^Доверху
foto1 foto2 foto3 foto4 foto5

hair saloonД. І. Менделєєв був членом понад 90 академій наук, наукових товариств, університетів різних країн. Назва Менделєєва носить хімічний елемент № 101 (Менделевій), підводний гірський хребет і кратер на зворотному боці Місяця, ряд навчальних закладів та наукових інститутів. У 1962 р. АН СРСР заснувала премію і Золоту медаль ім. Менделєєва за кращі роботи з хімії та хімічної технології.

.
a@chemworld.com.ua

Хімічний Світ

Нет токсичных веществ, а есть токсичные дозы. (Парацельс)

Якість моторних масел

 

Встановлено, що одним з показників, що характеризують стан масла, є кислотне число К і його зміна в часі в міру роботи в двигуні (або окислення) – К ~f (τ). У більшості випадків дана функція є екстремальною залежністю. Спочатку кислотне число олії знижується, імовірно, внаслідок завершення технологічного процесу отримання олії шляхом оптимізації упаковки функціональних присадок. Зазначений процес на даному етапі є домінуючим, по його завершенні К починає зростати за рахунок активного розвитку термохімічних і термоокислювальну процесів. При досягненні К певної величини масло втрачає свою працездатність і підлягає заміні.

Кислотне число є найбільш чутливою характеристикою стану моторних масел. З одного боку, воно выдображає ступінь старіння масла, а з іншого – ступінь завершеності процесів між присадками на етапі технології отримання масел.

Рівень експлуатаційних властивостей масла тісно пов'язаний з його працездатністю, оцінку якої можливо проводити різними способами.

Динаміку зміни працездатності можна визначити за величиною кислотності масла після його високотемпературного каталітичного окислення (t = 230 °С) протягом певного часу. При цьому працездатність масел пропонується аппроксимірувати наступною залежністю:

Р (τ) = 1 – К (τ) / К (max)

де Р (τ) – працездатність масла в зазначений момент часу τ; К (τ) – зміна кислотності масла, окисляемого протягом часу τ; К (max)- кількість олеїнової кислоти, ізрасходо¬ванной на взаємодію з присадками вихідного масла.

Вважається, що при К (τ) = К (max) масло втрачає свою працездатність.

Різноманіття типів, конструкцій, призначень та умов експлуатаціі ДВС зумовлює необхідність використання в їх мастильних системах моторних масел з істотно різними фізико-хімічними характеристиками і рівнями експлуатаційних властивостей.

Товарний асортимент моторних масел містить десятки марок. Робочий температурний режим моторних масел надзвичайно великий. Нижня межа – це температура холодного пуску двигуна взимку при безгаражній стоянці автомобілів (до -30 –  -35 °С). Верхня межа – температура найбільш нагрітої змазуванної деталі при роботі влітку на режимі максимальної потужності (до 300-315 °С в зоні першого компресорного кільця). У цих умовах температура стінки циліндра в зоні в.м.т. досягає 210- 240 °С, кулачків розподільного вала – 190-230 °С, подшипників колінчастого – 150-175 °С.

Коли мова йде про працездатність моторного масла, то мається на увазі виконання ним таких найважливіших функцій:

-          Зменшення втрат на тертя і зносу поверхонь тертя;

-          Передача сил через плівку масла від однієї деталі до іншої;

-          Запобігання прориву газів через «лабіринт» поршневих кілець з надпоршневому простору в картер;

-          Відвід теплоти від поршнів, підшипників та інших змащуваних деталей;

-          Нейтралізація кислот, що утворюються при згорянні палива і окисленні масла;

-          Захист двигуна від корозії при роботі і тривалій стоянці;

-          Запобігання нагаро- і лакообразованія, що призводять до порушення рухливості поршневих кілець;

-          Запобігання випадання опадів в картері, маслопроводах, під кришкою механізму газорозподілу;

-          Забезпечення працездатності масляних фільтрів протягом усього терміну заміни масла;

-          Запобігання збільшення в'язкості олії внаслідок за¬грязненія його сажею.

Виконуючи ці функції, моторне масло не повинне утворювати зольні відкладення в камері згоряння, що викликають передчасне запалювання робочої суміші і збільшують ймовірність виникнення детонації; бути сумісним з матеріалами ущільнень і каталізаторами нейтралізації токсичних компонентів відпрацьованих газів; не порушувати працездатність свічок запалювання.

