Для (приготовления смазок используют и немыльные загустители. Наибольшее распространение получили такие загустители, как парафин и церезин, «которые при растворении в масле образуют ленточный или игольчатый структурный каркас. Некоторые смазки загущаются специально обработанным силикагелем, органическими и фторуглеродными полимерами, твердыми смазочными веществами -- графитом, дисульфидом молибдена. Наиболее распространенным стабилизатором является вода. Кроме того, роль стабилизатора могут выполнять жирные кислоты, высокомолекулярные спирты, глицерин и некоторые другие поверхностно-активные вещества. Стабилизатор вводится в состав смазки при ее изготовлении или содержится в компонентах, из которых изготавливается смазка, причем количество его может быть весьма невелико и измеряется десятыми и сотыми долями процента. Концентрируясь на границе твердой и жидкой фазы, стабилизатор препятствует уплотнению пористой структуры смазки (агрегированию коллоидных частиц загустителя) и выделению жидкого масла.
Для улучшения качества к смазкам добавляют различные присадки: антиокислительные и антикоррозионные, депрессаторы и другие, причем используются для этой цели те же вещества, которые добавляются к жидким минеральным маслам. Свойства пластичных смазок определяются в большей степени загустителем и в меньшей маслом. Так, например, натриевое мыло придает смазке прочность и тугоплавкость, но растворяется в воде, вследствие чего натриевые смазки разрушаются во влажной среде. Высокой влагостойкостью обладают смазки, приготовленные на кальциевом мыле. Такие смазки не только не боятся воды, но она им даже необходима-- выполняет функцию стабилизатора. Однако смазки, загущенные кальциевыми мылами, неработоспособны при температуре 80--100°С (из-за потери воды мыльный каркас разрушается и масло отделяется). Высокую влагостойкость и хорошие антикоррозионные свойства придают смазке твердые углеводородные загустители (парафин, церезин), но они плавятся при низкой температуре. В большой степени от загустителя зависят предел прочности консистентной смазки, ее антикоррозионные свойства, стабильность.
Некоторые свойства консистентных смазок зависят от входящего в них масла. Так, например, - нижний температурный предел применимости смазок зависит от того, насколько низка вязкость и температура застывания масла. Однако смазки, содержащие маловязкие масла, хуже выдерживают нагрузки. Из-за повышенной испаряемости и недостаточной химической стабильности нефтяных масел приготовленные на их основе смазки непригодны для длительной работы при высоких температурах, в агрессивных средах и вакууме.
Результаты исследований под электронным микроскопом показали, что волокна каждого мыльного загустителя, отличающегося катионом или анионом, имеют присущую только им форму и величину. Концентрация дисперсной фазы, присутствие ПАВ и технология приготовления смазок отражаются на их структуре. В то же время существует взаимосвязь между дисперсностью, анизометричностью кристаллов мыл (отношением их длины к поперечному размеру) и реологическими характеристиками смазок независимо от природы загустителя и других факторов. При повышении дисперсности элементов структурного каркаса, увеличении отношения длины к диаметру или ширине загущающий эффект дисперсной фазы повышается. Дисперсность и анизометричность кристаллов мыл связана с характером структурообразования, который, в свою очередь, зависит от строения молекулы мыла. При повышении дисперсности кристаллов мыла число контактов между элементами структурного каркаса, а также поверхность соприкосновения с дисперсионной средой возрастает. Создаются благоприятные условия для развития различного рода энергетических связей в системе и образования прочных коллоидных структур. Поэтому предел прочности, вязкость, коллоидная стабильность смазок определяются дисперсностью, анизометричностью волокон, образующих их структурный каркас, энергией связи между его элементами и взаимодействием дисперсной фазы смазки с ее дисперсионной средой.
Смазки выделяют в особый класс реологических тел, для которых характерно сочетание хрупкости, обусловленной разрывом жестких связей в каркасе, и пластичности--способности давать неограниченно большие деформации без потери сплошности (течь подобно жидкости) за пределами критической нагрузки. Значение этой нагрузки зависит главным образом от прочности структурного каркаса, а вязкость дисперсионной среды, как правило, играет относительно небольшую роль.
