Кіріспе
Өнеркәсіптік майлау материалдары – өзара жанасқан беттер арасындағы үйкелісті азайтуға енгізілетін зат. Майлау материалдары (кейде қысқартылып "май" деп те аталады) – өзара жанасқан беттер арасындағы үйкелісті азайтуға көмектесетін зат, нәтижесінде беттер қозғалғанда пайда болатын жылу мөлшері төмендейді. Ол сонымен қатар күштерді жеткізу, сыртқы бөлшектерді тасымалдау немесе беттерді қыздыру немесе салқындату функцияларын да атқаруы мүмкін. Үйкелісті азайту қасиеті – майлау қабілеті деп аталады. Майлау материалдары өнеркәсіптік қолданыстан басқа көптеген салаларда қолданылады. Басқа қолданыстар: тамақ дайындау (тамақ пісіру кезінде табаға жабыспау үшін қолданылатын майлар мен майлар), машиналардағы тозу мен үйкелісті азайту, адам организмінде биологиялық қолдану (мысалы, жасанды буындарға арналған майлау заттары), ультрадыбыстық тексеру, медициналық қарап тексеру және жыныстық қатынас. Ол негізінен үйкелісті азайту және механизмнің тиімдірек жұмыс істеуіне септігін тигізу үшін қолданылады.
industrial lubricants
A lubricant (sometimes shortened to lube) is a substance that helps to reduce friction between surfaces in mutual contact, which ultimately reduces the heat generated when the surfaces move. It may also have the function of transmitting forces, transporting foreign particles, or heating or cooling the surfaces. The property of reducing friction is known as lubricity. In addition to industrial applications, lubricants are used for many other purposes. Other uses include cooking (oils and fats in use in frying pans and baking to prevent food sticking), to reduce rusting and friction in machinery, bioapplications on humans (e. g., lubricants for artificial joints), ultrasound examination, medical examination, and sexual intercourse. It is mainly used to reduce friction and to contribute to a better, more efficient functioning of a mechanism.
Тарих
Майлау заттары мыңдаған жылдар бойы қолданылып келеді. 1400 ж.б. дейінгі көліктердің доңғалақ осьтеріндегі кальцийлі сабындар анықталған. Пирамидалар тұрғызылған кезде құрылыс тастары майға сіңген ағашпен жылжытылған. Рим дәуірінде майлау материалдары зәйтүн майы, рапс майы және жануар майларынан жасалған. Өнеркәсіптік революция кезінде металл негізіндегі машиналардың пайдалануымен бірге майлаудың дамуы үдеді. Бастапқыда табиғи майларға сүйенген, аталған машиналардың қажеттілігі 1900 жылдардың басында мұнай негізіндегі материалдарға көшті. Вакуумдық мұнай компаниясы сипаттағандай, мұнайды вакуумдық дистилляциялау арқылы өңдеуге қол жеткізілді. Бұл технология көптеген майлау материалдарында кездесетін, өте ұшпайтын заттарды тазартуға мүмкіндік берді.
Формуляциясы
Әдетте майлау құралдарының 90% негізгі майды (көбінесе минералды майлар деп аталатын мұнай фракцияларын) және 10% азырақ қоспаларды құрайды. Кейде базалық май ретінде өсімдік майлары немесе гидрогенизацияланған полиолефиндер, эфирлер, силикондар, фторкөміртектер және тағы да басқа синтетикалық сұйықтықтар қолданылады. Қоспалар үйкеліс пен тозуды азайтуға, тұтқырлықты арттыруға, тұтқырлық индексін жақсартуға, коррозия мен тотығуға, қартаюға немесе ластануға төзімділік беру сияқты мүмкіндіктер ұсынады. Сұйық емес майлау материалдарына ұнтақтар (құрғақ графит, PTFE, молибден дисульфиді, вольфрам дисульфиді және т.б.), сантехникада қолданылатын PTFE лентасы, ауа жастықтары және басқалары жатады. Графит, молибден дисульфиді және вольфрам дисульфиді сияқты құрғақ майлағыштар сұйық және майлы майлау материалдарына қарағанда жоғары температурада (350°C дейін) майлауды қамтамасыз етеді. Металл сырғу жүйелерінде бірнеше жүз градус Цельсийде қалыптасқан тығыз оксидтік глазурь қабаттарының төмен үйкеліс қасиеттеріне қызығушылық танылған, алайда олардың физикалық тұрақсыздығына байланысты практикалық қолданылуы әлі де көп жылдарға соғылатын көрінеді.
