ENERGY CONSERVING SAE, ASTM, API SAE J 1423 – feb 1992ENERGY CONSERVING II ASTM HR (High Reference)

Aditivi pentru uleiuri

Exemplu de structura a pachetului de aditivi (fara aditivi IV)

Aditivi detergent-dispersanti (mecanismul de mentinere in suspensiea impuritatilor)

-impiedica sau diminueaza formarea depunerilor, aglomerarea depunerilor-gruparile polare se adsorb la suprafata particulelor de impuritati, mentin in suspensie particulele solideEx: alchilsulfati, alchilfenati,alchilsalicilati(mai slab dispersanti), poliizobutilen-succinimide (excelenti dispersanti)

Aditiiv depresanti ai punctului de curgere (congelare)• -aceeasi ca pentru combustibilii diesel• -depresanti macromoleculari: copolimerii cu catene alchilice lungi ai esterilor

acrilici, metacrilici, fumarici, maleici…)• -la proportii sub 0,05% se obtin reduceri ale punctului de curgere cu 20…300C

Aditivi antioxidanti si anticoroziune• -inhiba reactiile de oxidare• -alchilfenolsulfonatii, aminele aromatice, alchilsulfonatii, alchilfosfatii• Ditiofosfatii de zinc (cei mai utilizati la uleiurile de motoare)-atat ca ad

antioxidanti cat si anticorozivi si antiuzura (pt diferite uleiuri si aliaje din care sunt realizati cuzinetii

R1O S S OR3

P P

R2O S — Zn — S OR4

R1,R2,R3,R4- radical alchil, aril,sau alchil-aril

Aditivi antiuzura:

• -pentru prevenirea uzurii adezive:alchilditiofosfati de zinc, alchilfosfati si lubrifianti solizi ca grafitul, bisulfura de molibden sau PTFE

• -pentru prevenirea uzurilor corozive (se utiliz in general aditivi detergent-dispersanti +carbonatul de Ca, Ba sau Mg incorporat sub forma unei pudre fine – asigura o rezerva de bazicitate pt neutralizarea produselor acide formate

• -aditivi pentru prevenirea uzurii de oboseala

Aditivi amelioratori ai IV

-polimetacrilati de alchil,

copolimeri polietilena-poli-propilena

Modul de actiune in motor

Polimerii sunt sensibili la forfecare

=> depuneri, ancrasari

Alti aditiviAditivi antispumanti: spumare datorata cantit insemnate de ad detergenti si dispersanti; sunt in general pe baza de siliconiAditivi reducatori ai frecarii: compusi polari care se adsorb pe suprafetele metalice si formeaza film antifrictiune cu rezistenta la forfecare

Limite de utilizare a aditivilorI uleiurile de motor

Degradarea uleiurilor si formarea depunerilor

Cai de degradare a uleiurilor:

Oxidarea:

- cresterea viscozitatii

-formarea unor acizi care pot coroda materialul antifrictiune al lagarelor

-formarea unor produse rasinoase care se pot depune sub forma de lacuri, in general pe suprafata ansamblului piston

Nitrarea:

- Temperaturile inalte din timpul arderii conduc, pe langaCO2,CO, vapori H2O la oxizi de azot care conduc la nitrarea uleiurilor; procesul proportional cu perioada de utilizare a acestora

Contaminarea:

-cu benzina: -> scaderea viscozitatii, a capacitatii portante

- scaderea punctului de inflamabilitate (se admite, in general, pana la 1500C)- cu apa/ lichid de racire-> emulsionarea uleiului, reducerea capacitatii de ungere;

cresterea viscozitatii; separarea sau descompunerea unor aditivi

Epuizarea aditivilor:

- Timp de actiune limitat, dupa care se comporta ca un produs de impurificare

Evaluarea degradarii uleiurilor

Viscozitatea:

• -/+25% din valoarea viscozitatii produsului proaspat la 400C

• -/+ 20-% la 1000C (STAS 11252-92)

Punctul de inflamabilitate, datorita contaminarii cu max 5% carburant, nu treb sa scada sub 1500C

Produsele insolubile de impurificare in n-heptan, datorate funinginii, compusilor cu Pb, prafului, particulelor de uzura etc, nu treb sa depaseasca 2%

Indice de dispersanta: (raportul dintre continutul de insolubile in n-heptan cu coagulant si continutul de insolubile in n-heptan fara coagulant sa nu fie mai mic de 1,2 (STAS 10632), valoare mai mica inseamna ca uleiul si-a epuizat capacitatea dispersanta)

Apa: din condens sau din circuitul de racire, nu treb sa depaseasca 0,2%

Cifra de bazicitate totala: TBN sa nu scada cu mai mult de 90% din valoarea initiala

Cifra de aciditate totala TAN: se accepta o crestere de max 3,5 mg KOH/g in plus fata de valoarea uleiului proaspat si cu mai putin de 140% conform unor constructori de automobile (ex: Renault)

Cifra de aciditate puternica (prezenta acizilor tari cand alcalinitatea e nula) max 0,2mgKOH/g

