Пути улучшения вязкостных свойств минеральных масел

Моторные и некоторые индустриальные масла работают в весьма широком диапазоне температур. Надежность и постоянство режима смазки машин, в первую очередь двигателей внутреннего сгорания, зависят от малой изменяемости вязкости смазочных масел с температурой. Нефтескладские и транспортные операции с маслами задерживаются и усложняются вследствие снижения подвижности масел на холоду. Малая подвижность масел при низких температурах вызывает значительные трудности при запуске авиационных и автомобильных двигателей в зимнее время. Улучшение вязкостных свойств масел сводится к уменьшению зависимости вязкости от температуры и повышению текучести масел при низких температурах.

А. Уменьшение зависимости вязкости от температуры. Загущающие

присадки

Можно отметить следующие пути получения смазочных масел с малым для заданного уровня вязкости температурным коэфи-циентом: 1) загущение масел высокомолекулярными присадками; 2) компаундирование масляных фракций, сильно различающихся по вязкости; 3) очистка масел и удаление компонентов с плохими вязкостно-температурными свойствами; 4) синтез масел с пологой температурой кривой вязкости и компаундирование их с обычными маслами; 5) добавление к маслам сантопура и некоторых других присадок, снижающих температуру застывания.

Влияние загущающих присадок на минеральные масла. Первый путь основан на различии температурной зависимости вязкости вязких и маловязких масел., последние обладают более пологой вязкостно-температурной кривой. Исходя из этих соображений, П. П. Кобеко и Н. И. Шишкин сформулировали общий принцип получения вязких масел с малым температурным коэфициентом вязкости, заключающийся в загущении маловязких масел высокомолекулярными добавками. Вязкость (уровень вязкости) таких растворов зависит от свойств и концентрации добавки , а ход вязкостно-температурной кривой —от свойств растворителя, т. е. маловязкого масла. Высокомолекулярная добавка должна быть значительно более вязкой, чем загущенные масла. Она должна образовывать с ним истинный стабильный раствор и по крайней мере не ухудшать основных технически важных свойств масел. На практике применяют следующие три группы добавок: 1) продукты полимеризации изобутиленов; 2) продукты вольтолизации минеральных и растительных масел, получивших название вольтол или элек-трион; 3) продукты полимеризации эфиров метакриловой кислоты —акрилоиды . Их можно объединить под общим названием загущающие присадки.

Полиизобутилены выпускаются в чистом виде или в смесях с маслом. У нас в Советском Союзе их синтез разработан С. С. Наметкиным и М. Г. Руденко и позднее С. М. Вайн-штейном и А. И. Динцисом . Первые авторы называют свой продукт суперол, вторые —изол. Американский препарат называется эксанол. Присадка паратон представляет собой 20%-ный раствор эксанола в пенсильванском машинном масле. В Германии изготовляется препарат, аналогичный эксанолу и называющийся опанолом.

Состав и структура всех этих присадок близки между собой (табл. 41). Различаются они молекулярным весом и связанными с ним свойствами. Молекулярный вес полиизобутиленов зависит от температуры, при которой проводится полимеризация; при прочих равных условиях чем ниже температура, при которой осуществляется этот процесс, тем выше молекулярный вес полимера. У присадок, применяемых на практике, молекулярный вес составляет 4000—32 000.

Вязкость раствора полиизобутилена в масле растет с повышением концентрации и молекулярного веса полимера (фиг. 89). Автор совместно с Н. Г. Пучковым показали, что относительная вязкость растворов подчиняется следующему уравнению:

где М—молекулярный вес присадки; С— ее концентрация; Кг и /С2 — постоянные величины.

Уравнение (VI, 14) применимо для растворов, содержащих до 8—10% полиизобутилена с молекулярным весом не выше 10 000 и до 3—5% с молекулярным весом 10 000—35 000. Постоянные этого уравнения связаны с химической природой и вязкостью минерального масла. В первом приближении для однотипных по составу масел р обратно пропорционально v0 . Масла из нефтей парафинового основания дают меньшее повышение вязкости при добавлении полиизобутиленов, чем масла из нефтей нафтенового и асфальтового оснований .

Вязкостно-температурные кривые масел, загущенных поли-изобутиленами, круче, чем аналогичные кривые исходных масел, но значительно более пологие, чем кривые равновязких при заданной температуре незагущенных масел. Если загустить масло до

постоянной вязкости при 100 или 50° или какой-либо иной температуре добавками этого типа, то вязкостно-температурная кривая будет тем более пологой, чем выше молекулярный вес добавки . Это понятно, если учесть, что для получения одинаковой вязкости низкомолекулярную присадку необходимо добавлять в большем количестве, чем высокомолекулярную м. уравнение (VI, 15)]. Полиизобутилено-вые добавки улучшают вязкостно-температурные свойства маловязких масел в большей степени, чем высоковязких .

Изучение низкотемпературных свойств масел с добавками полиизобугиленов показало, что эти присадки снижают предельное напряжение сдвига; при этом предел текучести возрастает с увеличением молекулярного веса полимера .

Целесообразность применения загущающих присадок к отечественным маслам была впервые показана К. К. Папок и Л. И. Саранчук . Обстоятельные исследования Н. Г. Пучкова и сотрудников установили, что эти присадки с молекулярным весом до 30 000 не ухудшают эксплуатационных свойств масел, в частности, не влияют на способность масел противостоять окислительному воздействию кислорода воздуха и на термоокислительную стабильность, измеренную по методу К. К. Папок.

Эти работы приводят к заключению, что оптимальный моле кулярный вес полиизобутиленов, улучшающих вязкостные свой ства масел, равен 20 000—32 000. Продукты полимеризации с молекулярным весом выше 100 000 имеют малую механическую стабильность, и их растворы в маслах обладают аномалией вяз кости .

Вольтол влияет на вязкостно-температурные свойства масел несколько менее эффективно, чем полиизобутилены , что, повидимому, связано с меньшей величиной его молекулярного веса. С другой стороны, в отличие от полиизобутиленов вольтол является многофункциональной присадкой, улучшающей многие другие свойства масел , в том числе подвижность масел при низких температурах. Отдельные препараты вольтола могут довольно сильно различаться по своим свойствам.