Co znajduje się w oleju?

Transkrypt

1 Co znajduje się w oleju? K w i e c i e ń 2014

2 Zastosowanie Formulacja dla różnych zastosowań - dobór odpowiednich substancji pomocniczych Lepkość: dopasowana do zastosowania mieszanka olejów bazowych jest podstawą mającą największy wpływ na grubość filmu olejowego w celu poprawy właściwości lepkościowych, do oleju mogą być dodawane tzw. polepszacze Wybór dodatków: dodatki dopasowane do zastosowania mieszanka dodatków zwykle powinna spełniać określone wymagania dla danego zastosowania zawartość dodatków w oleju (pakiet dodatków) zmienia się w zależności od jego zastosowania i stanowi do <5% zawartość do nawet > 25% zawartości.

3 Kompozycja oleju VI ulepszacz (tzw. ulepszacz indeksu lepkości): 5%-10% Pakiet dodatków: 8%-15% Olej bazowy: 75%-95% Różne oleje wymagają różnej zawartości dodatków, w zależności od klasy lepkości, specyfikacji które powinien spełniać olej oraz typu oleju.

4 Pakiet dodatków Struktura dodatków w oleju silnikowym przykład Detergenty: 21% Czynniki przeciwzużyciowe: 10% Dyspergatory (rozpraszacze): 60% Inne (m.in. przeciw rdzewieniu, przeciwpienne): 1% Modyfikatory tarcia: 4% Inhibitory (czynniki hamujące utlenianie): 3% Depresatory płynięcia (w niskich temperaturach): 1% W zależności od typu oleju oraz jego wymagań, struktura zawartości dodatków może zmieniać się znacząco.

5 Detergenty Detergenty (czynniki myjące) Detergenty są pochodzenia organicznego i rozpuszczają się w oleju. Najczęściej są to związki soli wapnia, magnezu, sodu oraz baru. Związki te są z natury spolaryzowane, co pozwala im przyczepiać się do powierzchni, na którą oddziałują. Detergenty spełniają dwie podstawowe funkcje: 1) Usuwają depozyty z powierzchni poddanej ich działaniu, a następnie tworzą na tej samej powierzchni chemiczny film zabezpieczający przed ich ponownym osadzaniem się. 2) Neutralizują kwaśne produkty spalania paliwa, dzięki wchodzeniu w reakcje chemiczne z kwasami, przekształcając je w nieszkodliwe, obojętne substancje chemiczne.

6 Detergenty Każdy detergent ma swoje ograniczenia, zatem ilość cząsteczek (depozytów oraz kwasów), które są wymywane i neutralizowane przez detergent jest ograniczona, a sprawność substancji spada po przekroczeniu zalecanego okresu wymiany oleju. Skutkiem może być tworzenie się depozytów na powierzchniach oraz wzrost zakwaszenia oleju, co ostatecznie prowadzi do degradacji jego lepkości. Dlatego właśnie ważne jest by przestrzegać okresów wymiany oleju.

7 Dyspergatory Dyspergatory (rozpraszacze) Dyspergatory są to dodatki do olejów smarowych, których zadaniem jest zabezpieczenie krytycznych powierzchni przeciw tworzeniu się osadów, nagarów oraz laków. Dyspergatory utrzymują w rozproszeniu produktu uboczne powstałe podczas eksploatacji silnika, umożliwiając następnie usunięcie ich z wykorzystaniem filtru oleju. Poszczególne zadania 1) utrzymują w rozproszeniu zanieczyszczenia 2) przeciwdziałają tworzeniu osadów (szlamów) 3) utrzymują w rozproszeniu uboczne produkty utleniania 4) przeciwdziałają formowaniu się większych cząsteczek, mających wpływ na degradację powierzchni 5) przeciwdziałają niepożądanemu wzrostowi lepkości oleju 6) zabezpieczają przeciw tworzeniu się depozytów związanych z utlenianiem Dyspergatory są stosowane głównie w olejach przeznaczonych do silników benzynowych, mocno obciążonych diesli oraz silników wykorzystujących LPG. Można też je spotkać w olejach do automatycznych skrzyń biegów oraz niektórych olejach przekładniowych.

8 Dyspergatory Jak działają dyspergatory? Dyspergatory formują micelle, które otaczają w całości poszczególne cząsteczki, przez co te ostatnie tracą zdolność do łączenia się z innymi cząsteczkami. Micelle utrzymują cząsteczki w rozmiarach nieprzekraczających 0,05 mikrona, dodatkowo przy wykorzystaniu spolaryzowanej budowy dyspergatory odpychają rozdrobnione cząsteczki od powierzchni komponentów silnika. Rozdrobnione cząsteczki są następnie usuwane z oleju przy wykorzystaniu filtra olejowego.

