Основные эксплуатационные свойства пластичных смазок

Пластичные смазки

Общие сведения о структуре, составе и принципах производства смазок

Пластичной смазкой называют систему, которая при малых нагрузках проявляет свойства твёрдого тела; при некоторой критической нагрузке смазка начинает пластично деформироваться (течь подобно жидкости) и после снятия нагрузки вновь приобретает свойства твёрдого тела.

В простейшем случае пластичные смазки состоят из двух компонентов – масляной основы (дисперсная среда) и твёрдого загустителя (дисперсной фаза). В качестве грубой модели они могут быть представлены, например, как вата, пропитанная маслом. Волокна ваты соответствуют частицам дисперсной фазы, а масло, удерживаемое в вате, - дисперсной среде смазки.

В качестве масляной основы смазок используют различные масла нефтяного и синтетического происхождения. Загустителями, образующими твёрдые частицы дисперсной фазы, могут быть вещества органического и неорганического происхождений (мыла жирных кислот, парафин, силикагель, бентонит, сажа, органические пигменты и т. п.).

Для большинства смазок на долю дисперсионной среды – жидкого масла приходится от 70 до 90 % их массы.

Для улучшения свойств (консервационных, противоизносных, химической стабильности, термостойкости и др.) в смазки вводят присадки по 0,001 – 5 %. Применяют, как правило, те же присадки, что и в производстве масел. В смазках специального назначения (уплотнительных, резьбовых, для рессор и т.п.) применяются наполнители. Наполнителями называют различные по составу твёрдые, не растворимые в маслах порошкообразные продукты, вводимые в смазочные материалы. Наполнители увеличивают прочность смазки, препятствуют выделению её из узлов трения, повышают термостойкость, снижают коэффициент трения и улучшают некоторые другие свойства. Наиболее широко в качестве наполнителя применяют графит, дисульфид молибдена, слюду.

Принцип приготовления смазок состоит в образовании структурного каркаса, включающего в свои ячейки дисперсную среду (базовое масло). Для большинства смазок этот процесс состоит из нескольких стадий: дозировка сырья, приготовление загустителя, смешение загустителя с маслом (варка смазки), охлаждение смазки, гомогенизация, деаэрация, расфасовка.

 

Основные эксплуатационные свойства пластичных смазок

 

К основным эксплуатационным характеристикам пластичных смазок относят: предел прочности, вязкость, коллоидную стабильность, температуру каплепадения, механическую стабильность, водостойкость и др.

Пределом прочности смазки называют то минимальное удельное напряжение, при котором происходит разрушение каркаса смазки в результате сдвига одного её слоя относительно другого. Этот показатель характеризует способность смазок удерживаться в узлах трения, противостоять сбросу с движущихся деталей под влиянием инерционных сил и удерживаться на наклонных и вертикальных поверхностях, не стекая и не сползая.

При невысоком пределе прочности, смазки плохо удерживаются в негерметизированных узлах трения. В то же время смазки с высоким пределом прочности не поступают к трущимся поверхностям, хотя смазочного материала в механизме достаточно.

Предел прочности зависит от температуры и скорости приложения силы (измеряется прибором, называемым пластометром). Для рабочих температур максимальная величина предела прочности 300 – 500 Па, минимаьная величина – 100 – 200 Па.

Вязкость. Под вязкостью (эффективной вязкостью) подразумевают вязкость ньютоновской жидкости, оказывающей при данном режиме течения такое же сопротивление сдвигу, как и смазка.

Вязкость смазки зависит от температуры и скорости течения (деформации). При постоянной температуре, с увеличением скорости течения, вязкость смазки понижается в сотни и тысячи раз. В связи с этим, вязкостные свойства пластичных смазок характеризуются вязкостно – температурной и вязкостно – скоростной характеристиками.

От вязкости смазки во многом зависят пусковые характеристики механизмов и энергетические потери при работе в установившемся режиме. При установившемся режиме энергетические потери определяются в основном вязкостью не смазки, а входящего в его состав масла. В условиях минимальной рабочей температуры и скорости деформации 10 с^-1 вязкость смазки не должна превышать 15 – 20 кПа_*с.

