1 Вязкостно-температурные характеристики
С повышением температуры вязкость масла понижается. Характер изменения вязкости выражается параболой. Такая зависимость неудобна для экстраполяции для расчетов вязкости. Поэтому кривую зависимости вязкости от температуры строят полулогарифмических координатах, в которых эта зависимость приобретает практически прямой характер.
Индекс вязкости VI (viscosityindex) - это эмпирический, безразмерный показатель для оценки зависимости вязкости масла от температуры. Чем выше численное значение индекса вязкости, тем меньше вязкость масла зависит от температуры и тем меньше наклон кривой.
Масло с более высоким индексом вязкости имеет лучшую текучесть при низкой температуре (запуск холодного двигателя) и более высокую вязкость при рабочей температуре двигателя. Высокий индекс вязкости необходим для всесезонных масел и некоторых гидравлических масел (жидкостей). Индекс вязкости определяется (по стандартам ASTM D 2270, DIN ISO 2909) при помощи двух эталонных масел. Вязкость одного из них сильно зависит от температуры (индекс вязкости принимается равным нулю, VI=0), а вязкость другого - мало зависит от температуры (индекс вязкости принимается равным 100 единиц, VI =100).. При температуре 100°С вязкость обоих эталонных масел и исследуемого масла должна быть одинаковой. Шкала индекса вязкости получается делением разницы вязкостей эталонных масел при температуре 40°С на 100 равных частей. Индекс вязкости исследуемого масла находят по шкале после определения его вязкости при температуре 40°С, а если индекс вязкости превышает 100, его находят расчетным путем.
Индекс вязкости сильно зависит от молекулярной структуры соединений, составляющих базовые минеральные масла. Наивысший индекс вязкости бывает у парафиновых базовых масел (около 100), у нафтеновых масел - значительно меньший (30 - 60), у ароматических масел - даже ниже нуля. При очистке масел их индекс вязкости, как правило, повышается, что в основном связано с удалением из масла ароматических соединений. Высоким индексом вязкости обладают масла гидрокрекинга. Гидрокрекинг является одним из основных методов получения масел с высоким индексом вязкости. Высокий индекс вязкости у синтетических базовых масел: у полиальфаолефинов - до 130, у полиэтиленгликолей - до 150, у сложных полиэфиров - около 150. Индекс вязкости масел можно повысить введением специальных присадок - полимерных загустителей.
1 Вязкостные свойства масел
Кинематическая и динамическая вязкости масел
Вязкость (viscosity). Вязкость - это внутреннее трение или сопротивление течению жидкости. Вязкость масла, во-первых, является показателем его смазывающих свойств, так как от вязкости масла зависит качество смазывания, распределение масла на поверхностях трения и, тем самым, износ деталей. Во-вторых, от вязкости зависят потери энергии при работе двигателя и других агрегатов. Вязкость - основная характеристика масла, по величине которой частично делается выбор масла для применения в конкретном случае.
Вязкость масла зависит от химического состава и структуры соединений, составляющих масло, и является характеристикой масла как вещества. Кроме этого, вязкость масла также зависит и от внешних факторов - температуры, давления (нагрузки) и скорости сдвига, поэтому рядом с числовым значением вязкости всегда должны указываться условия определения вязкости.
Условия работы двигателя определяют два основных фактора, влияющих на определение вязкости - температура и скорость сдвига.
Вязкость масел определяется при температурах и скоростях сдвига, близких к реальным при эксплуатации. Если масло должно работать при низкой температуре(даже в течении короткого времени), то при этой же температуре должны быть определены и eго вязкостные свойства. Например, на все автомобильные масла, предназначенные для применения зимой, должны приводиться низкотемпературные характеристики.
Характеристики низкотемпературной вязкости:
-
максимальная низкотемпературная вязкость, обеспечивающая запуск холодного двигателя (maximumlow-temperaturecrankingviscosity), определяется при помощи имитатора запуска холодного двигателя CCS(Cold CrankingSimulator) (ASTM D 5293);
-
максимальная низкотемпературная вязкость, обеспечивающая прокачиваемость маслав двигателе (maximum low-temperaturepumping), определяется при помощи мини-ротационного вискозиметра MRV(Mini-Rotary Viscometer) по методу ASTM D 4684;
-
в качестве дополнительной информации о низкотемпературной вязкости, могут быть определены граничная (предельная) температура прокачивания по ASTM 3829 (borderlinepumpingtemperature) и вязкость при низкой температуре и низкой скорости сдвига (lowtemperature, lowshearrateviscosity), так называемая тенденция к желеобразованию или индекс желирования (gelationindex). Определяется на сканирующем вискозиметре Брукфильда по методике ASTM D 51: (ScanningBrookfieldmethod);
-
фильтруемость (filterability) моторных масел при низкой температуре показывает тенденцию образования твердых парафинов или других неоднородностей, приводящих к закупориванию масляного фильтра. Некоторое влияние на фильтруемость может оказать наличие воды в холодном масле. Фильтруемость моторных масла определяется по стандарту "General Motors" GM 9099P "Тест на определение фильтруемости моторного масла"(EngineOilFilterabilityTest-EOFT) и оценивается как снижение потока в %.
Характеристики высокотемпературной вязкости:
-
Кинематическая вязкость, определяемая на стеклянном капиллярном вискозиметре при 100°С и низкой скорости сдвига (ASTM D 445).