Важная особенность смазок -- быстрое восстановление разрушенных связей между частицами дисперсной фазы и приобретение ими свойств твердого тела после снятия нагрузки (тиксотропные свойства смазок). Она проявляется в уменьшении предела прочности и вязкого сопротивления при механическом воздействии на смазку и в последующем полном или частичном восстановлении этих свойств после снятия нагрузок. Характер такого восстановления зависит от структуры смазок. Структура смазок может быть двух видов: конденсационная, образующаяся после охлаждения расплава и не восстанавливающаяся после снятия механического воздействия, и обратимая (тиксотропная), которая после снятия механического воздействия в большей или меньшей степени восстанавливается. Тиксотропное восстановление структуры очень важно для оценки свойств смазок, особенно предназначенных для открытых узлов трения.
Рис. 6. Обобщенная кривая кинетики тиксотропного разрушения и восстановления пластичных смазок: ун, ук, ув -- напряжение сдвига до механического воздействия, по достижении равновесного значения и после восстановления соответственно; фк , ф0 , фк --отрезки времени, соответствующие концу разрушения, началу восстановления и концу восстановления
Непосредственно после приготовления смазок в них преобладает конденсационная структура с большим числом особо прочных связей. При механическом воздействии часть связей необратимо разрушается, поэтому после прекращения механического воздействия и продолжительного отдыха смазки полностью не восстанавливают свою структуру (рис. 6), т.е. смазки являются тиксолабильными системами. Однако из-за наличия в смазках большого числа менее прочных, но более подвижных связей, способных к очень быстрому (практически мгновенному) восстановлению, сплошность слоя смазки при течении не нарушается, поскольку места разрывов связей успевают «залечиваться».
Исследованиями структуры смазок в поляризованном свете установлена стабильность во времени застывших картин смазок, что характеризует их как слабо релаксирующие тела с резко выраженной способностью тиксотропного восстановления. Для предельно разрушенных систем тиксотропное восстановление связей является результатом сближения дисперсных частиц загустителя на расстояние, на котором действуют межмолекулярные силы при тепловом движении частиц. Учитывая сказанное выше, к смазкам применимы основные положения, присущие течению вязких жидкостей. Такой подход позволяет оценить структурные превращения в смазках в процессе их деформирования.
При обычных температурах и небольших нагрузках смазки сохраняют приданную им форму (не вытекают из мелкой опрокинутой тары), не выбрасываются центробежными силами из открытых и слабо герметизированных узлов трения, не сползают с наклонных и вертикальных поверхностей при нанесении их слоем умеренной толщины. При критической нагрузке, превышающей предел текучести (прочность структурного каркаса обычно равна 50--2000 Па), смазки деформируются и начинают течь как обычные вязкие жидкости. После снятия нагрузки течение смазок прекращается и они приобретают свойства твердого тела.
Смазки отличаются от масел наличием аномального внутреннего трения, их вязкость не описывается законом Ньютона и является функцией не только температуры, но и скорости деформации. Вязкость смазок резко уменьшается при повышении градиента скорости деформации, что также отличает их от масел.
Основные преимущества смазок по сравнению с маслами следующие: способность удерживаться в негерметизированных узлах трения; большая эффективность в работе при одновременном воздействии высоких температур, давлений, ударных нагрузок и переменных режимов скоростей; более высокие защитные свойства от коррозии; повышенная водостойкость; способность обеспечивать лучшую герметизацию узлов трения и предохранять их от загрязнения; значительно меньшая зависимость вязкости от температуры, что позволяет применять их в более широком интервале температур; лучшая смазочная способность; больший ресурс работоспособности и меньший расход. К недостаткам смазок следует отнести более низкую охлаждающую способность, большую склонность к окислению и сложность при использовании в централизованных системах.