9 Czynniki anty-zużyciowe Zużycie jest zjawiskiem, które ma miejsce podczas ruchu wykonywanego przez urządzenie. Zjawisko to jest efektem trzech czynników: 1) tarcie kontakt dwóch powierzchni, przesuwających się względem siebie 2) ścieranie kontakt powierzchni z drobinami pozostającymi w kontakcie z tą powierzchnią 3) korozja utlenianie się powierzchni Ścieraniu można zapobiec usuwając z oleju niepożądane drobiny z wykorzystaniem filtra olejowego. Korozja jest powstrzymywana przy użyciu dodatków, które neutralizują to zjawisko dzięki kompleksowym działaniom: detergenty wymywają zanieczyszczenia, dyspergatory utrzymują je w rozdrobnieniu, antyoksydanty kontrolują procesy utleniania, inhibitory rdzy powstrzymują jej powstawanie. Ścieranie Korozja Tarcie

10 Czynniki anty-zużyciowe Zużycie spowodowane procesem tarcia. Podczas normalnych warunków pracy powierzchnie metalowe przesuwające się względem siebie (trące) oddzielone są całkowicie filmem olejowym. Taki stan rzeczy nazywany jest smarowaniem hydrodynamicznym. Wraz ze wzrostem obciążeń pracy, rośnie niebezpieczeństwo miejscowego przerwania filmu olejowego oraz występowania punktowych kontaktów pomiędzy trącymi powierzchniami, takie zjawisko nazywamy smarowaniem granicznym. Konsekwencjami tego zjawiska jest miejscowy wzrost temperatury co prowadzi do gwałtownego spadku lepkości oleju, czego następstwem jest ciągły zanik filmu olejowego. Równocześnie smarowanie graniczne jest przyczyną zużywania się elementów silnika, a w konsekwencji może być przyczyną jego zatarcia. smarowanie hydrodynamiczne smarowanie graniczne

11 Czynniki anty-zużyciowe Dodatki anty-zużyciowe oraz EP Dodatki anty-zużyciowe jak i dodatki EP zapewniają ochronę urządzenia wykorzystując podobne mechanizmy działania, przy czym dodatki EP są aktywowane w wyższych temperaturach oraz podczas występowania wyższego obciążenia niż ma to miejsce w odniesieniu do dodatków anty-zużyciowych. Dodatki anty-żużyciowe powinny chronić urządzenia podczas pracy w zwykłych warunkach, dodatki EP zaś podczas pracy w warunkach ciężkich lub nawet ekstremalnych. Ciężkie warunki są determinowane przez obciążenie pracą oraz temperaturę. Dodatki anty-zużyciowe są stosowane zwykle w olejach silnikowych, lubrykantach do automatycznych skrzyń biegów, układach wspomagania, oraz niektórych olejach hydraulicznych. Dodatki EP wykorzystywane są najczęściej w olejach przekładniowych, płynach do układów amortyzatorów oraz lubrykantach do obróbki metali. Obydwa rodzaje dodatków aktywują się w środowisku wysokich temperatur, a następnie reagują z powierzchniami metalowymi, pokrywając je filmem zabezpieczającym. Ów film wypełnia nierówności powierzchni, zmniejszając tarcie oraz przeciwdziałając kontaktowi powierzchni. W skład filmu zabezpieczającego powierzchnię wchodzą związki metali szlachetnych, fosforu oraz siarki, w ilościach uzależnionych od tego czy są to dodatki anty-zużyciowe czy też EP.

12 Czynniki anty-zużyciowe CYNK Jako dodatkowe zabezpieczenie przeciw zużyciu, często wykorzystywany jest związek zwany ZDDP (zinc dialkyl dithiophosphates), stanowi on m.in. zabezpieczenie przeciw utlenianiu oraz korozji. ZDDP jest najczęściej stosowany w olejach silnikowych oraz w lubrykantach wykorzystywanych w przemyśle. W środowisku występowania wysokich temperatur oraz dużego obciążenia (i tylko pod tymi warunkami), spolaryzowane molekuły cynku zawarte w ZDDP przyciągane są przez metalowe powierzchnie, osiadając na nich tworzą szklisty film, zabezpieczający.

