Основа смазочных материалов

Предполагается, что понятие «смазочные масла» или «смазочные материалы» появилось с момента использования человечеством инструментов труда. «Смазочное масло» считалось обязательным продуктом и использовалось для предотвращения трения поверхности, коррозии, подавления тепловыделения, поддержания чистоты, а также для достижения изоляционного и антикоррозийного эффекта в современном понятии.

Согласно записям, оливковое масло использовалось при перемещении камня или древесины для колоссальных сооружений Древнего Египта, а когда появились трамваи, «талловый жир(Tallow)», являющийся жиром животных, использовался в качестве смазочного средства для смазки колесных осей трамвая. Слово «смазка (Grease)», использующееся для описания смазочных материалов, возникло от латинского слова «Grussus», что на переводе на русский язык означает «жир», поскольку первоначальная смазка внешне была похожа на жир.

В Средневековье, когда начали широко использоваться сложные механизмы из железа и меди, появились различные смазочные материалы, такие как китовый жир (Sperm oil), касторовое масло (Castor oil), арахисовое масло (Peanut oil), рапсовое масло (Rape oil). Однако, они сильно не отличались от растительных и животных масел, были созданы на основе не научных исследований, а на личных опытах.

История современных смазочных масел началась с момента начала бурения нефтяных скважин в Пенсельвании США в 19-веке. В то время китовое масло использовалось в качестве смазки прядильного и ткацкого станков, тогда было обнаружено, что если смешать его с нефтью, можно продлить срок службы станка более чем на 10 лет. С тех пор, на замену жировых масел пришли смазочные материалы на нефтяной основе.

В эпоху массового производства 20 века стали востребованы более сложные и изощренные механизмы, следовательно спрос на смазочные материлалы возрос и от них теперь требовалось работать в более суровых условиях, которые нельзя сравнить с прошлыми. В особенности, после I, II мировых войн, начали в быстром темпе развиваться автомобили, самолеты, дизельные поезда, ракеты, крупные корабли, что привело к прогрессу эфирных масел и смазочных продукций. В 1920-е годы был изобретен способ очистки селективными растворителями, а 1930-е годы начало распространяться в промышленности использование добавок для повышения производительности смазочных материалов

В 1950-е года, когда был внедрен реактивный лайнер, стала необходимой разработка смазочных масел, которые хорошо работают даже при температуре ниже 50 градусов ниже нуля, что привело к появлению синтетического(Synthetic) и многоцелевого масла (Multi-Purpose). Способ гидрокрекинга (Hydrocracking) был разработан в 1970-е года, а более продвинутый метод гидроизомеризации (Hydroisomerization) в 1990-е года, это позволило разрабатывать и производить широкий спектр высококачественных смазочных материалов с использованием минерального масла, которые могут полностью конкурировать с синтетическим маслом.

В настоящее время большое внимание уделяется не только производительным характеристикам смазочных продукций, но также факторам их воздействия на окружающую среду, поэтому многие химики, ученые, инженеры, работники нефтеперерабатывающей отрасли, металлурги и другие представители связанных отраслей осуществляют исследовательскую деятельность для повышения характеристик смазочных продукций.

Для правильного выбора смазочных материалов ,в соответствие с целью их применения, необходимо точное понимание о роли их применения. Точное понимание помогут потребителям выбрать правильные смазочные материалы, подходящие для соответствующего применения.

1. Снижение трения

Смазочный материал образует масляную пленку на поверхности металла, преобразуя твердое трение в жидкое трение, данная функция является наиболее распространенной и важной функцией смазочных материалов. Снижение трения предотвращает нагрев и износ поверхности соприкасаемых деталей.

2. Охлаждение

Трение в обязательном порядке вызывает сильный нагрев между металлами, соответственно тепло должно быть поглощено или освобождено, в противном случае система может быть повреждена или деформирована. Именно для этих целей и используются смазочные материалы. Особенно, функция охлаждения имеет важное значение для прокатки масла, смазочно-охлаждающие жидкости и моторные масла, используемые для двигателей внутреннего сгорания.

3. Балансировка нагрузки

Шестерни, подшипники и другие части, которые ограниченно связаны по определенной линии или поверхности, могут моментально получить большую нагрузку, поэтому существует большой риск повреждения механизма и его креплений, поэтому для защиты системы от высокой нагрузки применяются смазочные материалы, которые формируют масляную пленку и разгоняют нагрузку

4. Очистка

Длительное использование системы может привести к появлению коррозии или износу механизмов, в результате чего появляются загрязняющие вещества. При использовании гидравлического и трансмиссионного масел, накапливаются отложения, такие как шлам от износа. Особенно подвержен загрязнению двигатель внутреннего сгорания, в нем вырабатывается большое количество сажи, что приводит к сокращению срока службы системы и невозможности выполнения необходимой работы, а моторные масла, благодаря своим моющим свойствам, позволяют очистить систему от загрязнений.