Для моторних масел існує ряд аналізів, які дозволяють точно визначити їх якість. Основними експлутаційними та фізико-хімічними властивостями при описі і порівнянні моторних масел є:

  • реологічні властивості (в'язкість при низьких і високих температурах, індекс в'язкості, температура застигання);
  • температура спалаху;
  • випаровуваність за NOACK;
  • лужне число (ТВN);
  • піноутворення.

Найважливішим фізичним властивістю масел є в'язкість. В'язкість (клас в'язкості) масел визначає вибір і ефективність експлуатації технічних засобів. В значній мірі в'язкість залежить від температури, тому її характеризують за двома ознаками: 1) значенню в'язкості при температурі 100 °С (робоча в'язкість); 2) інтенсивності зміни в'язкості при зниженні температури. Виходячи з цього, до мастил пред'являються вимоги оптимальної в'язкості при 100 °С, яка незначно змінилась би при зміні температури.

На практиці використовують поняття динамічної (абсолютної), кінематичної і удаваної в'язкості.

Динамічна в'язкість (η, Па.с) - відношення напруги здвигу до градієнту швидкості зсуву. Напруга зсуву – це відношення діючої сили до площі твердих тіл, розділених шаром рідини. Градієнт швидкості зсуву – відношення швидкості переміщення рухомого твердого тіла до товщині шару рідини між рухомим і нерухомим тілом. Кінематична в'язкість (v, м2/с) характеризує плинність масла під дією власної сили тяжкості і становить ставлення динамічної в'язкості до щільності масла.

Співвідношення, в якому в'язкість залишається постійною незалежно від напруги зсуву або швидкості зсуву, називається ньютонівським законом в'язкості. Багато розчинників, мінеральних масел, синтетичних базових рідин та готових незагущених мастильних масел підкоряються ньютоновскому закону в'язкості. Такі рідини прийнято називати ньютоновскими. Неньютонівські рідини визначаються як рідини, в яких в'язкість трохи постійна, а змінюється в залежності від швидкості зсуву або напруги зсуву. Прикладом неньютонівської рідини може бути бітум, гумовий клей.

Одним із способів регламентації в'язкісно-температурних властивостей масел є розрахунок індексу в'язкості (ІВ, VI (viscosity index)), який відображає характер в'язкісно-температурної характеристики (ВТХ) – шляхом порівняння з кривими еталонних масел, в'язкість яких при t - 98, 8 °С дорівнює в'язкості випробуваного масла. Краще з еталонних масел володіє пологою ВТХ і має ІВ, рівний 100, найгірше - крутий ВТХ і має ІВ, рівний 0. Розраховують ІВ за формулами (ГОСТ 25371):

ІВ = (vv1) / (vv2) • 100 або ІВ = (vv1) / v3 • 100,

де v - кінематична в'язкість масла при 40 °С з ІВ, що дорівнює 0 і мають при 100 °С таку кінематичну в'язкість, як випробовуване масло, мм2/с; v1 – кінематична в'язкість випробуваного масла при 40 °С, мм2/с; v2 – кінематична в'язкість масла при 40 °С з ІВ, рівним 100 і мають при 100 °С таку кінематичну в'язкість, як випробоване масло, мм2/с; v3 = vv2.

Беручи до уваги великий розкид експлуатаційних температур масла (з мінусових під час запуску двигуна взимку і до 220-230 °С) рекомендується, щоб моторне масло володіло якомога вищим ІВ. Незагущені сезонні мінеральні масла мають ІВ в межах 90-105. Загущені всесезонні масла (особливо синтетичні) мають ІВ від 130 до 180 і більше. Масла з такими значеннями ІВ забезпечують холодний пуск двигуна взимку і надійне змащування їх деталей тертя при роботі з високим навантаженням в літній час.