-
Вязкость при высокой температуре и высокой скорости сдвига HTHS, определяемая при температуре 150°С и скорости сдвига 106 с-1 Определяется: в Америке - с помощью имитатора конического подшипникаTBS(TaperedBearingSimulator) (рис. 2.36) по методике ASTM D 4683, а в Европе - на вискозиметре Равенфильда иликонической пробке ТВР, аналогичной конструкции (RavenfieldViscometer, Tapered-PlugViscometer), по методикам СЕС L-36-A-90 или ASTM D 4741;
-
Стабильность к сдвигу (shearstability) - это способность масла сохранять стабильную вязкость при продолжительном воздействии высокой деформации сдвига. Определяется: в Европе с помощью насос-форсунки Бош (Boschinjector), через которую 30 раз пропускается нагретое до 100°С масло и измеряется снижение вязкости (СЕС L-14-A-88), в Америке - также (ASTM D 6278) или в стендовом бензиновом двигателе CRC L-38 после 10 часовой работы (ASTM D 5119).
Зависимость вязкости от давления
При повышении давления, уменьшается объем и усиливается взаимное притяжение молекул и увеличивается сопротивление течению, вязкость масла увеличивается. При повышении температуры имеет место противоположный процесс и вязкость масла уменьшается.
При низкой температуре и высоком давлении вязкость масла в зацеплении шестерен, может увеличиться настолько, что масло станет твердой пластичной массой. Это явление оказывает определенное положительное действие, так как масло в пластичном состоянии не вытекает из зазора сопряженных поверхностей и уменьшает влияние ударных нагрузок на детали.
1 Зольность
Зольность (ashcontent) - это количество золы, образующееся при сгорании масла. Чистое свежее масло без присадок должно сгорать без остатка. Образование золы из масла без присадок является показателем его засоренности. Присадки в товарном масле значительно увеличивают зольность. Зольность определяется путем сжигания установленного количества масла в открытом тигле с последующим прокаливанием остатка и выражается в процентах от начальной массы масла (ISO 6245, EN 7, DIN EN 7, ASTM D 482, ГОСТ 1461-75).
Сульфатная зольность (sulfatedash) - это показатель содержания присадок, в основном органических соединений металлов. Золу составляют продукты окисления органических соединений металлов - окиси (например, BaO, CaO, MgO) и сульфаты металлов (например, BaSO4, CaSO4, MgS04). Для сравнения зольности разных масел, все окиси металлов переводятся в сульфаты. Масло нагревается до образования твердого углеродистого остатка, который обрабатывается серной кислотой для превращения окисей металлов в сульфаты. Затем сульфаты прокаливаются при температуре 775°С до образования сульфатной золы. Сульфатная зольность для автомобильных масел определяется по стандартам ASTM D 874, ГОСТ 12417-73, DIN51 575 и выражается в процентах от начальной массы масла.
Сульфатная зольность является прямым показателем количества присадок в масле, поэтому присутствие присадок проверяется именно по сульфатной зольности. Довольно высокая сульфатная зольность моторных масел (по сравнению с другими маслами) в основном обусловлена наличием в их составе моющих присадок, содержащих металлы. Эти присадки необходимы для предотвращения отложений на поршнях и придания маслам способности нейтрализовывать кислоты. Излишне зольное масло может приводить к преждевременному воспламенению рабочей смеси из-за образования отложений в камере сгорания, неблагоприятно влиять на работоспособность свечей зажигания, способствовать повышенному износу деталей вследствие абразивного воздействия на поверхности трения.
Сульфатная зольность ограничивается нормативной документацией на производство моторных масел только в Европе (классификация АСЕ А). В моторных маслах для бензиновых двигателей сульфатная зольность не должна превышать 1,5%, для дизельных двигателей малой мощности -1,8% и для дизельных двигателей высокой мощности - 2,0%.
1 Летучесть, испаряемость, потери от испарения масел
Летучесть, испаряемость, потери от испарения (volatility, oillossbyevaporation). Во время работы двигателя, вследствие высокой температуры, наиболее легкие фракции масла улетучиваются. Склонность масла к испарению, согласно требованиям АСЕА, оценивается методом Нок (Noackvolatilitytest, CEC-L-40-A-93, DIN 51 581). По этому методу испарение определяется при температуре масла 250°С в течении 1 часа. В Америке для определения испарения масел бензиновых двигателей используют метод Нок или аналогичный метод воздушной струи (airjettest, ASTM D 972), а также метод вакуумной дистилляции (ASTM D 1160) или хроматографии при температуре 371°С (AST D 2887). Для масел дизельных двигателей (в Америке) обычно определяют общие потери масла в моторных испытаниях (IK, IN, T8) в г/кВтч. Согласно ГОСТ 10306-75 потери испарения определяются пропусканием воздуха через нагретое масло. Испаряемость в чашечке определяется по ГОСТ 20354-74.
1 Коксуемость, склонность к коксованию масел
Коксуемость, склонность к коксованию (cokeability, cokingtendemcarbonization). При достаточно высокой температуре масло разлагается и образуются твердые углеродистые продукты. Термостойкость масла определяется его склонностью к коксованию. Коксование (coking) - это образование твердого кокса при нагревании масла, без доступа кислорода. Коксуемость (cokeability) - склонность масла при нагревании образовывать остаток (после испарения всех летучих фракций) с последующим термическим разложением остатка масла в отсутствии воздуха. Это показатель для чистого масла, так как присадки могут оказывать значительное влияние на коксуемость. Поэтому коксуемость определяется только для базовых масел. Основные методы - метод Конрадсона (DIN 51 551, ГОСТ 19932-74), который больше применяется в Европе и Рамсботтома(Ramsbottom) (ISO 4262) - в Америке. Коксуемость также можно определить по стандартам ГОСТ 8852-74, DIN 51551