Continutul in medii carbonoase: pt uleiurile Diesel max 3,5%

Limite de variatie pentru unele caracteristici ale uleiurilor uzate (stabilite de constructori de automobile)

• Aprecierea degradarii uleiurilor prin analize spectrale• Analiza degradarii uleiurilor prin metoda petei de ulei

1- zona centrala, grad de impurificare

cu produse carbunoase

2- aureola- frontul de deplasare al

particuleor mari dinspre interiorul petei

3- zona de difuzie, puterea de

dispersie a uleiului

4- zona transversala, formata din uleiul

separat de particulele carbunoase, arata

gradul de oxidare al uleiului, colorata de la

galben la maron

• Evaluarea gradului de depreciere a uleiului prin utilizarea de captori de uzura si/sau algoritm de golire

• Depuneri in motor• - calamina (substante carbonoase, dure sau amorfe, spongioase), zona tem

inalte din motor

• - lacuri (dure si lucioase, variat colorate, depuse sub forma de pelicule subtiri si rezistente in zona tem medii, 150-3500C) din motor

- Conditii dinamice, conditii statice(temp, grosime pelicula, compozitie chimica ulei, actiunea catalitica a metalelor)

• - depuneri moi (malul) – amestec impuritati (funingine, reziduri ardere, ulei partial oxidat, rugina, apa, particule rezultate din uzura pieselor , zonele reci)

1

2

34

Aliura caracteristicilor de oxidare ale uleiurilor minerale (cu sau fara aditivi antioxidanti)

Timp

Cre

ste

re v

isco

zita

te/c

rest

ere

TA

NC

ontin

ut in

com

pusi

de

oxid

are

(C=

O)

Con

tinut

in in

solu

bile

Influenta temperaturii si grosimii stratului de ulei asupra formarii lacului-cant de lac creste cu cresterea temp datorita intensificarii proceselor de oxidare, polimerizare, atinge un maxim apoi scade datorita proceselor de cracare si carbonizare

Temperatura, 0C200 240 280 320 360

10 m60 m100 m200 m

Can

titat

ea d

e la

c (%

)

Uleiuri pentru transmisii

• Transmisiile cu comanda manuala (CV si punti) sunt in general lubrifiate cu uleiuri EP care sunt din ce in ce mai mult multigrade

• Sunt constituite din uleiuri de baza mai vascoase decat cele pt motoare

• Tendinta de crestere a perioadei de utilizare sau chiar suprimarea golirii cresterea bazei de sinteza de tip poli-alfa-olefine (PAO) sau de utilizare a unei baze hidrotratate cu IV foarte ridicat

• Aditivi EP- extrema presiune 2,2-7,5% (film de lubrifiant de sulfura metalica anorganica) si

• Aditivi AU - anti uzura (compusi organici polari derivati din produse grase care se adsorb fizic si chimic la suprafata metalica)

• Aditivi AC -anti corozivi • Aditivi de reducere a frecarii

Principalele functii ale uleiurilor de angrenaje

• Lubrifierea• Racirea• Limitarea coroziunii• Rezistenta la uzura

+• Proprietati antispumante bune• Compatibilitatea cu garniturile de etansare din cauciuc

sau mase plastice• Viscozitate convenabila

Clasificare SAE

• Utilizate in mod frecvent pentru autovehicule : SAE 75W, 80W, 85W si 90• Clima cu temp foarte ridicate si in special pt utilaje industriale: 140 si 250• Temp foarte joase 70W

Clasificare API • 7 clase de severitate• API GL 1 cea mai putin severa• API GL 6 si MT-1 cea mai severa (angrenaje puternic

solicitate ale autoturismelor si vehiculelor ce ruleaza cu viteze ridicate si cu performante inalte)

• API GL 4 – cutii de viteza pt toate vehiculle si punti putin incarcate

• API GL 5 – transmisii mai severe• API GL-5-LS (limited slip) – transmisii severe ce inchid

organe de frictiune imersate in ulei• API MT (cu inalta stabilitate termica)Uleiuri unice pentru motoare si transmisii – in general

sintetice cu rezistenta mare la oxidare si capacitate portanta deosebita

Unsori lubrifiante• Ulei lubrifiant+agent de ingrosare Utilizate in locurile in care lubrifiarea cu ulei nu este

posibila (nu pot fi retinute, cand e necesara o cant mica de lubrif, cand sarcina se aplica cu soc, cant de caldura ce treb eliminata e mica)

Agenti de ingrosare: • Sapunuri de Na, Ca(8%), Ba, Li(40-45% pe piata),

Pb• Sapunuri complexe de Na, Ca, Al (0,5%)• Polimeri cu masa moleculara mica (polietilena,

polipropilena, poliuretani..)• Gelifianti anorganici

• Unsori pe baza de sapun de litiu40-45% pe piata mondiala, comportare buna la temperaturi ridicate, pct

de picurare intre 180 si 2000C, stabilitate mecanica buna, rezistenta la apa

• Unsori pe baza de sapun de calciuCca 8% din piata mondiala, in regresie

• Unsori pe baza de sapun de Al (mai putin de 0,5%)