13 Czynniki anty-zużyciowe CYNK Inne dodatki, jak detergenty, dyspersanty czy polepszacze indeksu lepkości współzawodniczą z cynkiem wewnątrz maszyny często z negatywnymi skutkami. Detergenty oraz dyspersanty rozpoznają cynk jako zanieczyszczenie wskutek czego starają się, usunąć ów dodatek z oleju. Dlatego też jednym z najbardziej istotnych elementów produkcji oleju jest odpowiednie balansowanie dodatków, tak aby finalnie spełniał on swoje funkcje w sposób jak najbardziej skuteczny. Cynk zawarty w ZDDP nie uaktywnia się aż do momentu wystąpienia wysokiej temperatury oraz dużego obciążenia. Te dwa czynniki wprawiają w ruch reakcję, która prowadzi do wytworzenia filmu ochronnego, który zabezpiecza części silnika narażone na największe obciążenia.

14 Modyfikatory tarcia Modyfikatory tarcia Modyfikatory tarcia, są to dodatki zmniejszające tracie występujące pomiędzy dwoma pracującymi powierzchniami. Mniejsze tarcie, to mniejsze napięcia, mniejsze zużycie powierzchni oraz bardziej cicha praca maszyny. Modyfikatory tarcia stosowane są głównie w olejach silnikowych, w fluidach stosowanych w skrzyniach biegów, w płynach stosowanych do układów wspomagania, w systemach hydraulicznych. Modyfikatory tarcia w środowisku wysokich temperatur konkurują z dodatkami anty-zużyciowymi, w niskich temperaturach zaś z inhibitorami rdzy i korozji.

15 Utlenianie Utlenianie Wszystkie nowoczesne lubrykanty produkowane w oparciu o węglowodory są wrażliwe na utlenianie. Każdy rodzaj oleju bazowego posiada próg po przekroczeniu którego, konieczna jest ingerencja inhibitorów utleniania, po to by opóźnić ten negatywny proces. Proces utleniania oleju przebiega w trzech fazach. Faza 1: olej oraz paliwo reagują z tlenem tworząc wolne rodniki Faza 2: wolne rodniki nadal reagują z tlenem oraz olejem tworząc nadtlenki Faza 3: nadtlenki ulegają rozkładowi efektem którego jest powstawanie większej ilości wolnych rodników Efektem końcowym są kwasy organiczne, które atakują powierzchnie metalowe powodując ich degradację.

16 Utlenianie Utlenianie Wzrost temperatury ma wpływ na postępowanie procesu utleniania. Ocenia się, że wzrost temperatury środowiska pracy o 10 C powoduje dwukrotne przyspieszenie procesu utleniania. Tak więc wysokie temperatury pracy w środowisku działającego tlenu wymagają wysokiego poziomu zabezpieczenia przeciw utlenianiu. Jeśli procesy utleniania nie są kontrolowane to prowadzą do rozkładu oleju, co w konsekwencji doprowadza do osłabienia filmu olejowego, formowania się osadów, laków oraz zakwaszenia.

17 Inhibitory rdzy oraz korozji Inhibitory rdzy oraz korozji Rdza oraz korozja stanowią uszkodzenia powierzchni metalowych spowodowane utlenianiem oraz oddziaływaniem kwasów. Podczas pracy maszyny powietrze łączy się z olejem smarowym oraz paliwem, a procesy spalania i rozkładu doprowadzają do tworzenie się wody i kwasów organicznych. Inhibitory rdzy oraz korozji mają za zadanie tworzyć barierę zabezpieczającą metalowe powierzchnie przeciw oddziaływaniu tych szkodliwych czynników. Wyróżniamy dwa typy inhibitorów: Neutralizatory kwasów Najlepiej z tej roli wywiązują się zasadowe detergenty, gdyż neutralizują szkodliwe działanie kwasów. Warstwy ochronne Są to substancje przywierające mocno do powierzchni metalowych tworząc nieprzepuszczalny film, który fizycznie zabezpiecza powierzchnię, jak również chroni przed reakcjami chemicznymi.

18 Dodatki obniżające temperaturę płynięcia oleju. Dodatki obniżające temperaturę płynięcia oleju. Temperatura płynięcia (Pour Point) jest to najniższa temperatura w której ciecz (w tym przypadku olej) pozostaje w stanie płynnym. W przypadku oleju, uogólniając, temperatura płynięcia uzależniona jest od ilości wosku zawartego w oleju, im więcej wosku tym wyższa temperatura płynięcia. W niskich temperaturach woski mają tendencję do separowania się od oleju oraz krystalizowania przechodząc w strukturę siatki. Siatka wyłapuje mniejsze cząsteczki, z czasem doprowadzając olej do stanu stałego. Dodatki obniżające temperaturę płynięcia mają za zadanie opóźnienie separacji wosków oleju mineralnego oraz ich krystalizacji wraz ze spadkiem temperatury otoczenia.

