A kenőanyagok legfontosabb jellemzői és összetételük Kisdeák Lajos, kenéstechnikai szolgáltatás vezető MOL-LUB Kft. E-mail:
[email protected] Tel: +36 20 945 4695
1
A kenőanyagokról általában Alapok A kenőanyagok túlnyomó többségének fő alkotóját szénhidrogén vegyületek képezik. Kivételek: szilikonolaj-, glikol- és észter-alapú kenőanyagok, a kenőzsírok sűrítői, stb. A szénhidrogén vegyületek lehetnek természetes eredetűek (kőolajszármazékok), vagy mesterségesen előállítottak (szintetikus, vegyipari termékek) A legegyszerűbb szénhidrogén molekula: metán, CH4 A szén és a hidrogén végtelen sokféle molekulát – vegyületet – alkothat A kenőolajokban található szénhidrogén molekulák két alapvető szempontból különböznek egymástól: CH4 A molekulák „konstrukciója” A szénatomok száma
22
A kenőanyagokról általában A szénhidrogén molekulák „konstrukciója” Alkánok Lineáris (normál) paraffinok
Alkánok Izoparaffinok: jellemzőjük az elágazás
Kenéstechnikai szempontból a rövid oldalláncú (C1 – C3), többszörösen elágazó izoparaffinok a legkedvezőbbek (alacsony dermedéspont, alacsony párolgási hajlam, magas viszkozitási index). Az elágazások számának optimuma van. 33
A kenőanyagokról általában A szénhidrogén molekulák „konstrukciója” Naftének (cikloalkánok): jellemzőjük a telített gyűrűs (nem aromás) szerkezet
44
A kenőanyagokról általában A szénhidrogén molekulák „konstrukciója” Aromások: jellemzőjük a telítetlen, kettős kötésű gyűrűs (aromás) szerkezet
A kettős kötések egyike könnyen felhasad, így szabad vegyérték keletkezik. Kémiailag nem stabilak, szubsztitúciós reakciókra hajlamosak (kén, nitrogén, stb. beépülése). A halogénezett szénhidrogének alapanyagai. Az élő szervezeteket intenzíven károsítják. A policiklikus aromások (bifenilek, terfenilek) erősen rákkeltők. (PCB, PCT tartalom) Óvakodjunk a nagy aromástartalmú kenőanyagok használatától! 55
A kenőanyagokról általában A szénhidrogén molekulák szénatom-száma 1,0 0,8
Alacsonyabb viszkozitású, mint a másik három frakció*
Szűk frakció (pl. szintetikus olaj)
0,6
0,4
Széles frakció
0,2
Jellemző szénatom-számok • Benzinek: C5 – C10 • Petróleum, kerozin: C11- C12 • Gázolaj: C12 – C20 • Kenőolaj: C20 – C30 • Bitumen: C31 – C50 A kenőanyagokban a különböző jellegű (paraffinos, nafténes, aromás) és különböző szénatomszámú szénhidrogén vegyületek egyaránt előfordulnak, de arányuk eltérő lehet. Emiatt nehéz a kenőanyagok „jellemzése”, ezért létezik sokféle vizsgálat.
Szénatom-szám (csak diszkrét értékeket vehet fel) * Feltéve, hogy a molekulák „konstrukciója” azonos 66
A kenőanyagokról általában Következtetések A szénhidrogén vegyületek száma gyakorlatilag végtelen. A kőolajból előállított finomítványok is rendkívül sokféle szénhidrogén vegyületet tartalmaznak. A különböző lelőhelyekről származó kőolajokból azonos technológiával előállított finomítványok összetétele nem lesz azonos. A szintetikus technológiákkal előállított szénhidrogének összetétele is különböző vegyületek elegyének tekinthető, mivel a szénláncok hosszúsága, az elágazások száma, stb. csak statisztikusan befolyásolható a technológiai paraméterekkel. A kenőanyagok gyártásához használt egyéb, szintetikusan előállított szerves anyagok (glikolok, észterek, stb.) is többféle vegyületet tartalmaznak. A konkrét összetételük függ a szintézis technológiájától, az alapanyagok tisztaságától, stb. A felsorolt bizonytalanságok miatt a kenőanyagok használhatósága csak sokféle fizikai és kémiai tulajdonság vizsgálatával ítélhető meg. Az olajiparban a mai napig kitüntetett szerepük van a gépkísérleteknek (pl. a motorfékpadi vizsgálatoknak). 77
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Sűrűség A sűrűség az egységnyi térfogatú folyadék tömege Mértékegységei: kg/m3, g/cm3
Mérése: Areometrikus módszer A folyadékba merített, ismert térfogatú testre ható felhajtóerőt mérjük Piknometrikus módszer: Ismert térfogatú folyadék súlyát mérjük
ISL Vida areometrikus sűrűségmérő
A sűrűséget általában 15°C mellett mérik A sűrűség változhat: • • •
A „könnyű” (alacsony forráspontú) komponensek elpárolgása miatt Gázoldás miatt Egyéb szennyezők bekerülése miatt, stb. Piknométer Nem egy közönséges üvegedény
88
A kenőolajok legfontosabb jellemzői ASTM színszám ASTM: American Society for Testing and Materials, az olajipar széles körben használja a szabványait A mérés elve szabványos színskálával történő összehasonlítás. A színskála egyes tartományaihoz számokat rendeltek. Az olajok öregedésének egyértelmű jele a színük sötétedése. A különböző technológiával gyártott, illetve különböző fizikai tulajdonságokkal rendelkező olajok színszáma eltérő
Group I bázisolaj
Group III bázisolaj
99
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A kenőolajok egyik legfontosabb jellemzője. Nulla viszkozitású folyadék nem létezik, ha lenne, alkalmatlan lenne kenési célokra.
