Пластичные смазки

Пластичные смазки/консистентные смазки/смазочные материалы - проявляют 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 пластичные смазки, 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 других покрытий (окраска, хромирование) они легко удаляются с трущихся и др. поверхностей при расконсервировании механизма.
-_Уплотнительные. 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).
!ПЛАСТИЧНЫЕ СМАЗКИ: ассортимент 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).
Почти все смазки обладают антикоррозийными свойствами. Для защиты металлических поверхностей от коррозии при транспортировке и длительном хранении разработаны консервационные смазки. Для герметизации зазоров в механизмах и оборудовании, а также соединений трубопроводов и запорной арматуры созданы уплотнительные смазки с лучшими герметизирующими свойствами, чем у масел.
Некоторые смазки специального назначения увеличивают коэффициент трения, изолируют или, наоборот, проводят ток, обеспечивают работу узлов трения в условиях радиации, глубокого вакуума и т. п. По составу это сложные коллоидные системы, состоящие из жидкой основы, которая называется дисперсионной средой, и твердого загустителя - дисперсной фазы, а также наполнителей и присадок. В качестве дисперсионной среды используют различные масла и жидкости. Около 97% пластичных смазок готовят из нефтяных продуктов. Применяются
и синтетические масла для смазок, работающих в специфичных и экстремальных условиях: сложные эфиры, фторуглероды и фторхлоруглероды, полиалкиленгликоли, полифениловые эфиры, кремнийорганические жидкости. Из-за высокой стоимости такие масла распространены не очень широко.
В отдельных случаях используют растительные масла. Работы в этом направлении весьма перспективны, поскольку материалы на основе компонентов биосферного происхождения значительно безопаснее для окружающей среды, чем минеральные аналоги.
Область применения смазки во многом определяется температурой плавления и разложения дисперсной фазы, а также ее концентрацией и растворимостью в масле. От природы загустителя зависят антифрикционные и защитные свойства, водостойкость, коллоидная, механическая и антиокислительная стабильность смазки. Для придания этих свойств в состав вводят соли высших карбоновых кислот, высокодисперсные органические и неорганические вещества, тугоплавкие углеводороды.
В связи с ужесточением режимов эксплуатации узлов трения в большую часть современных пластичных смазок вводят добавки -присадки и наполнители. Используют присадки следующих типов: противоизносные, противозадирные, антифрикционные, защитные, вязкостные и адгезионные. Многие из них многофункциональные, т.е. улучшают несколько свойств одновременно.
В качестве наполнителей используются высокодисперсные, нерастворимые в маслах вещества, улучшающие эксплуатационные характеристики смазки, но не образующие в ней коллоидной структуры. Чаще применяют наполнители с низким коэффициентом трения: графит, дисульфид молибдена, сульфиды некоторых металлов, полимеры, комплексные соединения металлов и др. Оксиды цинка, титана и одновалентной меди, алюминия, олова, бронзы и латуни широко используют в резьбовых, уплотнительных и антифрикционных смазках для тяжелонагруженных
узлов трения скольжения. Обычно эти наполнители добавляют в объеме от 1 до 30% количества смазки.
За рубежом широко используется две классификации, разработанные Национальным институтом по пластичным смазкам (NLGI). Классификация по вязкости группирует все смазки на 9 классов по диапазону пенетрации. Величину пенетрации определяют методом погружения стандартного металлического конуса в пластичную смазку в течение определенного времени. Чем глубже погрузится конус, тем меньше класс NLGI, мягче смазка и, соответственно, тем легче она будет выдавливаться из зоны трения. Смазки с высоким номером NLGI, напротив,
будут создавать дополнительное сопротивление и плохо возвращаться в зону трения. Другая, достаточно широко признанная классификация группирует пластичные смазки в 5 классов, основываясь на областях применения на автомобилях.
В Украине используется несколько систем классификации:
- по консистенции
- по составу и областям применения
По консистенции смазки разделяют на:
*полужидкие
*пластичные
*твердые
Пластичные и полужидкие представляют собой коллоидные системы, состоящие из дисперсионной среды, дисперсной фазы, присадок и добавок. Твердые смазки до отвердения остаются суспензиями, состоящими из смолы или другого связующего и растворителя. В них в качестве загустителя используют дисульфид молибдена, графит, технический углерод и т. п. После отверждения (испарения растворителя) твердые смазки превращаются в золи с низким коэффициентом сухого трения.
По составу смазки разделяют на четыре группы.
1. _Мыльные. В качестве загустителя используются соли высших карбоновых кислот (мыла). Наиболее распространены кальциевые, литиевые, бариевые, алюминиевые и натриевые смазки. Мыльные смазки в зависимости от жирового сырья называют условно синтетическими, на основе синтетических жирных кислот, или жировыми на основе природных жирных кислот, например синтетические или жировые солидолы.
2. _Неорганические. В качестве загустителя использованы термостабильные высокодисперсные неорганические вещества. Это силикагелевые, бентонитовые, графитные смазки и др.
3. _Органические. Для их получения используют термостабильные, высокодисперсные органические вещества. Это полимерные, пигментные, полимочевинные, сажевые смазки и др.
