Dodatki uszlachetniające do smarów i olejów

 

SAMSUNG DIGITAL CAMERA

 

Producenci mogą dziś spełnić wymagania stawiane olejom i smarom wykorzystywanym w przemyśle dzięki nowoczesnym dodatkom uszlachetniającym. Olej lub oleje bazowe są tylko głównym składnikiem. Czy jednak samodzielne dodawanie uszlachetniaczy ma sens?

Dodatki poprawiające właściwości smarne środków smarowych to związki chemiczne, które uczestniczą w reakcjach tribochemicznych. Można je podzielić na: przeciwzatarciowe, przeciwzużyciowe i modyfikatory tarcia. Dzięki dodatkom uszlachetniającym środki smarne uzyskują między innymi takie cechy jak: odporność na wysokie temperatury, lepsze własności smarne, lub odporność na zanieczyszczenia bakteryjne itp. W materiałach przygotowanych przez Orlen Oil zwraca się uwagę, że zmiany, jakie wprowadzili w ostatnim czasie producenci maszyn i urządzeń, pozwoliły obniżyć masę i gabaryty maszyn przemysłowych oraz ułatwiły sterowanie. Zwiększyły jednocześnie sprawność energetyczną, obniżyły generowany hałas oraz zwiększyły bezawaryjność, ale ich wynikiem jest równocześnie zwiększenie wymagań w stosunku do płynów użytkowanych w układach hydraulicznych. Pracuje dziś w nich mniej oleju, ale pod wyższym ciśnieniem i przy wyższych obciążeniach termicznych. Dlatego nowoczesne urządzenia hydrauliczne wymagają stosowania tylko olejów najwyższej jakości. Jak podaje firma, w wypadku olejów mineralnych, ważny jest dobór dodatków uszlachetniających z grupy premium, dzięki temu oleje te mogą spełnić współczesne wymagania jakościowe. Natomiast w olejach syntetycznych ważna jest kombinacja dodatków, które będą kompatybilne z syntetyczną bazą olejową. Orlen Oil ma w ofercie szeroką gamę olejów hydraulicznych do wszystkich zastosowań w szerokim zakresie temperatur i ciśnień, w jakich pracują te ciecze. Na przykład olej hydrauliczny hydrol premium L-HM otrzymywany jest na bazie specjalnie rafinowanych olejów mineralnych i bezcynkowego pakietu dodatków uszlachetniających.

Źródło Torco_m

Źródło: Torco

Dodatki uszlachetniające poprawiające właściwości smarów stosuje się już od dziesięcioleci. W latach 20. ubiegłego wieku w samochodach pojawiły się silnie obciążone przekładnie, które wymagały lepszych środków smarnych, więc pojawiły się tzw. dodatki EP (extreme pressure). Wchodzą one w reakcję z podłożem metalicznym i są szczególnie aktywne w wysokich temperaturach, które są w miejscach tarcia. Niektóre stosowane dawniej dodatki uszlachetniające są dziś coraz częściej zastępowane. Na przykład dodatki chlorowe zastąpiono mniej agresywnymi i bezpieczniejszymi komponentami zawierającymi związki cynku (ZDDP – zinc dialkyldithiophosphates), które opracowano w 1940 roku. Są one rozpuszczalne w niepolarnych rozpuszczalnikach i łatwo rozpuszczają się w olejach mineralnych oraz syntetycznych stosowanych jako środki smarne. Ich zawartość to przeciętnie od 2 do 15 proc.

Kryształ dwusiarczku molibdenu. Źródło Manchester Nanomaterials_m

Kryształ dwusiarczku molibdenu. Źródło: Manchester Nanomaterials

Dziś wykorzystanie cynku staramy się ograniczać. Podaje się, że dawniej zwartość cynku w produktach ZDDP wynosiła 1600 ppm, a obecnie jest mniejsza niż 800 ppm. Zainteresowanie budzą związki bizmutu, np. naftenian bizmutu jako inhibitor korozji i dodatek poprawiający smarność. Patent na smar łożyskowy zawierający ten związek otrzymała w 2002 r. Rafineria Czechowice (obecnie w Grupie LOTOS). Bizmut ma podobne właściwości do ołowiu, ale jest uważany za nietoksyczny i stosowany w kosmetyce i farmaceutykach. Do smarów plastycznych dodaje się też smary stałe w celu ich uszlachetnienia. Najczęściej jest to grafit i disulfid molibdenu. Dodatkowo udało się polepszyć własności takich smarów, stosując grafit o zmienionej strukturze tzw. expanded lub odmiany węgla tzw. fullereny.