Mozgó test
F (N) v (m/s)
Kenőanyag (itt newtoni folyadék)
dy
h
dv
Álló test A mozgó test v (m/s) sebességgel történő mozgatásához F (N) erőre van szükség. Ha a mozgó test kenőanyaggal érintkező felületének nagysága A (m2), az úgynevezett csúsztatófeszültség (tau): τ = F/A (N/m2). A csúsztatófeszültség a folyadék egy fizikai jellemzőjével, és a sebesség (hely szerinti) változásának intenzitásával, az úgynevezett sebesség-gradienssel arányos: τ = η·(dv/dy) 10 10
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A viszkozitás a folyadékok belső súrlódásának mértéke. A súrlódás mindig energiaveszteséget okoz, mégsem csökkenthetjük minden határon túl. A gép konstrukciójának és üzemi jellemzőinek, valamint a kenőanyag viszkozitásának összhangban kell lenni. Az η arányossági tényező elnevezése: dinamikai viszkozitás Mértékegysége: Pa·s, amelynek ezredrésze: mPa·s 1 mPa·s = 1 cP (centipoise, cgs mértékegység) (Pa = N/m2) A számításokhoz sok esetben a folyadék dinamikai viszkozitásának (η) és sűrűségének (ρ) hányadosa, a kinematikai viszkozitás szükséges. A jele ν (nű). v = η/ρ A kinematikai viszkozitás mértékegysége: m2/s, milliomodrésze mm2/s 1 mm2/s = 1 cSt (centistokes, cgs mértékegység) 11 11
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A folyadékok többsége nem, vagy csak közelítőleg newtoni jellegű
Newtoni dv/dy (1/s) Ha a hőmérséklet és a nyomás állandó, a folyadék viszkozitása állandó. Nyugalmi folyadékban nem ébred csúsztató feszültség.
1
τ (Pa)
τ (Pa)
τ (Pa)
Nem newtoni
2
dv/dy (1/s) A folyadék viszkozitása akkor is függ a nyírási sebességtől, ha nyomása és hőmérséklete állandó [szerkezeti viszkózus (1), dilatáló (2) stb. folyadékok]
Nem newtoni dv/dy (1/s) A Bingham folyadékban akkor is ébred csúsztatófeszültség, ha nyugalomban van. Ilyen folyadékok a festékek.
A kenőolajok csak nagyon korlátozott körülmények (nem túl alacsony és nem túl magas hőmérséklet, gyenge adalékolás, stb.) között mutatnak newtoni tulajdonságokat. Súrlódásés viszkozitás-módosító adalékok alkalmazásával szándékosan térítjük el a kenőolajokat a newtoni jellegtől.
