Физико-химические свойства масел

Все смазки должны быть липкими, т.е. хорошо удерживаться на поверхности трения. Это свойство масел оценивают величиной коэффициента трения и размером износа поверхности трущейся пары.

  • Очень важной характеристикой любой смазки является вязкость – это величина внутреннего трения при перемещении частиц смазки. Недостаточная вязкость масла приводит к повышению трения и нагреву; чрезмерно большая вязкость ведет к потерям мощности на трение, а, следовательно, к снижению КПД машин и механизмов.

Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость.

Динамическая вязкость – это мера внутреннего трения масла, равная отношению тангенциального напряжения к градиенту скорости сдвига при ламинарном течении ньютоновской жидкости.

За единицу динамической вязкости принят пуаз (П). Он характеризует вязкость такой жидкости, в которой для перемещения двух слоев один относительно другого надо затратить касательную к слоям внешнюю силу в одну дину при условии, что эти слои имеют площадь каждый в 1 см2, находятся один от другого на расстоянии 1 см и перемещаются под действием приложенной силы (одной дины) со скоростью 1 см/с. В системе СИ за единицу динамической вязкости принят Па∙с (паскаль∙секунда). 1 П = 0,1 Па∙с. Динамическая вязкость воды при 200С равна единице.

Кинематической вязкостью называют отношение динамической вязкости жидкости к её плотности. Она измеряется в стоксах (Ст) и сантистоксах (сСт). В системе СИ за единицу кинематической вязкости принят м2/с.

1 Ст=10-4 м2/c; 1сСт=10-6 м2/с. Кинематическая вязкость воды при 200С равна единице.

Динамическую и кинематическую вязкость нефтепродуктов измеряют в вискозиметрах.

В справочниках обычно приводятся значения условной вязкости, определяемой с помощью вискозиметра Энглера.

Величина условной вязкости в градусах Энглера (0Э) представляет собой отношение времени истечения 200 мл масла при заданной температуре ко времени истечения 200 мл воды при 200С. Вязкость масел уменьшается при нагревании и растет при охлаждении. Степень изменения вязкости в зависимости от температуры принято характеризовать отношением кинематической вязкости при 500С к кинематической вязкости при 1000С. Чем меньше это отношение, тем лучше вязкостно-температурные свойства масел. Степень изменения вязкости масла при изменении температуры выражается также индексом вязкости (ИВ), который является условным. Чем выше ИВ, тем лучше масло (ИВмаксим.=100). При повышении давления вязкость масла повышается.

Индекс вязкости - показатель, который характеризует зависимость вязкости масла от изменения температуры. Это безразмерная величина, т.е. не измеряется в каких-либо единицах–  это просто число. Чем выше индекс вязкости моторного масла, тем в более широком температурном диапазоне масло обеспечивает работоспособность двигателя. Для минеральных масел без вязкостных присадок индекс вязкости составляет 85-100, масла с вязкостными присадками и синтетические масла-компоненты могут иметь индекс вязкости 120-150. У маловязких глубокоочищенных масел индекс вязкости может достигать 200.

К другим важным свойствам масел относятся:

  • Плотность, среднюю плотность масел в расчетах можно принимать 0,900г/см3.
  • Температура вспышки паров масел - минимальная температура, при которой происходит кратковременное воспламенение паров масла от пламени в условиях испытания.

Этот показатель характеризует способность масел к воспламенению. Низкая температура вспышки указывает на присутствие в маслах случайных примесей, главным образом, топлива.

У хороших масел температура вспышки должна быть выше 225°С. У недостаточно качественных масел маловязкие фракции быстро испаряются и выгорают, ведя к высокому расходу масла и ухудшению его низкотемпературных свойств.

  • Температура застывания – температура, при которой масло теряет подвижность. За температуру застывания смазочных масел принимается та температура, при которой масло, помещенное в пробирку определенных размеров, не меняет положение мениска (определяется на глаз) при повороте пробирки из вертикального положения в наклонное (под углом 450).

Температура застывания является важной характеристикой масел, работающих при низких температурах, т.к. понижение текучести масла затрудняет его подачу к трущимся поверхностям. Чем больше в масле парафиновых углеводородов с высокой температурой плавления, тем выше температура застывания масла.

