Производство и состав смазочных материалов

По сути, смазочное масло - это «коктейль» из базового масла и различных присадок. Все процессы производства включают ступени регулирования вязкости базовых масел путем компаундирования их с модификаторами вязкости и введения присадок для получения продуктов с заданными свойствами.

Базовые масла

Улучшение эксплуатационных свойств моторных масел и увеличение срока их замены во многом определяется качеством базовых масел, которые различаются между собой вязкостью, химическим составом и другими свойствами. Поэтому особое внимание производители уделяют технологиям производства базовых масел. Каждая компания старается создать процессы, которые были бы не только оригинальными, но и наиболее эффективными и обеспечивали бы наилучшее качество базового масла.

В зависимости от способа получения, базовые масла могут быть минеральными и синтетическими. Минеральные базовые масла производятся из сырой нефти путем переработки. При этом химический состав зависит от нефти, из которой произведено масло. Существуют следующие разновидности базовых масел:

- парафиновые (содержание парафинов >75%),

-  нафтеновые (содержание нафтеновых соединений >75%),

-  ароматические (содержание ароматических соединений >50%),

- смешанные - если нет доминирующих соединений.

Для  производства  смазочных  масел  наибольшее распространение получили парафиновые базовые масла, которые отличаются от остальных хорошими температурно-вязкостными свойствами (высоким индексом вязкости). После традиционных процессов очистки парафиновое базовое масло обладает неплохими эксплуатационными свойствами.

Некоторые компоненты нефти, которые обычно считаются вредными, иногда могут быть весьма полезными. Например, смолы, жирные и нафтеновые кислоты улучшают липкость и стойкость адсорбционной пленки масла и тем самым улучшают смазывающую способность масла. Некоторые соединения серы и азота обладают антиокислительными свойствами. Таким образом, при глубокой очистке масла некоторые его смазывающие, антиокислительные и антикоррозионные

свойства могут ухудшиться. Совершенствование базовых масел проводится по двум основным направлениям. В первом случае масло очищается только до такой степени, чтобы в нем осталось оптимальное содержание смол, кислот, соединений серы, азота и дополнительно вводятся присадки для улучшения некоторых функциональных свойств. Такой метод не позволяет получить масла достаточно высокого уровня качества. Второе направление, при котором базовое масло полностью очищается от всех примесей и проводится молекулярная модификация методом гидрообработки (гидрокрекинга, гидроочистки и др.). В результате получается масло, обладающее весьма высокой стойкостью к деформациям сдвига при высоких скоростях, нагрузках и температурах, высоким индексом вязкости и стабильности параметров.

По фракционному составу минеральные базовые масла делятся на дистиллятные, компаундированные и остаточные. Дистиллятными маслами являются отдельные фракции или их смеси. Компаундированные масла получаются смешением дистиллятов и остаточных масел.

Остаточные масла обладают хорошими смазывающими свойствами. Их липкость, стойкость к окислению лучше, чем у дистиллятных масел. Из легких дистиллятов получают легкие индустриальные и трансформаторные масла, из средних и тяжелых дистиллятов - индустриальные и моторные, из компаундированных и остаточных - трансмиссионные, тяжелые индустриальные и др. масла.

Синтетические базовые масла производятся методом химического синтеза из разных мономеров. Они более дорогостоящие, но при этом обладают лучшими свойствами:

- меньшая испаряемость при высокой температуре;

- меньший расход на угар;

- лучшая стойкость к окислению, особенно при высоких температурах:

- меньшая склонность к образованию отложений;

- более надежное смазывание при высоких нагрузках и температурах;

-  большой срок службы;

-  меньшие потери на трение.

Синтетические базовые жидкости создаются в лаборатории из маленьких молекул, которые, взаимодействуя друг с другом, образуют чистые молекулярные соединения. Как результат, созданная молекулярная структура лучше выполняет все требования по физико-химическим и эксплуатационным свойствам в высоконагруженных двигателях автомобилей.

При смешивании синтетических и минеральных базовых масел получаются полу синтетические (частично синтетические) масла (обычная пропорция смешивания составляет 70 до 80% минерального и 20 до 30% синтетического масла). Производство таких масел обусловлено, в основном, стремлением снизить цену и одновременно обеспечить достаточно высокие эксплуатационные свойства моторного масла.

Американский институт нефти (API) выделяет пять категорий базовых масел (таблица 1).

Этой классификацией пользуются для взаимозаменяемости базовых масел при производстве моторных масел требуемого уровня качества без изменения из основных характеристик и в соответствии с Руководством API по взаимозаменяемости базовых масел.

Таблица 1. Классификация базовых масел API

Группа 1 – это базовые масла, которые получены методом селективной очистки и депарафинизации растворителем.

