Пластические смазки: применение и свойства

Что такое пластичные смазки

Одна из самых популярных категорий смазочных материалов – это пластичные смазки. Каждый год их производят около миллиона тонн.

Пластичные смазки (или консистентные смазки) могут вести себя как жидкости или твердые тела в зависимости от нагрузки.

Состав пластичных смазок включает жидкое масло, твердый загуститель, присадки и добавки.

Компоненты загустителя пластичных смазок имеют коллоидное строение, формируя структуру, в которой удерживается дисперсионная среда (масло).

При обычной температуре и небольших нагрузках смазка сохраняет свою плотную форму и ведет себя как твердое тело. Но при увеличении нагрузки она изменяет свою консистенцию и начинает течь. Когда нагрузка уменьшается, смазка снова затвердевает. Это значительно упрощает конструкции и уменьшает вес узлов трения, что также положительно сказывается на экологии.

Изготовление и классификация

Как изготавливают пластичные смазки?

Пластичные смазки производят, добавляя в нефтяные или синтетические масла 5-30% (обычно 10-20%) твердого загустителя. Процесс включает несколько этапов. Сначала в котлах получается расплав загустителя в масле. После охлаждения он кристаллизуется, формируя сетку из мелких волокон. В процессе производства состав пластичных смазок дополнительно обогащается присадками (антиокислительными, антикоррозионными, противозадирными) и твердыми добавками (антифрикционные, герметизирующие).

Как классифицируются пластиковые смазки?

Смазки классифицируются по типу загустителя и области применения. Наиболее распространены мыльные пластичные смазки, загущенные кальциевыми, литиевыми, натриевыми мылами высших жирных кислот. Рабочая температура для кальциевых смазок (солидолы) составляет +60…+80 °С, для натриевых – +110 °С, а эксплуатация литиевых и комплексных кальциевых смазок возможна до +120…+140 °С. Углеводородные пластичные смазки, загущенные парафином и церезином, составляют лишь 10-15% от общего объема. Они имеют низкую температуру плавления (+50…+65 °С) и обычно используются для консервации металлоизделий.

Выделяют типы пластичных смазок по задачам и областям применения:

• Антифрикционные смазки. Эти смазки снижают трение и уменьшают износ. Они используются в подшипниках качения, подшипниках скольжения, шарнирах, зубчатых и цепных передачах, а также в транспорте и сельскохозяйственных машинах.
• Консервационные смазки. Они обеспечивают защиту металлов от коррозии и легко удаляются с поверхностей при расконсервировании.
• Уплотнительные смазки, которые включают арматурные и резьбовые смазки, а также вакуумные.

Пластичные смазки: применение

Пластичные смазки обеспечивают надежную и долгосрочную работу механизмов. Их производство достигает 1 млн. тонн в год, что существенно меньше, чем объем производства смазочных масел (около 40 млн. тонн в год).

Основная функция пластичных смазок – это уменьшение износа трения и увеличение срока службы машин и механизмов.

В некоторых случаях смазки регулируют износ, предотвращая трение и заклинивание деталей, а также защиту от агрессивных веществ и абразива. Есть и смазки, которые практически не требуют замены в течение всего срока службы.

Большинство смазок имеют антикоррозионные свойства. Для обеспечения защиты металлических поверхностей во время хранения или транспортировки используют консервационные смазки. Уплотнительные смазки предназначены для герметизации зазоров в узлах и трубопроводах.

Также существуют специализированные смазки, которые могут повышать коэффициент трения, обеспечивать токонепроницаемость или токопроводимость, а также работать в условиях радиации или вакуума…

Что касается состава, то обычно это жидкая основа (дисперсионная среда), твердый загуститель (дисперсная фаза), а также наполнители и присадки.

В качестве дисперсионной среды могут использоваться различные масла и жидкости. Также используются синтетические масла для эксплуатации в экстремальных условиях: сложные эфиры, фторуглероды, полиалкиленгликоли и другие.

Область применения смазки в значительной степени определяется температурой плавления и разложения дисперсной фазы, а также концентрацией и растворимостью в масле.

Загуститель влияет на антифрикционные свойства, устойчивость к воде, коллоидную, механическую и кислотостойкость смазки. Для достижения этих характеристик в состав добавляют соли карбоновых кислот, высокодисперсные вещества и тугоплавкие углеводороды.

Из-за роста нагрузки и требований к узлам трения современные пластичные смазки обогащают присадками и наполнителями.

Присадки могут быть: противоизносными, противозадирными, антифрикционными, защитными, вязкостными и адгезионными.

Некоторые из этих присадок могут одновременно оптимизировать несколько свойств.

