co znajduje się w oleju -...

Co znajduje się w oleju ?

K w i e c i e ń 2 0 1 4

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.

Zastosowanie

Kompozycja oleju

Olej bazowy: 75%-95%

Pakiet dodatków: 8%-15%

Różne oleje wymagają różnej zawartości dodatków, w zależności od klasy lepkości,

specyfikacji które powinien spełniać olej oraz typu oleju.

VI ulepszacz (tzw. ulepszacz

indeksu lepkości): 5%-10%

Pakiet dodatków

Detergenty: 21%

Czynniki przeciw-zużyciowe: 10%

Modyfikatory tarcia: 4%

Inhibitory (czynniki hamujące utlenianie):

3%

Depresatory płynięcia (w niskich

temperaturach): 1%

Inne (m.in. przeciw rdzewieniu, przeciw-

pienne): 1%

Dyspergatory (rozpraszacze): 60%

Struktura dodatków w oleju silnikowym – przykład

W zależności od typu oleju oraz jego wymagań, struktura zawartości dodatków może zmieniać się znacząco.

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.

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.

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.

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.

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


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

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.


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.


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.

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.

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.


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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.



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.

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.

• 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)


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.

W olejach 10Tenths Racing Penrite nie stosuje żadnych VI, dzięki temu

oleje ten są całkowicie odporne na ścinanie (Shear Free)


KONIEC

Dziękujemy

co znajduje się w oleju -...

Documents