На відміну від сезонних незагущені масел, в'язкість яких залежить тільки від температури і (меншою мірою) від тиску, загущені масла володіють ще здатністю змінювати свою в'язкість залежно від напруги і градієнта зсуву швидкості зсуву, проявляють тимчасове падіння в'язкості з збільшенням швидкості зсуву. Значення в'язкості в цьому випадку називають уявною в'язкістю. Її зниження при даному градієнті швидкості зсуву тим відчутніше, чим нижче температура масла. Крім того, у загущених масел спостерігається перманентне зниження в'язкості в результаті механічної і термохімічної деструкції загущающих макро полімерних присадок. Зниження в'язкості в результаті деструкції в області малих швидкостей зсуву досить велика і необоротно, але при високих швидкостях зсуву вплив деструкції на значення в'язкості проявляється слабо і не грає великої ролі.

Під впливом окислення базового масла, випаровування його легких фракцій і забруднення нерозчинними частинками в'язкість масла значно зростає, а попадання в масло незгорілих паливних фракцій призводить до її зменшення. Ріст і зменшення в'язкості, часто стають причиною необхідності зміни масла.

Температура застигання – це мінімальна температура, при якій масло перестає текти під дією сили тяжіння, тобто при якій масло знаходиться на кордоні втрати плинності, залишаючись рідиною. Це фізична властивість моторних масел має значення для зимових і всесезонних масел.

Температура спалаху – це мінімальна температура, при якій в певних умовах відбувається займання парів масла від зовнішнього джерела полум'я. З фізичної точки зору вона відповідає температурі, при якій тиск парів масла одно близько 1,1 кПа. З хімічної – свідчить про присутність в олії низкокипящих вуглеводнів, що може привести до втрат під час його роботи в двигуні. Втрати в результаті випаровування призводить до збільшення кількості нагаров і лаків, які утворилися, а також до підвищеної токсичності вихлопних газів. Малов'язкі зимові і всесезонні загущені масла мають температуру спалаху у відкритому тиглі в межах 190-200 °С, а найбільш в'язкі літні масла – 260-270 ° С.

У сучасних двигунах основним джерелом втрати олії є втрати, пов'язані з випаровуванням, яке відбувається, з одного боку, в результаті присутності низкокиплячих фракцій в олії, з іншого – все більш високих температур, в яких має працювати масло в двигуні. Чим вищий цей показник, тим втрати масла будуть менші.

Випаровуваність за NОАСК визначається при випробуванні масла протягом 1 год при 250 °С з продувкою повітрям. Побічно можна розрахувати за формулою:

N= 123,075 - 0,283 . t10,

де t10 – температура відгону 10% масло, °С.

Однією з найважливіших функцій масла в двигуні, крім змащування, є його здатність до перебування двигуна в чистоті, а також здатність до нейтралізації кислих продуктів згорання, які можуть потрапити в масло. Ці властивості забезпечують маслу мийно-диспергуючі присадки. Мірою мийно-диспергуючих присадок є лужне число (число нейтралізації, ТВN, мг КОН/г).

Лужне число моторних масел різного призначення знаходиться в широких межах. Масла для двотактних двигунів мають лужне число 1-2 мг КОН/г, масла для автотракторних двигунів – 5-15 мг КОН/г.

Тісно пов'язана з лужним числом сульфатна зольність моторних масел. Зола – це неорганічні речовини, в основному оксиди і солі металів, яке залишається після згоряння всіх органічних компонентів моторного масла. Зола, переведена в сульфіди, називається сульфатною зольністю. Масла для бензинових двигунів мають сульфатну зольність 0,8-1,5%, для дизельних – 1-2%.

При експлуатації двигуна в його масляній системі може утворитись піна, що призводить до порушення змащуючої здатності та припиненню течії масла, а в кінцевому результаті – до появи граничного змащення. Головною причиною утворення піни в маслі є присутність води або охолоджуючої рідини. Тому вкрай важливо визначення якісних показників піноутворюючої здатності масла. Дослідження зазвичай проводять в певному діапазоні температур.

В основу класифікації моторних масел покладені їх в'язкість і категорія експлуатаційних властивостей. Маркування моторних масел складається з літерного і цифрового індексів. Наприклад, марка масла М-63/10-В розшифровується наступним чином: М – масло моторне; 6 – клас в'язкості при температурі -18 °С; 10 – клас в'язкості при температурі 100 °С; В – приналежність масла до групи за експлуатаційними властивостями.

