90

Лекция № 15

Различия минеральных и синтетических

смазочных материалов,

альтернативные топлива

План лекции

1. Особенности синтетических и полусинтетических моторных масел.

2. Альтернативные виды топлив для автомобильных двигателей.

3. Биотопливо. Биоэтанол. Метанол. Биодизель. Водород. Электричество.

1. Особенности синтетических и полусинтетических моторных масел

Базовые масла синтетические. Это маслообразные синтетические жидкости – полимеры или олигомеры, полученные синтезом из разных мономеров.

Основные классы синтетических масел – полиальфаолефиновые, полигликолевые, сложноэфирные, масла фосфатных сложных эфиров, силиконовые, фторорганические соединения и др.

Ни одно синтетическое масло не имеет всей совокупности свойств, характерной для минерального масла. Однако отдельные синтетические масла обладают некоторыми выдающимися эксплуатационными свойствами, превышающими свойства минеральных масел: особенно высокий индекс вязкости, пониженную температуру застывания, стойкость к высокой температуре и к деформации сдвига, биологическую разлагаемость (эстеры), пониженную летучесть и горючесть.

Поэтому каждое синтетическое масло необходимо применять в тех условиях, где наилучшим образом проявляется соответствующие его отличительные свойства. Недостаток синтетических масел состоит в их высокой стоимости. Они в 2–3 раза дороже минеральных. Производители синтетических масел присваивают своим продуктам не химические, а технические названия, по которым нельзя судить о свойствах масел.

Полусинтетические базовые масла. Полусинтетика – это не смесь синтетики и минералки. Так называют минеральные масла, в которые введено более 25 % синтетических компонентов, обычно полиальфаолефинового, или на основе органических сложных полиэфиров. Полученная субстанция существенно превосходит минералку по всем показателям, а стоит куда меньше чистой синтетики. В принципе все три типа масел совместимы – ни эмульсии, ни осадка при смешивании не образуется. Но некоторые свойства исходных компонентов изменяются непредсказуемо (например, перестанут работать некоторые присадки). Некоторые фирмы («Kuwait Petroleum») полусинтетическими называют масла глубокого каталитического гидрокрекинга, или масла минерального происхождения, но со значительно измененной молекулярной структурой. Масла высокого качества могут вырабатываться при смешении синтетических масел с минеральными или полусинтетическими маслами. Например, универсальное моторное масло высшего качества получается смешением масла гидрокрекинга с синтетическим сложноэфирным маслом.

Основные продукты вакуумной перегонки мазута: легкое вакуумное масло (температура кипения 300 – 400 °С); среднее вакуумное масло (температура кипения 350 – 420 °С); тяжелое остаточное масло (температура кипения 420–490 °С).

Одним из путей повышения эксплуатационной надежности двигателей внутреннего сгорания автомобилей, и экономичного использования моторных масел является установление рациональных сроков их замены.

В настоящее время периодичность замены моторных масел определяется заводом-изготовителем и измеряется в километрах пробега автомобиля. Такой подход не учитывает фактического состояния масла на момент его замены. Старение масла происходит вследствие загрязнения пылью, продуктами износа, сгорания топлива и физико-химических изменений углеводородов. Масло оказывает влияние на техническое состояние двигателя. В то же время изменения, происходящие в работе систем и механизмов двигателя, оказывают влияние на качество масла. В связи с этим отработавшее масло является носителем комплексной информации, которая позволяет оценить состояние масла, своевременно обнаружить неисправность в двигателе и произвести замену масла по его фактическому состоянию.

Основные классы синтетических масел

Полиальфаолефиновые масла отличаются универсальными смазочными свойствами, работают в широком интервале температур, имеют высокий индекс вязкости и стабильность свойств на протяжении всего срока службы, не вызывают коррозию металла, не образуют нагара и отложений, не оказывают влияние на прокладки и сальники, хорошо смешиваются с минеральными маслами. Полиальфаолефиновые масла применяются для производства автомобильных универсальных всесезонных моторных и трансмиссионных масел, гидравлических жидкостей, моторных масел для мощных дизельных двигателей тепловозов и судов. Это самые дешевые синтетические масла и по объему составляют около 1/3 всех синтетических масел.