Коллоидная стабильность – это способность смазки сопротивляться отделению дисперсной среды (масла) при хранении и в процессе применения. Отпрессовывание масла из смазки увеличивается и ускоряется с повышением температуры, приложением к ней одностороннего давления, под действием центробежных сил, в сужениях мазепроводов и других аналогичных условиях.

Сильное выделение масла, тем более распад смазки недопустимы, однако для обеспечения нормальной работы трущихся поверхностей небольшое выделение масла желательно, если этот процесс протекает медленно и равномерно на протяжении всего срока службы смазки в подшипнике.

Температурой каплепадения называют такую температуру, при которой падает первая капля смазки, помещённой в капсюле специального прибора, нагреваемого в стандартных условиях. Температура каплепадения зависит в основном от вида загустителя и в меньшей степени от его концентрации. Отсюда и подразделение смазок на низкоплавкие Н, среднеплавкие С и тугоплавкие Т. Во избежание вытекания смазки из узла трения температура каплепадения должна превышать температуру трущихся деталей на 15 – 20 ⁰С.

Механическая стабильность – эксплуатационный показатель, характеризующий способность смазок противостоять разрушению в результате длительного механического воздействия. Смазки с плохой механической стабильностью быстро разрушаются, разжижаются и вытекают из узла трения. В ряде случаев механически нестабильные смазки могут достаточно хорошо работать в надёжно герметизированных узлах трения.

Если смазка при отдыхе после разрушения сильно затвердевает, то она перестаёт поступать к рабочим поверхностям. Полноценная смазка не должна значительно изменять свои свойства ни в процессе работы (деформации), ни при последующем отдыхе.

Водостойкость смазки определяют, как совокупность свойств: не смываться водой или не сильно изменять свои свойства при попадании в неё влаги. Растворимость смазки в воде зависит в основном от природы загустителя. Последние в подавляющем большинстве в воде нерастворимы (исключение составляют некоторые мыла).

Термоупрочнение. Изменение свойств смазок при нагревании и охлаждении называют термоупрочнением. Некоторые смазки после кратковременного нагрева и последующего охлаждения упрочняются. Их предел прочности иногда повышается в десятки или даже в сотни раз. Такие смазки перестают поступать к рабочим поверхностям.

Испаряемость. Для масел и смазок характерна достаточно высокая испаряемость, определяющаяся летучестью дисперсионной среды. Это прежде всего опасно для низкотемпературных смазок. Увеличение скорости испарения дисперсионной среды сокращает срок службы смазок: из-за уплотнения и повышения вязкости ухудшаются низкотемпературные свойства, при высыхании – уменьшается адгезия к металлу.

Химическая стабильность и противокоррозионные свойства. Под химической стабильностью принято понимать стойкость смазки против окисления кислородом воздуха. Окисление, приводящее к изменению кислотного числа и уменьшению предела прочности на сдвиг у большей части смазок, как мыльных, так и неорганических, происходит, как правило, при повышенных температурах (выше 100 ⁰С). Окисление опасно также из-за возможной коррозии металлических поверхностей.

Под противокоррозионными свойствами подразумевают отсутствие коррозионного воздействия смазки на металлические поверхности. Свежие смазки обладают достаточно устойчивыми противокоррозионными свойствами, но в процессе их применения или после длительного хранения возможно ухудшение этих свойств. Поэтому после длительного хранения смазки необходимо проверять. Делается это путём погружения шлифованных металлических пластинок в смазку и осмотра их поверхности после выдержки в течение определённого времени при повышенной температуре.

Консервационные (защитные) свойства определяют способность смазки предохранять металлические поверхности от коррозионного воздействия внешней среды. Консервационные свойства смазок определяются и зависят от следующих факторов: способности удерживаться на поверхности металла, не стекая; коллоидной и химической стабильности; водостойкости, водо- и воздухопроницаемости. В качестве консервационных непригодны водорастворимые смазки. Плохо защищают от коррозии многие неорганические смазки.

Превосходя по консервационным свойствам смазочные масла, смазки предотвращают коррозию металлов в условиях 100 % - ной относительной влажности в течение многих месяцев и лет даже в слоях толщиной порядка сотых долей миллиметра.