Пластичные смазки

Пластичные  смазки

Пластичные смазки, консистентные  смазки, смазочные материалы, проявляющие  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 П. с., 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 др. покрытий (окраска, хромирование) они легко удаляются с трущихся и др. поверхностей при расконсервировании механизма. 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 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 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 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-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 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, 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 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 Трансол-200, Редукторная вырабатывают в России в объеме всего около 20 т/год.