CC BY
24
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
УДК 621.43-4
ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИНТЕТИЧЕСКОГО МОТОРНОГО МАСЛА MOBIL SUPER
3000 5W-40 SJ/SL/SK/CF
INFLUENCE PRELIMINARY INCUBATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE SYNTHETIC MOTOR OIL MOBIL SUPER 3000 5W-40 SJ/SL/SK/CF
Рябинин Александр Александрович,
аспирант, e-mail: [email protected] Ryabinin Alexander, graduate student
Сибирский федеральный университет, Институт нефти и газа 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82/6.
Siberian Federal University, Oil and Gas Institute 82/6, pr. Svobodniy, Krasnoyarsk, 660041.
Аннотация. Представлен анализ результатов влияния предварительного термостатирования синтетического моторного масла в диапазоне температур от 160 до 260°С на оптические свойства. Определен температурный интервал термостатирования, который показывает максимальный потенциальный ресурс.
Abstract. The analysis results of the influence of a preliminary incubation of synthetic motor oil at temperatures ranging from 160 to 260 ° С for optical properties. The temperature interval of incubation, which indicates the maximum potential resource
Ключевые слова: предварительное термостатирвоание, температурная стойкость, термоокислительная стабильность, вязкость, летучесть, продукты температурной деструкции, оптические свойства, потенциальный ресурс.
Key words: preliminary temperature control, temperature resistance, thermal stability, viscosity, volatility, thermal degradation products, optical properties, potential resource.
Стойкость к старению моторных масел определяется термоокислительной стабильностью. Наиболее высокая интенсивность окисления масла в двигателе происходит в тонких пленках образующихся на поверхностях деталей, нагревающихся до высоких температур, контактируя с горючими газами. Объемное окисление масла происходит менее интенсивно. Повышение устойчивости масел к окислению достигают введением в их состав ингибиторов окисления, антиокислительные присадки. За счет многофункциональности вводимых присадок улучшаются антикоррозионные и проти-воизносные свойства. Целью настоящей работы является исследование влияния предварительного термостатирования на оптические свойства синтетического моторного масла MOBIL SUPER 3000 5W-40 SJ/SL/SK/CF.
Методика исследования предусматривала применение следующих средств контроля и испытания: прибора для предварительного термостатирования; фотометра; прибора для определения термоокислительной стабильности; и электронных
весов.
Методика предусматривала 2 этапа исследования, на первом этапе пробу исследуемого масла термостатировали [1] 8 часов в диапазоне температур от 160 до 260 °С с интервалом в 20 °С без перемешивания, без доступа воздуха, при атмосферном давлении, с конденсацией паров и отводом конденсата, что практически исключало их окисление. Для каждой температуры соответствует новая проба масла. После термостатирования отбирались пробы масла для фотометрирования и определения коэффициента поглощения светового потока.
На втором этапе термостатированные пробы масла подвергались окислению при постоянной температуре в 180°С с перемешиванием стеклянной мешалкой с частотой вращения 300 об/мин. После каждых 8-ми часов окисления проба взвешивалась, определялась масса испарившегося масла, отбиралась проба окисленного масла для фотометрирования. Испытания прекращались при достижении коэффициента поглощения светового
Ко , ед
Рис. 1 - Зависимости коэффициента поглощения светового потока от времени окисления товарного (1) и термостатированного (2 - 7) синтетического моторного масла при температурах термостатирования: 2 - 160 °С; 3 - 180 °С; 4 - 200 °С; 5 - 220 °С; 6 - 240 °С; 7 - 260 °С/
потока значений равных 0,7-0,8 ед.
Результате полученные в ходе экспериментальных исследований и их обсуждение.
Влияние предварительного термостатирования и базовой основы масла на оптические свойства оценивалось предельным значением коэффициента поглощения светового потока равное 0,8 ед. данное значение отмечено на (рис. 1) горизонтальной штриховой линией и принято в качестве предельного. Установлено, что базовая основа и температура предварительного термостатирвания влияют на процессы окисления моторных масел, но не проводит к улучшению оптических свойств не зависимо от температуры термостатирования. На рис. 1 приведены зависимости изменения оптических свойств, оцениваемых коэффициентом
поглощения светового потока Кп от времени
окисления товарного и термостатированного синтетического моторного масла MOBIL SUPER 3000 5W-40 SJ/SL/SK/CF в диапазоне температур от 160 до 260 °С.
Установлено, что зависимость имеет перелом, что указывает на наличие двух температурных областей с различной интенсивностью увеличения коэффициента поглощения светового потока. Обе области описываются линейными уравнениями вида
Kn=aKt + bK, (1)
где С1К - параметр, характеризующий скорость
образования продуктов деструкции, ед/ч; Ьк -параметр, характеризующий начальное значение коэффициента поглощения светового потока, ед.