4. _Углеводородные. В качестве загустителей используют тугокоплавкие углеводороды: петролатум, церезин, парафин, различные природный и синтетический воск.
По области применения ГОСТ 23258-78 разделяет смазки на:
-антифрикционные
-консервационные
-уплотнительные
-канатные
Такая классификация более удобна для разработчиков техники. Антифрикционные смазки уменьшают износ и трение сопряженных деталей. Консервационные смазки снижают коррозионное разрушение металлоизделий. Уплотнительные смазки герметизируют зазоры и неплотности узлов и деталей. Канатные смазки наряду со снижением коррозионного разрушения стальных канатов также снижают износ отдельных проволок при их трении друг о друга.
Немаловажная проблема совместимость смазок разного состава. При замене смазочного материала в узле трения не всегда полностью удаляется предыдущая закладка. Так, в шарнирах рулевого управления автомобилей после четырехкратного шприцевания остается до 40% «старой» смазки. При смешении «старой» и «новой» смазок ухудшаются эксплуатационные характеристики смеси по сравнению с исходным продуктом. Эта смесь вытекает из узла трения либо чрезмерно уплотняется, снижая надежность узла. Следовательно, при выборе новой
смазки-заменителя потребителю полезно знать, можно ли смешивать смазки разных марок. Основным фактором, определяющим совместимость смазок, является природа загустителя. Жидкая основа, присадки и добавки существенного влияния на совместимость не оказывают. Со смазками всех марок совместимы консервационные материалы, загущенные тугоплавкими углеводородами (парафином, церезином). Совместимы почти все продукты, загущенные стеаратом натрия и оксистеаратом лития. Плохо совместим
ы смазки с силикагелем, стеаратом лития и полимочевиной.
Сейчас в Украине вырабатывается примерно 150 наименований пластичных материалов в количестве 45...50 тыс. т/год. По структуре производства мыльных смазок Украина значительно отстает от Западной Европы и США, где основными являются литиевые смазки - в США 60% общего объема и в Западной Европе 70%. В Украине их доля невелика - 23,4%, или около 10 тыс. т/год.
Современные смазки на 12-гид-роксистеарате лития, например типа Литол-24, хорошо работают в широком диапазоне температур -от -40 до +120 °С, имеют хорошие эксплуатационные свойства, заменяют многие устаревшие продукты, такие как консталин, 1-13, солидолы и др. Это перспективные и конкурентоспособные материалы.
Более перспективны смазки, приготовленные на комплексном литиевом мыле. Они работают в более широком диапазоне температур (от-50 до+160...200 °С), нагрузок и скоростей. Комплексная литиевая смазка ЛКС металлургическая в ряде случаев заменяет ИП-1, 1-13, ВНИИНП-242, Литол-24. Комплексные литиевые смазки также применяются в оборудовании текстильной, станкостроительной, автомобильной и других отраслей промышленности, в подшипниках ступиц колес автомобилей.
Основу отечественного ассортимента - 44,4% - составляют устаревшие гидратированные кальциевые смазки (солидолы), доля которых в развитых странах, например в США, не превышает 4%. Производство натриевых и натриевокальциевых смазок в Украине составляет 31% общего объема, или до 12,5 тыс. т/год. Эти материалы имеют хорошие характеристики и применяются при температурах от -30 до +100 °С. Доля прочих мыльных смазок в Украине невелика - 0,3%, или 89 т/год. Это продукты на алюминиевых, цинковых, смешанных мылах (литиевокальциевых,
литиево-цинковых, литиевоцинковосвинцовые, бариевосвинцовые и др.), а также получаемые путем смешения готовой смазки с металлическим порошком.
Доля немыльных смазок, приготовленных на неорганических загустителях (аэросилы, силикагели, сажа, бентонит), в Украине всего 0,2%, или менее 10 т/год. Главным образом это узкоспециализированные термостойкие (до 200...250 °С) и химически стойкие смазки. В США доля этих материалов - 6,7%. Немыльные смазки готовят на органических загустителях - полиуреатах, пигментах. Полиуреатные продукты нового поколения, приготовленные на нефтяных и синтетических углеводородных маслах, работают при температурах до 220 °С и по
этому показателю близки к термостойким тефлоновым смазкам на основе перфторполиэфиров, выгодно отличаясь от последних значительно меньшей ценой. В США доля производства этих материалов составляет 6% и непрерывно увеличивается. В Украине полиуретановые смазки не выпускают.
В основном в Украине производятся консервационные и канатные смазки.
Анализ отечественного ассортимента смазок позволяет сделать следующие выводы. В Украине сохраняется неблагоприятная структура ассортимента: большая доля низкокачественных гидратированных кальциевых смазок и незначительная доля высокоэффективных литиевых. Комплексные литиевые смазки выпускают в малых количествах. Большинство пластичных материалов массового применения морально устарело еще 20...30 лет назад, ассортимент практически не обновляется.
Экономический рост, особенно в автомобильной, металлургической, нефтегазодобывающей отраслях промышленности, стимулирует рост потребления пластичных материалов, в том числе высококачественных автомобильных смазок, смазок для металлургического оборудования, работающего при максимальной температуре до 150 °С, а также арматурных и резьбовых.