5. Герметизация

Данная функция герметизации служит для закрытия микро-разрывов внутри системы. В частности, герметизирует пространство между поршнями и цилиндрами в двигателях внутреннего сгорания или воздушных компрессорах, предотвращает утечку газа сгорания и притока внешних инородных веществ, тем самым поддерживает определенное внутренное давление и защищает систему. В особенности, в гидравлической системе смазочные масла служат для предотвращения утечки путем создания гидравлической пленки.

6. Профилактика ржавчины

При длительном контакте металла с водой и кислородом, образуется ржавчина. Однако при покрытии поверхности смазочной пленкой, возможно предотвратить образование ржавчины и продлить срок службы системы.

Для правильного выбора и понимания о смазочных маслах, необходимо узнать об их свойствах, а именно узнать о терминах, которые используется для обозначения определенного свойства, и их содержания.

1. Вязкость (Viscosity)

Вязкость используется для измерения густой и вязкостной жидкости при определенных условиях, является одним из наиболее важных факторов, которые следует учитывать при выборе масла. Вязкость измеряется в *cSt (сантистокс), чем выше вязкость тем выше уровень густоты. Вязкость не является элементом определения качества продукции, правильнее будет сказать, что необходимо выбрать уровень вязкости соответственно применению масла.
* cSt (сантистокс).

2. Индекс вязкости (Viscosity Index)

Индекс вязкости (VI) указывает на корреляцию между вязкостью смазочных материалов и температуры. Высокий индекс вязкости означает небольшое изменение вязкости в соответствии с изменением температуры. Чем выше показатель вязкости, тем выше стабильность масла к температуре, поэтому продлевается срок службы и его применение.

3. Температура вспышки и воспламенения (Flash Point & Fire Point)

Температура вспышки это самая низкая температура, при которой пар от непрерывного нагрева смазочных масел может воспламениться. Температура воспламенения это самая низкая температура, при которой воспламенение носит не моментальный, а продолжительный характер. Как правило, температура воспламенения обычно выше температуры вспышки на 20~30 градусов, нельзя использовать смазочное масло в среде выше температуры воспламенения.

4. Температура застывания (Pour Point)

Если температура смазочного масла постоянно снижается, воск начинает отвергаться от смазочного масла и начинает затвердевать. Температура перед таким явлением называется температурой застывания. Это не означает, что смазочный материал не может быть использован в среде ниже температуры застывания. Однако, необходимо учитывать, что это может снизить эффективность работы, поэтому при выборе моторного масла для использования в зимний период необходимо более тщательно рассматривать температуру застывания.

5. Общее кислотное число (Total ACID Number, TAN)

Общее кислотное число (TAN) указывает количество кислотного компонента, содержащегося в масле, и количество окиси кальция (KOH), необходимого для нейтрализации кислотного компонента, содержащегося в 1 г. масла, выражается в мг. Чем дольше используется масло и чем больше пробег, тем больше увеличиваются кислотные компоненты, что приводит к увеличению общего кислотного числа(TAN).

6. Общее щелочное число (Total Base Number, TBN)

Общее щелочное число (TBN) указывает количество щелочного компонента, содержащегося в масле, и окись кислорода (KOH), необходимого для нейтрализации щелочного компонента, содержащегося в 1 г. смазочного масла, выражается в мг. Чем больше пробег и выше значение общего кислотного числа(TAN), тем меньше значение общего щелочного числа (TBN), тем самым показывает обратную пропорциональность к общему кислотному числу.

7. Стойкость к окислению (Oxidation Stability)

Устойчивость к окислению - это способность снижать скорость окисления смазочного материала, ускоренного высокой температурой. Это свойство особенно важно для определения срока службы и хранения моторных масел.

1. Классификация по сырью

Вещество, которое выполняет роль смазки является смазочное средство, а смазочное масло составляет примерно 80% его состава. 

В качестве сырья смазочных материалов применяются базовые масла, получаемые в процессе переработки нефти, затем, в зависимости от соответствующего применения, определяется соотношение компонентов и добавляются присадки, также смазочные масла изготавливаются путем химического синтеза, например полиальфаолефина (ПАО).

2. Классификация по применению

Смазочные материалы широко используются в автомобильной, промышленной, тяжелой индустрии, морской отраслях.