12 12
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás
alfa, GPa-1
A kenőanyagok viszkozitása függ a nyomástól Nafténes olajok Group I bázisolaj Poli(alfa-olefinek) észterolajok Poli(alkilén-glikol)
Barus egyenlet η(p) = η(p0)·exp(αp) Elaszto-hidrodinamikai kenésállapot esetén a szintetikus kenőolajok alkalmazása jelentős energia-megtakarításra nyújt lehetőséget, mivel a kenőfilmben jelentkező nagy nyomás kisebb viszkozitás növekedéshez vezet
Kinematikai viszkozitás, cSt Forrás: Aachen University, 2001. 13 13
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A kenőanyagok viszkozitása erősen függ a hőmérséklettől. Az Arrhenius-Andrade összefüggés:
η = η ·exp(∆E/RT)
A kenőanyagok gyártásához használt bázisolajok viszkozitásának hőmérsékletfüggése általában erősebb a kívánatosnál, emiatt a viszkozitást módosítani kell
Dinamikai viszkozitás, Pa·s (lg lg η)
0 ahol: η0 anyagi állandó, Pa·s ∆E a viszkozitás aktiválási energiája, J/mol (anyagjellemző) R az egyetemes gázállandó, J/(mol·K) T az abszolút hőmérséklet, K
Bázisolaj 2 Gyengébb hőmérséklet-függés (drága alapanyag)
Bázisolaj 1 Erős hőmérséklet-függés (olcsó alapanyag)
Hőmérséklet, K (lg T) 14 14
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A kenőanyagok viszkozitásának hőmérséklet-függését a viszkozitási indexszel fejezzük ki. Az L és H értékei ismertek Egy részlet a táblázatból
L-U Dinamikai viszkozitás, Pa·s (lg lg η)
VI =
100
L-H L 0 viszkozitási indexű olaj
U
H
100 viszkozitási indexű olaj
40°C
100°C
Hőmérséklet, °C (lg T)
Kinematikai viszkozitás 100 °Con, mm²/s
L mm²/s
H mm²/s
13,0
231,9
121,5
13,1
235,0
122,9
13,2
238,1
124,2
13,3
241,2
125,6
13,4
244,3
127,0
13,5
247,4
128,4
13,6
250,6
129,8
13,7
253,8
131,2
13,8
257,0
132,6
13,9
260,1
134,0
14,0
263,3
135,4 15 15
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A viszkozitás módosítása adalékolással
Dinamikai viszkozitás, Pa·s (lg lg η)
A kenőanyagok gyártásához használt bázisolajok viszkozitása a hőmérséklet emelkedésével általában nagyobb mértékben csökken, mint ami kedvező lenne. Emiatt szükség van a hőmérséklet és viszkozitás közötti kapcsolat módosítására. A viszkozitás-módosítók polimer adalékok, melyek javítják az alapolaj viszkozitási indexét (VI) Bázisolaj + viszkozitásmódosító adalék (magas VI)
Bázisolaj (alacsony VI)
Hőmérséklet, °C (lg T) 16 16
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A viszkozitás módosítása adalékolással A viszkozitás-módosító adalékok mérete a hőmérséklet emelkedésével megnő.
Polimer molekula A polimerhez társult olaj
Alacsony
Hőmérséklet
Magas
A növekvő méretű molekulák gátolják az olaj folyását. A viszkozitás természetesen nem növekedik, hanem kevésbé csökken Elefánt a porcelánboltban 17 17
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A HTHS viszkozitás és a „lenyíródás” értelmezése Nagy nyírási sebesség esetén a viszkozitás-módosító adalék nagy méretű molekulái megnyúlnak, vagy feldarabolódhatnak. A molekula alakja nyírás hatására megváltozik
3
2
A molekula visszanyerte alakját Átmeneti viszkozitás vesztés, a HTHS viszkozitás érvényesül 1 A viszkozitás-módosító molekula nyugalomban lévő olajban,vagy nyírás nélküli áramlás esetén
A molekula darabokra szakad 2
3
A viszkozitás-módosító molekula feldarabolódott
Végleges, maradó viszkozitás vesztés
Lenyíródás
18 18
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A többfokozatú kenőolajok értelmezése SAE 5W-30
Viszkozitás (log log v)
SAE 30
Maximális viszkozitás (alacsony hőmérséklet)
Minimális viszkozitás (magas hőmérséklet)
A viszkozitás-módosító adalék hatása
SAE 5W
Az 5W-30 viszkozitási osztályú motorolajhoz választott bázisolaj Alacsony
Magas
Hőmérséklet (log T) 19 19
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás
A motorolajok viszkozitási osztály szerinti besorolása Ha csak egy sorban lévő követelményeket elégítünk ki, egyfokozatú motorolajról beszélünk: pl. SAE 5W, vagy SAE 30 Ha két sorban lévő követelményeket teljesítünk, a motorolaj SAE J300 többfokozatú (multigrade): pl. SAE 5W-30 SAE viszkozitási osztály 0W 5W 10W 15W 20W 25W 16 20 30 40 40 50 60
Látszólagos viszkozitás (CCS) mPa·s, max. 3.250 3.500 3.500 3.500 4.500 6.000
C-on -30 -25 -20 -15 -10 -5
-
-
Alacsony hőmérsékletű viszkozitás (MRV) Szivattyúzhatósági határ mPa·s, max. C-on 30.000 -35 30.000 -30 30.000 -25 30.000 -20 30.000 -15 30.000 -10 -
-
Kinematikai viszkozitás 100 C-on, mm2/s min. max. 3,8 3,8 4,1 5,6 5,6 9,3 6,1 8,2 6,9 9,3 9,3 12,5 12,5 16,3 12,5 16,3 16,3 21,9 21,9 26,1
Viszkozitás magas hőmérséklet, nagy sebesség gradiens mellett (HTHSV) 150 C, 106 1/s,
* 0W-40, 5W-40, 10W-40-es viszkozitási osztályú tagokra ** 15W-40, 20W-40, 25W-40 és 40 viszkozitási osztályú tagokra
mPa·s, min. 2,3 2,6 2,9 3,5* 3,7** 3,7 3,7 20 20
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A viszkozitás mérése A kinematikai viszkozitást általában kapilláris viszkoziméterekkel, a dinamikai viszkozitást rotációs viszkoziméterekkel végzik.
