Твердые смазочные материалы

     В некоторых видах ПС содержание наполнителей превышает 20 %. При рациональном подборе  сочетания присадки и наполнителя  можно значительно улучшить смазочные свойства ПС. Это объясняется их совместным действием: химическим модифицированием поверхности трения присадкой и упрочнением граничного слоя частицами наполнителя. Наряду с этим при адсорбции присадки на частицах наполнителя уменьшается сопротивление сдвигу (уменьшаются потери на трение).

     Требования  к пластичным смазкам. ПС должны удовлетворять  ряду эксплуатационных требований, основными  из которых являются: сохранение однородности и стабильности, обеспечение заданных механических свойств, минимальное воздействие на конструкционные материалы, соприкасающиеся со смазкой, обеспечение заданных смазочных противоизносных и противозадирных свойств. По сравнению с моторными маслами новыми требованиями к ПС являются сохранение однородности и обеспечение заданных механических свойств.

     К ПС большинство типов предъявляют  повышенные требования по антикоррозионным свойствам. Эти свойства зависят  от влагостойкости и влагонепроницаемости смазки, наличия в ней нейтрализующих веществ и ингибиторов коррозии. ПС при правильном их подборе и применении обеспечивают эффективную антикоррозионную защиту большинства конструкционных материалов. 

     2.1 Свойства пластичных смазок 

     К основным эксплуатационным свойствам  ПС относятся: стабильность, механические свойства, вязкостно-скоростные и вязкостно-температурные  свойства (характеристики), смазочные, защитные и герметизирующие свойства. Уровень требований к этим свойствам определяется назначением и конкретными условиями применения ПС.

     Стабильность  ПС определяет способность смазок сохранять  заданные физико-химические свойства в течение определенного промежутка времени при воздействии внешних  факторов — длительного хранения, измерений температуры, механических воздействий радиационного облучения и пр. Различают физическую, химическую и радиационную стабильность ПС.

     Физическая  стабильность определяется способностью ПС сохранять заданную консистенцию. При нарушении консистенции понижается пластичность, ухудшаются антифрикционные и консервационные свойства ПС. Нарушение консистенции обусловлено уменьшением содержания в ПС жидкой фазы — масла. Это происходит из-за испарения наиболее низкокипящих нешестн, входящих в ее СОСЛШ, и при недостаточной стабильности дисперсной системы "загуститель — масло".

     Повышенная  испаряемость ПС приводит к увеличению концентрации загустителя, вызывающему  в предельном случае потерю пластичности ПС, и образованию корки на ее наружной поверхности. Способность  ПС сохранять свои свойства при испарении входящих в нее компонентов оценивается антииспарительными свойствами

     Способность ПС сохранять исходную дисперсионную  систему оценивается коллоидной стабильностью. Коллоидная стабильность определяется способностью ПС сохранять дисперсную структуру под действием механических нагрузок. Коллоидная стабильность зависит от температуры. Нарушение коллоидной стабильности определяется величиной синерезиса — явления, заключающегося в отделении жидкости от коллоидной системы. С физической точки зрения явление синерезиса можно объяснить следующим. Между волокнами загустителя действуют силы взаимного притяжения, стремящегося их сблизить, сократить объем элементарной структурной ячейки, занимаемой маслом, а следовательно, вытеснить масло в окружающую среду. Когда ПС не нагружена внешними силами, указанный эффект обусловливает "потение" — самопроизвольное выделение масла из ПС. При нагружении ПС внешними силами они интенсифицируют сжатие элементарных ячеек — выделение масла усиливается. В предельном случае из-за нарушения коллоидной стабильности ПС могут превратиться в комки загустители, плавающие в масле.

     Под влиянием синерезиса ухудшаются свойства и уменьшается эксплуатационный ресурс ПС. Наряду с этим определенная величина синерезиса полезна и необходима — благодаря синерезису происходит постоянная подпитка поверхностей трения свежим маслом, поступающим из "масляного резервуара", которым служит слой смазки, нанесенной на поверхность.

     Испаряемость  и коллоидную стабильность ПС определяют в стандартных условиях и оценивают количеством испарившегося (при оценке испаряемости) или выделившегося (при оценке коллоидной стабильности) масла. С увеличением температуры ухудшаются механические свойства смазок. При достижении определенной, характерной для каждого типа ПС температуры нарушается структура каркаса и уменьшаются адгезионные силы, связывающие масло с загустителем. Этот процесс сопровождается нарушением коллоидной стабильности и выделением жидкой фазы — плавлением ПС.

