К оглавлению

Пластичные смазки

Свойства смазок

    Пластичные смазки занимают промежуточное положение между жидкими и твердыми смазочными материалами. Они представляют собой структурированные коллоидные системы. Их свойства зависят прежде всего от особенностей трехмерного структурного каркаса, образующегося из дисперсной фазы, который в своих ячейках удерживает большое количество (80-90 %) дисперсионной среды. Устойчивость структурированной системы зависит от прочности структурного каркаса, сил взаимодействия между его отдельными частицами, между элементами структурного каркаса и дисперсионной средой на границе раздела фаз, числа контактов частиц каркаса в единице объема, электростатических свойств, критической концентрации ассоциации различных мыл и других коллоидно-химических факторов.

    На устойчивость структурированной системы влияют физико-химические свойства вещества, из которого построен каркас, химическая природа окружающей его среды и наличие поверхностно-активных веществ, обусловливающих размеры и форму элементов структурного каркаса, а также энергию связей в этой системе.

    Волокна мыльного загустителя, отличающегося катионом или анионом, имеют присущую только им форму и размеры. Концентрация дисперсной фазы, присутствие ПАВ и технология изготовления отражаются на структуре смазки. Существует взаимосвязь между дисперсностью, анизометричностью кристаллов мыл и реологическими характеристиками смазок независимо от природы дисперсной фазы и других факторов. При повышении дисперсности элементов структурного каркаса, увеличении отношения длины к диаметру или ширине кристаллов мыла загущающий эффект дисперсной фазы повышается. Дисперсность и анизометричность кристаллов мыл связаны с характером структурообразования, которое, в свою очередь, зависит от строения молекулы мыла. При повышении дисперсности кристаллов мыла число контактов между элементами структурного каркаса, а также поверхность соприкосновения с дисперсионной средой увеличиваются. Создаются благоприятные условия для разного рода энергетических связей в системе и образования прочных коллоидных структур. Поэтому предел прочности, вязкость, коллоидная стабильность смазок определяются дисперсностью и анизометричностью волокон, образующих их структурный каркас, энергией связи между его элементами и взаимодействием дисперсной фазы с дисперсионной средой.

    Смазки выделяют в особый класс сложных реологических тел, для которых характерно сочетание хрупкости, обусловленной разрывом жестких связей в каркасе, и пластичности, дающей неограниченно большие деформации без потери сплошности за пределами критической нагрузки. Значение этой нагрузки зависит, главным образом, от прочности структурного каркаса, а вязкость дисперсионной среды, как правило, играет незначительную роль.

    Характерная особенность смазок - быстрое восстановление разрушенных связей между частицами дисперсной фазы и приобретение ими свойств твердого тела после снятия нагрузки. Она проявляется в уменьшении предела прочности и вязкого сопротивления при механическом воздействии на смазки и в последующем полном или частичном восстановлении этих свойств после снятия нагрузок. Характер такого восстановления зависит от структуры смазок. Структура смазок может быть двух видов: конденсационная, образующаяся после охлаждения расплава и не восстанавливающаяся после снятия механического воздействия, и обратимая (тиксотропная), восстанавливающаяся после снятия механического воздействия в большей или меньшей степени. Тиксотропное восстановление структуры очень важно для оценки свойств смазок, особенно предназначенных для открытых узлов трения.

    Непосредственно после изготовления в смазках преобладает конденсационная структура с большим числом особо прочных связей. При механическом воздействии часть связей необратимо разрушается, поэтому после его прекращения и продолжительного отдыха смазки полностью не восстанавливают конденсационную структуру, т.е. они являются тиксолабильными системами. Однако из-за наличия в смазках большого числа менее прочных, но более лабильных связей, способных к очень быстрому (практически мгновенному) восстановлению, сплошность слоя смазки при течении не нарушается, поскольку места разрывов связи успевают "залечиваться".

    При обычных температурах и небольших нагрузках смазки сохраняют приданную им форму, не выбрасываются центробежными силами из открытых и слабо герметизированных узлов трения, не сползают с наклонных и вертикальных поверхностей при нанесении их слоем умеренной толщины. При критической нагрузке, превышающей предел текучести (прочность структурного каркаса обычно равна 50-2000 Па), смазки деформируются и начинают течь как обычные вязкие жидкости. После снятия нагрузки течение смазок прекращается, и они приобретают свойства твердого тела.

    Смазки отличаются от масел наличием аномального внутреннего трения. Их вязкость не описывается законом Ньютона и является функцией не только температуры, но и скорости деформации. Вязкость смазок резко уменьшается при повышении градиента скорости деформации, что также отличает их от масел.

    Основные преимущества смазок по сравнению с маслами следующие: способность удерживаться в негерметизированных узлах трения; большая эффективность в работе при одновременном воздействии высоких температур, давлений, ударных нагрузок и переменных режимов скоростей; более высокие защитные свойства (от коррозии); повышенная водостойкость; способность обеспечивать лучшую герметизацию узлов трения и предохранять их от загрязнения; значительно меньшая зависимость вязкости от температуры, что позволяет применять их в более широком интервале температур; лучшая смазочная способность; больший срок службы и меньший расход. К недостаткам смазок следует отнести их более низкую охлаждающую способность, большую склонность к окислению и сложность при использовании в централизованных системах.

    Смазки применяют для надежного длительного смазывания узлов трения в случаях, когда применение масел невозможно из-за отсутствия герметичности, при невозможности пополнения узла трения смазочным материалом, а также для уплотнения подвижных и неподвижных соединений и защиты узлов трения от коррозии.

    В процессе работы смазка подвергается воздействию повышенных температур, скоростей и нагрузок, а также воздействию различных факторов окружающей среды (кислород воздуха, вода, пары коррозионно-активных соединений, радиация и др.). Это сопровождается термическим разложением, термоокислительными процессами и полимеризацией, которые интенсифицируются деформацией сдвига и каталитическим действием ювенильных поверхностей трения. Все это в совокупности приводит к "старению" смазок и соответственно к ухудшению их эксплуатационных свойств. Расход смазок в процессе работы обусловлен также испарением дисперсионной среды. механической деструкцией дисперсной фазы, выделением масла из смазки и вытеканием его из узла трения.

    Основные характеристики смазок (табл. ниже), по которым судят об их эксплуатационных свойствах и которыми руководствуются при выборе смазок для конкретных узлов трения, установлены ГОСТ 4.23-83 "Система показателей качества продукции. Нефтепродукты. Смазки пластичные. Номенклатура показателей". Этот стандарт устанавливает обязательную номенклатуру показателей и признаков качества смазок. которые необходимо включить в НТД при их разработке. Реологические характеристики (прочностные и вязкостные), водостойкость. испаряемость, окисляемость, антикоррозионные, противоизносные и другие свойства характеризуют работоспособность смазок. Для определения стабильности смазок оценивают их коллоидную, механическую, химическую и термическую стабильности.

    В процессе изготовления смазок контролируют показатели, определяющие воспроизводимость их свойств - пенетрацию и температуру каплепадения. По содержанию в смазках воды, свободных щелочей, кислот и механических примесей оценивают их пригодность к применению.

    Установлены показатели качества, обязательные для всех или для отдельных видов смазок. К первым относят внешний вид, содержание воды и механических примесей, испытание на коррозию; ко вторым - температуру каплепадения, предел прочности, вязкость, коллоидную, механическую и химическую стабильности, термоупрочнение, испаряемость, содержание органических водорастворимых кислот и свободной щелочи, показатели защитных (от коррозии). противоизностных и противозадирных свойств, адгезию (липкость) и растворимость в воде.