Технический блог. 2. Физико-химические, эксплуатационные показатели масел и методы их оценки

Надеюсь Данные блоги, помогут Вам лучше понимать, что вы льете в свои автомобили и как долго они будут жить =) Приятного чтения!

Методы испытания смазочных масел подразделяют на лабораторные, стендовые и эксплуатационные. При лабораторных испытаниях оцениваются физико-химические показатели масел с использовании специальных приборов и установок. При создании смазочных материалов использование лабораторных методов позволяет в короткий срок оценить влияние состава композиций базовых масел и присадок на основные физико-химические характеристики разрабатываемого продукта и, на базе накопленного опыта, прогнозировать их поведение в условиях эксплуатации. По результатам лабораторных испытаний решается вопрос целесообразности проведения других видов испытаний. При производстве масел использование лабораторных методов позволяет судить об идентичности каждой из выпущенных партий образцам, прошедшим всесторонние испытания. Сведения об основных физико-химических показателях, используемых при оценке качества смазочных масел лабораторными методами приведены в табл. 1.
Данные о примерном соответствии лабораторных методов оценки физико-химических характеристик в соответствии с стандартами ГОСТ, ГОСТ Р, ASTM, EN, DIN, IP, CEC и ISO приведены в табл. 2. Стендовые испытания масел проводятся на установках, моделирующих условия работы реального узла или агрегата. В некоторых случаях для получения более достоверных результатов испытаний используются стенды с применением узлов и агрегатов реальных машин и механизмов. Эксплуатационные испытания проводятся на реальных машинах и механизмах. Основное отличие этих испытаний от обычной эксплуатации состоит в том, что работа узлов и агрегатов (расход запчастей, число ремонтов, расход масла), в которые залито опытное масло находятся под особым контролем. В таких испытаниях могут участвовать от нескольких десятков до нескольких сот единиц техники, а срок испытаний достигать нескольких лет.

Таблица 1. ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ

ПЛОТНОСТЬ
Сущность показателя

Физическая константа, масса единицы объема. Выражается в кг/м3, г/см3.

Связь с эксплуатационными показателями масел

Зависит от фракционного состава базовых масел. Плотность зависит от химического строения продукта. У продуктов одного вида она возрастает при увеличении вязкости и снижается при улучшении качества рафинирования.
По показателю плотности можно судить о составе базового масла Используется главным образом для контроля качества при производстве и хранении масел. Применяется также для пересчета объемных единиц в массовые при отпуске масел потребителю.

Цвет

Сущность показателя
Качество и товарный вид масла иногда оцениваете по его цвету и прозрачности.

Связь с эксплуатационными показателями масел

Цвет масла зависит от присутствия темных смолистых веществ и от свойств нефти. По цвету масло, можно приблизительно судить о качестве очистки.

ВЯЗКОСТЬ

Сущность показателя

Показатель, указывающий свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению, обусловленное внутренними молекулярными взаимодействиями в движущейся среде.
Динамическая вязкость ( ) — мера сопротивления жидкости течению. Определяется на ротационных вискозиметрах или рассчитывается как произведение кинематической вязкости (v) жидкости и ее плотности (р) при той же температуре. Выражается в паскаль-секундах (Паoс) или пуазах (П); 1П=0,1 Паoс.
Кинематическая вязкость (v) — мера сопротивления жидкости течению под влиянием гравитационных сил. Определение проводится капиллярными вискозиметрами. Выражается в м2/с, мм2/с или сантистоксах (сСт); 1 сСт = 1 мм2/с = 10-6м2/с.
Условная вязкость (ВУ) — отношение времени истечения определенного количества испытуемой жидкости при заданной температуре из вискозиметра типа Энглера ко времени истечения дистиллированной воды. Выражается условных единицах (ВУ).

Связь с эксплуатационными показателями масел

Важнейший показатель, определяющий пусковые и эксплуатационные характеристики машин и механизмов.
В узлах трения смазочные масла должны обладать достаточно низкой вязкостью для того, чтобы обеспечить минимальные потери энергии на перемешивание и преодоление внутреннего трения, беспрепятственное покачивание масла насосом по смазочной системе (особенно при низких температурах). В то же время, они должны иметь достаточно высокую вязкость для того, чтобы обеспечить режим трения со смазкой, гарантирующим реализацию нормального изнашивания и отсутствие повреждаемости поверхностей трения, а также низкий уровень утечек через уплотнения (особенно при повышенных температурах).
Вязкость зависит от состава масла, а также температуры, давления, скорости сдвига и времени работы масла в узле трения. С увеличением температуры вязкость масел уменьшается, а с повышением давления — увеличивается. В связи с возрастающим использованием в составе смазочных масел противоизносных, противозадирных, антифрикционных, загущающих и др. присадок значение вязкости (определяемой классическими методами), как основного показателя, характеризующего режим смазывания узлов трения, постепенно снижается. Поэтому в последние годы для оценки динамической вязкости все более широкое применение находят специфические показатели холодного пуска (Cold Cranking), прокачиваемости при низких температурах (Pumping) и динамической вязкости при высокой температуре и высокой скорости сдвига (HT/HS), определяемые на специальных установках.

