Материал: Цуркан И.Г. Смазочные и защитные материалы учебник

Эти кислоты получают из естественных жиров. Например, в живот­ ном сале содержится 8—25% стеариновой, 20—30% пальмитиновой, 40—60% олеиновой кислот; в растительных жирах — 2—40% паль­ митиновой, 2—8% стеариновой, 15—85% олеиновой кислот. Рици­ нолевая кислота содержится в касторовом масле.

Все кислоты в природных жирах находятся в виде глицеридов. Как известно, глицерин представляет собой трехатомный спирт

СН ,—СН—СН,

I I I “

ОН он—он.

Если в молекуле глицерина атомы водорода в гидроксильных груп­ пах ОН заместить остатком какой-либо органической кислоты, напри-

О

мер стеариновой СН3—(СН2)і0 — , то получится глицерид стеа-

О

риновой кислоты

о

II

СН2— О— С— (СНа)10 — СН3

О

II

СН — О —С— (СН2)ів— с н 3

СН2 — О— С— (СН2)16— с н 3.

II

о

В таком виде это соединение входит в состав естественных жиров. Если на глицерид подействовать водой, произойдет гидролиз, т. е. разложение или расщепление глицерида на свои составные части — жирную кислоту и глицерин:

СН2 — О— СО— (СН2)16 — С3

СН — О— СО— (СН2)1в— СН3 + ЗН20-

СН2— О— СО — (СН2)10— с н 3

40

При воздействии на жирную кислоту щелочами получают мыла. Например, с едким натром идет реакция получения натрового мыла стеариновой кислоты (стеарата натрия)

При нормальной температуре мыла высокомолекулярных жирных кислот — твердые вещества. Если поместить мыло в масло и нагревать смесь до температуры плавления мыла, получим истинный раствор. При охлаждении раствора мыло начинает кристаллизоваться. Мелкие кристаллы (волокна) равномерно распределяются по всему объему масла и за счет физического взаимодействия друг с другом (электро­ статические силы) образуют сплошную решетку (каркас), в ячейках которой заключено масло. Полученное таким образом тело и является пластичной смазкой.

Благодаря наличию твердого каркаса пластичная смазка приобре­ тает черты твердого тела, т. е. 'обладает способностью к упругому де­ формированию. Если из объема смазки вырезать призму (на рис. 12 показана штрих-пунктирными линиями), нижнюю грань зафиксировать в неподвижном состоянии, а к верхней части прикладывать растяги­ вающую (нормальную) силу N (рис. 12, а) или боковую (танген­ циальную) силу F (рис. 12, б), то призма_начнет деформироваться, как показано сплошными линиями. При некоторых значениях силы деформация будет соответствовать закону Гука о прямой пропорцио­ нальности между силой и деформацией. В этом случае напряжение а, возникающее в смазке при растяжении и равное отношению силы N к площади поперечного сечения призмы, будет равно

мация, равная отноше­ нию приращения дли­ ны образца АI к его первоначальной длине.

Абсолютная деформация А/, при которой еще имеет место упругое деформирование смазки, может составлять 3—7%, в то время как для сталей оно равно очень небольшим долям про­ цента.

Аналогично напряжение т в смазке при сдвиге будет равно

41

где G — модуль упругости при сдвиге;

у — относительная деформация, равная тангенсу угла сдвига а. Если действующая на смазку сила и вызываемые ею напряжения окажутся больше некоторой величины, закон пропорциональности между напряжением и деформацией нарушится, т. е. появятся оста­ точные (необратимые) деформации. В этой области деформирования смазка ведет себя как пластический материал, которому можно при­

дать любую форму.

При дальнейшем увеличении силы напряжения в смазке могут достичь критической величины, называемой пределом прочности смаз­ ки при растяжении сгпч или при сдвиге тпч. Выше этих напряжений смазка начинает течь.

Важной особенностью поведения смазки на режимах течения яв­ ляется то, что ее коэффициент внутреннего трения зависит от градиента скорости сдвига в отличие от жидких масел, вязкость которых не за­ висит от скорости деформирования. Это объясняется наличием волокон мыла в смазке. При течении структурные элементы, образованные волокнами, разрушаются тем в большей степени, чем выше скорость течения. Поэтому коэффициент внутреннего трения смазки умень­ шается с увеличением градиента скорости сдвига.