Міжнародна класифікація моторних масел також визначається двома показниками: 1) рівнем експлуатаційних властивостей згідно стандартам American Petroleum Institute (API), де моторні масла підрозділяються на дві категорії: S (Service) і С (Commercial); 2) класом в'язкості згідно систематизації Society of Automobile Ingineers (SAE), яка поділяє масла на літні (наприклад SAE 30), зимові (наприклад SAE 5W) і всесезонні (наприклад SAE 15W-30).

Згідно кодам класифікації API, систематизація масел починається з буквених індексів: S – для бензинових двигунів, С – для дизельних.

З 1996 р. асоціація європейських виробників автомобілів створила нову класифікацію ACEA (Association des Constructeurs Europeens d'Automobiles) замість застарілої ССМС. В класифікації АСЕА асортимент масел більш диференційований і широкий. Зокрема, він включає спеціальні масла з високим рівнем енергозберігаючих властивостей. Головні відмінності цих класифікацій – у вимогах до фізико-хімічних показникам, визначені лабораторними методами. Класифікація ССМС задавала тільки визначені нею класи в'язкості SAE для масел кожного з класів за призначенням та умовами застосування. Класифікація АСЕА дозволяє виробництво і використання масел всіх класів в'язкості SAE, якщо їх стійкість до механічної деструкціі і динамічна в'язкість при 150 °С і градиєнте швидкості зсуву 106 с-1 відповідають вимогам.

У класифікації АСЕА моторні масла поділені на три класи: А – масла для бензинових двигунів; В –  масла для дизельних двигунів легкових автомобілів; Е – масла для дизельних двигунів вантажних автомобілів. У перспективі передбачається введення четвертого класу масел – для двигунів, що працюють на газовому паливі. У класах А і В – по п'ять категорій, в класі Е – чотири. Категорія А 4-хх – резервна, до неї будуть віднесені масла для бензинових двигунів з безпосереднім впорскуванням.

Класифікація ILSAC (Міжнароний комітет зі стандартизації і схвалення мастильних матеріалів) поширюється тільки на олії для бензинових двигунів. У цій класифікаціі обов'язковою вимогою є наявність енергозгаючих властивостей. З цієї причини масла GF-1, GF-2 і GF-3 мають обмежене число в'язкісних класів по SAE J 300. Це малов'язкі всесезонні масла із зимовими характеристиками SAE 0W, 5W або 10W. За рівнем експлуатаційних властивостей класи ILSAC практично ідентичні класам API: GF-1 - SH, GF-2, GF-3 - SJ.

Європейська комісія управління якості для моторних масел EELQMS (European Engine Lubricant Quality Management System) служить для гарантованого забезпечення якості продукції моторних масел в Європі на основі надійних методів випробувань при контрольованих умовах. Кожен виробник (постачальник масел), який хоче рекламувати і збувати свої продукти у відповідності зі стандартами якості АСЕА, зобов'язаний проводити випробування відповідно до вимог EELQMS. Всі випробувальні лабораторії повинні бути сертифіковані відповідно до стандарту ISO 9001, випробувальні стенди повинні бути сертифіковані з вимогами EN 45001. Процес випробувань регіструється в European Registration Centre (ERC), але іменних сертифікатів при цьому не видається.

Різке збільшення попиту переважно на мастила з підвищеними експлуатаційними властивостями при незмінному технологічному рівні їх виробництва в Україні призвело до збільшення імпорту, який, за даними Держкомстату, в 2002 р. досяг 183,2 тис. т, або 72,7 млн дол. Загальна потреба України в змазочних маслах за минуле п'ятиріччя забезпечувалася на 35 - 42%, в тому числі по групі моторних масел – на 45-51% (з них вищих експлуатаційних груп Г, Д та Е – 20-25%). Більша частина сучасної імпортної техніки експлуатувалася з використанням мастильних масел виробництва провідних зарубіжних фірм.