     Способность ПС сохранять свои свойства при увеличении температуры определяется ее температурной стабильностью. Температурную стабильность ПС характеризует температура начала плавления, внешне определяемая по выделению первой капли жидкечти из нагреваемой ПС — температуре каплепаденил (рис. 8.6). 

     Сползание ПС с поверхностей, на которые она  нанесена, может наступить под  действием объемных (инерционных, гравитационных) сил до достижения температуры каплепадения. Это явление называют пристенным синерезисом; оно объясняется повышением концентрации жидкого масла в пристенном слое. Вследствие пристенного синерезиса эксплуатационная температура ПС, длительно находящихся под действием объемных сил, должна быть ниже, чем температура каплепадения (примерно на 20 °С)

     Соответствующую температуру называют температурой сползания. Эта температура зависит от толщины наносимого на стенку слоя ПС, она понижается с его увеличением, поэтому ПС не следует наносить избыточно толстым слоем.

     Химическая  стабильность ПС определяется ее способностью сохранять свойства под действием химически активных веществ. Наиболее распространенной при­чиной нарушения химической стабильности является окисление ПС. При окислении происходит изменение механических свойств (предела прочности, вязкости и пр.) ПС и накопление в ней коррозионно-агрессивных продуктов. Склонность ПС к окислению возрастает при уменьшении толщины слоя смазки, повышении температуры и в контакте с цветными металлами (медь, олово, свинец и др.). Высокая химическая стабильность ГТС важна в узлах трения при длительном (10— 15 лет) использовании. Наиболее эффективный способ повышения химической стабильности ПС — введение антиокислительных присадок, в качестве которых используют, например, амино- и фенолсодержащие соединения, фосфор- и серосодержащие органические продукты.

     Физическая  структура и особенности строения ПС обусловливают их низкую радиационную стабильность (стойкость). Под действием  относительно небольших доз радиационного  облучения 106 2 • 105 Гр происходит разрушение каркаса, приводящее к разжижению ПС. При увеличении суммарной дозы до 107 — 108 Гр интенсифицируется окисление и полимеризация жидкой фазы, в результате чет в предельном случае ПС превращается в твердую хрупкую массу. Металлы, содержащиеся в ПС, приобретают наведенную радиоактивность и способствуют увеличению дозы облучения, получаемой жидкой фазой после прекращения внешнего облучения. 

     Механические  свойства ПС, Особенности агрегатного  состояния ПС обусловливают наличие  у них специфических механических свойств, отличных от свойств твердых и жидких веществ. К характерным особенностям механических свойств ПС относятся: большая зависимость прочности от температуры, способность восстанавливать прочность после разрушения и зависимость прочности от интервала времени между последующими нагружениями — "времени отдыха". Эти свойства объясняются главным образом характером нарушения связей между частицами загустителя и последующим восстановлением структуры.

     Способность ПС, как и всякой другой дисперсной системы, самопроизвольно восстанавливать разрушенную структуру носит название тиксотропии. Тиксотропные свойства ПС имеют большое эксплуатационное значение. Положительным качеством, обусловливаемым тиксотропией, является то, что при выбрасывании частиц разжиженной ПС из зоны трения и отложения их на не­подвижных поверхностях они увеличивают вязкость и автоматически герметизируют узел трения от вытекания ПС.

     Механические  свойства ПС характеризуются пределом прочности. При воздействии нагрузок относительно жесткий структурный  каркас ПС обладает способностью до определенного предела обратимо деформироваться подобно твердому веществу. Сначала эти деформации находятся в пределах упругих деформаций структурного каркаса и не вызывают его разрушения. При дальнейшем увеличении деформации начинается разрушение каркаса (рис. 8.7), при этом свойства ПС начинают все сильнее приближаться к свойствам вязкой жидкости.

     Минимальное напряжение, при котором начинается разрушение каркаса, называют проделом прочности ПС (рис. 8.8). Величина предела  прочности определяет способность ПС удерживаться в заданном месте под действием внешних сил, а также величину начального усилия сдвига в узле трения (например, усилия, которое необходимо приложить к подшипнику в начале СТО вращения). Предел прочности в определяющей степени зависит от вида и количества загустителя. При повторных нагружениях с уменьшением промежутка между ними величина 

     последовательно замеряемого предела прочности  уменьшается. При повышении температуры  величина предела прочности большинства  ПС снижается. Температура, при которой предел прочности приближается к нулю, соответствует переходу ПС из пластического состояния в жидкое. Эта температура определяет верхний температурный предел работоспособности ПС. Упругие свойства ПС зависят не только от значения прилагаемой нагрузки, но и от длительности ее воздействия. Период времени, в течение которого ПС под действием нагрузки сохраняет упругие свойства, называют периодом релаксации.