Od kilkunastu lat trwają prace nad zastosowaniem nanocząstek w substancjach smarowych. Przykładem NanoLub firmy Applied NanoMaterials. NIS NanoLub to gama produktów, która obejmuje smary specjalnie zaprojektowane do stosowania w różnych zastosowaniach przemysłowych i motoryzacyjnych, takich jak: silniki, skrzynie biegów, łożyska, sprężarki i w wielu innych. Jest to opatentowana technologia, w której wykorzystuje się nanocząsteczki zbudowane na bazie dwusiarczku wolframu (WS2). Wykorzystanie uzyskanych w tej technologii cząsteczek zmniejsza tarcie i wydzielanie ciepła, co zmniejsza zużycie mechaniczne węzłów tarcia. Równocześnie występujący w nich nacisk powoduje „złuszczanie się” warstw cząsteczek i przywieranie ich do chropowatości materiału, co powoduje wygładzenie, zmniejszenie tarcia i ścierania, przedłużając żywotność maszyny. Obecnie zainteresowanie badaczy budzą takie związki jak: MoS2, MoSe2, WS2, WSe2. Mają one ciekawą strukturę molekularną z pustym wnętrzem i budowę zbliżoną do fullerenów i nanorurek węglowych.

W badaniach, poza poprawą właściwości użytkowych olejów i smarów poprzez stosowanie nowych dodatków uszlachetniających, trwają też prace nad metodami wprowadzania za pośrednictwem olejów smarowych nowych substancji – preparatów eksploatacyjnych – do węzłów tarcia. Najczęściej stosuje się dziś preparaty o działaniu chemicznym, które łączą się trwale z olejem. Dzięki temu nie ma problemów z ich działaniem na filtry (nie osadzają się) oraz nie tworzą warstw termoizolacyjnych. Podkreśla się natomiast, że zdecydowanie polepszają one właściwości przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe olejów oraz obniżają temperaturę pracy w strefie tarcia. Równocześnie ich działanie jest najskuteczniejsze, gdy stan węzłów tarcia ulega pogorszeniu.

Warto wspomnieć, że pojawiają się w technice samochodowej, lotniczej i kosmicznej, oraz w elektronice, przemyśle elektrotechnicznym i radiotechnicznym materiały samosmarne takie jak na przykład poliimidy.

 

Nowoczesne dodatki uszlachetniające do olejów i smarów

Jak mówi Piotr Niemiec – starszy specjalista w Biurze Wsparcia Technicznego Grupy LOTOS, stosowane dziś w środkach smarowych dodatki można podzielić na dodatki poprawiające własności, którymi charakteryzuje się olej bazowy, dodatki wprowadzające nowe własności oraz dodatki chroniące olej przed utratą własności użytkowych w warunkach eksploatacyjnych. Szczegółowe typy i funkcje dodatków zostały wielokrotnie opisane w ogólnodostępnej literaturze, a zasadnicze prace nad ich rozwojem przypadają na lata 1920–1960. Jak dodaje, relatywnie „najświeższą” grupą dodatków, która została opracowana w latach 80. XX wieku były modyfikatory tarcia. Ze względu na postulat coraz dłuższych interwałów wymian dla środków smarnych będących w eksploatacji praktycznie nie ma obszarów na stosowanie środków smarowych niezawierających dodatków. Jednym z trendów, które obserwujemy w ostatnich latach, jest zastępowanie ditiofosforanu cynku wchodzącego w skład ogromnej ilości dodatków wielofunkcyjnych jego ekwiwalentami oraz ograniczanie w dodatkach zawartości wybranych pierwiastków. Z kolei Andrzej Cyranka, technolog w firmie SPECOL, zwraca uwagę na poliizobutyleny jako wyjątkowe dodatki do olejów. Poliizobutyleny (PIB) to syntetyczne polimery węglowodorowe otrzymywane w procesie polimeryzacji węglowodorów olefinowych na przykład izobutanów. Jak mówi, PIB–y dostępne są w bardzo szerokim zakresie lepkości kinematycznej w temperaturze w 100oC np. od 2 do ponad 2000 mm2/s. Znajdują one zastosowanie zarówno jako oleje podstawowe (bazowe), jak i dodatki uszlachetniające, w wytwarzaniu między innymi takich środków smarnych jak: oleje do silników dwusuwowych (motocykle, łodzie, narzędzia ogrodnicze itd.); oleje samochodowe (oleje przekładniowe); oleje przemysłowe (oleje hydrauliczne, płyny antykorozyjne, do obróbki metali); cylindrowe oleje żeglugowe i smary plastyczne. Charakteryzują się własnościami fizyko-chemicznymi, mającymi wpływ na poprawę parametrów eksploatacyjnych wytwarzanych środków smarnych, takimi jak: bezbarwność i klarowność; nietoksyczność; wysoki wskaźnik lepkości; bardzo dobra odporność na ścinanie; powyżej średniej odporność na utlenianie i odparowalność; hydrofobowość i nie korozyjność; odporność na światło słoneczne. Ograniczeniem zastosowania PIB-ów w wytwarzaniu środków smarnych jest ograniczenie temperatury pracy (eksploatacji), na ogół do temperatury 250oC. Są także kompatybilne (mieszalne) w stosunku do innych olejów podstawowych takich jak oleje mineralne (parafinowe, naftenowe), polialfaolefiny, alkilobenzeny i estry syntetyczne. Jak podsumowuje Andrzej Cyranka, PIB–y są sprawdzonym i szeroko stosowanym przez większość producentów dodatkiem uszlachetniającym.

