Добавка к маслу

Химические соединения, улучшающие смазочные свойства базового масла

Масляные присадки — это химические соединения , которые улучшают смазочные свойства базового масла (или «базового запаса» масла). Производитель многих масел может использовать один и тот же базовый запас для каждой формулы и может выбирать разные присадки для каждого использования. Присадки составляют до 5% от веса некоторых масел. ^[1]

Почти все коммерческие моторные масла содержат присадки, независимо от того, синтетические они или на основе нефти . По сути, только моторные масла Американского института нефти (API) Service SA не содержат присадок, и поэтому они не способны защищать современные двигатели . ^[2] Выбор присадок определяется использованием, например, масло для дизельного двигателя с непосредственным впрыском в пикапе (API Service CJ-4) имеет другие присадки, чем масло, используемое в небольшом подвесном лодочном моторе с бензиновым двигателем на лодке (масло для двухтактного двигателя).

Типы добавок

Масляные присадки жизненно важны для надлежащей смазки и длительного использования моторного масла в современных двигателях внутреннего сгорания . Без многих из них масло загрязнялось бы, разрушалось, вытекало или не защищало бы должным образом детали двигателя при всех рабочих температурах . Не менее важны присадки для масел, используемых внутри коробок передач , автоматических трансмиссий и подшипников . Некоторые из наиболее важных присадок включают те, которые используются для вязкости и смазывающей способности , контроля загрязнений, для контроля химического распада и для кондиционирования уплотнений. Некоторые присадки позволяют смазочным материалам работать лучше в тяжелых условиях, таких как экстремальные давления и температуры, а также высокие уровни загрязнения.

Контроль химического распада

• Моющие присадки, появившиеся в начале 1930-х годов, используются для очистки и нейтрализации примесей в масле, которые обычно вызывают отложения ( масляный шлам ) на жизненно важных деталях двигателя. Типичными моющими присадками являются сульфонаты магния. ^[3]
• Присадки, препятствующие коррозии или ржавчине, замедляют окисление металлов внутри двигателя.
• Антиоксидантные присадки замедляют деградацию масляного сырья путем окисления . Типичными присадками являются органические амины и фенолы .
• Дезактиваторы металлов создают пленку на металлических поверхностях, которая препятствует окислению масла металлом.
• Основания могут использоваться для борьбы с химическим разложением базового масла в присутствии кислот. Когда масло подвергается сдвиговому износу и окислению воздухом и продуктами сгорания, оно будет иметь тенденцию собирать кислоты и увеличивать свое общее кислотное число (TAN). Например, кислоты распада, обнаруженные в отработанном трансмиссионном масле, могут включать карбоциклические кислоты, кетоны, сложные эфиры и побочные продукты нитрования и сульфатирования. ^[4] Органические и неорганические основания и моющие средства включены в большинство формулированных масел, как обсуждается в следующем параграфе, поэтому некоторые (но не все) из этих загрязняющих веществ будут нейтрализованы. Деградация и долговечность трансмиссионного масла можно измерить по его TAN.

Химическая структура диалкилдитиофосфата цинка, типичного противоизносного агента, встречающегося во многих моторных маслах.

• Щелочные присадки используются для нейтрализации кислот, упомянутых ранее, а также помогают предотвратить образование сульфатов в рабочем масле. Сформированное масло часто будет иметь KOH ( гидроксид калия ), сильное основание, в небольших количествах, так как это эффективный нейтрализатор, используемый при очистке нефти. ^[5] Присадки, которые выполняют аналогичную функцию в моторном масле, включают сульфонаты магния и кальция, салицилаты и феноляты. ^[4] Это моющие присадки, упомянутые ранее. Чтобы измерить щелочной потенциал сформулированного масла, его испытывают, чтобы получить эквивалентное количество KOH, чтобы получить общее щелочное число масла (TBN) с единицами мг KOH на грамм масла. По мере деградации пакета присадок TBN будет уменьшаться до тех пор, пока моторное масло не потребуется заменить. Дальнейшее использование масла приведет к образованию шлама, лака и коррозии металла. ^[4] Важным измерением деградации и долговечности моторного масла является его TBN относительно нового масла.

Для вязкости

• Модификаторы вязкости повышают вязкость масла при повышенных температурах, улучшая его индекс вязкости (VI). Это борется с тенденцией масла к разжижению при высокой температуре. Преимущество использования менее вязкого масла с улучшителем VI заключается в том, что оно будет иметь улучшенную текучесть при низких температурах, а также будет достаточно вязким для смазки при рабочей температуре . Большинство всесезонных масел содержат модификаторы вязкости . Некоторые синтетические масла разработаны для соответствия многосезонным спецификациям без них. Модификаторы вязкости часто представляют собой пластиковые полимеры. Практически все масла требуют определенного диапазона вязкости в качестве рабочей жидкости, поэтому вязкость является основным фактором, определяющим, приемлемо ли масло для двигателя. По мере того, как масла деградируют в результате использования, их вязкость будет снижаться, что в конечном итоге потребует их замены.
• Депрессорные присадки улучшают текучесть масла при более низких температурах .