  • Термоокисляемость нефтепродукта - термостойкость масла в присутствии кислорода или воздуха.

При обычных температурах окисление масла идет очень медленно, при 65-750С скорость окисления масла заметно увеличивается. При окислении масел кислородом воздуха происходит процесс старения масел, главным продуктом окисления масел являются кислоты, которые вызывают коррозию металлов. Накопление в масле продуктов окисления вызывает изменение внешнего вида и физико-химических свойств масла. Для увеличения химической стабильности в масла вводят специальные присадки (антиокислители).

  • Антикоррозионные свойства, т.е. способность масел защищать металл от окисления.

Коррозию металлов могут вызывать две группы веществ, находящихся в масле: 1) органические кислоты, образующиеся при окислении масла, 2) Н2SO4 и H2SO3 – образуются при попадании в масло продуктов сгорания сернистого топлива (SO3, SO2) и их конденсации с парами воды. Содержание в масле органических кислот оценивают значением кислотного числа, выраженного в мг КОН, необходимых для нейтрализации 1 г масла. Для ряда современных моторных масел в ГОСТ и ТУ кислотные числа не указывают, так как специальные щелочные присадки нейтрализуют их.

В моторных маслах М-14В2 и М-14Г2, применяемых в дизелях тепловозов, вместо кислотного числа определяют щелочность, которая должна быть не менее  4,8-7,0 мг КОН/г. Для остальных моторных масел, применяемых на тепловозах, указывают в ТУ кислотное число базовых масел до введения присадок.

Коррозионные свойства масел оценивают по потере массы (в г/м2) стандартной свинцовой пластинки, которую в течение 50ч со скоростью 15-16 раз в минуту погружают в масло, нагретое до 1400С. Чем больше уменьшится масса пластинки, тем выше коррозионность масла.

  • Коксуемость масла - показатель, указывающий склонность масла разлагаться при высоких температурах с образованием твердых осадков (кокса). Коксуемость зависит от химического состава масла и степени его очистки.
  • Зольность масла – показатель, указывающий наличие в масле несгораемых веществ.

Зольность масла резко возрастает с введением в масло присадки. В государственных стандартах на моторные масла с присадками зольность его указывают до и после введения присадки.

  • Детергентность масла - физико-химическое свойство, определяющее способность масла диспергировать и удерживать частицы отложений во взвешенном состоянии.
  • Масла не должны содержать большого количества механических примесей и воды.

К механическим примесям относятся инородные тела (пыль, песок, ржавчина, продукты износа), которые находятся в масле во взвешенном состоянии или в виде осадка и задерживаются на фильтре при фильтровании в растворе бензина или бензола. Механические примеси приводят к преждевременному износу деталей и повышенному нагарообразованию – отложению твердых углеродистых веществ, состоящих из масла, смолянистых веществ и зольной части (соединения железа и кремния).

Вода в масле ухудшает смазочные свойства и вызывает коррозию.

  • Щелочное число (TBN). Показывает общую щелочность масла, включая вносимую моющими и диспергирующими присадками, которые обладают щелочными свойствами. TBN характеризует способность масла нейтрализовывать вредные кислоты, поступающие в него в процессе работы двигателя и противодействовать отложениям. Чем ниже TBN, тем меньше активных присадок осталось в масле. TBN большинства масел для бензиновых двигателей обычно имеет значения в пределах 8-9 единиц, а для дизельных двигателей около 11-14. При работе моторного масла общее щелочное число неизбежно снижается, нейтрализующие присадки срабатываются. Значительное падение числа TBN приводит к кислотной коррозии, а также загрязнению внутренних частей двигателя.
  • Кислотное число (TAN). Кислотное число является показателем, характеризующим наличие в моторных маслах продуктов окисления. Чем меньше его абсолютное значение, тем лучше условия работы масла в двигателе и тем больше его остаточный ресурс. Повышение числа TAN служит показателем окисления масла, вызванного длительным временем использования и/или рабочей температурой. Общее кислотное число определяется для анализа состояния моторных масел, как показателя степени окисления масла и накопления кислых продуктов сгорания топлива.