  • Для транспортных средств

    • Масло для дизельных двигателей
    • Масло для бензиновых
    • Моторное масло для дизельно-электрических локомотивов
    • Моторное масло для авиамашин
    • Моторное масло для LPG
    • Моторное масло для CNG
    • Моторное масло для мотоциклов
    • Моторное масло для 2-х тактных двигателей
    • Масло для автоматической коробки передач
    • Автомобильное трансмиссионное масло

  • Для промышленных машин

    • Гидравлическое масло
    • Машинное масло
    • Промышленное трансмиссионное масло
    • Турбинное масло
    • Циркуляционное масло
    • Компрессорное масло
    • Холодильное масло

  • Для судов

    • Цилиндровое масло
    • Поршневое масло
    • Системное масло

  • Смазочно-охлаждающая жидкость

    • СОЖ для режущих инструментов
    • СОЖ для прокатки
    • СОЖ для термообработки
    • Масло с ингибитором

  • Прочее

    • Технологическое масло
    • Электроизоляционное масло
    • Смазка

3. Классификация по вязкости

Для того, чтобы понять данные о смазочном материале, а именно о моторном масле, необходимо ознакомиться с индексом SAE (Общество автомобильных инженеров), указанным на моторном масле. SAE - это международный стандарт, установленный для вязкости моторного масла Обществом автомобильных инженеров США.

Единый класс

К этому классу относятся масла, выраженные одним номером, такие как SAE 10W, SAE 30 и т.д., можно узнать уровень их вязкости по нижеуказанной таблице.

 
SAE J300 Low-Temperature(ºC) Cranking Viscosity

(mPa.s, Max)

Low-Temperature(ºC) Pumping Viscosity

(mPa.s, Max)

 Low-Shear-Rate Kinematic Viscosity

(cSt@100ºC)		 High-Shear-Rate Viscosity

(mPa.s@150ºC, Min)
Test Method ASTM D5393 ASTM D4684 ASTM D445 ASTM D4683
0W 6,200 at - 35 60,000 at - 40 3.8 ~ -
5W 6,600 at - 30 60,000 at - 35 3.8 ~ -
10W 7,000 at - 25 60,000 at - 30 4.1 ~ -
15W 7,000 at - 20 60,000 at - 25 5.6 ~ -
20W 9,500 at - 15 60,000 at - 20 5.6 ~ -
25W 13,000 at - 10 60,000 at - 15 9.3 ~ -
8 - - 4.0 ~ 6.1 1.7
12 - - 5.0 ~ 7.1 2.0
16 - - 6.1 ~ 8.2 2.3
20 - - 6.9 ~ 9.3 2.6
30 - - 9.3 ~ 12.5 2.9
40 - - 12.5 ~ 16.3 3.5 (0W, 5W, 10W)
40 - - 12.5 ~ 16.3 3.7
50 - - 16.3 ~ 21.9 3.7
60 - - 21.9 ~ 26.1 3.7

Универсальный класс

К этому классу относятся масла, выраженные двумя номерами, такие как SAE 5W30 и SAE 10W40, это означает, что условия отвечают требованиям, указанные в таблицах вязкости

Изменение вязкости у всесезонных масел универсального класса при выской температуре меньше, чем у масле единого класса, что является экономически выгодным. 

У универсальных смазочных масел уровень текучести при низкой температуре выше, чем у смазочных масел единого класса, поэтому они обладают эффектом топливной экономии двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, большинство универсальных масел обладают более высоким сопротивлением износу, по сравнению с маслами единого класса, поэтому они способствуют продлению срока службы частей двигателя внутреннего сгорания.

4. Классификация по производительности

Американский институт нефти (API), после распространения использования автомобилей в 1900-е годы, официально признал стандарты качества моторного масла, подходящие каждому виду двигателя и определил их в знаках, которые классифицируются в основном на масло для бензинного двигателя и масло для дизельного двигателя. Бензиновое моторное масло отмечается «S» (Категория Услуг), а дизельное моторное масло отмечается «C» (Коммерческая Категория), затем добавляются A, B, C, D, и т.д., для отличия их класса. Новые модели двигателей требует все более строгих требований работы при более суровых условиях и жестких правилах, поэтому новейшие классы продукции, удовлетворяют более строгие требования, по сравнению с предыдущими классами.

 
Моторное масло для бензиновых двигателей Моторное масло для дизельных двигателей
SN 2011 CJ-4 2007
SM 2004 CI-4 2002
SL 2001 CH-4 1998
SJ 1996 CG-4 1995
SH 1993 CF/CF-2 1994
SG 1989 CF-4 1990
SF 1980 CD-Ⅱ 1985
SE 1972 CE 1984
SD 1968 CC 1961
SC 1964 CD 1955
SB 1930 CB 1949
SA 1900 CA 1900