Kapilláris viszkoziméter részlete (Huillon)
Mini Rotary viszkoziméter (Cannon MRV)
Cold-Cranking Simulator (Cannon CCS)
A hűtés sebessége nem közömbös, mert befolyásolja a kiváló paraffin-kristályok méretét
21 21
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A viszkozitás mérése A leggyakrabban alkalmazott viszkoziméter-típusok Kapilláris viszkoziméterek A folyadék laminárisan áramlik kis átmérőjű csővezetékben. A kapilláris sugara (átmérője) és hossza, valamint a folyadék térfogatárama, viszkozitása, és a kapillárishossza mentéé jelentkező nyomásesés között egzakt kapcsolat van (Hagen-Poiseuille törvény). A gyártók erre alapozzák készülékeiket.
Rotációs viszkoziméterek A viszkoziméter forgó- és állórésze (pl. egymáshoz illeszkedő belső- és külső hengerfelület) közötti csúsztatófeszültség, és az eredőjeként kialakuló nyomaték arányos a dinamikai viszkozitással. Ha a nyomaték állandó, a szögsebességet (fordulatszámot) mérik (pl. MRV). Ha a fordulatszám állandó, a nyomatékot mérik (pl. Ravenfield viszkoziméter a HTHSV méréséhez)
Merülőtestes viszkoziméterek Folyadékkal töltött közel függőleges vagy ferde csőben golyó mozog a gravitáció hatására (pl. Höppler féle viszkoziméter) alkalmas helyszíni mérésekre. 22
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Hideg-tulajdonságok Alacsony hőmérsékleten mért látszólagos viszkozitás A dermedés közelében mért „viszkozitás” nem felel meg a newtoni egyenletnek, mivel folyadékba ébredő feszültség függvénye a sebességgradiensnek. Az MRV és CCS (vagy Brookfield) készülékekkel „viszkozitás” tehát nem anyagjellemző, a nagysága erősen függ a mérés módszerétől.
Ezek a rönkök nehezen fognak úszni
De ha egy nagy sebességű folyó a helyes irányba állítja őket …
A szerkezeti viszkózus folyadékok (pl. erősen adalékolt motorolajok) részecskéi hasonló módon viselkednek 23
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Hideg-tulajdonságok Folyáspont, dermedéspont A kenőolajok folyáspontja, az a hőmérséklet, amelyre a vizsgálat előírt körülményei között lehűtve és 3 °C-onként megmozdítva, a minta még éppen folyik. Ahhoz a hőmérséklethez – a dermedésponthoz – a amelyen már éppen nem folyik a minta, 3°C-t kell hozzáadni. A vizsgálandó mintát szabványos készülékbe helyezzük és folyamatos hűtés mellett megállapítjuk azt a legalacsonyabb hőmérsékletet, amelyen az adott anyag még folyékony.
Lobbanáspont Az a hőmérséklet, melyre a mintát előírt körülmények között melegítve, abból annyi gőz keletkezik levegővel keveredve, hogy gyújtó láng közelítésére lángra lobban de nem ég folyamatosan (ez utóbbi a gyulladáspont). Meghatározása történhet zárt tégelyben – PenskyMartens, vagy nyitott tégelyben – Cleveland, Marcusson módszer. A lobbanáspont a tűzveszélyességi besorolás alapja, továbbá alkalmas a könnyű komponensek tartalmának meghatározására. Gondoljuk meg: „robbanóajtó” van a nagy dízelmotorok forgattyúházán.