19 Emulgatory oraz Deemulgatory Emulgatory oraz Deemulgatory Emulgatory są to związki chemiczne, które umożliwiają mieszanie dwóch niemieszalnych substancji tworząc emulsję. Mieszanki wody i oleju często stosowane są w aplikacjach przemysłowych. Emulgatory redukują napięcie powierzchniowe wody umożliwiając mieszanie jej z olejem. Deemulgatory stosowane są z kolei w aplikacjach gdzie zanieczyszczenie oleju wodą stanowi problem użytkowy, zapewniają one szybką separację tych dwóch cieczy. Wykorzystuje się je w płynach do automatycznych skrzyń biegów, olejach hydraulicznych, przekładniowych stosowanych w przemyśle.

20 Czynniki przeciw-pienne Czynniki przeciw-pienne Niemal każdy lubrykant pracuje w środowisku narażonym na różnego rodzaju drgania. Te zaś powodują, że dana ciecz absorbuje powietrze, co z kolei umożliwia wytwarzanie piany. Intensywne pienienie się oleju powoduje: 1) nieefektywne smarowanie urządzenia 2) degradację oleju poprzez jego utlenianie Rodzaj wytwarzanej piany uzależniony jest od lepkości oleju oraz napięcia powierzchniowego. niższa lepkość i niższe napięcie powierzchniowe ułatwiają tworzenie się piany lecz z drugiej strony łatwiej ją zwalczyć ( bąble są duże i mniej trwałe). w przypadku olejów o wyższej lepkości i wyższym napięciu powierzchniowym piana powstaje później lecz jest trwała (duża ilość małych bąbelków ) co za tym idzie jej neutralizacja nie jest łatwa. Należy dodać, że obecność dużej ilości powierzchniowo - aktywnych substancji, takich jak detergenty i dyspergatory stanowi ułatwienie dla tworzenia się piany.

21 Czynniki przeciw-pienne Czynniki przeciw-pienne Dodatki anty-pienne powstrzymują tworzenie się piany poprzez oddziaływanie na napięcie powierzchniowe cieczy (oleju), wspierają separację pęcherzyków od powierzchni oleju. Dodatki anty-pienne charakteryzują się ograniczoną rozpuszczalnością, są zatem dodawane do oleju w stanie rozproszonym. Ich skuteczność jest wystarczająca już w bardzo małych dawkach, od 5 do 150 cząstek na milion.

22 Wzmacniacze indeksu lepkości Wzmacniacze indeksu lepkości (VI improvers) Indeks lepkości jest to miara pokazująca zdolność oleju do utrzymania właściwiej lepkości wraz ze wzrostem jego temperatury. Im wyższy indeks lepkości, tym skuteczniej olej utrzymuje lepkość w wysokich temperaturach. Często bywa, iż olej właściwie smaruje maszynę w niskich temperaturach jednak wraz z ich wzrostem spada jego skuteczność. Dzieję się tak ponieważ wyższa temperatura determinuje spadek lepkości oleju, cieńszy film olejowy, a w konsekwencji jego mniejszą trwałość. Problem utrzymania właściwej lepkości oleju wraz ze wzrostem jego temperatury powstał w chwili wprowadzenia do użytku olejów wielosezonowych, których zadaniem jest smarowanie maszyny w niskich (zimowych) temperaturach jak i w wyższych (letnich) temperaturach.

23 Wzmacniacze indeksu lepkości Wzmacniacze indeksu lepkości Podstawową funkcją wzmacniaczy indeksu lepkości jest minimalizowanie zmian lepkości oleju wraz ze wzrostem jego temperatury. W największych ilościach są aplikowane w olejach o niskich lepkościach (0w..,5w..) po to by utrzymać ich walory lepkościowe oraz skuteczność smarowania w wysokich temperaturach. Dodatki tymi są organiczne polimery, które dzięki swej elastyczności wspierają utrzymanie właściwiej lepkości oleju w wysokich temperaturach. VI rozwijają się wraz ze wzrostem temperatury Mają tendencję do ścinania się Konsekwencją ścinania jest utrata lepkości oleju Im lepszy olej, tym lepsze VI zastosowane Penrite stosuje tylko wysokiej jakości VI wysoce odporne na ścinanie (Shear Stable) W olejach 10Tenths Racing Penrite nie stosuje żadnych VI, dzięki temu oleje ten są całkowicie odporne na ścinanie (Shear Free)

24 KONIEC Dziękujemy