 

Poliizobutyleny_m

Poliizobutyleny

 

Warto dodać, że dodatki uszlachetniające stosuje się też w przypadku emulsji obróbczych. Firma TOTAL ma w swojej ofercie dodatki uszlachetniające do wodnych cieczy obróbczych (emulsji). Są to produkty dodawane do emulsji w trakcie eksploatacji. Jak mówi Katarzyna Borawska, młodszy inżynier wsparcia technicznego sprzedaży przemysłowych środków smarnych w Total Polska, użyte w odpowiednim czasie, zgodnie z zaleceniami pozwalają wydłużyć czas pracy emulsji. Są to produkty z grupy SERADE. W czasie pracy emulsji do obróbki metali na skutek oddziaływania różnych czynników, właściwości eksploatacyjne cieczy mogą ulec obniżeniu. Wtedy istnieją dwa rozwiązania. Można zlać ciecz, opróżnić układ i zastosować świeżą emulsję albo jeśli jeden z parametrów emulsji uległ pogorszeniu wprowadzić pakiet dodatków eksploatacyjnych, specjalnie zestawionych pod kątem wydłużenia czasu życia cieczy obróbczej. Gama SERADE to różnorodność dodatków poprawiających selektywnie właściwości cieczy obróbczej. Są rozwiązaniem między innymi dla problemu nadmiernego pienienia, za niskiego pH, rozwoju bakterii lub grzybów. To proste, ekonomiczne i przyjazne dla środowiska rozwiązanie regeneruje produkt bez wpływu na jego jakość. Dodatkowo, laboratorium TOTAL w ramach usługi SOLUBLE CHECK umożliwia określenie optymalnego skutecznego zastosowania swojej gamy dodatków eksploatacyjnych.

 

Czy warto samemu?

Piotr Niemiec z Grupy LOTOS zaznacza, że ogólnie rzecz biorąc producenci pojazdów, maszyn i urządzeń nie rekomendują samodzielnego uzupełniania dodatków w środkach smarowych w eksploatacji. Istnieją jednak pewne zastosowania przemysłowe, w których uzupełnianie dodatków przeciw piennych lub inhibitorów utlenienia jest jednym z elementów obsługi technicznej urządzenia. Zwraca uwagę, że chodzi tutaj o uzupełniana właściwych substancji wykonywane przez przeszkolony personel w porozumieniu z producentem środka smarowego. Lotos Oil nie rekomenduje natomiast samodzielnego stosowania „magicznych” dodatków niekonwencjonalnych dostępnych w punktach sprzedaży.

Na rynku dostępnych jest kilkadziesiąt różnych dodatków przeznaczonych do użytku w silnikach samochodów. Jak podają ich producenci, można dzięki nim zmniejszyć zużycie paliwa nawet o 15 proc. Pozwalają one podwyższyć i wyrównać ciśnienie sprężania w cylindrach, ułatwiają rozruch itp. Można też wydłużyć czas pomiędzy wymianami oleju silnikowego. Wśród marek i producentów wymienia się najczęściej: K2, Xeramic, Liqui Moly, Castrol i Atas. Na rynku są też dostępne produkty skierowane do przemysłu takie jak na przykład oferowany przez firmę Komstal, ORION 230 uszlachetniacz do olejów hydraulicznych i przemysłowych. Jak podano, jest to hydrauliczny i przemysłowy wspomagacz oleju. Zaprojektowany do poprawy efektywności operacyjnej i obniżenia wymogów konserwacji wszystkich urządzeń przemysłowych, które są zależne od smarowania olejem. Stabilizuje smar lepki we wszystkich temperaturach i zapewnia lepszą śliskość. Typowe zastosowanie, jak podano, obejmuje napędy, przekładnie hydrauliczne i przemysłowe.