Қосымшалар
Майлау материалдарына қасиеттер беру үшін көптеген қоспалар қолданылады. Қазіргі заманғы автомобиль майларында онға дейін қоспа болуы мүмкін, олар майлау материалдарының 20% дейін құрайды. Қоспалардың негізгі түрлері: Экстремалды қысымға (сызатқа қарсы) төзімді қоспалар жылжымалы металл бөлшектерінде қорғаныш қабықшасын жасайды. Бұл заттар көбінесе күкірт қосылыстары, мысалы, дитиофосфаттар. Ұғылу модификаторлары (фрикция модификаторлары) үзіліс пен тозуды азайтады, әсіресе беттер тікелей жанасқан шектес майлау режимінде. 1999 жылы әлем бойынша шамамен 37 300 000 тонна майлау материалдары қолданылды. Автомобильдік қолданыстар басым, оның ішінде электрлік көліктер де бар, бірақ өнеркәсіптік, теңіз және металл өңдеу салалары да майлау материалдарын көп пайдаланады. Ауа және басқа газға негіделген майлау материалдары белгілі болғанымен (мысалы, сұйық подшипниктерде), сұйық майлау материалдары нарықта басым, одан кейін қатты майлау материалдары келеді. Майлау материалдары әдетте негізгі майдың көп бөлігінен және қажетті қасиеттер беру үшін әртүрлі қоспалардан тұрады. Көбінесе майлау материалдары бір типті негізгі майға негізделгенімен, өнімділік талаптарын қанағаттандыру үшін негізгі майлардың қоспалары да қолданылады.
Extreme pressure (anti scuffing) additives form protective films on sliding metal parts. These agents are often sulfur compounds, such as dithiophosphates. Friction modifiers reduce friction and wear, particularly in the boundary lubrication regime where surfaces come into direct contact. In 1999, an estimated 37,300,000 tons of lubricants were consumed worldwide. Automotive applications dominate, including electric vehicles but other industrial, marine, and metal working applications are also big consumers of lubricants. Although air and other gas based lubricants are known (e. g., in fluid bearings), liquid lubricants dominate the market, followed by solid lubricants. Lubricants are generally composed of a majority of base oil plus a variety of additives to impart desirable characteristics. Although generally lubricants are based on one type of base oil, mixtures of the base oils also are used to meet performance requirements.
Қатты майлау материалдары
PTFE: политетрафторэтилен (PTFE) әдетте, мысалы, тамақ пісіруге арналған ыдыстардың бетін жабыспайтын етіп жабу үшін қолданылады. Оның 350 °C-қа дейінгі жұмыс температурасы және химиялық инерттілігі оны арнайы майларға қосымша пайдалы етеді, онда ол қалыңдатушы және майлаушы ретінде қызмет ете алады. Өте жоғары қысымда PTFE ұнтағы немесе қатты денелердің құндылығы аз, себебі олар жұмсақ және контактілік аймақтан сығылып шығады. Мұндай жағдайда керамикалық, металл немесе қорытпалардан жасалған майлау материалдарын қолдану қажет. Органикалық емес қатты денелер: графит, гексагональды бор нитриді, молибден дисульфиді және вольфрам дисульфиді – қатты майлау материалдарының мысалдары. Олардың кейбіреулері өте жоғары температурада майлағыш қасиеттерін сақтайды. Мұндай материалдардың кейбіреулерін қолдану олардың тотығуға төзімділігінің нашар болуымен шектелуі мүмкін (мысалы, молибден дисульфиді ауада 350 °C-тан жоғары, бірақ тотығу ортасында 1100 °C-та ыдырайды). Металл/қорытпа: металл қорытпалары, композиттер және таза металдар майға қосымша немесе сырғанау беттері мен подшипниктердің жалғыз құрамдас бөлігі ретінде қолданылуы мүмкін. Кадмий мен алтын беттерді жабу үшін қолданылады, бұл оларға коррозияға қарсы жақсы төзімділік және сырғанау қасиеттерін береді. Қорғасын, қалайы, мырыш қорытпалары және әртүрлі қола қорытпалары сырғанау подшипниктері ретінде қолданылады немесе олардың ұнтағы сырғанау беттерін майлау үшін ғана қолданылуы мүмкін.