Полигликолевые масла также составляют около 1/3 всех синтетических масел. Применяются как тормозные, гидравлические и охлаждающие жидкости, но они не пригодны в качестве моторных масел.

Сложноэфирные масла имеют наивысший индекс вязкости (до 180), низкую температуру застывания (ниже -50 °С), плохую воспламеняемость и низкую летучесть. В автомобильной промышленности применяются как добавки к маслам для улучшения низкотемпературных и вязкостно-температурных свойств.

Масла фосфатных сложных эфиров. Основные достоинства: не горючие вещества и хорошие противоизносные свойства. В местах интенсивного трения при высокой температуре образуют разделяющую фосфатную пленку, снижающую трение, износ и задир поверхности. Эти масла смешиваются с минеральными и синтетическими маслами и применяются как их компоненты. Применяются также как негорючие гидравлические жидкости и масла для компрессоров.

Силиконовые масла. Химически инертны и термически стойкие вещества, которые разрушаются при температуре выше 300 °С. Имеют низкую температуру застывания (ниже -50 °С) и наивысший индекс вязкости (около 300). Однако обладают плохой смазывающей способностью и не смешиваются с минеральными маслами. Очень дорогие.

Фторорганические соединения. Основное преимущество этих масел – химическая инертность, не горючесть, высокая стойкость к окислению и к повышенной температуре. Недостатки: низкий индекс вязкости, высокая температура застывания. Фторорганические масла применяются в холодильной технике и при контакте с агрессивной средой. Масла очень дорогие, в сотни раз дороже минеральных масел.

В настоящее время интерес представляют следующие наиболее исследованные синтетические масла: на основе диэфиров (сложные эфиры двухосновных карбоновых кислот), полиалкенгликолевые, полисилоксановые, фторуглеродные и хлорфторуглеродные.

Фирма «Мотюль» выпускает синтетические масла – эстеры. Это сложные эфиры – продукты нейтрализации карбоновых кислот спиртами. Детали агрегатов, в которых работает синтетика всегда покрыта прочной пленкой смазки. Сырьем служит копра кокосовых орехов или семена рапса. При опрделенных сочетаниях радикалов получаются чистые биоразлагаемые эстеры. Масло, попав в почву, за 21 день разлагается бактериями на 85 %.

Полиалкенгликоли, получаемые взаимодействием различных гликолей и других спиртов с окисью этилена, окисью пропилена или их смесями, по своей структуре - простые полиэфиры с длинными цепями. Молекула полигликоля может содержать одну или несколько свободных гидроксильных групп, замена которых на алкильную эфирную группу приводит к получению эфиров полигликолей. Различные радикалы, вводимые в молекулу полигликоля, влияют на свойства получаемых продуктов.

Полимерные кремнийорганические соединения (по-лисилоксаны, силиконы) находят все большее распространение в качестве специальных смазочных масел и жидкостей. В их основе - цепочка из чередующихся атомов кремния и кислорода.

Боковые цепи атомов кремния - это углеводородные и другие органические радикалы различного строения.

Практическое применение в качестве смазочных масел получили полимеры с метальными радикалами - метилполисилоксаны и этильными радикалами - этилполисилоксаны.

Фторуглеродные масла получают путем замены в углеводородах всех атомов водорода фтором, а хлорфторуглеводородные масла - путем замены атомов водорода частично хлором, а частично фтором.

Использование синтетических продуктов при производстве моторных масел дает явные преимущества перед нефтяными маслами. Сведения табл. 1 позволяют оценить их достоинства и недостатки.

Таблица 1