Тема 9. Пластичні (консистентні) мастила

1. Призначення, склад і отримання пластичних мастил.

2. Види мастил.

3. Експлуатаційні властивості мастил.

4. Асортимент та сфери застосування мастил.

Мета заняття: ознайомитися з основними властивостями, складом і способами отримання пластичних мастил, асортиментом та сферами застосування.

Мастила призначені для зменшення тертя та зношування тертьових поверхонь, захисту металевих поверхонь від корозійного впливу зовнішнього середовища і ущільнення зазорів.

Пластичні мастила займають особливе місце серед мастильних матеріалів. Це обумовлене тим, що вони складаються з рідкого та твердого компонентів і, в зв’язку з цим, мають спроможність відновлювати свій структурний каркас після його руйнування.. Такі перетворення називаються тиксотропією.

Мастила – високоструктуровані тиксотропні дисперсії твердих загусників

у рідкому середовищі (оливі), це – багатокомпонентні колоїдні системи. Масова частина рідкої основи мастил становить 70...90%, загусника – 10...15%, близько 2% – модифікатор структури (якщо він необхідний в мастилі), близько 15% складають різні добавки (присадки, наповнювачі тощо).

Від оливної основи залежать температурний інтервал працездатності мастил, межі силових та швідкісних навантажень, хімічна і колоїдна стабільність, захисні властивості. Верхня межа температури застосування мастил залежить також від загусника. Від загусника залежать водостійкість, антифрикційні та захисні властивості, механічна і колоїдна стабільністі мастил.

Для виготовлення мастил загального призначення, що працюють при температурах від мінус 60 до плюс 150ºС застосовують мінеральні оливи.

При роботі вузлів тертя в інтервалах температур, що лежать вище 150ºС, використовують мастила, виготовлені на синтетичних оливах (кремнійорганічних, поліалкіленгліколях, складних ефірах, фторхлорвуглеводних).

Загусник утворює в мастилах структурний каркас, завдяки якому у відсут-

ності або при невеликих навантаженнях мастила поводять себе подібно твердо-

му тілу: утримуються на вертикальних поверхнях, не розтікаються під дією

своєї ваги, не скидаються під дією інерційних сил з рухомих поверхонь і т.інш.

Наповнювачі – це тверді високодисперсні неорганічні сполуки, наприклад, графіт, дисульфід молібдену, деякі метали чи їх оксиди. Наповнювачі підсилюють міцність граничних шарів мастил. Такі наповнювачі як оксиди цинку,титану, міді, порошки деяких металів використовують здебільшого для виготовлення різьбових і ущільнювальних мастил, а також мастил для деяких зубчастих і ланцюгових передач.

Найпростіше мастило складається з двох компонентів: оливи і загусника.

Технологія приготування мастил складна, для кожного мастила є свої специфічні особливості. Процес виготовлення мастил складається з таких основних стадій: підготовка сировини, приготування загусника, термомеханічне диспергування загусника в оливі (варіння мастила), охолодження розплаву, обробні операції (гомогенізація, деаерація), розфасування.

Приготування загусника є однією з основних операцій виробництва мас-

тил. Ця стадія вимагає ретельного дозування компонентів і суворої послідовно-

сті їх завантаження. Приготування загусника – хімічний процес, який триває іноді дуже довго (до 30 годин). Термін і температура нагрівання, режим і термін охолодження суттєво впливають на структуру мастила та його експлуатаційні властивості. На стадії охолодження розплаву загусника в оливі формується структурний каркас мастила.

Принципова відзнака мастил від олив полягає в наявності границі міцності

у мастил завдяки структурному каркасу; залежності в’язкості мастил від температури і швидкості деформації або зрушення, тобто наявності аномального внутрішнього тертя (їх в’язкість не описується законом Ньютона); здатності після

зруйнування каркаса до відбудови свого структурного каркаса і відновлення

властивостей. Завдяки цьому іноді мастила є єдиним, незамінним мастильним

матеріалом в окремих вузлах тертя.

Якість сучасних мастил дозволяє використовувати їх як “вічні”, тобто закладати на весь період роботи агрегату без заміни і поповнення. Це особливо важливо для вузлів, в які мастило закладається під час збирання і доступ для заміни в них мастил практично неможливий або утруднений.

2. Види мастил.

Залежно від роду загусника мастила поділяють на мильні і немильні.