Сулы майлау
Сулы майлау бірқатар технологиялық қолданыстарда маңызды. PEG сияқты күшті гидратацияланған щетка тәрізді полимерлер сұйық-қатты интерфейстерде майлау материалдары ретінде қолданылуы мүмкін. Бұл полимерлік қабықшалар байланысқан суды басқа еркін су молекулаларымен үздіксіз және жылдам алмастыру арқылы беттерді бөліп тұрады, сонымен қатар жоғары қысымда щетка-щетка интерфейсінде жоғары ағымдақтықты сақтайды, нәтижесінде үйкеліс коэффициенті өте төмен болады.
Биомаздайтын зат
Биомайлауыштар өсімдік майларынан және басқа да жаңаруға жарамды көздерден алынады. Олар әдетте триглицеридтер (өсімдіктер мен жануарлардан алынатын майлар) болып табылады. Майлау майы ретінде базалық майды қолдану үшін өсімдік тектес материалдар артықшылыққа ие. Көп тарағандарына жоғары майлы канола майы, кастор майы, пальма майы, күнбағыс тұқымы майы және рапс майы (өсімдіктерден) және тал майы (ағаштардан) жатады. Көптеген өсімдік майлары көбінесе қышқылдар алу үшін гидролизденеді, олар кейіннен арнайы синтетикалық эфирлерді құру үшін таңдап біріктіріледі. Табиғаттан алынған басқа майлау материалдарына ланолин (жүн майы, табиғи су өткізбейтін зат) жатады. Кит майы тарихи тұрғыдан маңызды майлауыш болды, және 20-ғасырдың соңына дейін автоматты беріліс сұйықтығына үйкеліс модификаторы ретінде қолданылды. 2008 жылы биомайлауыштар нарығы Ұлыбританиядағы майлау материалдары сатылымының шамамен 1%-ын құрады, ал жалпы майлау материалдары нарығы жылына 840 000 тоннаны құрады. 2020 жылдан бастап Австралияның CSIRO ғылым зерттеушілері сафлор майын қозғалтқыш майлауыш ретінде зерттеп, оның мұнайға негізделген майлауыштарға қарағанда жоғары өнімділік пен төмен шығарындыларын анықтады. Оны қозғалтқыштармен жұмыс істейтін шабындық қырғыштар, бензопилалар және басқа да ауыл шаруашылық техникасында қолдануға болады. Астық өсірушілер бұл жаңа өнімді құптады, оның өте аз тазартуды қажет ететінін, биологиялық түрде ыдырайтынын, биоэнергия және биоотын екенін айтты. Ғалымдар гендік үнсіздендіру арқылы өсімдікті қайта жасап, 93%-ға дейін май өндіретін сортты жасады, бұл қазіргі кезде кез келген өсімдік үшін ең жоғары көрсеткіш. АҚШ-тағы Монтана штаты университетінің Озық отын орталығының зерттеушілері бұл майдың үлкен дизельді қозғалтқыштағы өнімділігін зерттеді, оны дәстүрлі маймен салыстырды және нәтижелерді "ойынды өзгертетін" деп сипаттады.
Майлау материалдарының функциялары
Майлау материалдарының мотор майы түріндегі ең кең таралған қолданылуларының бірі – автомобильдер мен басқа да механикалық жабдықтардағы ішкі жану қозғалтқыштарын қорғау.
Майлаушы материал мен жабыспайтын қаптама
Клепке қарсы немесе жабыспайтын жабындар белгілі бір материалдың жабысқақтығын (ылғалдылығын) азайту үшін жасалған. Резеңке, шланг, сым және кабель өнеркәсіптері жабыспайтын өнімдердің ең ірі тұтынушылары болып табылады, бірақ дерлік барлық өнеркәсіптерде жабыспайтын агенттердің қандай да бір түрі қолданылады. Жабыспайтын агенттер майлау материалдарынан өзгеше, олар белгілі бір қоспаның туа біткен жабысқақ қасиеттерін азайтуға арналған, ал майлау материалдары екі беттің арасындағы үйкелісті азайтуға бағытталған.