Смазки применяют для надежного длительного смазывания узлов трения в случаях, когда применение масел невозможно из-за отсутствия герметичности, при невозможности пополнения узла трения, а также для уплотнения подвижных и неподвижных соединений и защиты узлов трения от коррозии.
В процессе работы смазка подвергается воздействию повышенных температур, скоростей и нагрузок, а также воздействию различных факторов окружающей среды (кислород воздуха, вода, пары коррозионно-активных соединений, радиация и др.)
Задание 5
Назначение жидкостей для гидросистем ЛА, основные требования, предъявляемые к ним. Основные источники сырья для получения гидрожидкостей и их свойства.
Гидравлические системы являются широко распространенными системами, используемыми на летательных аппаратах и в наземных автомобилях. В летательных аппаратах гидравлические системы используются как силовые устройства и приводы в механизмах для уборки и выпуска шасси, тормозных щитков, изменения формы и геометрии крыла, управления двигателями и воздушными винтами.
Условия работы в гидравлических системах весьма сложные (300 кгс/см2 и более), широкий диапазон температур (от --60 до +50--100° С)- оказывают существенное влияние на химический состав гидравлических жидкостей. Жидкости дросселируются с большим перепадом давления через очень малые зазоры, что часто вызывает уменьшение их вязкости.
Жидкость является одним из глазных конструктивных элементов гидравлической системы, от правильного выбора которой зависят высокие технико-экономические показатели последней. В качестве жидкостей для гидросистем в настоящее время используют как продукты, полученные из нефти, так и синтетические вещества. Для того чтобы жидкость обеспечивала требуемую надежность и долговечность работы системы, она должна обладать соответствующими эксплуатационными свойствами и удовлетворять требованиям.
Конкретные требования определяются условиями, в которых жидкость должна работать.
Общие требования и свойства. Основная функция рабочих жидкостей (жидких сред) для гидравлических систем -- передача механической энергии от ее источника к месту использования с обеспечением изменения величины или направления приложенной силы. Гидравлический привод не может действовать без жидкой рабочей среды, являющейся необходимым конструкционным элементом любой гидравлической системы. В постоянном совершенствовании конструкций гидравлических приводов отмечаются следующие тенденции:
повышение рабочих давлений и связанное с этим расширение верхних температурных пределов эксплуатации рабочих жидкостей;
сокращение общей массы привода или увеличение отношения передаваемой мощности к массе, что обусловливает более интенсивную эксплуатацию рабочей жидкости;
уменьшение рабочих зазоров между деталями рабочего органа, выходной и приемной полостей гидравлической системы, что ужесточает требования к чистоте рабочих жидкостей (или ее фильтруемости при наличии фильтров в гидравлических системах).
С целью удовлетворения требований, продиктованных указанными тенденциями развития гидравлических приводов, современные рабочие жидкости для них должны:
· иметь оптимальный уровень вязкости и хорошие вязкостно-температурные характеристики в широком диапазоне температур, т. е. высокий индекс вязкости, или пологую вязкостно-температурную кривую;
· отличаться высоким антиокислительным потенциалом, а также термической и химической стабильностью, обеспечивающими, длительную бессменную работу жидкости в гидравлической системе;
· защищать детали гидравлического привода от коррозии;
· обладать хорошей фильтруемостью;
· иметь необходимые деаэрирующие, деэмульгирующие и антипенные свойства;
· характеризоваться высокой смазочной способностью, необходимым противозадирным и противоизносным потенциалом;
· быть совместимыми с резинами, эластомерами и другими уплотнительными материалами.
Жидкости для гидросистем ЛА подразделяются на минеральные, смесевые и синтетические.
Большинство массовых сортов гидравлических масел вырабатывают на основе хорошо очищенных базовых компонентов, получаемых из рядовых нефтяных фракций с использованием современных технологических процессов экстракционной и гидрокаталитической очистки. Наряду с этим ряд низкозастывающих маловязких гидравлических масел получают глубокой сернокислотной очисткой (деароматизацией) легких фракций уникальных малопарафиновых нефтей нафтенового основания.