Проблема забезпечення економіки України мастильними маслами загострилася з цілої низки причин, з яких, на нашу думку, найбільш важливими є: зниження частки використання єдиного в Україні потужності маслоблока на Кременчуцькому НПЗ (360 тис. т/рік) до 30 % в 2002 р.; припинення використання установки УРОМ (200 тис. т/рік) і єдиної в Україні закупленої за кордоном промислової установки потужністю 25 тис. т/рік з випуску бензиламінів присадки для виробництва широкого асортименту моторних масел; припинення виробництва в дослідно-промисловому обсязі високоефективних присадок до мастил на АТ «Галол» (м.Дрогобич), відсутність ринкових структур з координації розвитку національної нафтопереробної промисловості, в тому числі мастильних масел і присадок до них за типом Асоціації нафтопереробників і нафтохіміків (Російська Федерація); ігнорування світового зарубіжного досвіду виробництва мастильних масел і неефективність співпраці з провідними в цій галузі західними фірмами для модернізації діючих виробництв і створення більш привабливого ринкового іміджу; низький рівень розвитку українського автомобілебудування. Адже саме зростання автомобільного парку в багатьох країнах є потужним мотивуючим фактором у розвитку виробництва моторних та інших масел, пластичних мастил.

Проведений аналіз даних основних характеристик вищеперелічених груп масел, які виробляються в Україні і за кордоном, дозволяє зробити наступні висновки:

-          Вироблюваний асортимент моторних масел в Україні призначений для старої автотракторної техніки вітчизняного виробництва без урахування виниклої ситуації, що змушує використовувати високосірчисті дизельні палива;

-          За основними фізико-хімічними властивостями масла типів «Галол», «Славол», «Леол» і «Азмол» хоча і відповідають прийнятим в СНД і Україні стандартам, але значно поступаються маслам-аналогам провідних закордонних фірм;

-          Більш Низькі в порівнянні з закордонними аналогами експлуатаційних властивостей моторних масел вітчизняного виробництва приводять до необхідності більш частої їх заміни, а також до передчасного виходу техніки з ладу;

-          Виходячи з більш високих робочих характеристик двигунів, встановлених на імпортної автотракторної техніки, для її експлуатації в Україні слід рекомендувати застосування тільки сучасних сортів моторних та інших масел зарубіжного зразка;

-          Для підвищення конкурентоспроможності моторних масел, вироблюваних в Україні, їх виробникам слід відмовитись від практики орієнтації на отримання максимального прибутку за рахунок економії присадок та застосування неякісних базових масел.

Для обгрунтування вибору оптимального конкурентоспроможного асортименту масел раціонально розглянути окремі типи масел, найбільш застосовуваних в Україні, і оптимальні аналоги для їх заміни.

Масло М-8В. Це масло призначене для малофорсованих карбюраторних і дизельних двигунів. Воно містить типову для західних масел композицію: лужної детергент – беззольний дисперсант – дітіофосфат. Відмінною особливістю масла є наявність в його складі середньолужну детергенту (150 мг КОН/г), в той час як за кордоном зараз застосовуються високолужні детергенти (300-400 мг КОН/г), які більш ефективні. Крім того, воно має більш низький індекс в'язкості і велику в'язкість при низьких температурах, тобто гірші пускові властивості.

Як вже зазначалося, при такому рівні лужності масло небажано застосовувати при роботі з паливом, що містить більше 0,4% сірки.

Це масло можна легко поліпшити, замінивши в ньому присадку С-150 на рівну кількість присадки С-300. При цьому лужність масла збільшиться в два рази, а ціна практично не зміниться.

Найбільш підходящим для наших умов є чеське масло фірми «Koramo» Mogul Super SAE 15W-30. Однак, для того щоб прийняти його в якості основного для українського виробництва, необхідно поставити перед виробником умова про збільшення лужності до 8 мг КОН/г. Таке поліпшене масло можна спеціально замовити у будь-якій з розглянутих фірм.

Масло М-10Г2К. Це масло було розроблено відповідно до вимог фірми MAN для дизельних двигунів автобусів «Ікарус». Згодом воно було рекомендовано для двигунів вантажних автомобілів КамАЗ та інших дизелів з надувом.

Масло М-10Г2К можна застосовувати для дизелів з наддувом, прцюючих на паливі з вмістом сірки до 1%. Більшість фірм в таких маслах збільшують лужність до 8-19 мг КОН/г. Якщо лужність збільшити до 15 мг КОН/г, то можна використовувати паливо з вмістом сірки до 1,4%.