Мильні мастила – це ті, в яких в якості загусника використовують солі вищих

карбонових кислот. Залежно від катіона солі (мила) мастила підрозділяють на літієві, кальцієві, алюмінієві тощо. Якщо аніоном мила є природні жири (рослинні чи тваринні), мастила називають жировими, а при використанні синтетичних жирних кислот як аніона для приготування мила – синтетичними.

Немильні мастила виготовляють на термостабільних неорганічних загусниках (наприклад, силікагель, бентонітові глини тощо), на термостабільних органічних загусниках (наприклад, полімерних), на високоплавких вуглеводнях (парафінах, церезинах, озокериті, восках).

Мастила за призначенням підрозділяються на декілька груп, основна з яких – антифрикційна. Але ця класифікація має умовний характер, що пояснюється в якійсь мірі багатофункціональністю мастил. Наприклад, антифрикційні мастила одночасно повинні мати високі захисні властивості, хоча превалюють в них мастильні властивості; консерваційні (захисні) – антифрикційні; ущільнювальні мастила повинні одночасно мати хороші антифрикційні та захисні властивості.

Мастила бувають різного кольору, який залежить від роду загусника, іноді

– наповнювача чи добавки. Так, кальцієві мастила мають колір від світло- до

темнокоричневого, графітні – чорні, натрієві та натріево-кальціеві – від світло-

до темножовтого, літієві – переважно коричневі, літієві з добавками фталоціа-

ніну міді – синього (наприклад, мастило №158), літієві з добавками дисульфіду

молібдену – сріблясто-чорні (наприклад, мастило фіол-2м).

Кожне мастило повинно бути однорідним, не допускаються вкраплення мила, механічні домішки, виділення з мастила оливи (явище синерезису), поява на поверхні мастила ущільненого шару (мастило окислене). Однорідність мастила в умовах експлуатації визначають експрес-аналізом. На чисте сухе скло наносять мастило завтовшки 1–2 мм і притискують другим склом. Під час перегляду мастила у світлі, що проходить, не повинно бути видно ніяких украплень. Мастило не придатне до використання, якщо на його поверхні утворився оливний чи ущільнений шар.

3. Експлуатаційні властивості мастил.

Границя міцності характеризує мінімальне зусилля (навантаження), яке

необхідно прикласти до мастила, щоб почалась незворотня деформація (зсув)

мастила. При навантаженнях, що перевищують границю міцності, мастила починають деформуватись. Для досягнення надійної роботи підшипників кочення мастила повинні забезпечувати достатні надходження їх до робочих поверхонь і не повинні скидатись з робочих поверхонь під дією відцентрових сил. Для цього необхідно, щоб вони мали достатні пружньо-еластичні властивості, що характеризуються границею міцності.

Мастила з малим значенням границі міцності скидаються з рухомих деталей, стікають з вертикальних поверхонь, погано утримуються в негерметизованих вузлах тертя. Але й велике значення границі міцності також небажане, тому

що таке мастило погано надходить до тертьових поверхонь.

Підвищення температури зумовлює зменшення границі міцності. Температура, при якій значення границі міцності наближається до нуля, вважається верхньою температурною межею працездатності мастила. У деяких мастил, наприклад, комплексних кальцієвих, силікагелевих, спостерігається зворотне явище: з підвищенням температури збільшується границя міцності.

Механічна стабільність мастил (тиксотропні перетворення) є дуже важливим показником, особливо для антифрикційних мастил, що використовуються в підшипниках, шарнірах, плоских опорах, тому що в них мастило безперервно деформується. Механічна стабільність є функцією тиксотропних властивостей. Мастила з низькою механічного стабільністю швидко руйнуються. Механічну стабільність визначають за зміною границі міцності під час руйнування структурного каркаса або зразу після його закінчення. Показником механічної стабільності є коефіцієнти: індекс руйнування та індекс тиксотропного

самовідновлення.

При тиксотропних перетвореннях мастил показники їх якості не повинні

мінятись і в першу чергу це стосується властивості міцності. До таких мастил

відносяться літієві. Однак у деяких мастил значення границі міцності і в'язкості

стають меншими від попередніх значень, тобто вони розріджуються, а в деяких,

навпаки, значення границі міцності та в'язкості набувають більш високих значень порівняно з початковими. В таких випадках механічно нестабільні мастила або витікають з вузлів тертя, або погано до них поступають, а мастила, що сильно затверділи, взагалі не поступають до тертьових поверхонь. До останніх можна віднести мастила на змішаному натрієво-кальцієвому загуснику.