24
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Lobbanáspont Készülékek
Nyílt terű lobbanáspont-mérő berendezés
Zárt terű lobbanáspont-mérő berendezés
Ugyanazon anyag nyílt téri lobbanáspontja 5-10°C értékkel alacsonyabb a zárt térinél. A különböző módszerrel mért értékek nem számíthatók át egymásba. 25
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Párolgási hajlam Az illékonyság a kenőolajok használat közbeni minőségi változásával együtt járó mennyiségi változását okozó kedvezőtlen tulajdonság. Jelzi, hogy az előírt körülmények között a termék hányad része párolgott el veszteségként. Elterjedt módszere a NOACK párolgási hajlam vizsgálat
A vizsgálati paraméterek: A hőmérséklet 250°C Az időtartam 1 óra A folyadék felszíne feletti térből a gőzt elszívják, friss levegővel pótolják Az olajból elpárolgó könnyű frakciók gyakran okoznak lakkosodást, kokszosodást. Motorolajok esetében az ACEA a párolgási hajlamot 13%-ban limitálja. Kivételt képez az ACEA C4-12 specifikáció, amelynél csak 11% megengedett. NOACK készülék
26
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Stabilitás
A kenőanyagok stabilitásáról háromféle értelemben beszélhetünk: Mechanikai stabilitás Termikus stabilitás Kémiai stabilitás
Mechanikai stabilitás Kenőzsírok esetében nyíró igénybevétel hatására sérülhet a sűrítő szerkezete, ami a penetráció növekedését, vagyis a kenőzsír lágyulását váltja ki. A jelenség vizsgálatához törőkészülék használatos A kenőolajok közül csak a viszkozitás módosító adalékot (polimert) tartalmazó termékek hajlamosak mechanikai károsodásra. A jelenség vizsgálatára szivattyús és ultrahangos eljárásokat dolgoztak ki. Kenőzsírok törésére szolgáló A nyírásstabilitási index: készülék SSI% = [(v1-v2)/v1-v0)]·100, ahol v1 a nyírás előtt, v2 a nyírás utáni viszkozitás, v0 pedig a polimert nem tartalmazó kenőolaj viszkozitása ugyanazon hőmérsékleten. 27
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Stabilitás Termikus stabilitás A kenőanyagként használt olajok és vegyipari termékek molekula-szerkezete magas hőmérsékleten átalakul (termikus krakkolódás) Alacsony hőmérsékleten a dermedés, illetve egyes frakciók kiválása szab határt a használatnak. PAG Poliol-észter Diészter Alkil-benzol PAO Ásványolaj -100
0
100 Hőmérséklet, °C
200
300 28
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Stabilitás Kémiai stabilitás Kémiai stabilitáson elsősorban a külső hatásokkal – agresszív közegekkel, motorolajok esetében a kipufogógázokkal – szemben tanúsított ellenállást értjük. A kémiai stabilitást erősen rontja, ha a kenőanyagban jelentős mértékben találhatók telítetlen szénhidrogének. A kenőanyagoknak a saját öregedési termékeikkel szemben is védekezniük kell. Oxidáció hatására pl. szabad gyökök keletkeznek, amelyek láncreakciót elindítva felgyorsítják az olaj öregedését. A telítetlen szénhidrogének a szubsztitúciós hajlamuk miatt könnyen oxidálódnak, nitrálódnak
Megfelelő kémiai stabilitás tehát jó minőségű bázisolajokkal, és a kedvezőtlen kémiai folyamatokat gátló adalékokkal együttesen érhető el. 29
A kenőolajok legfontosabb jellemzői
A motorolajok szulfáthamu-tartalma a SAPS értelmezése A szulfáthamu fogalma A kenőanyagok többsége fémtartalmú adalékokat tartalmaz, amelyek égéstermékei szilárd anyagok. Ezek mellett előfordulhatnak a kenőanyagokban olyan szennyezők, amelyek nem éghetők, vagy szintén szilárd égéstermékeket képeznek. A szulfáthamu-tartalom meghatározása: a vizsgálandó minta meghatározott tömegét előírt módon elégetik. A maradékban lévő fémeket kétszeres kénsavas kezeléssel és izzítással szulfáttá alakítják. A szulfáthamut (775±25) °C hőmérsékleten tömegállandóságig izzítják. A visszamaradt szilárd anyag tömege a minta kezdeti tömegéhez viszonyítva százalékban kifejezve az olaj szulfáthamu-tartalma. A motorolajok szilárd égéstermékei káros hatással vannak a katalizátorokra, és különösen a dízel részecskeszűrőkre. A motorolajok kén- és foszfortartalma szintén katalizátor károsító hatású. A szulfáthamu-tartalom, valamint a kén- és foszfortartalom határértékeinek együttes követelményrendszere a motorolajok SAPS előírása. SAPS: Sulphated Ash, Phosphorus, Sulphur 30
