Как и почему смазочные материалы стареют?

Окислительная стабильность как ключевой фактор стабильности

Окисление смазочного материала — это химический процесс, приводящий к необратимым изменениям в его структуре, что приводит к потере ключевых физико-химических свойств.

Следствием окисления является повышение вязкости, вызванное полимеризацией окисленных молекул, образование органических кислот, лаков и отложений, а также истощение большинства усовершенствующих присадок, в результате чего смазочный материал необходимо заменять чаще. Его дегенерированная форма вызывает преждевременный износ механических деталей.

Деградация масла начинается с разложения содержащихся в нем антиоксидантов. Только после их полного истощения наступает собственно бурный процесс старения масляной основы. Стоит отметить, что отдельные синтетические основы демонстрируют естественно более высокую окислительную стабильность, чем минеральные масла. Однако следует помнить, что такие факторы, как влага, высокая температура, присутствие частиц металлов (катализаторов), УФ-излучение и постоянный доступ кислорода, значительно ускоряют эти неблагоприятные явления.

Читайте: чем минеральные масла отличаются от синтетических.

Окисление смазочных материалов

Разрушающее окисление в маслах и смазках протекает в цикле инициации, пропагации, разветвления и завершения.

Цикл начинается с фазы инициации, когда молекула теряет один или несколько электронов и образует реактивные свободные радикалы и перекиси. Причиной этого является воздействие внешней энергии, а инициаторами обычно являются высокая температура, ультрафиолетовое излучение или механическое сдвиговое напряжение.

Во время распространения эти радикалы вступают в реакцию с кислородом и размножаются, вызывая дальнейшие химические изменения в смазке.

По мере разветвления растет количество реактивных форм, ускоряя загустение и образование отложений, пока смазка уже не способна защищать компоненты. В этот момент происходит бурный процесс старения.

Пока цикл не завершится, окисление будет продолжаться, пока масло или смазка не станут практически бесполезными.

Как предотвратить старение смазки?

Процесс окисления можно контролировать путем вмешательства в его ключевые химические этапы. Эффективная защита основана, прежде всего, на ограничении инициации (изоляция от кислорода и высокой температуры) и прерывании распространения (блокировка цепной реакции).

Ключевым инструментом в борьбе со старением масел являются ингибиторы окисления (антиоксиданты). Это присадки, которые повышают устойчивость базового масла к окислению, продлевая срок службы смазочного материала.

Их действие включает:

• Преобразование агрессивных свободных радикалов в стабильные формы — остановка цепной реакции окисления,
• Защиту смазочного средства — антиоксиданты вступают в реакцию с кислородом значительно быстрее, чем масляная основа, сохраняя ее свойства,
• Взаимодействие с остальными компонентами — в составах смазочных материалов ингибиторы окисления взаимодействуют с другими присадками (например, AW или EP).

Какие бывают виды антиоксидантов?

Для обеспечения комплексной защиты смазочного материала от старения используется синергия действия двух видов ингибиторов окисления: первичных и вторичных антиоксидантов.

• Первичные антиоксиданты

Первичные антиоксиданты — часто ароматические амины или фенолы — действуют как радикалоуловители. Они захватывают свободные радикалы на стадии распространения и нейтрализуют их. Они отдают атом водорода радикалу, превращая его в стабильную молекулу. Благодаря этому они замедляют процесс деградации и помогают ограничить цепную реакцию, приводящую к образованию отложений и лаков.

• Вторичные антиоксиданты

Вторичные антиоксиданты (например, фосфорины или соединения серы) выполняют вспомогательную функцию и имеют ключевое значение для долгосрочной стабильности рецептуры. Они вступают в реакцию с нестабильными перекисями, образующимися в качестве побочных продуктов действия первичных антиоксидантов. Они прерывают цикл окисления и предотвращают процесс разветвления, что делает их необходимыми для долгосрочной стабильности рецептуры.

Важно отметить, что в сложных синергетических системах антиокислители II-го ряда способны «обновлять» молекулы антиокислителей I-го ряда, восстанавливая их способность к повторному улавливанию радикалов. Обычно в смазочных составах они взаимодействуют на протяжении всего цикла окисления. Вместе они повышают устойчивость базового масла к окислению, позволяя смазкам работать при более высоких температурах и в течение более длительного времени, чем это было бы возможно без них.

В рамках поддержки стойкости смазочных материалов Группа PCC предлагает серию Rostabil, например, Rostabil TDP. Ключевую роль в них играют органические соединения фосфора. Продукты этой серии являются хорошим решением не только для промышленных смазочных материалов, но также для пластмасс и покрытий, где термическая стабильность является критическим параметром.

Испытание смазочных материалов на окислительную стойкость

Испытание на устойчивость к окислению является важным элементом оценки долговечности смазочных материалов. Одним из наиболее признанных аналитических методов в этой области является тест TOST (Turbine Oil Stability Test), проводимый в соответствии со стандартом ASTM D943.

Образец масла подвергается экстремальному ускорению процессов старения путем воздействия чистого кислорода, высокой температуры и присутствия металлических катализаторов. В ходе испытания измеряется скорость роста кислотного числа. Этот рост свидетельствует о прогрессирующей химической деградации компонентов масла и появлении кислых продуктов разложения, являющихся результатом окисления.

Данный метод позволяет определить, как долго данное смазочное средство сохранит свои защитные свойства.