Dupa destinatie:• lubrifiante (multifunctionale, pentru rulemnti, de

uz general)• de protectie (impotriva coroziunii-vaselinele)• de etansare (vaseline si unsori)• pentru marirea coef de frecare (pentru curele si

cabluri speciale)

Clasificare unsori consistente

• Recomandarile NLGI (National Lubricating Grease Institute)

A) pentru lubrifierea elementelor de sasiuNLGI-LA – vehicule supuse la servicii blande, se oprereaza

frecvent relubrifiereaNLGI –LB – pentru vehicule supuse la servicii modrate si

chiar severeB) Pentru lubrifierea rulmentilor roataNLGI-GA –pt vehicule supuse la servicii blandeNLGI-GB – pt vehicule supuse la servicii blande si

moderateNLGI-GC – pentru vehicule supuse unor servicii severe si

la temperaturi ridicateUnsori multifunctionale (ex: NLGI-GC-LB)

Caracteristicile fizico-chimice si de exploatare ale unsorilor

• Omogenitate (sa nu prezinte urme de sapun nedizolvat, impuritati mecanice sau bile de aer vizibile)

• Punctul de picurare (temp la care din masa unsorii consistente se detaseaza prima picatura – metoda Ubbelohde.

• Penetratia• Protectia anticoroziva• Compatibilitatea cu cauciucurile• Compatibilitatea cu alte unsori (fig.10)• Domeniu de temperatura pentru utilizare (cu 30-400C

sub temp de picurare)• Stabilitatea coloidala (propr de a rezista impotriva

distrugerii ireversibile a structurii spatiale si separarii uleiului), se expr in g ulei separat/100g unsoare

• Stabilitatea la malaxare (pastratea consistentei unsorii)-depinde de sapunul utilizat

Simbolizarea unei unsori romanesti

• Simbolul destinatiei: UM-unsoare multifunctionala; RUL-pentru rulmenti

• Natura sapunului: Li, Ca, Na• Punctul de picurare minim asigurat: 750, 1800…;• Consistenta: 2,3,4…

• Gradul special de aditivare: EP-extrema presiune, G-grafit; M-MoS2

Exemple de simbolizari:

U100Ca4;

UM170LiCaPb2,

UM185Li2EP

Compatibilitati si incompatibilitatile unor unsori consistenteB-buna, la limita, C-compatibile, I-incompatibile

Substante generatoare de pelicule lubrifiante persistente solide

• Substante care, datorita dispozitiei particulare a atomilor in reteaua cristalina, cliveaza usor dupa o anumita directie;

• Depuse pe suprafata unei cuple de frecare, aceste substante formeaza, dupa un timp de functionare, filme cu o structura interioara in care straturile cu densitate maxima de atomi sunt orientate paralel cu suprafata

Grafitul

-planuri paralele ale atomilor de carbon dispusi intr-o retea hexagonala

-anizotropie

-folosirea sub forma de film solid este limitata de stabilitatea termica relativ redusa si de dependenta coeficientului de frecare de compozitia gazoasa a atmosferei

-utilizat direct sau sub forma de suspensie coloidala

Fullerena C60 (forma stabila de carbon pur)

-pulbere negra care sublimeaza rapid la o temp in jur de 4500C si se dizolva intr-o gama larga de solventi organici nepolari (ex: toluen sau benzen); solubila la temp camerei, stabila in aer; cand sublimeaza produce o pelicula colorata in galben-auriu cu o aderenta excelenta la o gama de substraturi; dens=1,7g/cm3; isi pastreaza structura cristalina initiala pana la presiuni de cca 16 GPa

Structura grafitului Structura fullerenei

Bisulfura de molibden (MoS2)- Cristale negre cu aspect metalic- Stabilitate chimica si termica- Structura cristalina tip hexagonal

Filme uscate-frecarea suprafetelor metalice cu pulbere de MoS2

-batoane lubrifiant- Metoda de tratament a suprafetelor inainte de montaj, dupa reparatii, lubrifierea unor

ansamble cu miscare ocazionala, in medii agresive si la temperatura inalta-suspensii de MoS2 (in lichide volatile, care dupa pulverizare se evapora)- Pentru acoperirea suprafetelor greu accesibile- concentrate de substanta activa sub forma de paste (se aplica cu pensula) Lacuri- MoS2 in rasini sintetice sau alti lianti-permit realizarea unor filme aderente de grosime

variabila prin stropire, inmuiere, vopsire- Inglobarea in materiale compozite- Adaos in concentratii sub 1% in lubrifiantii de angrenaje sin in concentratii ceva mai

mari in uleiurile de aschiere

• Materiale noi din clasa bisulfurii de molibden: lubrifianti solizi cu structura lamelara utilizand wolfram, vanadiu, niobiul, tantalul, hafniu

Materiale macromoleculare PTFE, FEP

- teflon TFE:politetraetilena florurata PTFE;

- teflon FEP: etilenpropilena florurata;