A kenőolajok legfontosabb jellemzői
A motorolajok szulfáthamu-tartalma a SAPS értelmezése Részlet az ACEA 2012. évi motorolaj-specifikációiból Követelmények
Vizsgálati módszer
Jellemzők
Mértékegység
Limitek C1-12
C2-12
C3-12
C4-12
1. Laboratóriumi vizsgálatok (folytatás) 1.5. TBN
ASTM D2896
1.6. Kéntartalom
ASTM D5185
Lásd 1. megjegyzés
% m/m
≤ 0,2
1.7. Foszfortartalom
ASTM D5185
Lásd 1. megjegyzés
% m/m
≤ 0.050 (2)
ASTM D874
% m/m
≤ 0.50 (2)
ASTM D6443
ppm m/m
1.8. Szulfáthamu tartalom 1.9. Klórtartalom
1.10. Olaj/elasztomer összeférhetőség
CEC L-039-96 Lásd 3. megjegyzés
mg KOH/g
A tulajdonságok max. változása öregítés nélküli olajba mártás után 7 nappal Keménység, DIDC Szakítószilárdság Szakadási nyúlás Térfogat változás
≥6 ≤ 0,3 ≤ 0.090 (2)
≤ 0,2
≥ 0.070 ≤ 0.090 (2)
≤ 0.090 (2) ≤ 0.50 (2)
≤ 0.80 (2) Riport Elasztomer típus
RE1 pont % % %
-1/+5 -40/+10 -50/+10 -1/+5
RE2-99
RE3-04
-5/+8 -22/ +1 -15/+18 -30/+10 -35/+10 -20/+10 -7/+5 -1/+22
RE4 -5/+5 -20/+10 -50/+10 -5/+5
AEM VAMAC Daimler szerint
31
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Lakképzési hajlam Mit látunk a képen?
Az alkatrészek felületein vastag lakkréteg van
32
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Lakképzési hajlam
Az olajok degradációját kiváltó főbb hatások Levegővel való érintkezés, a levegő oldása Az oldott levegő különösen magas hőmérsékleten fejti ki káros hatását, mivel oxidációt és nitrációt okoz. Termikus degradáció Az olaj gyakran érintkezik magas hőmérsékletű fémfelületekkel. A magas hőmérséklet – oxigén hiányában is – kémiai folyamatokat indít el, amelyek degradációs termékek keletkezéséhez vezetnek. Dízel-effektus Hidrolízis Víz hatására az olajban lévő vegyületek egy része felbomlik, és új vegyületek keletkeznek. Nincs biztosíték arra, hogy a víz eltávolítása után visszaáll az eredeti állapot. Egyes adalékok rövid időn belül károsodnak Elektrosztatikus feltöltődés, szikraképződés Kémiai degradáció idegen anyagok (pl. hűtőfolyadék, lúgok, stb.) bejutása miatt.
A lakkosodásra hajlamos – elsősorban Group II bázisolajból készült – olajokat az jellemzi, hogy a degradációs termékeik jelentős részét nem képesek oldatban tartani.
33
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Lakképzési hajlam
A lakkosodás okozta károk Intenzív kopást idézhet elő A kopás növekedhet közvetlenül a lakkréteg abrazív hatása miatt. Különösen a siklócsapágyak, és a tengelyeknek a tömítésekkel érintkező felületei – természetesen maguk a tömítések is – károsodhatnak ilyen módon.
Siklócsapágyak esetében a lakkréteg csökkenti a csapágyhézagot, A jelenség vegyes- vagy határkenés-állapot kialakulásához vezethet. Ezt követően a csapágy drasztikus tönkremenetelére kell számítani.
Növeli a súrlódási tényezőt Egyszerűbb esetekben csupán a gépek hatásfoka romlik, sokszor azonban ez is jelentős veszteség lehet. Komolyabb következményekkel kell számolni, ha a hidraulikus rendszerek elektromos vezérlésű útváltó szelepei a lerakódások miatt akadozva, bizonytalanul működnek, vagy beragadnak, és teljesen működésképtelenné válnak. 34
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Lakképzési hajlam A lakkosodás okozta károk Akadályozza az olaj áramlását A kisméretű furatok és csatornák keresztmetszete lecsökken emiatt nem biztos, hogy mindenhova elegendő mennyiségű olaj kerül. A hiányos kenés következményei rendkívül súlyosak lehetnek. Gyakori jelenség, hogy a szűrők sokkal korábban eltömődnek, mint indokolt lenne. A szűrők eltömődése is indukálhat további súlyos károsodásokat.