Кроме того, волокна мыла способны ориентироваться по потоку, т. е. располагаться параллельно направлению течения. Чем выше ско­ рость, тем больше проявляется эффект ориентации. Это также приво­ дит к понижению коэффициента внутреннего трения смазки с ростом скорости течения.

Следовательно, для пластичной смазки не существует такой констан­ ты объемно-механических свойств, какой является вязкость для жид­ ких масел. Для характеристик пластичных смазок приходится пользо­ ваться понятием э ф ф е к т и в н о й (кажущейся) вязкости. Под эффективной вязкостью подразумевается вязкость такой жидкости, которая бы оказывала такое же сопротивление при течении в данном скоростном режиме деформирования, как и данная смазка. При ис­ пользовании величины эффективной вязкости пластичной смазки ука­ зывается не только температура, но и градиент скорости сдвига, при которых эта вязкость получена.

Еще одной особенностью пластичных смазок является изменчивость их механических свойств в процессе эксплуатации, обусловленная разрушением мыльных волокон. Глубина и характер этого разрушения зависят от интенсивности деформирования (градиента скорости сдвига) и от продолжительности механического воздействия на смазку.

Если приостановить механическое воздействие и дать смазке от­ дохнуть, то благодаря силам взаимодействия между отдельными волок­ нами или группами волокон будет происходить восстановление струк­ тур, что поведет к некоторому увеличению предела прочности и эф­ фективной вязкости смазки в процессе отдыха. Те структуры, которые способны восстанавливаться, называют т и к с о т р о п н ы м и , а не способные к восстановлению — конденсационными.

Наиболее полные возможности для оценки механических характе­ ристик пластичных смазок дают ротационные пластовискозиметры

42

зиметре изобразить в виде зависимости напряжения (отношение силы F к площади боковой поверхности цилиндра) от продолжительности деформирования смазки, получим график (рис. 13). Вначале напряже­ ние в смазке т быстро увеличивается до максимального значения, пред­ ставляющего собой предел прочности смазки тгпч. С этого момента смаз­ ка начинает течь. В процессе течения благодаря разрушению конденса­ ционных и тиксотропных связей напряжение падает до некоторого установившегося значения туст. Это свидетельствует о том, что достиг­ нут стационарный режим течения смазки, при котором скорость разру­ шения тиксотропных связей становится равной скорости их восста­ новления. По величине туст можно вычислить эффективную вязкость смазки при данных температуре t и градиенте скорости D [градиент рассчитывается по формуле (7)]:

скольких минут. Если после достижения этого режима остановить внут­ ренний цилиндр, напряжение в смазке упадет до нуля. В процессе отдыха смазки идет только восстановление тиксотропных связей. Поэтому измеряемый при новом пуске прибора предел прочности т„ч смазки будет зависеть от продолжительности отдыха Т„.

Для определения предела прочности смазок на сдвиг используют пластометр К-2 (рис. 14).

Испытуемую смазку 2 заправляют в капилляр 7, состоящий из двух разъемных по оси частей. На внутренней поверхности капилля­ ра имеется нарезка, чтобы смазка не скользила по ней. При нагреве рабочая жидкость 3 расширяется и' стремится вытолкнуть смазку из капилляра. Достигнув критического давления, соответствующего пределу прочности смазки, происходит ее сдвиг, и давление падает. По максимальному давлению судят о пределе прочности.

43

У

Эффективная вязкость определяется обычно в диапазоне изменения градиента скорости сдвига от нескольких единиц до нескольких ты­ сяч сек-1. Часто в технические условия на пластичные смазки вносятся величины эффективной вязкости при 10 или 100 сек-1.

Как видно из изложенного выше, пластичные смазки являются веществами механически нестабильными. В процессе эксплуатации они могут существенно разжижаться и вытекать из узла трения, по­ этому важно иметь представление о степени их механической стабиль­ ности. Обычно для этих целей пользуются величиной коэффициента механической стабильности, представляющего собой отношение пре­ дела прочности смазки после разрушения ее определенным лаборатор­ ным способом к пределу прочности исходной смазки.

На механические характеристики пластичных смазок большое влия­ ние оказывают тип и концентрация мыльного загустителя, качество жидкой основы, например вязкость масла, а также присутствие по­ верхностно-активных веществ (присадок, кислот и т. д.). Большое значение имеет и технология изготовления смазки (скорость и равно­ мерность охлаждения при кристаллизации мыла, режим гомогениза­ ции, т. е. перетира смазки после охлаждения и т. д.).