Більш якісним є масло М-10Г2У, в якому міститься беззольний дисперсант. З незрозумілої причини воно в Україні не проводиться. Однак найбільш прийнятним для наших умов слід вважати саме це масло, в якому середньолужний сульфонат був би замінений на рівну кількість високолужного (в результаті чого лужність підвищиться вдвічі). Кількість дітіофосфата слід збільшити до вмісту цинку 0,08%.

Поліпшене масло М-10Г2У або пакет присадок для його виробництва також можна замовити у різних фірм.

Враховуючи те, що в Україні ще багато років будуть переважати високосірчисті палива, це масло доцільно рекламувати і потіснити конкурентів, які продають нізкощелочние масла.

Масло М-63/14ДМ. Це всесезоне масло рекомендується як для карбюраторних, так і для форсованих дизельних двигунів. У СНД його виробляють тільки російські підприємства (з пакетом присадок фірми «Лубрізол», США). Українські виробники такого масла не виготовляють. Для виробництва цієї олії потрібні значні витрати для отримання міжнародного сертифіката. Такі витрати (не менше 0,5 млн дол. США) необхідно забезпечити, тому що в противному випадку всі масла українских виробників поступово будуть витіснені з ринку.

При поєднанні високолужних детергентів з беззольному дисперсант досягаються більш високі експлуатаційні якості масла в порівнянні з М-10ДМ, в якому сумарна витрата детергент-дисперсант в 2 рази нижче. Цей досвід необхідно врахувати при виробництві масел в Україні (враховуючи наявність надлишкової потужності дисперсант на Кременчуцькому НПЗ). Для цього необхідно вести конкретні переговори з представником фірм з участю фахівців України.

Масло М-63/12Г1.Це масло розроблено для автомобілів «Жигулі» відповідно до вимог фірми «Фіат» («Лубрізол»). Воно відповідає всім вимогам закордонних автомобілеів з карбюраторними двигунами 70-х років XX сторіччя. В двигунах моделей зарубіжних легкових автомобілів 80-90 років виробники не рекомендують застосування таких масел (вимагають масла більш високої якості).

Закордонні масла для легкових автомобілів мають більш високу лужність, а кращі з них – ще й більш високий вміст дітіофосфатов. Відомо також, що в їх складі більше дисперсантів (вміст яких в готовому маслі визначити дуже важко).

Спільним для зарубіжних масел є те, що всі вони мають значно кращі пускові властивості.

Всі недоліки «жигулівського» масла можна усунути. Для цього необхідно замовити у будь-якої фірми (наприклад, ОМВ, «Лікви Моли» або інший) масло типу SAE 10W-30 API SE із лужностю 10 мг КОН/г або пакет присадок для його виробництва на українскому базовому маслі .

Масло М-10ДМ. Це масло призначене для дизелей з наддувом, що працюють у важких умовах. Однак, враховувати його не дуже високу лужність, на нашу думку, його можна застосовувати тільки з паливом, що містить до 0,4% сірки.

У маслі М-10ДМ міститься невдала композиція присадок (середньолужну саліцілата- 6,4%, нейтрального сульфоната – 4,5% і низькоконцентрованого діарілдітіофосфата цинку – 2,5%). Але оскільки в цьому маслі загальний вміст присадок приблизно в 2 рази вище, ніж в аналогічних зарубіжних маслах (API CD), воно навряд чи можна порівняти з ними за якістю. Швидше за все воно порівнянно з маслом М-10Г2К. Значним недоліком є і те, що це масло не містить беззольного дисперсант, який на Заході є обов'язковим компонентом всіх моторних масел.

Фірма «Shell» рекомендує при вмісті сірки в дизельному паливі 0,75% оптимальну лужність масла 10 мг КОН/г, а при 1,25% - 20 мг КОН/г. Враховуючи, що в нашій країні продається дизельне паливо з вмістом сірки до 1% і що така ситуація збережеться в найближчі 5-10 років, для України масло групи Д повинно мати лужність порядку 15 мг КОН/г.

Вирішення цього завдання в даний час можливе, так як високолужні детергенти 300-400 мг КОН/г лише на 10-20% дорожче середньолужну, а оскільки їх витрата складе 4-5% на масло, собівартість останнього підвищиться не більше чому на 1%.

Сайт створений у 2011 році. Контакти: a@chemworld.com.ua