Термічна стабільність і термозміцнення. Термічна стабільність – це здатність мастил не змінювати своїх експлуатаційних властивостей при довгочасній роботі, коли мастила нагріваються, а після закінчення роботи вони охолоджуються. Антифрикційні мастила працюють при дії високих температур. Декотрі мастила під дією температур і подальшому охолодженні (це повторюється багаторазово) зазнають деяких змін своїх властивостей, зокрема, вони можуть термозміцнюватися навіть до втрати пластичності. Це відбувається з часом. Термозміцнення негативно впливає на експлуатаційні якості мастил, тому що такі мастила не надходять до робочих поверхонь, бо вони мають високі значення границі міцності і в'язкості. Отже, незважаючи на те, що в підшипнику, наприклад, може бути достатня кількість мастила, тертьові поверхні будуть сухими, що веде до передчасного зношування вузлів.

Механічна стабільність та термозміцнення взаємопов'язані: термозміцнюються

мастила, які мають низьку механічну стабільність.

Колоїдна стабільність характеризує здатність мастил утримувати у своєму

складі оливу, чинити опір її виділенню при зберіганні та експлуатації.

Виділення оливи з мастила збільшується при підвищенні температури і тиску.

Дуже впливає на виділення оливи з мастила дія на нього одностороннього тиску, наприклад, дія на мастило відцентрових сил і тисків. З підвищенням температури колоїдна стабільність погіршується – виділяється більша кількість оливи, бо зменшується в'язкість дисперсійного середовища. Виділення великої кількості оливи (більше 30%) з мастила при експлуатації призводить до його зміцнення. Але занадто стабільні “сухі” мастила також погано змащують вузли тертя.

Хімічна стабільність – це стійкість мастила проти окислення киснем пові-

тря під час зберігання та експлуатації.

Окислення мастил погіршує їх антикорозійні властивості, спричинює погіршення колоїдної стабільності, змащувальних властивостей, захисної здатності. Мастила працюють в різних умовах: у тонкому шарі, при підвищених температурах, у контакті з киснем повітря і з кольоровими металами. Деякі метали, наприклад, мідь, свинець, олово, бронза, є каталізаторами окислення. Хімічна стабільність особливо важлива для мастил, що заправляються у вузли тертя 1–2 рази протягом 10–15 років (“довгопрацюючі”) чи один раз на весь період експлуатації (“вічні” – працюють до списання техніки), а також мастил, що працюють при температурах вищих від 100ºС.

Водостійкість важлива передусім для мастил, що працюють у негермети-

зованих вузлах або в контакті з водою. Мастила не повинні змиватись водою чи

змінювати свої властивості при попаданні в них вологи.

Оцінюючи водостійкість, беруть до уваги гігроскопічність деяких мастил. Обводнені мастила втрачають свої властивості. Водостійкість залежить від роду загусника. Більшість мастил водостійкі. Високу водостійкість мають консерваційні (захисні) мастила.

Температура крапання – це температура падіння першої краплі при нагріванні мастила в спеціальному приладі (термометрі Уббелоде).

Показник чисто емпіричний, умовно характеризує робочі температури деяких

мастил, що повинні бути на 10–20°С нижчими за температуру крапання. Не для

всіх мастил можна визначити робочу температуру за значенням температури крапання. Наприклад, для літієвих мастил температура крапання становить 180-200 С, тоді як робочі температури не перевищують 130 С. За температурою крапання можна визначити робочі температури вуглеводневих (захисних) мастил, вище значення яких вони стікають з поверхонь. Велика частина високотемпературних мастил взагалі не мають температури крапання.

Пенетрація характеризує густину мастила. Число пенетрації показує глибину занурення стандартного конуса в мастило протягом 5 с при стандартних умовах. Чим м'якше мастило, тим глибше занурюється конус, тим більше число пенетрації. Число пенетрації має емпіричний характер і не має експлуатаційного значення. Наприклад, літієві та гідратовані кальцієві мастила мають однакове значення пенетрації, але експлуатаційні властивості літієвих мастил відрізняються від експлуатаційних властивостей кальцієвих: літієві мають кращі властивості.

У позначення мастила входить клас консистенції, який встановлюється залежно від значення числа пенетрації: 00, 0, 1, 2,...7. Найм’якіші мастила мають клас консистенції 00 та 0, а найтвердіші – 7. Антифрикційні мастила мають клас консистенції 2 та 3.

4. Асортимент мастил.

Асортимент мастил великий. За призначенням мастила поділяють на

4 основних групи: антифрикційні, консерваційні, канатні, ущільнювальні.

