Пути улучшения реологических свойств смазок

Соответствие реологических свойств смазок техническим требованиям, вытекающим из условий их применения, зависит прежде всего от природы и концентрации загустителя. Перед технологией консистентных смазок не стоит вопрос об улучшении их свойств путем загущения или разжижения присадками или компаундированием, как это имеет место в отношении минеральных масел . Тем не менее проблема улучшения реологических свойств консистентных смазок столь же актуальна. В первую очередь она включает следующие вопросы: 1) повышение загущающей способности загустителей для экономии жиров и других ценных компонентов смазок; 2) стабилизация реологических свойств смазок во времени и после механического воздействия; 3) уменьшение зависимости реологических свойств от температуры.

Повышение загущающей способности загустителей. Изучение влияния загустителей на реологические свойства смазок позволяет сделать вывод, что эти свойства в общем виде зависят от объема структуры загустителя и прочности связи элементов его структуры. Объем структуры определяет кажущуюся вязкость смазок и оказывает некоторое влияние на пенетрацию. Предельное напряжение сдвига, модуль упругости и зависимость структурной вязкости от градиента скорости течения являются функциями прочности связи элементов структуры. Как отмечалось выше , предельное напряжение сдвига было выбрано в качестве меры прочности структуры. Влияние обоих этих факторов на вязкость и другие реологические свойства вытекает также из общего учения о механических свойствах дисперсных систем  и растворов .

Отсюда следует, что улучшение реологических свойств смазок заключается прежде всего в получении оптимальной структуры смазок. Загущающая способность загустителей растет с увеличением дисперсности (иными словами, числа элементов структуры), объема сверхмицеллярной структуры и сил сцепления частиц в структуре.

Размеры кристаллов парафина в маслах зависят от температуры кристаллизации, скорости охлаждения, вязкости масла и поверхностно активных компонентов смазки.

Наши определения показывают, что чем ниже температура кристаллизации и чем выше скорость охлаждения, тем мельче кристаллы парафина в маслах.

Приготовленные в одинаковых условиях 2%-ные взвеси парафина в очищенном медицинском вазелиновом масле нагревались при 60° в течение15 мин., переносились в термостат и выдерживались в течение суток при 37° и при 0°-В первом случае средняя длина кристаллов равнялась 9,5 ц, во втором 3,7 ц. В соответствии с этим при 20° и градиенте скорости течения, равном 1—-2 сек.-1, кажущаяся вязкость взвеси, выдерживавшейся при 0°, была на 40% выше, чем у взвеси, выдерживавшейся при 37°. Если охлаждение от 60° до 0 производилось со скоростью 1° в минуту, то длина кристаллов увеличивалась до 4,1 ц и при скорости 1° в 5 мин. —до 5,6 /.

Т. П. Жузе установила, что некоторые поверхностно активные вещества, в частности парафлоу и сантопур, уменьшают линейную скорость кристаллизации парафинов.

Известно, что размер кристаллов определяется соотношением меисду скоростью образования зародышей и скоростью роста кристаллов (см., например, ). Если первая значительно больше второй, то кристаллы получаются мелкими и в большом количестве. Температура, вязкость, поверхностно активные вещества, влияя на скорость роста кристаллов, смещают это соотношение. Увеличение вязкости масла резко снижает скорость кристаллизации вследствие замедления поступления кристаллизующегося вещества к зародышу (у стекол это наблюдалось М. П. Воларовичем и А. А. Леонтьевой ). Повышение вязкости среды способствует также искажению формы кристаллов .

Факторы кристаллизации мыл в маслах менее исследованы, чем кристаллизация парафинов, но можно думать, что они подчиняются аналогичным закономерностям. Ликата нашел сим-батное изменение консистенции алюминиевых смазок с изменением скорости охлаждения. И. П. Лукашевич установила, что быстро охлажденные натровые смазки более консистентны, чем медленно охлажденные.

У мыл, так же как у лиофильных коллоидов, трудно провести резкую границу между факторами, действующими на размер частиц и объем сверхмицеллярной структуры. Все факторы, пепти-зирующие взвеси частиц, а следовательно, разрыхляющие структуру, повидимому, способствуют ее диспергированию, и наоборот.

Выше было показано, что сильными пептизирующими агентами мыл в маслах являются жирные кислоты и вода. Они нашли практическое применение для стабилизации и улучшения структуры и реологических свойств смазок. Однако пользоваться ими можно только в ограниченных пределах, чтобы избежать повышения коррозионной активности смазок.

В литературе описаны нейтральные пептизаторы; так, изобути-ловый и в меньшей степени изопропиловый спирты уменьшают синерезис мыльно-масляных гелей . Аналогичным образом действуют некоторые мыла, различающиеся валентностью основания, но имеющие одинаковый анион с пептизируемым мылом, В частности, двухвалентные мыла влияют на предельное напряжение сдвига и желатинирующую способность одновалентных мыл .

Набухание мыла в масле является первым этапом его пептизации, поэтому все факторы, вызывающие набухание (температура, разбавление и др.), будут оказывать пептизирующее действие. Установлено , что пенетрация натровых смазок уменьшается с повышением температуры их варки. Из практики мазе-варения известно, что длительное перемешивание смазок при повышенной температуре способствует более полному набуханию мыл в маслах и обеспечивает однородную структуру смазок.

Прочность связи частиц в структуре смазок возрастает под влиянием щелочей, электролитов, этилового, нормального про-пилового и некоторых других спиртов . Первые два вещества оказывают коагулирующее влияние на мыла, что подтверждается увеличением склонности смазок к синерезису в их присутствии.

Прямые измерения прилипания частиц парафина к твердым поверхностям показывают, что сила сцепления частиц парафина не зависит от вязкости масла, в котором они взвешены. Эта сила может быть увеличена такими добавками, как парафлоу и сантопур.

П. А. Ребиндер с сотрудниками установили, что малые добавки мыла и других поверхностно активных веществ вызывают повышение прочности связи частиц в структуре (фиг. 115). В больших концентрациях они могут сильно понижать прочность структуры до полного разжижения смазки.

Пептизирующие агенты разрыхляют структуру и снижают прочность связи частиц, в то время как коагулирующие, усиливая сцепление частиц, увеличивают компактность структуры. Наиболее благоприятная структура смазок может получаться при оптимальных концентрациях пептизаторов или коагуляторов. Величина этого оптимума зависит от состава загустителей и природы агентов, трансформирующих структуру.