. Според предназначението и температурната им област на приложение, пластичните смазки се делят на универсални (многофункционални), високотемпературни, обикновени (за нормални температури) и нискотемпературни. Според степента на износоустойчивостта им, те биват за ниски (НН), умерени (УН) и високи (ВН) налягания. Според водоустойчивостта им, се разделят съответно на  водоустойчиви (ВУ) и водонеустойчиви (ВН).
В означението на пластичните смазки обикновено се включват символите, означаващи температурния работен диапазон, степента на износоустойчивост, както и водоустойчивостта им. За информация се дават видът на сгъстителя и пенетрационната категория.

Видове смазки според консистенцията
В общия обем на смазката се използва от 8 до 25% сгъстител. Съществуват четири групи сгъстители: прост сапунен сгъстител (А); комплексен сапунен сгъстител (В); органичен несапунен сгъстител (С) и неорганичен сгъстител (D).
Класификацията на пластичните смазки според гъстотата им, предложена от Националния институт по смазките на САЩ (NLGI), е международно призната. Според нея гъстотата (консистенцията) на смазката се определя чрез лабораторния метод на "работната пенетрация". Този метод се състои в измерване на дълбочината на потъване в смазката на конус със стандартни размери и маса (150 g) за време 5 секунди при 25 °С. За показател на пенетрацията се получава число, според което се дефинират девет категории смазки с означения от 000 до 6. В зависимост от консистенцията си, по ISO 2137, смазките се определят като много меки - категории 00 и 000 с показател в диапазона 445 - 475; меки - категории 0 и 1 с показател в интервала 355 - 385; със средна твърдост - категории 2, 3 и 4 с показател 265 - 295; както и твърди - категории 5 и 6 с показател 130 - 160.
Най-широко приложение намират смазките с консистенция, съответстваща на категория 2. Категориите 000 и 00 представляват полутечни смазки, които се използват като алтернатива на маслата в механизмите и централизираните смазочни системи с малко сечение на подвеждащите канали, например в съвременните камиони.
Категории 0 и 1 намират приложение в главните централизирани смазочни системи на промишленото оборудване. Категории 2 и 3 се използват основно за смазване на лагери. Смазките от категории 4 и 6 са много гъсти и се прилагат рядко, само в изключителни случаи.

Приложна област на пластичните смазки
В триещите възли на промишленото оборудване, в селскостопанските, в подемните машини, в транспортните средства и т. н. се използва широка гама пластични смазки. Според статистическите данни, преимущественият дял от търкалящите лагери се смазва с консистентни смазки (греси).
Най-широко приложение намират хидратираните калциеви смазки (от типа Солидол), които представляват смеси от индустриални масла, сгъстени с калциеви сапуни на синтетични мастни киселини. Използват се във всички триещи възли на промишлени, подемни, транспортни и други видове машини и механизми, работещи при нормални условия и температура от -30 до +70 ° С. За смазване на елементи на шасито и кормилния механизъм на автомобилите те са приложими при подаване на смазката чрез прес-масленки.
Друг вид консистентна смазка - графитната, се състои от цилиндрово масло, сгъстено с калциеви сапуни на синтетични мастни киселини с прибавка на 10% прахообразен графит. Използва се за натоварени бавноходни механизми, за ресори, открити зъбни предавки, но не е подходяща за точни механизми, например за търкалящи лагери.
Комплексните калциеви смазки (от типа Униол) са изградени от остатъчни индустриални масла, сгъстени с калциеви сапуни на термообработени синтетични мастни и оцетна киселини, и с антиокислителни и други прибавки. Представляват универсални смазки с високи противозадирни свойства, които работят в условията на високи натоварвания и температури до +150 °С. Използват се в триещите възли на промишленото, миннообогатителното и металургичното оборудване, автотракторната и селскостопанската техника, в тунелни пещи, горещи конвейери и др.
Натриевите смазки (от типа Консталин) се изграждат от леки цилиндрови масла, сгъстени с натриеви сапуни на касторово масло. Използват се за търкалящи лагери и други триещи възли. Натриеви смазки, сгъстени с натриеви сапуни на синтетични мастни киселини, са подходящи за приложение при температури до
110 °С в търкалящите лагери на автомобили, електродвигатели, за буксите на подвижния ж.п.състав. Други видове натриеви смазки, сгъстени с натриеви сапуни на стеаринова киселина и съответни прибавки (например молибденов дисулфид), се отличават с високи студоустойчивост - от -60 до +150 °С и работен ресурс. Използват се за мазане на миниатюрни лагери и редуктори за електромеханични уреди.
От своя страна, литиевите смазки се изграждат от леки трансформаторни или индустриални масла, сгъстени с литиев стеарат. Съдържат и различни прибавки. Характеризират се с добри противозадирни свойства и износоустойчивост, както и голяма дълготрайност - до 20 000 часа. Използват се като основни смазки за авиационни уреди, за мазане на високоскоростни търкалящи лагери, в електромашини, както и ролкови и капсуловани (херметизирани) лагери при температури от -40 до +120 °С.
Алуминиевите смазки се състоят от индустриални масла, сгъстени с алуминиеви сапуни на стеаринова киселина. Използват се при работни температури до +65 °С за триещи възли на морски транспортни средства, както и при консервация на механизми с непосредствен контакт до морска вода.
Произвеждат се и бариеви смазки, смазки със сгъстители от смесени сапуни, смазки с несапунени сгъстители, които имат специфично приложение.
Към групата принадлежат и въглеводородните смазки, които се изграждат от индустриални масла. За сгъстители се използват неорганични вещества, много от които намират приложение и самостоятелно като твърди смазки. Такива са графит, молибденов дисулфид, церезин, парафин, вазелин и др. Използват се главно за консервация на метални изделия, в точни механизми, за смазване на метални въжета, за салникови набивки и резбови съединения, работещи в контакт с агресивни среди. Работният им температурен диапазон е от -20 до +50 °С.

Съвместимостта на смазките с околната среда
е важно изискване при избора и практическото им приложение. Възможно е да се избере смазка, която да работи добре във влажна среда при много високи или ниски температури и това да бъде доказано чрез съответни изпитания. Също толкова важно е да се знае действително ли избраната смазка е съвместима с други смазки при евентуално смесване, с техническата гума на уплътнителните елементи (подложки, пръстени и др.), с детайлите от пластмаси и полимерни композити, с боите и защитните покрития и т.н.
Поради големия брой смазочни вещества с широко разнообразие от свойства, които се произвеждат и предлагат на пазара, не съществува стандартизирана методика за изпитване на тяхната съвместимост. Най-общо, две смазки се считат за несъвместими, ако тяхната смес има физически или експлоатационни свойства, които са забележимо по-лоши от тези на отделните смазки.
Несъвместимост би могла да възникне вследствие на различния химически състав на пластични смазки от различни типове (например литиева и полиуретанова). Също така и поради различни прибавки и базови масла, използвани за производството на смазки от един и същи тип. Проблемите за съвместимост на смазките се наблюдават и при допълване на обема на смазката, както и при смяна на типа или промяна на вискозитета на смазката за дадено оборудване.