Magasabb működési hőmérsékletet eredményez A lakkréteg hőszigetelő funkciót tölt be. A lakkosodott hőcserélők hatásfoka csökken, így nem lesznek képesek elvezetni a tervezett mennyiségű hőenergiát. A hőmérséklet emelkedése tovább gyorsítja a lakkosodás folyamatát. 35
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Lakképzési hajlam A lakkosodás mechanizmusa A lakkosodást előidéző olaj-degradációs termékek molekulárisan keletkeznek. Ebben a fázisban láthatatlanok, de már jelen vannak. A poláros degradációs molekulák sorsa kétféle lehet: Agglomerálódnak és egyre nagyobb részecskéket alkotnak, amelyek már kiszűrhetők az olajból. A fémfelületekhez tapadnak. A fémfelületekhez tapadó részecskék eleinte lágy bevonatot képeznek. A bevonat fokozatosan polimerizálódik, keménysége növekedik, mígnem csiszolóvászon szerű, abrazív réteg keletkezik.
A károsodások elkerülése Elektrosztatikus szűrés alkalmazása A lakkosodás folyamatának figyelemmel kísérése, időben végrehajtott olajcsere
36
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Teljes bázisszám A savközömbösítő képesség mértéke, kifejezi, hogy egy gramm kenőolaj hány milligramm kálium-hidroxiddal egyenértékű bázikus tartalékkal rendelkezik. A mértékegysége tehát mgKOH/g. A savközömbösítő képességet adalékok biztosítják A bázisszám a a használat során csökken A vizsgálata potenciometriás titrálással történik. A titráláshoz használt közeg általában jégecetes perklórsav.
Teljes savszám A kenőolajok általában rendelkeznek kismértékű kezdeti savassággal, amely a használat során növekedik. A savszám mértékegysége szintén mgKOH/g. A savszám nagysága a kenőolaj elhasználódásának mértékére utal. A savszám emelkedésével növekedik a korrózió veszélye. Mérése: a mintát toluol-izopropilalkohol-víz elegyében oldják és alkoholos KOH mérőoldattal titrálják
37
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Határfelületi tulajdonságokkal összefüggő jellemzők Habzási hajlam A kenőanyagok habzása nemkívánatos jelenség Meghatározott körülmények között egyrészt meg kell határozni a hab mennyiségegét, ml-ben kifejezve, másrészt a hab stabilitását meghatározott idő eltelte után adott hőmérsékleten.
Víztől való elválási hajlam A kenőolajokba jutó víz káros hatásokat fejt ki, emiatt előnyös, ha a az olaj gyorsan elválik a víztől. A víztől való elválási hajlam erősen függ a kenőolaj adalékolásától. Erős diszpergens adalékolású kenőolajok – pl. a motorolajok – nehezen, vagy egyáltalán nem válnak el a víztől. A víztől való elválási hajlam vizsgálatára szabványos eljárások léteznek. Vizsgálják az elválás gyorsaságát, és – ha van – a stabil emulziós fázis arányát.
Levegőtől való elválási hajlam A kenőolajokba bekerülő levegőbuborékok, vagy az oldott levegő buborékok formájában történő kiválása meghibásodásokhoz vezethet. A kenőfilm teherviselő képessége leromlik, a komprimált buborékok az ún. dízel-effektus révén termikusan károsítják az olajat. 38
A kenőolajok legfontosabb jellemzői Részecske szennyezettség (mechanikai szennyezettség) A szilárd szennyezőanyagok jelenléte komoly meghibásodásokhoz vezethet. A szennyező részecskék előidézhetik a gépalkatrészek intenzív kopását, és funkcionális zavarokhoz is vezethetnek (pl. akadályozhatják egy hidraulikus rendszer szabályozóelemeinek mozgását). A szennyezettség vizsgálatának alapvetően kétféle módja használatos Szűrőpapíros vizsgálat Lézeres részecskeszámlálás Részletes ismertetésükre a hidraulikaolajok kapcsán kerül sor.
Adalékok segítségével biztosítható további tulajdonságok Kopásgátló tulajdonság Nagy nyomásálló képesség A felületek tisztántartásának képessége (detergens hatás) A szilárd szennyezők lebegtetésének képessége (diszpergens hatás) Fémpasszíválás, korrózióvédő hatás 39
A kenőolajok összetétele Bázisolajok Solvent Neutral (SN) olajok Konvencionális alapolajok. Aromás, kén és nitrogén heteroatomos szénhidrogéneket tartalmaznak. Tipikus viszkozitási indexük 95-100. Jellemző gyártástechnológia: oldószeres finomítás, gyenge hidrogénezés.
Group II bázisolajok Enyhén hidrokrakkolt olajok. Nagyobb tisztaságúak, maximum néhány % aromás tartalmúak, kéntartalom maximum 50 ppm. Tipikus viszkozitási indexük 95-105, Group II+ esetében legfeljebb 119. Jellemző gyártástechnológia: hidrokrakkolás.
