§ 8.3. Свойства пластичных смазок

К основным эксплуатационным свойствам ПС относятся: стабильность, механические свойства, вязкостно-скоростные и вязко­стно-температурные свойства (характеристики), смазочные, защит­ные и герметизирующие свойства. Уровень требований к этим свойствам определяется назначением и конкретными условиями

применения ПС.

Стабильность ПС определяет способность смазок сохранять за­данные физико-химические свойства в течение определенного про­межутка времени при воздействии внешних факторов — длительного хранения, измерений температуры, механических воздействий радиационного облучения и пр. Различают физическую, химическую и радиационную стабильность ПС.

Физическая стабильность определяется способностью ПС сох­ранять заданную консистенцию. При нарушении консистенции понижается пластичность, ухудшаются антифрикционные и консер-вационные свойства ПС. Нарушение консистенции обусловлено уменьшением содержания в ПС жидкой фазы — масла. Это происходит из-за испарения наиболее низкокипящих нешестн, вхо­дящих в ее СОСЛШ, и при недостаточной стабильности дисперсной системы «загуститель — масло».

Повышенная испаряемость ПС приводит к увеличению концен­трации загустителя, вызывающему в предельном случае потерю пластичности ПС, и образованию корки на ее наружной поверхности. Способность ПС сохранять свои свойства при испарении входящих в нее компонентов оценивается антииспарительными свой­ствами. Способность ПС сохранять исходную дисперсионную систему оценивается коллоидной стабильностью.

Коллоидная стабильность определяется способностью ПС сохра­нять дисперсную структуру под действием механических нагрузок. Коллоидная стабильность зависит от температуры. Нарушение кол­лоидной стабильности определяется величиной синерезиса — явления, заключающегося в отделении жидкости от коллоидной системы. С физической точки зрения явление синерезиса можно объяснить сле­дующим. Между волокнами загустителя действуют силы взаимного притяжения, стремящегося их сблизить, сократить объем элементар­ной структурной ячейки, занимаемой маслом, а следовательно, вы­теснить масло в окружающую среду. Когда ПС не нагружена внешними силами, указанный эффект обусловливает «потение» — самопроизвольное выделение масла из ПС. При нагружении ПС внешними силами они интенсифицируют сжатие элементарных ячеек — выделение масла усиливается. В предельном случае из-за нару­шения коллоидной стабильности ПС могут превратиться в комки загустители, плавающие в масле.

Под влиянием синерезиса ухудшаются свойства и уменьшается эксплуатационный ресурс ПС. Наряду с этим определенная величина синерезиса полезна и необходима — благодаря синерезису происходит постоянная подпитка поверхностей трения свежим маслом, поступа­ющим из «масляного резервуара», которым служит слой смазки, нанесенной на поверхность.

Испаряемость и коллоидную стабильность ПС определяют в стан­дартных условиях и оценивают количеством испарившегося (при оценке испаряемости) или выделившегося (при оценке коллоидной стабильности) масла.

С увеличением температуры ухудшаются механические свойства смазок. При достижении определенной, характерной для каждого типа ПС температуры нарушается структура каркаса и уменьшаются адгезионные силы, связывающие масло с загустителем. Этот процесс сопровождается нарушением коллоидной стабильности и выделением жидкой фазы — плавлением ПС.

Способность ПС сохранять свои свойства при увеличении темпе­ратуры определяется ее температурной стабильностью. Температур­ную стабильность ПС характеризует температура начала плавления, внешне определяемая по выделению первой капли жидкечти из нагреваемой ПС — температуре каплепаденил (рис. 8.6).

С ползание ПС с поверхностей, на которые она нанесена, может наступить под действием объемных (инерционных, гравитационных) сил до достижения температуры каплепа-дения. Это явление называют пристенным синерезисом; оно объясняется повышением концентрации жидкого масла в пристен­ном слое. Вследствие пристенного сине­резиса эксплуатационная температура ПС, ллительно находящихся под действием объемных сил, должна быть ниже, чем емпература каплепадения (примерно на 20 °С). Соответствующую температуру на­зывают температурой сползания. Эта температура зависит от толщины на­носимого на стенку слоя ПС, она понижа­ется с его увеличением, поэтому ПС не следует наносить избыточно толстым сло­ем.

Химическая стабильность ПС опреде­ляется ее способностью сохранять свойства под действием химически активных ве­ществ. Наиболее распространенной при­чиной нарушения химической стабильности является окисление ПС. При окислении происходит изменение механических свойств (предела прочности, вязкости и пр.) ПС и накопление в ней коррозионно-агрессивных продуктов. Склонность ПС к окислению возрастает при уменьшении толщины слоя смазки, повышении темпе­ратуры и в контакте с цветными металлами (медь, олово, свинец и др.). Высокая химическая стабильность ГТС важна в узлах трения при длительном (10— 15 лет) использо­вании. Наиболее эффективный способ повышения химической стабильности ПС — введение антиокислительных присадок, в каче­стве которых используют, например, амино- и фенолсодержащие соединения, фосфор- и серосодержащие органические продукты.

Физическая структура и особенности строения ПС обусловливают их низкую радиационную стабильность (стойкость). Под действием относительно небольших доз радиационного облучения 10⁶ 2 • 10⁵ Гр происходит разрушение каркаса, приводящее к разжижению ПС. При увеличении суммарной дозы до 10⁷ — 10⁸ Гр интенсифицируется окисление и полимеризация жидкой фазы, в результате чет в предельном случае ПС превращается в твердую хрупкую массу. Металлы, содержащиеся в ПС, приобретают наве­денную радиоактивность и способствуют увеличению дозы облу­чения, получаемой жидкой фазой после прекращения внешнего облучения.

