3.2. Нефтяные масла

Нефть является почти единственным источником смазочных масел. Номенклатура смазочных масел составляет несколько десятков сор­тов. Смазочные масла заменяют сухое трение движущихся отно­сительно друг друга металлических поверхностей на жидкостное тре­ние молекул смазочных масел, находящихся между этими поверхно­стями. Этим достигается уменьшение затраты мощности на трение, обеспечивается надежность работы механизмов, предотвращается их износ.

Смазочные масла применяются в виде специально очищенных нефтяных фракций часто совместно с присадками, т. е. со специально синтезированными соединениями, способными усилить те или иные свойтва смазочных масел: антиокислительные, депрессионные, вязкостные, противонагарные, моющие, антикоррозионные. Смазочные масла применяются также в составе так называемых консистентных смазок, где нефтяные масла вводятся в композицию с мылами, графи­том и иными смазывающими материалами, образуя нетекучую полу­жидкую смазку.

Нефтяные масла по фракционному составу могут быть представлены относительно легкими маловязкими, так называемыми веретенными фракциями, необходимыми для смазки быстродвижущихся деталей без большой нагрузки, и тяжелыми фракциями нефти, полученными в остатке после отгонки в глубоком вакууме. К ним относятся, например, авиационные масла, обладающие очень высокой вязкостью, предназначенные для обеспечения смазки термически нагруженных авиамоторов. Существует целый вязкостный ряд смазочных масел между упомянутыми крайними представителями смазочных масел; таковы турбинные, автомобильные, дизельные масла и т. д.

Смазочные масла получают не только отгонкой в вакууме соответствующих нефтяных фракций, но и путем их последующей очистки серной кислотой, сорбентами или селективными растворителями. Следует заметить, что у излишне очищенных смазочных масел снижается качество. Таким образом, при очистке смазочных масел необходимы: депарафинизация для удаления легкокристаллизую­щихся соединений и деасфальтизация для удаления легкоокис­ляющихся и способных к выделению в осадок коллоидных смолистых веществ; излишняя очистка нефтяных масляных фрак­ций от смолистых поверхностно-активных соединений, обладающих высокими свойствами липкости к металлическим поверхностям, не рекомендуется.

Вязкость смазочных масел является важнейшим их свойством; она повышается с увеличением средней молекулярной массы и темпе­ратуры кипения фракции. С эксплуатационной точки зрения смазоч­ное масло тем лучше, чем более полога его температурно-вязкостная кривая. В идеале было бы желательно иметь масла с постоянной вяз­костью, не зависящей от температуры. Практически этого достигнуть нельзя у масел на основе нефтяных фракций, но некоторые синтетиче­ские смазочные масла отличаются достаточно пологой температурно-вязкостной кривой. При крутой зависимости вязкости от температуры трудности возникают из-за того что, подбирая необходимую вязкость при высокой рабочей температуре, например для двигателя, при его запуске с холодного состояния вязкость масел на холоду настолько велика, что затрудняет запуск и работу двигателя в период его про­гревания.

Для надежной работы смазочных масел очень важна химическая стабильность, прежде всего, по отношению к окислению воздухом при контакте с металлическими поверхностями при повышенной темпера­туре. Соответственно существует техническое требование - термо­окислительная стабильность. Считается, что окисление смазочных ма­сел происходит по радикально-цепному механизму. В результате окис­ления в масле образуются карбоновые кислоты и оксикислоты, про­дукты их полимеризации и конденсации; возникает коррозионная ак­тивность масел и выпадают в осадок соли (продукты коррозии) и про­дукты уплотнения окисленных соединений смазочных масел (смолы, асфальтены, асфальтогенные кислоты и карбены).

Чем больше средняя молекулярная масса смазочного масла, тем больше метановые углеводороды уступают место другим углеводо­родам.

Нафтеновые углеводороды способны окисляться особенно в местах замещения боковыми цепями, т. е. у третичного углеродного атома; по месту четвертичного углеродного атома окисление происходит труд­нее. Окисление третичного углеродного атома происходит тем легче, чем больше молекулярная масса углеводородов масла, чем короче и разветвленнее заместитель водорода цикла. Окисление полиметиленов сопровождается разрушением кольца и образованием кислот и оксикислот. Накопление карбеновых и карбоидных отложений на поршнях, в камере сгорания и на других поверхностях может быть результатом не только термоокислительных реакций, но и результатом термиче­ского коксования некоторых соединений смазочного масла: полициклических, гибридных углеводородов и смолистых веществ.

Ароматические углеводороды менее склонны к окислению возду­хом; конденсировано-ароматические углеводороды еще более стойки. В смазочных маслах обычно присутствуют ароматические углеводо­роды, замещенные боковыми цепями, и это приводит к резкому сни­жению термоокислительной стабильности. Окисление по месту присое­динения боковой цепи приводит к отрыву последней без раскрытия ароматического кольца с превращением его в фенолы или более слож­ные окисленные и уплотненные соединения сложного состава.

Гибридные углеводороды окисляются по месту присоединения к ароматическим циклам нафтеновых циклов или метановых радика­лов, из них образуются кислоты, а ароматические циклы конденси­руются.

Оптимальным химическим составом нефтяных смазочных масел может быть взаимный раствор малоциклических нафтеновых углево­дородов, замещенных ароматических углеводородов с длинными бо­ковыми цепями, а также более сложных гибридных соединений

Вопросы для самопроверки

1. Каково назначение смазочных масел?

2. В каком виде применяют смазочные масла?

3. Что представляют собой по фракционному составу нефтяные масла?

4. Как получают смазочные масла?

5. Какая характеристика смазочных масел является определяющей?

6. Каков оптимальный углеводородный состав нефтяных смазочных масел?