ИНДЕКС ВЯЗКОСТИ

Сущность показателя

Относительная безразмерная величина, характеризующая степень изменения вязкости в зависимости от температуры; рассчитывается или находится по таблицам и номограммам в зависимости от значений кинематической вязкости при 40 и 100°С.

Связь с эксплуатационными показателями масел

По индексу вязкости (ИВ) масла делят на низкоиндексные (ИВ < 80), среднеиндексные (ИВ = 80-90), высокоиндексные (ИВ = 90-100 и выше). Чем выше индекс вязкости, тем лучше качество масла, тем меньше вязкость зависит от изменения температуры. Большинство нефтяных (минеральных) базовых масел имеют индекс вязкости от 0 до 100, а загущенные всесезонные масла — более 100.

Характеристики низкотемпературной вязкости:

• максимальная низкотемпературная вязкость, обеспечивающая запуск холодного двигателя и является показателем способности масла течь и смазывать узлы трения в холод¬ном двигателе. Она определяется при помощи имитатора запуска холодного двигате-ля CCS (Cold Cranking Simulator ) (DIN 51 377, ASTM D 2602). Определяется в сантипуазах (сП) при разных заданных тем¬пературах, с предполагаемой степенью вязкости SAE для моторного масла (-5° для SAE 25W; -10° для SAE 20W; -15° для SAE 15W; -20° для SAE 10W; -25° для SAE 5W и -30°С для SAE 0W).
Имитатор CCS является ротационным вискозиметром с малым расстоянием между профилированным (не цилиндрическим) ротором и прилегающим к нему статором, имитируя тем самым зазоры в подшипниках двигателя. Специальным двигателем поддерживается постоянный крутящий момент при заданных температурах, а скорость вращения является мерой вязко¬сти.

• максимальная низкотемпературная вязкость, обеспечивающая прокачиваемость масла в двигателе определяется по методу ASTM D 4684;
Вязкость прокачивания (pumping viscosity) является мерой способности масла течь и создавать необходимое давление в системе смазки в начальной стадии работы холодного двигателя. Вязкость прокачивания измеряется в сантипуазах (сП = мПа с) . Этот показатель важен для масел, способных желировать при медленном охлаждении. Таким свойством чаще всего обладают всесезонные минеральные моторные масла (SAE 5W-30, SAE 10W-30 и SAE 10W-40). При испытании определяется либо напряжение сдвига, необходимое для разру¬шения желе, либо вязкость при отсутствии напряжения сдвига. Вязкость прокачивания определяется при разных заданных температурах (от -15° для SAE 25W до -40°С для SAE 0W). Прокачивание обеспечивается только для масел с вязкостью не более 60 000 mPa s. Наименьшая температура, при которой масло может прокачиваться, называется нижней температурой прокачивания, ее значение близко к наименьшей температуре эксплуатации.
• фильтруемость моторных масел при низкой температуре показывает тенденцию образования твердых парафинов или других неоднородностей, приводящих к закупориванию масляного фильтра, образующимся в присутствии воды и конденсата прорывающихся картерных газов при краткосрочной работе после длительной стоянк. Некоторое влияние на фильтруемость может оказать наличие воды в холодном масле. Фильтруемость моторных масла определяется в %.
Оценку проводят по относительному снижению скорости потока через фильтр при последовательном испытании масла и смеси масла с водой. Снижение скорости потока не должно быть более чем на 50%.

• Температурная зависимость вязкости при низкой температуре и низком напряжении сдвига определяется по методике ASTM D 5133 при помощи сканирующего вискозиметра Брукфильда. . Этот показатель необходим для оценки способности масла поступать в систему смазки и к узлам трения в холодном двигателе после его длительного пребывания при низкой температуре. Перед измерением масло должно пpoйти определенный цикл охлаждения, как и при определении равновесной температуре застывания .Такое испытание занимает много времени и применяется в основном при разработке новых рецептур масел.

Характеристики высокотемпературной вязкости:

• Вязкость при высокой температуре и высокой скорости сдвига HTHS, определяемая при температуре 150°С и скорости сдвига 106 с-1 Определяется: в Америке —по методике ASTM D 4683, а в Европе — по методикам СЕС L-36-A-90 или ASTM D 4741;
• Стабильность к сдвигу (shear stability) — это способность масла сохранять стабильную вязкость при продолжительном воздействии высокой деформации сдвига.
Стабильность к сдвигу это способность масла сохранять постоянную величину вязкости под воздействием высокой деформации сдвига при эксплуатации. При быстром скольжении поверхностей трения достигается высокая скорость течения масла в узких зазорах и проявляется высокая деформация сдвига, которая вызывает деструкцию молекул полимеров (загустителей) входящих в состав масла. Устойчивость к деформации сдвига является важным показателем для масел, применяемых в современных высокоскоростных, высоконагруженных, мощных и малогабаритных двигателях. Способность масла сохранять стабильную вязкость определяется временем, в течение которого вязкость изменяется до определенной величины.
При сравнительно небольшой деформации сдвига, полимерные молекулы только раскручиваются, а после снятия напряжения, со временем, могут восстановить свою конфигурацию и вязкость.
Такое снижение вязкости называется временным и иногда наблюдается при определении HTHS вязкости на ротационном вискозиметре — имитаторе конического подшипника.