Для смазывающей способности

• Модификаторы трения или понизители трения, такие как дисульфид молибдена , используются для повышения экономии топлива двигателя за счет снижения трения между движущимися частями. ^[6] Модификаторы трения изменяют смазывающую способность базового масла. Исторически использовался китовый жир . ^[7] В ^[8] показано, как использование антифрикционных присадок может повысить энергоэффективность двигателя.

Наночастицы хлопьев из масляной добавки TriboTEX. Изображение, полученное с помощью электронного микроскопа, показывающее наномасштаб.

• Противозадирные средства прилипают к металлическим поверхностям, не давая им соприкасаться даже при высоком давлении .
• Противоизносные или ингибирующие износ присадки создают пленку вокруг металлических деталей, помогая удерживать их разделенными. Обычно используются диалкилдитиофосфат цинка ^[9] или дитиофосфаты цинка .
• Наночастицы , которые создают алмазоподобные углеродные покрытия, которые улучшают встраиваемость и могут достигать суперсмазочных свойств . Технология разработана совместно с Аргоннской национальной лабораторией и Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией и является основой продукта TriboTEX. ^[10] Способность этой технологии уменьшать и даже восстанавливать износ была описана в журнале NASA Spinoff Magazine. ^[11]
• Неорганические наночастицы дисульфида вольфрама фуллереноподобного (IF-WS2) с полой сферической ( фуллереноподобной ) морфологией обеспечивают экстремальную смазывающую способность , антифрикционные свойства и высокую ударопрочность (до 35 ГПа). Частицы IF-WS2 были обнаружены профессором Решефом Тенне в Институте науки Вейцмана . В отличие от стандартных смазочных добавок, которые имеют пластинчатую структуру с умеренными трибологическими свойствами, частицы IF-WS2 имеют десятки замкнутых концентрических слоев, что делает эти частицы превосходными при экстремальном давлении или нагрузке. Частицы IF-LWS2 доступны в форме сухого порошка , а также в виде дисперсии в масле, воде и растворителе . Эти дисперсии используются в формулах различных смазок , смазок , жидкостей для металлообработки , покрытий , красок и полимеров .

Изображение в ПЭМ группы наночастиц научного класса, произведенных Nanotech Industrial Solutions. Обратите внимание на почти сферическую форму и наличие полого ядра.

Для контроля загрязнений

• Металлические частицы, высвобождаемые при износе, являются непреднамеренными и нежелательными присадками к маслу. Большинство крупных металлических частиц и примесей удаляются на месте с помощью магнитов или масляных фильтров .
• Диспергаторы удерживают загрязняющие вещества (например, сажу ) во взвешенном состоянии в масле, предотвращая их коагуляцию .
• Антипенные присадки (пеногасители) препятствуют образованию пузырьков воздуха и пены в масле, что может привести к потере смазки , образованию язв и коррозии в местах контакта вовлеченного воздуха и продуктов сгорания с металлическими поверхностями.
• Противотуманные агенты предотвращают распыление масла. Типичные противотуманные агенты — силиконы. ^[1]
• Модификаторы кристаллов воска — это депарафинизирующие добавки, которые улучшают способность масляных фильтров отделять воск от масла. Этот тип добавок применяется при очистке и транспортировке масла, но не для разработки смазочных материалов.

По другим причинам

• Кондиционеры уплотнений вызывают разбухание прокладок и уплотнений, что снижает утечку масла. Обычно они встречаются в моторных маслах с «большим пробегом».

Присадки на вторичном рынке и споры

Моторное масло производится с многочисленными присадками, а также существуют присадки для вторичного рынка . Вопиющее несоответствие присадок для вторичного рынка, продаваемых на массовом рынке, заключается в том, что они часто используют присадки, чуждые моторному маслу. С другой стороны, продаются также коммерческие присадки, предназначенные для увеличенных интервалов замены (для замены отработанных присадок в отработанном масле) или для создания масел на месте (для создания индивидуального моторного масла из базового масла). Коммерческие присадки идентичны присадкам, содержащимся в готовом моторном масле, в то время как присадки для массового рынка содержат немного того и другого.

Хотя ПТФЭ, твердое вещество, использовалось в некоторых присадках к маслам на вторичном рынке, некоторые пользователи говорили, что ПТФЭ слипается, засоряя фильтры. Некоторые люди ^{[ кто? ]} в 1990-х годах сообщили, что это было подтверждено НАСА ^[12] и университетами США. ^[13] Однако, если частицы ПТФЭ меньше тех, которые, по-видимому, использовались в 1980-х и 1990-х годах, то ПТФЭ может быть эффективной смазкой в ​​суспензии. ^[14] Размер частицы и многих других взаимосвязанных компонентов смазки затрудняют делать общие заявления о том, полезен или вреден ПТФЭ. Хотя ПТФЭ называют « самым скользким веществом, известным человеку », ^{[15] [16]} он вряд ли принесет какую-либо пользу, если останется в масляном фильтре .