Жылжымалы бөліктерді бөлек ұстаңыз
Майлау материалдары жүйедегі қозғалмалы бөлшектерді ажырату үшін қолданылады. Бұл ажырату ұғымдылығының арқасында үйкеліс, тозу және беттік шаршау азаяды, сондай-ақ жылудың пайда болуы, жұмыс шуы және дірілдер де төмендейді. Майлау материалдары мұны бірнеше тәсілмен іске асырады. Ең көп таралған тәсіл – физикалық тосқауыл құру, яғни қозғалмалы бөлшектерді жұқа майлау қабатымен ажырату. Бұл автомобильдің дөңгелегі тұрған суда жылдам қозғалғанда жол бетінен ажыратылып, үйкелістің жоғалуына себеп болатын гидропланинг құбылысына ұқсас. Бұл гидродинамикалық майлау деп аталады. Жоғары беттік қысым немесе температура болған жағдайларда сұйық қабат өте жұқа болады және күштердің бір бөлігі майлау материалдары арқылы беттер арасында беріледі.
Сырқатты азайту
Әдетте, майлаушы заттың бетке қатысты үйкелісі, майлау жоқ жүйедегі беттер арасындағы үйкелістен әлдеқайда төмен болады. Осылайша, майлаушы затты қолдану жүйенің жалпы үйкелісін азайтады. Үйкелістің азаюы жылудың пайда болуын және тозу бөлшектерінің түзілуін азайтуға, сондай-ақ тиімділікті арттыруға мүмкіндік береді. Майлау материалдарында металл беттеріне химиялық тұрғыдан байланысатын, тіпті гидродинамикалық майлау үшін жеткілікті майлаушы зат болмаған жағдайда да, мысалы, автомобиль қозғалтқышының клапан механизмін қосылғанда қорғау үшін, беттік үйкелісті азайтатын, «үйкеліс модификаторлары» деп аталатын полярлық қоспалар болуы мүмкін. Базалық майдың өзі полярлы болуы мүмкін, нәтижесінде полиолестер майлары сияқты металл беттеріне жабысу қабілетіне ие болады.
Жылу беру
Газ және сұйық майлау материалдары жылуды тасымалдай алады. Дегенмен, сұйық майлау материалдары жоғары жылу сыйымдылығының арқасында әлдеқайда тиімді. Әдетте, сұйық майлау материалы жүйедегі салқын бөлікке және одан үнемі айналып отырады, бірақ реттелген температура қажет болған жағдайда майлау материалдарын жылыту үшін де, салқындату үшін де қолдануға болады. Бұл айналым ағыны белгілі бір уақыт бірлігінде тасымалданатын жылу мөлшерін анықтайды. Жоғары ағынды жүйелер көп жылуды тасымалдай алады және майлау материалына түсетін жылулық стресті азайтады. Осылайша, төмен құнмен майлау материалдарын пайдалану мүмкін болады. Басты кемшілігі – жоғары ағынды жүйелер әдетте үлкен резервуарларды және ірі салқындату құрылғыларын қажет етеді. Екінші кемшілігі – майлау материалының жылулық стресстен қорғалуы үшін жоғары ағынға тәуелді жүйе, жүйе кенеттен тоқтатылған жағдайда, күрт бұзылуға ұшырауы мүмкін. Автокөліктік маймен салқындатылатын турбокомпрессор – мұның классикалық мысалы. Турбокомпрессорлар жұмыс істеген кезде қызып кетеді және оларды салқындататын май жүйедегі уақыты өте қысқа болғандықтан (яғни, жоғары ағын жылдамдығы) ғана сақталады. Егер жүйе кенеттен тоқтатылса (жоғары жылдамдықпен жүріп, қызмет көрсету орталығына кіргенде және қозғалтқышты тоқтатқанда), турбокомпрессордағы май дереу тотығып, май жолдарында шөгінділер пайда болады. Уақыт өте келе бұл шөгінділер май жолдарының толығымен бітелуіне әкеліп, салқындату тиімділігін төмендетеді, нәтижесінде турбокомпрессор толыққанды бұзылып, әдетте подшипниктер істен шығады. Майлар мен пасталар сияқты ағынсыз майлау материалдары жылуды тасымалдауда тиімді емес, бірақ олар жылудың пайда болуын азайтуға көмектеседі.