Group III bázisolajok Hidrokrakkolt vagy hidroizomerizált olajok (VHVI, UHVI, XHVI) Nagyon nagy tisztaságúak, aromás tartalmuk tipikusan <1%, kéntartalmuk <10 ppm. Viszkozitási indexük >120. Jellemző gyártástechnológia: erős hidrokrakkolás, hidroizomerizálás. 40 40
A kenőolajok összetétele
A bázisolajok klasszikus csoportosítása API bázisolaj kategóriák
Klasszikus kőolajfinomítási technológia
Hidrogénezési eljárás
Hidrogénezési eljárás (hidro-izomerizálás)
Telített szénhidrogének, tömeg % és/vagy < 90
Csoport
Kéntartalom, tömeg %
Group I
> 0,03
Group II
< 0,03
és
> 90
80 - 119
Group III
< 0,03
és
> 90
> 120
Group IV
Poli-alfa-olefinek (PAO)
Group V
Egyéb szintetikus bázisolajok
Viszkozitás Index 80 - 119
Az utóbbi években terjednek a Group I+ Group II+ Group III+ jelölések, amelyek valamilyen jellemzőben jobbak, mint a + nélküli kategóriák, szűkebb tartományban elégítik ki a követelményeket.
A klasszikus csoportosításban nem szerepelnek a GTL és BTL bázisolajok 41 41
A kenőolajok összetétele
A kenőolajok előállítása
Az XTL technológiák sémája
GTL, Gas-to-Liquid, CTL, Coal-to-Liquid, BTL, Biomass-to-Liquid Földgáz
Szén
O2, energia
Jet üzemanyag
vagy
F-T szintézis Biomassza
Könnyűbenzin
vagy
Syngas
Finomítás
Gázolaj
(Fischer-Tropsch)
előállítás
Bázisolaj
Víz
Melléktermékek CO2 ártalmatlanítás 42 42
A kenőolajok összetétele Bázisolajok (folytatás) Group IV bázisolajok Kémiai szintézissel előállított poli-alfa-olefinek. Nagy tisztaságúak és drágák. Maradék telítetlenségük miatt nem tökéletesek, összevethetők a Group III olajokkal. Jellemző gyártástechnológia: szintézis.
Group V bázisolajok Minden egyéb szintetikus termék, jellemzően észterek
Adalékok Folyásjavító adalékok viszkozitás- és viszkozitásindex-növelők és dermedéspont- (folyáspont)-csökkentők
Teljesítményszint-növelők detergensek (beleértve a savsemlegesítőket), diszpergensek, súrlódáscsökkentők, kopáscsökkentők, oxidációgátlók, fémdezaktivátorok, korróziógátlók, és habzásgátlók.
43 43
A kenőolajok összetétele Az adalékok funkciói Adalék
Funkció
A gyakorlatban
Viszkozitás módosító
A kenőolaj viszkozitás-hőmérséklet függését csökkentő, viszkozitási index növelő polimerek.
Könnyebb hideg indítás és erőteljesebb védelem magas hőmérsékleten.
Folyáspont módosító
A kenőolaj folyáspontját a paraffin kristályok összekapcsolódásának gátlásával csökkentő polimerek.
Alacsonyabb folyáspont, könnyebb hidegindítás
Detergens
A detergensek az olajba jutó savas komponensek semlegesítésével védik a különböző fém alkatrészeket.
A savas komponensek által okozott kopás és korrózió megakadályozásnak köszönhetően megbízható működés
Diszpergens
A diszpergensek a különböző olajoldhatatlan részecskék kiülepedését gátló komponensek.
Tiszta felületek és megbízható működés.
Kopásgátló
A kopásgátlók a fémfelületeken egy védőréteget képeznek, melynek segítségével csökkentik azok kopását.
Hosszú gépélettartam és megbízható működés.
Oxidációgátló
Az antioxidánsok a bázisolajok oxidációjának gátlásával lassítják az olaj öregedését.
Hosszú olajcsere intervallum.
A fémfelületek közötti súrlódást csökkentő komponensek.
A súrlódási veszteségek csökkentésének köszönhetően alacsonyabb energiafogyasztás
A magas detergens tartalom növeli a habzási hajlamot, ennek kordában tartása. Szilikon olaj.
Hosszú gépélettartam és megbízható működés a folytonos kenőfilm fenntartásának és a kavitációs korrózió gátlásának köszönhetően.
Súrlódás módosító Habzásgátló
44
Köszönöm a figyelmet!
45