Некоторые массовые присадки к моторному маслу, особенно те, которые содержат ПТФЭ / тефлон (например, Slick 50) ^[17] и хлорированные парафины (например, Dura Lube ), ^[18] вызвали серьезную негативную реакцию потребителей; Федеральная торговая комиссия США расследовала многие массовые присадки к моторному маслу в конце 1990-х годов. Хотя нет никаких оснований утверждать, что все присадки к маслу, используемые в упакованном моторном масле, хороши, а все присадки к маслу для вторичного рынка плохи, в индустрии вторичного рынка наблюдается тенденция делать необоснованные заявления относительно эффективности их присадок к маслу. Эти необоснованные заявления заставили потребителей поддаться соблазну добавить в свои двигатели бутылку химикатов, которые не снижают выбросы, не улучшают износостойкость, не понижают температуру, не повышают эффективность или не продлевают срок службы двигателя больше, чем (гораздо более дешевое) масло. Многие потребители убеждены, что присадки к моторному маслу для вторичного рынка работают, но многие потребители убеждены, что они не работают и на самом деле вредны для двигателя. Эта тема активно обсуждается в Интернете .

Смотрите также

• Топливная присадка
• Добавка к бензину
• Анализ масла  – Лабораторный анализ свойств и загрязняющих веществ смазочных материалов на масляной основе.
• Трибология , наука о трении, смазке и износе

Ссылки

1. Thorsten Bartels et al. «Lubricants and Lubrication» в Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005, Weinheim. doi :10.1002/14356007.a15_423
2. «Руководство API по моторным маслам, 2006» (PDF) .
3. Chevron Oronite
4. "TAN & TBN - Spectro Scientific". www.spectrosci.com .
5. «Гидроксид калия в нефтегазовой промышленности — Continental Chemical».
6. Роджер Ф. Себеник и др. «Молибден и соединения молибдена» в Энциклопедии химической технологии Ульмана 2005; Wiley-VCH, Weinheim. doi :10.1002/14356007.a16_655
7. Китовый жир dexron Turbo hydra-matic 350 Рон Сешнс], стр. 20.
8. Митрофанов, Александр; Проскурин, Аркадий; Познанский, Андрей; Зивенко, Алексей (31 августа 2023 г.). «Определение влияния антифрикционной присадки на мощность механических потерь в роторно-поршневом двигателе». Восточно-Европейский журнал корпоративных технологий . 4 (1 (124)): 28–34. дои : 10.15587/1729-4061.2023.284500 . ISSN  1729-4061.
9. "ZDDP Engine Oil - Mustang Monthly". Mustang 360. Архивировано из оригинала 2009-09-12 . Получено 2010-06-27 .
10. Чанг, Цюин; Руденко, Павел; Миллер, Дин Дж.; Вэнь, Цзяньго; Берман, Диана; Чжан, Юэпэн; Арей, Брюс; Чжу, Цзыхуа; Эрдемир, Али (2017). «Операндо-формирование сверхнизкофрикционной граничной пленки из синтетической добавки гидроксида магния и кремния». Tribology International . 110 : 35–40. doi : 10.1016/j.triboint.2017.02.003 . ISSN  0301-679X.
11. «Нанотехнологии устраняют повреждения двигателей автомобилей». Спин-офф НАСА . 2020.
12. В исследовательском отчете NASA якобы говорится о присадках к маслу ПТФЭ: «В рассмотренных нами типах контакта поверхностей подшипников мы не увидели никакой пользы. В некоторых случаях мы увидели вредный эффект. Твердые частицы в масле имеют тенденцию накапливаться на входах и действуют как плотина, которая просто блокирует поступление масла. Вместо того чтобы помогать, они фактически лишают детали смазки». Источник этой цитаты неизвестен, но сама цитата появляется в журнальной статье, указанной ниже.
13. См. статью Фреда Рау в журнале Road Rider Magazine (теперь Motorcycle Consumer News ) от августа 1992 года, которая была многократно переиздана, а также см. oilsfilters.htm для современного обсуждения.
14. См. Нанофлон, ПТФЭ, который достаточно мал для суспензии в смазочных материалах и используется в коммерческих целях для этой цели.
15. Презентация книги «ПТФЭ: мощная смола, хорошо хранимый секрет» Оуэна Хитвола, апрель 1981 г., для QMI.
16. "Edwards Engines - Технические характеристики продукции". 24 февраля 2010 г. Архивировано из оригинала 24 февраля 2010 г.
17. Quaker State урегулировал обвинения FTC против Slick 50 за 10 миллионов долларов США в 1997 году.
18. Dura Lube урегулировала обвинения FTC. Архивировано 15 января 2013 г. в Wayback Machine , выплатив 2 миллиона долларов США в качестве возмещения ущерба потребителю в 2000 году.

Внешние ссылки

• Группа по присадкам к маслам Американского химического совета связывается с производителями присадок к маслам.
• Как работают присадки. Ссылка на производителей присадок к маслу.