4. Производство пластичных смазок

Для смазки ряда механизмов и деталей автомобиля используют густые мазеобразные продукты — пластичные смазки. Согласно одному из терминологических определений, отражающему объемно-механические свойства, пластичной смазкой называют систему, которая при малых нагрузках проявляет свойства твердого тела; при некоторой критической нагрузке смазка начинает пластично деформироваться (течь подобно жидкости) и после снятия нагрузки вновь приобретает свойства твердого тела. Ранее употребляющийся термин «консистентные смазки» не связан с их особенностями.

Смазки по своему составу являются сложными веществами. В простейшем случае они состоят из двух компонентов — масляной основы (дисперсионная среда) и твердого загустителя (дисперсная фаза). Сочетая в себе свойства твердого тела и жидкости, пластичные смазки в качестве грубой модели могут быть представлены, например, как кусок ваты, пропитанной маслом. Волокна ваты соответствуют частицам дисперсной фазы, а масло, удерживаемое в вате, — дисперсионной среде смазки.

В смазках специального назначения (уплотнительных, резьбовых, для рессор и т. п.) применяются наполнители. Наполнителями называют различные по составу твердые порошкообразные продукты, вводимые в смазочные материалы. В отличие от присадок в маслах и смазках они нерастворимы. Их количество может колебаться в значительных пределах, иногда даже превышая объем и массу основных компонентов. Наполнители увеличивают прочность смазки, препятствуют выдавливанию ее из узлов трения, повышают термостойкость, снижают коэффициент трения и улучшают некоторые другие свойства. Наиболее широко в качестве наполнителей применяют графит (содержится в составе более 15 отечественных смазок) и дисульфид молибдена, который, как графит и слюда, имеет кристаллическое строение, что определяет эффективность их смазочного действия. Влияние наполнителей на свойства смазок зависит от природы, концентрации и дисперсности, а также от свойств дисперсионной среды, способа введения наполнителя и соотношения между ним и загустителем.

Содержание загустителя в пластичных смазках колеблется от 5 до 30% и обычно составляет 10—20%. Тем не менее, именно он определяет основные эксплуатационные характеристики смазки. Поскольку дисперсионная среда не оказывает такого влияния на свойства смазки, их принято классифицировать по природе загустителя: мыльные (загущены мылами высших жирных кислот), углеводородные (загущены твердыми углеводородами), силикагелевые (загущены силикагелем).

Принцип приготовления смазок состоит в образовании структурного каркаса, включающего в свои ячейки дисперсионную 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.

Установки, в которых варят смазки, могут быть периодического или непрерывного действия. Чаще всего - это варочные аппараты (котлы), оборудованные мешалкой и паровой рубашкой (для создания определенного температурного режима). Их оснащают также быстро открывающимися люками, арматурой, термоизмерительной и другой контрольно-измерительной аппаратурой (рис. 2). В большинстве случаев в варочных котлах омыливаются жиры или жирные кислоты и диспергируются мыла, образующиеся в минеральном масле.

В зависимости от применяемой аппаратуры производство смазок под давлением (используют герметичные автоклавы, в которых обычно готовится мыльная основа смазки) подразделяется на одноступенчатый, двухступенчатый и трехступенчатый процессы. При одноступенчатом способе все стадии приготовления смазки (дозировка, диспергирование мыла и охлаждение) осуществляются в одном котле.

При температуре 100 °С варят кальциевые смазки, при 150 °С - алюминиевые, при 200-210 °С - натриевые и литиевые, при 100-120 °С — углеводородные. Охлаждение смазки ведут или с резким перепадом температур, или медленно в варочных котлах либо в специальных аппаратах, так как от режима охлаждения зависят структура мыльного каркаса и качество смазки.

Рис. 2. Варочный аппарат (котел): 1 – электродвигатель; 2 – редуктор; 3 – пеногасительная лопасть; 4 – котел; 5 – паровая рубашка; 6 – рамная мешалка; I – сырье; II – теплоноситель; III – готовый продукт

В процессе эксплуатации автомобилей наибольшее применение получили мыльные и углеводородные смазки. Основное назначение смазок такое же, как и масел, — уменьшение износа деталей, снижение коэффициента трения и защита металлов от коррозии. Их применяют в основном для смазывания таких узлов трения, из которых жидкие смазочные материалы — масла вытекают или которые подвергаются сильному воздействию грязи, пыли и работают в условиях влажной среды (соединения ходовой части, тяги рулевого управления, а также отдельные узлы двигателя и трансмиссии).

Мыльные смазки. Загустителями в мыльных смазках являются мыла (соли высших жирных кислот). Причем все чаще применяют комплексные мыла (они представляют собой комплекс мыла и другой соли того же металла). Мыла для производства смазок получают нейтрализацией высших жирных кислот гидроокисями металлов — щелочами:

или омылением глицеридов высших жирных кислот — жиров щелочами:

Для производства мыл в процессе приготовления смазок используют индивидуальные жирные кислоты, полученные из природных жиров, и синтетические жирные кислоты, получаемые окислением парафина. Смазки на синтетических жирных кислотах являются полноценными заменителями смазок на натуральных жирах. Их называют синтетическими в отличие от жировых.

Хотя в настоящее время известны смазки, загущенные мылами лития, натрия, кальция, цинка, стронция, бария, алюминия, свинца, широко применяют только кальциевые, литиевые, натриевые, бариевые и алюминиевые смазки.

Углеводородные смазки. Их получают, сплавляя нефтяные масла с твердыми углеводородами — парафином, церезином, а также с побочным продуктом депарафинизации — петролатумом, представляющим собой сложную смесь парафинов и церезинов различной молекулярной массы. Углеводородные смазки занимают исключительное место среди консервационных (защитных) смазок благодаря таким свойствам, как невысокая температура плавления и обратимость структуры, абсолютная нерастворимость в воде и малая проницаемость через них водяных паров. Их можно легко наносить на металлические детали и поверхности, окуная, например, в расплавленную смазку при 60-120 °С, распылением, при помощи кисти и т. д. Толщину защитного слоя можно легко регулировать, изменяя, например, температуру расплава. Даже тонкий слой углеводородной смазки (около 0,5 мм) надежно защищает поверхность от проникновения воды и пара.