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. Изза высокой стоимости такие масла растространены 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 России используется несколько систем классификации – по консистенции, по составу и областям применения. По консистенции смазки разделяют на полужидкие, пластичные и 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 и 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 смазкизаменителя 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 совместимы смазки с силикагелем, стеаратом лития и полимочевиной.

Сейчас в России вырабатывается примерно 150 наименований пластичных материалов в количестве 45…50 тыс. т/год. По структуре производства мыльных смазок Россия значительно отстает от Западной Европы и США, где основными являются литиевые смазки – в США 60% общего объема и в Западной Европе 70%. В России их доля невелика – 23,4%, или около 10 тыс. т/год.

Современные смазки на 12-гидроксистеарате лития, например типа Литол24, хорошо работают в широком диапазоне температур – от –40 до +120 °С, имеют хорошие эксплуатационные свойства, заменяют многие устаревшие продукты, такие как консталин, 113, 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 ЛКСметаллургическая в ряде случаев заменяет ИП1, 113, ВНИИНП242, Литол24. 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 России 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 России невелика – 0,3%, или 89 т/год. Это продукты на алюминиевых, цинковых, смешанных мылах (литиевокальциевых, литиевоцинковых, 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 России 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 России полиуретановые смазки не выпускают.

Объемы производства отечественных углеводородных материалов составляют 3 тыс. т/год. В основном это консервационные и канатные смазки. Полужидкие смазки типа Трансол200, Редукторная вырабатывают в России в объеме всего около 20 т/год.

Анализ отечественного ассортимента смазок позволяет сделать следующие выводы. В России 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.