В качестве наполнителей часто используются графит, дисульфид молибдена и полимеры, обладающие низким коэффициентом трения. Для сильно нагруженных узлов выбираются резьбовые уплотнительные или антифрикционные смазки с оксидами цинка, титана, алюминия и другими металлами.

Обычно такие наполнители составляют от 1 до 30% от общего объема смазки.

О классификациях смазок

В Европе существуют 2 основные классификации, разработанные NLGI.

Классификация по вязкости делит смазки на 9 классов на основе величины пенетрации. Пенетрация определяется погружением металлического конуса в пластичную смазку.

Чем дальше конус опустится за отведенное время, тем ниже класс NLGI, что говорит о мягкости смазки. Это может быть проблематично, так как мягкая смазка быстрее выдавливается из зоны трения. В тоже время, если класс NLGI высокий, густая смазка будет медленно возвращаться в зону трения, что также нежелательно.

Вторая классификация включает 5 классов пластичных смазок, основанных на области применения в автомобилях.

Смазки делятся по консистенции на полужидкие, пластичные и твердые.

Пластичные и полужидкие смазки – это коллоидные системы с дисперсионной средой, дисперсной фазой и присадками.

Твердые смазки, в свою очередь, до отверждения представляют собой суспензии (состав: смола + растворитель). В них в качестве загустителя могут выступать дисульфид молибдена или графит. После отверждения, когда растворитель испаряется, твердые смазки превращаются в золы с малым коэффициентом сухого трения.

Состав и совместимость смазок

Состав смазки делится на 4 группы:

• Мыльные. Загустителями служат соли карбоновых кислот (мыла) – кальциевые, литиевые, бариевые, алюминиевые и натриевые смазки. В зависимости от жирового сырья мыльные смазки могут быть как синтетическими (при использовании синтетических жирных кислот), так и жировыми (при использовании природных жирных кислот)
• Неорганические. Загустителями выступают термостойкие вещества, как силикагелевые и бентонитовые смазки.
• Органические. Для этих смазок применяются термостабильные вещества: полимерные, пигментные, полимочевинные, сажевые смазки.
• Углеводородные. В качестве загустителя используют тугоплавкие углеводороды: петролатум, церезин, парафин, воск.

Совместимость смазок – это важная проблема.

При замене смазки часто узел трения остается с остатками предыдущей смазки.

Например, в шарнирах рулевого управления может остаться до 40% отработавшей смазки.

При смешивании старой и новой смазки могут теряться рабочие характеристики. Смесь может либо вытекать, либо уплотняться, что плохо сказывается на прочности узла.

Поэтому важен вопрос о том, как правильно смешивать разные смазки.

Главный фактор совместимости смазок – это тип загустителя.

Основа и присадки имеют незначительное влияние на совместимость. Хорошо совместимы консервационные материалы с загустителями на основе тугоплавких углеводородов (парафин, церезин). Также не возникает сложностей между продуктами с загустителями стеарата натрия и оксистеарата лития.

Однако смазки с загустителями на основе силикагеля, стеарата лития и полимочевины имеют плохую совместимость.

Современные тенденции на российском рынке

Сегодня современные смазки на 12-гидроксистеарате лития, такие как Литол-24, успешно работают в широком диапазоне температур от -40 до +120 °С, обладают отличными рабочими характеристиками и могут заменить устаревшие смазки, например, консталин или солидолы.

Перспективными считаются смазки на основе комплексного литиевого мыла, которые работают в диапазоне температур от -50 до +160…+200 °С.

Литиевая смазка ЛКС-металлургическая может заменить ИП-1, 1-13, ВНИИНП-242, Литол-24. Кроме того, комплексные литиевые смазки широко применяются в промышленности, включая машиностроение и автомобилестроение.

Основная масса российского ассортимента смазок на 44,4% состоит из устаревших кальциевых смазок (солидолы), доля которых в развитых странах уже стала незначительной.

Производственная доля натриевых и натриевокальциевых смазок в России составляет 31% от общего объема. Они обладают хорошими характеристиками при температуре от -30 до +100 °С.

Другие мыльные смазки крайне редки (0,3%).

Смазки с неорганическими загустителями (силикагелями, сажей, бентонитом) в стране представлены в незначительном количестве. Обычно они являются специализированными термостойкими смазками (до +200…+250 °С) с высокими химическими показателями.

Немыльные смазки производятся с использованием органических загустителей. Современные полиуреатные смазки, созданные на нефтяных и синтетических углеводородах, подходят для работы до +220 °С, что делает их похожими на термостойкие тефлоновые смазки, но они более экономичны.

Развитие автомобильной промышленности, металлургии и нефтегазодобычи стимулирует рост потребления пластичных смазок, в частности автомобильных, а также смазок для металлургии с температурой эксплуатации до +150 °С.