Ластаушы заттар мен қалдықтарды алып тастау
Майлау заттарының айналым жүйелері іштен туындаған қалдықтарды және жүйеге енген сыртқы ластанушы заттарды оларды алып тастайтын сүзгіге жеткізу арқылы тиімді. Автомобиль қозғалтқыштары сияқты, үнемі қалдықтар мен ластанушы заттарды бөліп шығаратын машиналарға арналған майлау материалдарында, әдетте, қалдықтар мен ластанушы заттарды сүзгіге тасымалдауға және алып тастауға көмектесетін жуғыш және дисперсантты қоспалар болады. Уақыт өте келе сүзгі бітеді де, оны тазалау немесе ауыстыру қажет болады, сондықтан майды ауыстырғанда автомобильдің май сүзгісін де ауыстыру ұсынылады. Жабдық қораптары сияқты жабық жүйелерде, сүзгіге пайда болған темір ұнтақтарын тарту үшін магнит қосымша орнатылуы мүмкін. Айналым жүйесінде майдың тазалығы сүзгінің қабілетіне байланысты болады, сондықтан тұтынушылардың әртүрлі автомобиль сүзгілерінің сүзгілеу мүмкіндігін бағалай алатын салалық стандарттардың жоқтығы өкінішті. Төмен сапалы автомобиль сүзгілері машинаның (қозғалтқыштың) қызмет ету мерзімін айтарлықтай қысқартады, сондай-ақ жүйені тиімсіз етеді.
significantly reduce the life of the machine (engine) as well as make the system inefficient.
Тарату қуаты
Гидростатикалық қуат беруде жұмыс сұйықтығы ретінде гидравликалық сұйықтықтар деп аталатын майлау материалдары қолданылады. Гидравликалық сұйықтықтар әлемде өндірілетін барлық майлау материалдарының үлкен бөлігін құрайды. Автоматты берілістің момент түрлендіргіші – майлау материалдарын пайдаланатын қуат берудің тағы бір маңызды қолданылуы.
Тозудан қорғау
Майлау құралдары екі бөлік арасындағы үйкелісті азайту арқылы тозуды сақтайды. Майлау материалдарының өнімділігін арттыру үшін оларға тозуға қарсы немесе шектен тыс қысымға қарсы қоспалар қосылуы мүмкін.
Тозу мен тот баспау
Көптеген майлау материалдары коррозия мен тотты болдырмау үшін, беттермен химиялық байланыс түзететін немесе ылғалды сырқыратып шығаратын қоспалармен жасалады. Ол екі металл бет арасындағы коррозияны азайтады және металл беттерінің тікелей жанасуын болдырмай, судың әсерінен коррозияға ұшыраудан сақтайды.
Газдарға арналған пломба
Майлау материалдары капиллярлық күш арқылы қозғалмалы бөлшектер арасындағы бос кеңістікті толтырып, осы арқылы оны жабады. Осы эффект поршеньдер мен біліктерді жабу үшін қолданылуы мүмкін.
"Глезе" түзілуі (жоғары температурада тозу)
Жоғары температурадағы тозудың алдын алу және майлау саласында зерттелген тағы бір құбылыс – тығыздалған оксид қабатынан глазурь пайда болуы. Мұндай глазурь тығыздалған оксид қабатын ыстыққа төзімді ету арқылы түзіледі. Бұл глазурьдер кристаллды болып келеді, ал керамикадағы глазурьдер аморфты. Қажетті жоғары температура металл беттердің бір-біріне үйкелісуінен (немесе металл беттің керамикалық бетке үйкелісуінен) туындайды. Оксид қабатының түзілуі арқасында металл беттердің жанасуы мен жабысуы болдырмай, үйкеліс пен тозу азаяды. Нәтижесінде, мұндай бет өзін-өзі майлайтын қасиетке ие болады. "Глазурь" өзі оксид болғандықтан, ауада немесе тотықтырғыш ортада өте жоғары температураға төтеп бере алады. Дегенмен, оның бір кемшілігі бар: негізгі металлдың (немесе керамиканың) жеткілікті мөлшерде оксид түйіршіктерін жасау үшін алдымен қысқа мерзімге тозуы қажет.