G: г
Рис. 2 - Зависимость испаряемости от времени окисления товарного (1) и термостатированного (2 -7) синтетического моторного масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/SK/CF при температурах термо-статирования: 2 - 160 °С; 3 - 180 °С; 4 - 200 °С; 5 - 220 °С; 6 - 240 °С; 7 - 260 °С.
Увеличение скорости изменения коэффициента во второй области вызвано образованием продуктов деструкции с более высокой оп-
тической плотностью, т.е. во временном интервале окисления синтетического моторного масла до достижения коэффициентом поглощения значения 0,8 ед образуются два вида продуктов деструкции
Таблица 1 - Регресионные уравнения зависимостей изменения коэффициента поглощения светового потока термостатированного синтетического моторного масла MOBIL SUPER 3000 5W-40 SJ/SL/SK/CF при окислении
Первый участок Второй участок
Без термо-статирования Кп =0,0016Г Кп =0,003»
160 °С Кп = 0,0025/+ 0,208 Кп =0,0008^-0,1707
180 °С Кп = 0,0023t + 0,0095 Кп =0,0048/-0,4990
200 °С Кп =0,0021/ + 0,0213 Кп =0,0061/ -0,7226
220 °С Кп = 0,0022/+ 0,0176 Кп =0,0054/ -0,5885
240 °С Кп = 0,0017/+ 0,0594 Кп =0,0071/-0,8027
260 °С Кп = 0,0015/+ 0,2144 Кп =0,0074/ -0,2282
Коэффициенты корреляции колеблются в диапазоне от 0,9916 до 0,9998
Таблица 2 - Регрессионные уравнения зависимостей испаряемости термостатированного частично-синтетического моторного масла Лукойл Супер 10\¥-40 БО/СЭ масел при окислении всех кривых
имеют вид
Без термостатирования Кп =-0,12-1 (ГУ +0,15?
160 °С = -0,47-10 4 Г +0,13/
180 °С Кп =-0,28-1 O^t2 +0,086?
200 °С Кп =—0,0035-10"4/2 +0,095/
220 °С =-0,29-10 '"V +0,09/
240 °С =-0,20-10 '"V +0,09/
260 °С Кп =-0,1-10 4/2 +0,09/
Коэффициенты корреляции колеблются в ,
- первичные и вторичные. Это подтверждается наличием гелеобразного осадка после центрифугирования окисленных масел, объем которого зависит от температуры [2, 3], а также результатами ИК-спектроскопии.
Согласно проведенного регрессионного анализа установлено, что у масел, термостатированных при температурах 160 °С и выше, в зоне первичных продуктов деструкции появляется параметр Ьк, который характеризует начальную концентрацию продуктов деструкции, полученную при термостатировании масла. Наибольшая скорость образования первичных продуктов установлена для пробы масла, термостатированного при 160 и 260 °С, которая составила соответственно 0,208 и 0,2114 ед/ч, наименьшая скорость - 0,0095 ед/ч установлена для пробы масла термостатированного при температуре 180 °С. Наибольшая скорость образования вторичных продуктов деструкции установлена для пробы масла, термостатированного при 240 °С - 0,80 ед/ч, а наименьшая
- 0,1707 ед/ч для пробы масла, термостатированного при 200 °С. Из всех кривых примечательна кривая, соответствующая пробе масла, термостатированного при 160 и 260°С, здесь с начала проведения опыта образовались вторичные продукты, о чем свидетельствует скорость их образования, которая составила соответственно - 0,208 и 0,2144 ед/ч и наличие гелеобразного осадка при ее центрифугировании.
Испаряемость синтетического моторного масла MOBIL SUPER 3000 5W-40 SJ/SL/SK/CF (рис. 2) является эксплуатационным показателем, поскольку косвенно характеризует процессы деструкции, чем ниже интенсивность изменения зависимости испаряемости от времени окисления, тем медленнее протекают процессы окисления термостатированных масел. Установлено, что масло, термостатированное при 260 °С (№7 на рисунке), имеет самую низкую испаряемость за 250 ч испытания 14,5 г, а масло, термостатированное при 160 °С (№2 на рисунке) имеет самую высокую испаряемость за 250 ч испытания 30 г. В
пазоне от 0,9940 до 0,9996
целом, процесс испарения масел при окислении описывается полиномом второго порядка для всех проб при различных температурах предварительного термостатирования:
G = agt2 +bgt + cg, (2)
где ag - параметр, характеризующий интенсивность изменения испаряемости от времени окисления, г/ч2; bg - параметр, характеризующий скорость испарения, г/ч; cg - параметр, характеризующий начальное значение испаряемости, г.
Для оценки влияния температуры предварительного термостатирования на противоизносные свойства смазочных масел предложен коэффициент влияния предварительного термостатирования, определяемый отношением:
кш=(3) а
П. TOB
где аптс- параметр, характеризующий скорость
изменения условной концентрации продуктов деструкции на фрикционном контакте предварительного термостатированного масла, 1/мм2;
ап тов - параметр, характеризующий скорость
изменения условной концентрации продуктов деструкции на фрикционном контакте товарного масла, 1/мм2.