 

orion-230_m

Orion 230

 

Niemiecka firma OKS specjalizująca się w produktach do redukcji tarcia, zużycia i korozji oferuje specjalistyczne produkty tego rodzaju. Między innymi Mox-Active – dodatek EP do olejów przemysłowych. Polepsza on smarowanie w fazie docierania maszyn nowych i po generalnym remoncie. Wygładza powierzchnię, co zmniejsza zużycie i obciążenia termiczne smaru. Umożliwia to stosowanie dłuższych okresów pomiędzy smarowaniem. Z kolei koncentrat oleju mineralnego MoS2 to dodatek do olejów przekładniowych, silnikowych i maszynowych, który również zmniejsza tarcie, temperaturę i zużycie oraz wygładza powierzchnie. Ponadto nie osiada, przepływa przez typowe filtry, oraz nie reaguje na filtry magnetyczne.

Mówiąc o nowoczesnych środkach smarnych i dodatkach uszlachetniających wykorzystywanych przy ich produkcji nie zawsze zwraca się uwagę, że dzięki nim można zwiększyć efektywność i zaoszczędzić energię. Nawet jeśli wymiana środka smarnego na nowoczesny da oszczędność energii w zużywanej przez urządzenie na przykład na poziomie tylko 2%, to w skali zakładu w ciągu roku może to być już znacząca kwota. Zastosowanie dodatków uszlachetniających oraz starannie dobranych proporcji olejów bazowych pozwala uzyskać parametry, które są wymagane przez producentów urządzeń i maszyn. Każde zaburzenie tych proporcji grozi pogorszeniem właściwości smarnych i niebezpieczeństwem ograniczenia trwałości lub nawet zatarciem.

Nie można „bezkarnie” mieszać smar ze smarem lub olej z olejem. Nie chodzi tu, tylko o zachowanie takich samych klas API (w przypadku olejów). Na pewno smarów wyprodukowanych na bazie syntetycznych olejów bazowych, nie należy mieszać z produktami wytworzonymi na bazie z olejem mineralnym. Niektóre środki smarne nie są kompatybilne ze sobą ze względu na różnice w zastosowanych dodatkach uszlachetniających. Ich zmieszanie może prowadzić do niepożądanych reakcji chemicznych. Mogą się tworzyć związki nierozpuszczalne, które mogą zniszczyć smarowane elementy. Możemy też spotkać się z różnym oddziaływaniem środków smarnych na uszczelki. Smary mogą być neutralne dla uszczelnień lub powodować nieznaczne zwiększenie ich objętości. Niektóre kombinacje środków smarnych mogą powodować kurczenie się uszczelnień. To, że oleje (smary) pochodzą od tego samego producenta, wcale nie oznacza, że mogą być zmieszane.

Podaje się, że najczęstszą przyczyną niezgodności smaru, która powoduje powstawanie szkodliwych substancji stałych, jest reakcja składnika kwasowego w jednym z olejów bazowych i w drugim. Reakcję taką przyspiesza woda i wysoka temperatura. Z kolei smary mogą mieć dodatki, które w różny sposób ograniczają wpływ zanieczyszczenia wodą. Ich zmieszanie spowoduje wyeliminowanie w praktyce tej właściwości. Niestety bez dogłębnej wiedzy nie da się bezpiecznie mieszać środków smarnych. Sposobem na przypadkowe zmieszanie środków w zakładzie może być tylko dbanie, by były dokładnie i czytelnie oznaczone. Zmieniając dostawcę lub produkt, konieczne jest sprawdzenie ich kompatybilności. Niekiedy można wykryć niekompatybilność zmieszanych olejów, podgrzewając je i sprawdzając, czy nie występuje zmiana przejrzystości i barwy. Można to powtórzyć z dodatkiem niewielkiej ilości wody, a następnie zostawić na kilka godzin w temperaturze pokojowej i sprawdzić, czy pojawiły się jakieś zmiany w wyglądzie oleju. To jednak bardzo „zgubna” metoda, raczej przydatna do wkluczenia niż potwierdzenia możliwości zmieszania danych rodzajów oleju.

Obecnie ograniczenie zużycia energii, emisji toksycznych substancji, oszczędność zasobów oraz ochrona środowiska to sprawy, które interesują środowiska związane z przemysłem. Dlatego ulepszone smary są w centrum zainteresowania. Nowoczesne środki smarne mogą wydłużyć żywotność części ruchomych pracujące w różnych warunkach. Przedstawiciele nauki są przekonani, że dodatki molekularne (nanotechnologia) mogą przyczynić się do zwiększenia wydajności maszyn i urządzeń oraz ograniczenia zużycia środków smarowych.

 

Autor: Marek Grabarecki

 

Artykuł pochodzi z dodatku Smarowanie i Mechanizmy

Okladka Smarowanie i mechanizmy 2015_m

Authors

Related posts

Góra
English