     Вязкость  и предел прочности ПС определяют на приборе, называемом пластовискозиметром. Метод основан на определении сопротивления, оказываемого смазкой, заключенной между неподвижным корпусом прибора и вращающимся сердечником.

     Вязкостно-скоростные и вязкостно-температурные свойства ПС. Вязкостные свойства ПС определяют потери на трение на рабочих режимах, условия начала движения в узлах трения при низких температурах и усилия (затраты энергии) на подачу смазки по мазепроводам к узлам трения. При работе в узлах трения нагрузки, действующие на ПС, превышают предел прочности. При переходе за предел прочности начинается течение ПС. В этом диапазоне ее свойства можно охарактеризовать вязкостью. Однако понятие вязкости здесь имеет специфический характер. Для однородных жидкостей вязкость не зависит от градиента скорости сдвига и определяется только физико-химическими параметрами этих жидкостей. В отличие от них во внутреннем объеме ПС наряду с жидкостью (маслом) имеются твердые остатки разрушенного каркаса, между которыми постоянно возникают и разрушаются силовые связи. Условия динамического равновесия между возникновением и разрушением этих связей зависят от скорости деформации — с ее увеличением процессы разрушения связей начинают превалировать над их возникновением и обратно. Разрушение связей соответствует снижению вязкости, а возникновение связей — увеличению вязкости. Снижению вязкости при увеличении скорости деформации способствует также ориентация осколков структурного каркаса загустителя в направлении движения. При достаточно большой скорости течения связи между частицами загустителя прекращаются пра­ктически полностью и дальнейшее понижение вязкости с увеличением скорости прекращается. Вязкость становится независимой от скорости деформации, а ПС ведет себя как ньютоновская жидкость. Скорость деформации оценивается градиентом скорости сдвига dv/dA, где v — скорость относительного перемещения слоев смазки; h — расстояние между ними. Зависимость изменения вязкости от градиента скорости деформации называют вязкостно-скоростной характеристикой (рис. 8.9, 8.10). Чем круче вязкостно-скоростная характеристика (больше отношение вязкости при различных скоростях сдвига), тем выше качество ПС.

     Вязкость  ПС зависит не только от градиента  скорости дефор­мации, но и от температуры  — при одной и той же скорости де­формации вязкость тем ниже, чем  выше температура. Соответствующая зависимость определяется вязкостно-температурной характеристикой ПС (рис. 8.11). Эта характеристика снимается при определенной постоянной скорости деформации. ПС обладают лучшими по сравнению с входящими в них маслами вязкостно-температурными характеристиками — вязкость ПС с понижением температуры увеличивается в сотни раз меньше, чем вязкость входящих в них масел.

     Способность ПС сопротивляться выдавливанию из узла трения, а также "легкость" подачи КС к трущимся поверхностям характеризуется ее консистенцией. 

     2.2 Ассортимент пластичных смазок 

     В зависимости от вида загустителя  ПС различают мыльные, углеводородные, органические и неорганические ПС.

     Мыльные ПС. В них загустителем являются соли высших жирных кислот — мыла. Для  изготовления этих ПС используют природные (растительные и животные) жиры или синтетические жирные кислоты. Соответственно мыльные ПС разделяют на жировые и синтетические. Мыла, получаемые из твердых (животных) природных жиров, имеют лучшие показатели. Мыльные загустители используют в основном для изготовления антифрикционных ПС. В зависимости от вида загустителя различают кальциевые, натриевые, литиевые, бариевые и некоторые другие ПС.

     Кальциевые  ПС обладают хорошей влагостойкостью (используются в условиях с повышенной влажностью и в контакте с водой) и хорошей коллоидной стабильностью. Вследствие сравнительно плохих показателей по ряду эксплуатационных свойств они вытесняются более качественными ПС. К кальциевым ПС относят солидолы, используемые как смазки массового назначения.

     Применяют солидолы следующих марок.

     УС-1 (пресс-солидол), жировой солидол; температура  каплепадения не ниже 75 °С, температурный  диапазон работоспособности от —40 до +50 °С; предназначен для узлов  трения, в которых смазка вводится под давлением.

     УС-2 — жировой солидол; температура  каплепадения не ниже 75 °С, температурный  диапазон работоспособности от —25 до +50 °С, предназначен для подшипников  качения и скольжения, шарниров, винтовых и цепных передач и пр. С — синтетический солидол; температура каплепадения не ниже 80 °С, температурный диапазон эксплуатации от —25 до +50 °С.