Механические свойства ПС, Особенности агрегатного состояния ПС обусловливают наличие у них специфических механических свойств, отличных от свойств твердых и жидких веществ. К харак­терным особенностям механических свойств ПС относятся: большая зависимость прочности от температуры, способность восстанавливать прочность после разрушения и зависимость прочности от интервала времени между последующими нагружениями — «времени отдыха». Эти свойства объясняются главным образом характером нарушения связей между частицами загустителя и последующим восстанов­лением структуры.

Способность ПС, как и всякой другой дисперсной системы, са­мопроизвольно восстанавливать разрушенную структуру носит на­звание тиксотропии. Тиксотропные свойства ПС имеют большое эксплуатационное значение. Положительным качеством, обус­ловливаемым тиксотропией, является то, что при выбрасывании частиц разжиженной ПС из зоны трения и отложения их на не­подвижных поверхностях они увеличивают вязкость и автоматически герметизируют узел трения от вытекания ПС.

Механические свойства ПС характеризуются пределом прочности. При воздействии нагрузок относительно жесткий структурный каркас ПС обладает способностью до определенного предела обратимо де­формироваться подобно твердому веществу. Сначала эти деформации находятся в пределах упругих деформаций структурного каркаса и не вызывают его разрушения. При дальнейшем увеличении дефор­мации начинается разрушение каркаса (рис. 8.7), при этом свойства ПС начинают все сильнее приближаться к свойствам вязкой жидкости.

Минимальное напряжение, при котором начинается разрушение каркаса, называют проделом прочности ПС (рис. 8.8). Величина предела прочности определяет способность ПС удерживаться в за­данном месте под действием внешних сил, а также величину на­чального усилия сдвига в узле трения (например, усилия, которое необходимо приложить к подшипнику в начале СТО вращения). Пре-

дел прочности в определяющей степени зависит от вида и количества загустителя. При повторных нагружениях с уменьшением промежут­ка между ними величина последовательно замеряемого предела проч­ности уменьшается. При повышении температуры величина предела прочности большинства ПС снижается. Температура, при которой предел прочности приближается к нулю, соответствует переходу ПС из пластического состояния в жидкое. Эта температура определяет верхний температурный предел работоспособности ПС.

Упругие свойства ПС зависят не только от значения прилагаемой нагрузки, но и от длительности ее воздействия. Период времени, в течение которого ПС под действием нагрузки сохраняет упругие свойства, называют периодом релаксации.

Вязкость и предел прочности ПС определяют на приборе, назы­ваемом пластовискозиметром. Метод основан на определении сопротивления, оказываемого смазкой, заключенной между не­подвижным корпусом прибора и вращающимся сердечником.

Вязкостно-скоростные и вязкостно-температурные свойства ПС. Вязкостные свойства ПС определяют потери на трение на рабочих режимах, условия начала движения в узлах трения при низких температурах и усилия (затраты энергии) на подачу смазки по мазепроводам к узлам трения. При работе в узлах трения нагрузки, действующие на ПС, превышают предел прочности. При переходе за предел прочности начинается течение ПС. В этом диапазоне ее свойства можно охарактеризовать вязкостью. Однако понятие вяз­кости здесь имеет специфический характер. Для однородных жидко­стей вязкость не зависит от градиента скорости сдвига и определяется только физико-химическими параметрами этих жидко­стей. В отличие от них во внутреннем объеме ПС наряду с жидкостью (маслом) имеются твердые остатки разрушенного каркаса, меж­ду которыми постоянно возникают и разрушаются силовые связи. Условия динамического равновесия между возникновением и разрушением этих связей зависят от скорости дефор­мации — с ее увеличением процессы разрушения связей начинают пре­валировать над их возникновением и обратно. Разрушение связей соответ­ствует снижению вязкости, а возникновение связей — увеличению вязкости. Снижению вязкости при увеличении скорости деформации способствует также ориентация осколков структурного каркаса загустителя в направлении движения. При достаточно большой скорости течения связи между частицами

загустителя прекращаются пра­ктически полностью и дальней­шее понижение вязкости с увеличением скорости пре­кращается. Вязкость становится независимой от скорости де­формации, а ПС ведет себя как ньютоновская жидкость. Скоро­сть деформации оценивается градиентом скорости сдвига dv/dA, где v — скорость от­носительного перемещения сло­ев смазки; h — расстояние между ними.

Зависимость изменения вязкости от градиента скорости деформации называют вяз­костно-скоростной характерис­тикой (рис. 8.9, 8.10). Чем круче вязкостно-скоростная характе-

ристика (больше отношение вязкости при различных скоростях сдвига), тем выше качество ПС.

В язкость ПС зависит не только от градиента скорости дефор­мации, но и от температуры — при одной и той же скорости де­формации вязкость тем ниже, чем выше температура. Соответствующая зависимость определяется вязкостно-температур­ной характеристикой ПС (рис. 8.11). Эта характеристика снимается при определенной постоянной скорости деформации. ПС обладают лучшими по сравнению с входящими в них маслами вязкостно-тем­пературными характеристиками — вязкость ПС с понижением тем­пературы увеличивается в сотни раз меньше, чем вязкость входящих в них масел.

С пособность ПС сопротивляться выдавливанию из узла трения, а также «легкость» подачи КС к трущимся поверхностям харак­теризуется ее консистенцией.