Тарату және қоршаған ортаға әсері
Шамамен 50% барлық майлау материалдары қоршаған ортаға шығарылады деп есептеледі. Кәдімгі кәдеге жарату әдістеріне қайта өңдеу, жағу, полигонға тастау және суға құю жатады, бірақ көбінесе полигонға тастау және суға құю көптеген елдерде қатаң реттеледі, себебі майлау материалдарының шағын мөлшері де үлкен көлемдегі суды ластауы мүмкін. Көптеген ережелер қалдық ағынындағы майлау материалдарының шекті деңгейін рұқсат етеді және компаниялар қалдық суларын қабылдау деңгейіне жеткізу үшін жыл сайын жүздеген миллион доллар жұмсайды. Майлау майын отын ретінде жағу, әдетте электр энергиясын өндіру үшін, негізінен құрамындағы қоспалардың жоғары деңгейіне байланысты реттеледі. Жағу кезінде ауадағы ластаушы заттар мен уытты материалдарға толы күл пайда болады, негізінен ауыр металл қосылыстары. Сондықтан майлау майын жағу арнайы жабдықталған орындарда жүзеге асырылуы керек, олар ауадағы ластаушы заттарды тазартатын арнайы сүзгілермен жабдықталған және уытты күлді өңдеуге рұқсат алған полигонға қол жеткізе алады. Алайда, қоршаған ортаға түсетін майлау материалдарының көп бөлігі халықтың оны жерге, арықтарға және қоқысқа тікелей тастауынан туындайды. Басқа тікелей ластану көздеріне жолдардан ағып түсетін су, кездейсоқ төгілу, табиғи немесе адамның салдарынан туындаған апаттар және құбырлардағы ақаулар жатады. Сүзгілеу технологиялары мен процестерінің жақсаруы қазір қайта өңдеуді мүмкін етеді (негізгі май мен шикі мұнай бағасының өсуімен). Әдетте, әртүрлі сүзгілеу жүйелері бөлшектерді, қоспаларды және тотығу өнімдерін алып тастап, негізгі майды қалпына келтіреді. Мұнай процесінде тазартылуы мүмкін. Бұл негізгі май жаңа негізгі май сияқты қарастырылады, бірақ қайта өңделген майларды қолдануға көбінесе тартыншақтықпен қарайды, себебі олар әдетте нашар сапалы деп есептеледі. Пайдаланылған майлау материалдарынан вакуумдық дистилляция арқылы алынған негізгі май барлық табиғи майлардан артық қасиеттерге ие, бірақ тиімділігі көп факторға байланысты. Пайдаланылған майлау майын шикі мұнайдың құрамына енгізу үшін мұнай өңдеу зауытының шикізаты ретінде де қолдануға болады. Бірақ, қоспалар, күйе және тозған металдар процестегі маңызды катализаторларды уландырады/бейтараптандырады деген себеппен мұндай қолдануға қарсылық бар. Сүзгілеуді (күйе, қоспаларды жою) және қайта өңдеуді (дистилляциялау, изомерлеу, гидрокрекинг және т.б.) жүргізудің құны жоғары болғандықтан, қайта өңдеудің басты кедергісі әлі де сұйықтықтарды жинау болып табылады, себебі мұнай өңдеу зауыттарына үздіксіз, цистерналар мен теміржол вагондарымен өлшенетін көлемде жабдықтау қажет. Кейде қолданылмаған майлау майын кәдеге жарату қажет болады. Мұндай жағдайда ең дұрысы оны өндірушіге қайтару, онда оны жаңа партиялардың бір бөлігі ретінде өңдеуге болады. Қоршаған орта: Жаңа және пайдаланылған майлау материалдары қоршаған ортаға елеулі зиян келтіруі мүмкін, негізінен суды ластау қаупіне байланысты. Сонымен қатар, майлау материалдарындағы қоспалар флора мен фаунаға зиянды болуы мүмкін. Пайдаланылған сұйықтықтарда тотығу өнімдері де зиянды болуы мүмкін. Майлау майының қоршаған ортада сақталу мерзімі негізгі сұйықтыққа байланысты, бірақ өте зиянды қоспалар қолданылса, ол сақталу мерзіміне теріс әсер етеді. Ланолин майлау материалдары уытты емес, сондықтан олар пайдаланушылар мен қоршаған орта үшін қауіпсіз экологиялық балама болып табылады.