Большое распространение для оценки вязкостных свойств плас­ тичных смазок получили автоматические капиллярные вискозиметры АКВ-2 и АКВ-4 (рис. 15). С их помощью можно получить зависимость вязкости смазки от скорости деформации в течение одного испытания. В этих приборах смазка продавливается через капилляр с переменной скоростью при помощи пружины.

Рис. 14

Рис. 14. Пластометр К-2

Рис. 15. Схема вискозиметра АК.В-4:

1 — капилляр; 2 — смазка; 3 — шток; 4 — вращающийся барабан-самописец; 5 — пружина

44

До настоящего времени в стандартах на пластичные смазки фигури­

2. Физико-хлмические характеристики пластичных смазок

Пластичная смазка представляет собой коллоидную систему, для которой характерно выделение жидкого масла, приводящая к изме­ нению ее свойств. Особенно это проявляется при хранении в крупной таре, так как часть смазки находится под давлением вышележащих слоев. Выделение небольшого количества масла является полезным, так как обеспечивает лучшее смазывание трущихся деталей. Однако чрезмерное выделение масла приводит к ухудшению товарного вида смазки, вытеканию и загрязнению территории, где хранится и приме­ няется смазка. Возможны случаи недопустимого изменения эксплуа­ тационных свойств смазки, ее затвердения.

Способность пластичной смазки удерживать в себе масло характе­ ризуется ее коллоидной стабильностью. Этот показатель определяют на приборе КСА (рис. 16). Метод оценки заключается в механическом отлрессовывании масла под нагрузкой 1 кГ из определенного объема смазки, помещенного над слоями фильтровальной бумаги, при ком­ натной температуре в течение 30 мин. Коллоидную стабильность выражают в процентах отпрессованного масла.

На величину коллоидной стабильности влияют: тип и концентра­ ция загустителя (чем больше загустителя, тем лучше коллоидная стабильность), размеры частиц загустителя (при уменьшении размеров масло удерживается лучше), проч­ ность связей между частицами загус­ тителя. На размеры частиц загусти­ теля и прочность связей между ними в свою очередь влияют технология из­ готовления смазки, наличие щелочей или кислот, вязкость жидкой фазы.

Чем выше вязкость масла, тем хуже идет кристаллизация и затрудняется взаимодействие частиц между собой. С другой стороны, слишком малая вязкость масла способствует более легкому его выделению из смазки. Поэтому для каждого типа смазки

45

Для получения смазок, стойких против окисления, применяют антиокислительные присадки. При подборе типа и концентрации присадки учитывают стойкость самой присадки к действию повышен­ ных температур в процессе изготовления смазки (170—210° С). При­ садка не должна оказывать существенного влияния на коллоидную стабильность и механические характеристики смазки.

Температурный диапазон работоспособности пластичной смазки во многом определяется температурой ее плавления, выше которой она становится жидкой. Температуру плавления смазки условно принимают по температуре каплепадения, т. е. минимальной температуре, при ко­ торой падает первая капля смазки, нагреваемой в определенных усло­ виях. Обычно считают, что температура каплепадения должна быть на 15—20° С выше максимальной рабочей температуры узла трения.

Некоторые мыла, применяемые в качестве загустителей смазок, являются гигроскопичными и растворимыми в воде. К таким относят­ ся, например, натриевые мыла высокомолекулярных жирных кислот. Поэтому смазки характеризуют по водостойкости, погружая их в нагретую воду. Если при этом происходит помутнение воды— смаз­ ка неводостойкая. Гигроскопичность смазок оценивают, помещая их на пластинках в эксикатор над слоем воды (рис. 17). Оценку ведут по увеличению веса смазки за счет поглощенной воды.

В эксплуатационных условиях смазки, не стойкие к воздействию влаги, могут разрушаться, перестают защищать металлические по­ верхности от коррозии, твердеть и т. д.

Особое место по отношению к влаге занимают смазки, приготов­ ленные на комплексных кальциевых мылах. Эти смазки готовятся

сприменением мыл высокомолекулярных жирных кислот (стеариновой)

инизкомолекулярной уксусной кислоты, кальциевая соль которой

(ацетат кальция) придает смазке гигроскопичность. Комплексные кальциевые смазки совершенно не растворимы в воде, но поглощаемая

46