На рис. 3 представлена зависимость коэффициента влияния предварительного термостатирования частично-синтетического моторного масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/SK/CF от температуры термостатирования.
Установлено, что при температуре предварительного термостатирования 260 °С критерий про-тивоизносных свойств выше критерия, полученного у товарного масла на 74 %, следовательно при такой температуре термостатирования противоизносные свойства лучше, чем при остальных температурах предварительного термостатирования для синтетического моторного масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/SK/CF.
А'
1.8 т
1.6-
1.4-
1.2
0.8-
г.°с
160
180
200
220
240
260
Рис. 3 - Зависимость влияния предварительного термостатирования синтетического моторного масла Mobil Super 3000 5W-40 SJ/SL/SK/CF от температуры термостатирования
По результатам исследований можно предложить систему снижения износа трибосопряжений.
На основании проведенных исследований синтетического моторного масла исследован процесс термоокислительной деструкции, характеризующийся образованием первичных и вторичных продуктов деструкции, различающихся оптическими свойствами; установлены температуры начала образования первичных и вторичных продуктов деструкции; температурная область работоспособности; температуры предельного изменения вязкости при испытании масел; критерии температурной стойкости и противоизносных свойств, а также влияние на эти процессы предварительного термостатирования масла, предложен коэффициент влияния предварительного термостатирования масла на противоизносные свойства, что значительно расширит информацию для потребителей.
Выводы:
1. На основании проведенных исследований синтетического моторного масла исследован процесс термоокислительной деструкции, характеризующийся образованием первичных и вторичных продуктов деструкции, различающихся оптическими свойствами; установлены температуры
начала образования первичных и вторичных продуктов деструкции; температурная область работоспособности.
2. Синтетическая основа и температура предварительного термостатирвания влияют на процессы окисления моторных масел, и проводят к улучшению оптических свойств при температурах термостатирования 180 °С и 200 °С и 220 °С.
3. Наибольшая скорость образования первичных продуктов установлена для пробы масла, термостатированного при 160 и 260 °С, которая составила соответственно 0,208 и 0,2144 ед/ч, наименьшая скорость - 0,0095 ед/ч установлена для пробы масла термостатированного при температуре 180 °С. Наибольшая скорость образования вторичных продуктов деструкции установлена для пробы масла, термостатированного при 240 °С -0,80 ед/ч, а наименьшая - 0,1707 ед/ч для пробы масла, термостатированного при 160 °С.
4. При температуре термостатирования 160 °С и 260 °С с начала проведения опыта образовались вторичные продукты, о чем свидетельствует скорость их образования, которая составила соответственно - 0,208 и 0,2144 ед/ч и наличие гелеоб-разного осадка при ее центрифугировании.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. № 2366945 Рос. Федерация: МПК ООШ 33/30. Способ определения температурной стойкости смазочных масел / Б. И. Ковальский, Н. Н. Малышева; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». - № 2008117201/04; заявл. 29.04.2008; опубл.10.09.2009. Бюл.№25.
2. Ю. Н. Безбородое. Определение смазывающей способности моторных масел по параметру суммарной продолжительности деформаций / Ю. Н. Безбородое, О. Н Петров, А. Н. Сокольников, В. Г.
Шрам, А. А. Игнатьев // Вестник Иркутского государственного технического университета. Иркутск. №8 (67). 2012. С. 125-129.
3. Шрам В. Г. Исследование термостойкости минеральных моторных масел. Часть 1 / В. Г.
Шрам, Б. И. Ковальский, О. И. Петров, Ю. Н. Безбородое, А. Н. Сокольников // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - Т. 15. - № 13. - с. 143-147.
REFERENCES
1. Malysheva; zajavitel' i patentoobladatel' FGOU VPO «Sibirskij federal'nyj universitet». - № 2008117201/04; zajavl. 29.04.2008; opubl. 10.09.2009. Bjul.№25.
2. Ju. N. Bezborodov. Opredelenie smazyvajushhej sposobnosti motornyh masel po parametria summmar-noj prodolzhitel'nosti deformacij / Ju. N. Bezborodov, O. N Petrov, A. N. Sokol'nikov, V. G. Shram, A. A. Ig-nat'ev // Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Ir-kutsk. №8 (67). 2012. S. 125-129.
3. Shram V. G. Issledovanie termostojkosti mineral'nyh motornyh masel. Chast' 1 / V. G. Shram, В. I. Ko-val'skij, O. N. Petrov, Ju. N. Bezborodov, A. N. Sokol'nikov // Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta. - 2012. - T. 15. - № 13. - s. 143-147.
Поступило в редакцию 29.10.2016 Received 29 October 2016