С развитием технологии гидрообработки стало возможным получать высокорафинированные базовые масла, с низким содержанием ароматических соединений, низким содержанием парафинов и с повышенной окислительной стабильностью (группа 2).

Базовые масла с высоким индексом вязкости, полученные методом каталитического гидрокрекинга, стали доступными для производства высококачественных моторных масел сравнительно недавно (группа 3). Они отличаются от базового масла группы 2 молекулярной структурой масла. По своим свойствам масла этой группы приближаются к синтетическим, а по стоимости - немного превышают стоимость минеральных базовых масел. Неслучайно во многих странах Европы и Америки масла этой группы относят к полусинтетическим.

API выделяет поли-альфа-олефины в специальный класс базовых масел (группа 4). Они имеют характеристики единообразной композиции, очень высокую окислительную стабильность, высокий индекс вязкости и не имеют молекул парафинов в своем составе. Поли-альфа-олефины могут производиться в широком ряду вязкостей от 4 сСт до 100 сСt при 100°С.

На протяжении многих лет поли-альфа-олефины и эфиры были единственными видами базовых масел для производства моторных масел работающих в экстремальных температурных условиях. Большинство синтетических масел, произведенных на основе поли-альфа-олефинов, содержат в своем составе небольшое количество эфиров для придания маслам характерной для минерального масла растворимости.

Масла, вырабатываемые на основе базовых масел 1 -ой и 2-ой групп, обычно относятся к минеральным, на основе смеси масел 1-ой, 2-ой и 3-ей или 4-ой групп - к полусинтетическим. Моторные масла, вырабатываемые на базовых маслах 3-ей, 4-ой и 5-ой групп, называются синтетическими. Они обладают отличными реологическими свойствами, обеспечивающими надежный пуск двигателя в холодное время года, а также повышенной термостабильностью и низкой испаряемостью.

Таким образом, варьирование состава базовых масел, а также сочетаний присадок в моторном масле позволяет производителям смазывающих материалов создавать широкий ассортимент моторных масел, отвечающих разнообразным требованиям автопроизводителей.

Присадки

Присадки к маслам – вещества, усиливающие положительные природные свойства базовых масел или придающие им необходимые новые свойства, если присадки к маслам добавлены в необходимом количестве и оптимальном сочетании. Последнее условие следует особо подчеркнуть. Передозировка присадок к маслам или их нерациональное сочетание приводит к отрицательным последствиям.

О роли присадок к маслам можно судить по значительному росту их производства в мире; так, в США в 1959 году было выработано 350 тыс. т присадок, в 1966 – 450 тыс. т, а в 2000 году производство достигло 1300 тыс. т.

Композиции присадок, добавляемых к моторным маслам, различны а зависимости от назначения и условий применения масел. Количество добавляемых присадок к маслам может составлять от нескольких процентов до 25-30 % готового масла. Практически все присадки к маслам оказывают на свойства последних многообразное влияние, большинство присадок многофункциональны. Некоторые из присадок к маслам обладают негативными побочными эффектами, с которыми приходится мириться, поскольку положительный эффект многократно перекрывает недостатки.

Обычно композиция присадок к современному моторному маслу содержит следующие функциональные присадки: беззольные диспергирующие (дисперсанты). детергенты (моющие присадки), антиокислительные, противойзносную, антикоррозионную, противопенную, депрессорную. Кроме того, всесезонные масла почти всегда содержат вязкостные (загущающие) присадки, в энергосберегающих маслах обычно содержится антифрикционная присадка - модификатор трения.

Пакет присадок к маслам может содержать следующие виды:

Диспергирующие – одни из основных компонентов в композициях присадок (их доля составляет около половины общего количества присадок в масле). Повышают дисперсность попадающих в масло нерастворимых загрязнений, стабилизируют образующуюся суспензию.

Моющие (детергенты) – добавляют для предотвращения образования нагара или лакообразных отложений на наиболее нагревающихся деталях.

Загущающие (или вязкостные) – макрополимеры, имеющие переменную растворимость в масле при разной температуре, повышают вязкость, уменьшают степень ее изменения при изменении температуры в широком диапазоне.

Депрессорные – понижают температуру застывания масла, препятствуют образованию кристаллов парафина в маслах при низкой температуре.

Противопенные – уменьшают склонность масла к образованию пены.

Противоизносные – препятствуют изнашиванию поверхностей трения деталей двигателя, являются одними из первых химических присадок.

Противозадирные – являются разновидностью противоизносных присадок и применяются при высоких нагрузках и температурах.

Антикоррозионные – для защиты от коррозии деталей из сплавов цветных металлов.

Антиокислительные – вводят в моторные масла для уменьшения скорости окисления основы и скорости накопления в масле продуктов глубокого окисления.

Модификаторы трения или антифрикционные присадки – обеспечивают экономию топлива путем снижения мощности трения, увеличивают КПД двигателя.

Источник: autoExpert