Антифрикційні мастила призначені для зниження зношування і тертя

спряжених пар. У цій групі є декілька підгруп:

- загального призначення для звичайних температур (робочі температури до +700С);

- загального призначення для підвищених температур;

- багатоцільові; морозостійкі; термостійкі та інші.

Антифрікційні мастила складають більше 80 % загальної кількості мастил.

До антифрикційних мастил загального призначення відносяться:

Кальцієві гідратовані: солідоли УС — універсальне середньоплавке і УСс — універсальне середньоплавке синтетичне. Солідоли складаються з індустріальної оливи, кальцієвого мила — загусника і стабілізатора (модифікатора) структури.

До кальцієвих мастил належить графітне УСсА — мазь чорного кольору.

До складу цього мастила входить 10% графіту грубого помолу. Використову-

вається графітне мастило для грубооброблених поверхонь.

З метою підвищення робочих температур кальцієвих мастил як стабілізатор структури використовують кальцієве мило оцтової кислоти. Такі мастила називають комплексними. До комплексних кальцієвих мастил належать, наприклад, Уніол-1, ЦИАТИМ-221, робочі температури яких від мінус 30 до плюс 150ºС. До недоліків комплексних кальцієвих мастил слід віднести їх гігроскопічність, внаслідок чого може вимиватись стабілізатор структури. До комплексних кальцієвих мастил належить Уніол-3М (морозостійке), яке містить невелику кількість сірчаного молібдену.

До мастил загального призначення для підвищених температур (до 115 ºС і

вище) належать натрієві і натрієво-кальцеві. Натрієві (наприклад, АМ — кар-

данне) і натрієво-кальцієві (наприклад, ЯНЗ-2, 1-13, 1-13с) мастила мають недолік: низьку вологостійкість і тиксотропне термозміцнення. При роботі мастила згущуються, погіршується їх підтікання.

Багатоцільові (їх часто називають багатофункціональними або універсальними) мастила використовують в сучасній техніці. До багатоцільових мастил належать літієві: Літол-24, Фіол-2у з добавкою дисульфіда молібдена для покращення протизношувальних і протизадирних властивостей, ШРУС-4, №158 синього кольору з добавкою фталоцианіна міді, деякі інші.

Консерваційні мастила призначені для запобігання корозії металевих поверхонь, механізмів при зберіганні, транспортуванні, експлуатації. Найпростіше консерваційне мастило УН — універсальне низькоплавке (технічний вазелин) складається з двох компонентів: оливи і загусника — парафінів.

Канатні мастила призначені для запобігання зношуванню і корозії стале-

вих канатів. Використовуються для сталевих канатів, тросів, органічних серде-

чників сталевих канатів.

Ущільнювальні мастила призначені для герметизації зазорів, полегшення

складання і розбирання арматури, різьбових та інших будь-яких рухомих з'єд-

нань, у тому числі вакуумних систем. Ущільнювальні мастила поділяють на

арматурні, різьбові та вакуумні.

Приклад позначення мастила: КР2К-20, де К — мастило для підшипників кочення і ковзання та поверхонь ковзання; Р — містить присадкивисокого тиску; 2 — клас консистенції; К-20 — максимальна температура експлуатації +1200С і стійкість до дії води, а мінімальна температура експлуатації — мінус 20ºС (в позначці — цифра 20).

Під час роботи мастила можуть змінювати свої експлуатаційні властивості

– старіти. Швидкість спрацювання мастил залежить від багатьох факторів:

впливу підвищених температур, швидкостей і навантажень, дії кисню повітря,

води, газів, що містяться в повітрі, радіації тощо. Тому в мастилах можуть від-

буватись зміни під час роботи такі як термічний розклад, термоокислення, по-

лімерізація, випаровування оливної основи, механічна деструкція загусника,

виділення оливи з мастила.

Контрольні запитання:

1. Яке призначення пластичних мастил?

2. Які основні складники пластичних мастил?

3. Що таке тиксотропія?

4. Для чого в мастила вводять наповнювачі?

5. Які є два види мастил?

6. На які чотири групи поділяються мастила?

7. Що характеризує границя міцності мастил?

8. Що характеризує механічна стабільність мастил?

9. Що характеризує термічна стабільність мастил?

10. Про які властивості свідчить температура крапання мастила?

11. Що показує число пенетрації мастила?

12. Дайте загальну характеристику солідолів.

13. Дайте загальну характеристику мастила Літол-24.

14. Які властивості і сфера використання мастила Фіол-2у?

Дата добавления: 2014-01-06