SiteHeart

Полимерсодержащие добавки

   В конце пятидесятых годов прошлого столетия Х. В. Германсом и Т. Ф. Иганом было обнаружено явление образования органических отложений (загрязнений) на релейных контактах телефонной и телеграфной связи. На основании специальных высокоточных экспериментов ими было установлено, что отложения в зоне контакта образуются вследствие химических превращений паров органических веществ, выделяемых некоторыми изоляционными материалами. Во всех случаях образовавшиеся отложения снижали коэффициент трения в контактной паре. Поэтому эти соединения было предложено называть «полимерами трения» (frictional polymers).

   Автохимические препараты, содержащие в своем составе политетрафторэтилен («тефлон»), фторопласт-4, перфторпропиленоксид, перфторполиэфир карбоновой кислоты («эпилам»), полисилоксаны (силикон) и некоторые другие, следует выделить в отдельную группу – полимерсодержащие (или полимерные) добавки или модификаторы.

   Еще в 30–е годы прошлого века американский инженер норвежского происхождения Оле Бардаль (Bardahl) разрабатал и внедрил революционный, на тот момент, принцип смазывания. Он был основан на феномене поляризации молекул смазочного материала, что позволяло слою смазочного материала притягиваться к любым металлическим поверхностям, создавая защитную пленку. Разработка была столь эффективна, что американская армия присвоила ей гриф «секретно» вплоть до конца второй мировой войны. Эти разработки можно считать первыми прообразами нового направления в производстве смазочных материалов и автохимии – поляризованных соединений. В настоящее время фирма Bardahl продолжает дело своего основателя, производя целый спектр препаратов специальной автохимии.

   В конце прошлого столетия за рубежом получила известность и достаточно длительное время широко применялась специальная жидкость SLIK-50 на основе политетрафторэтилена (ПТФЕ), разработанная Нейлом Греттоном и производимая в Великобритании, но затем она надолго изчезла с рынка автохимии. Также была известна более поздняя разработка – SLIDER 2000 PTFE. Как указано в рекламных проспектах фирмы – производителя, она также содержала ПТФЕ и позволяла существенно повышать надежность обработанных узлов и агрегатов: она могла применяться как добавка к маслам двигателей, станков и т. д., а также вводиться во впускной коллектор ДВС в виде аэрозолей.

   Политетрафторэтилен или фторопласт (химическая формула (C2F4)n, где n = 1000…10 000) был открыт в 30–х годах прошлого столетия американским ученым Роем Планкеттом и был запатентован компанией «DuPont de Neumours & Company» (Дюпон) под торговой маркой Тефлон®. Применение ПТФЕ обусловлено тем, что он занесен в Книгу мировых рекордов Гиннесса, как самый скользкий материал в мире. Многие ученые всего мира стали активно работать с этим материалом, предлагая его применение во многих областях, в том числе в автомобильной и автохимической промышленности.

   Было также разработано множество модификаций ПТФЕ, которые получили различные наименования: полифлон (Япония), алгофлон (Италия), флюон (Англия), сорефлон (Франция), гостафлон TP (Германия);

   политрифторхлорэтилен, известный под торговыми марками фторопласт-3, дайфлон (Япония), гель F (США), гостафлон (Германия), волталеф (Франция); поливинилиденфторид, известный под торговыми марками, фторопласт-2, кайнар (США), KF – полимер (Япония); видар (Германия); солеф (Бельгия), форафлон (Франция); сополимер тетрафторэтилена с этиленом, известный под торговыми марками фторопласт-40, тефзел (США), неофлон ETFE (Япония), хостафлон ET (Германия); сополимер тетрафторэтилена с винилиденфторидом, известный под торговой маркой фторопласт-42; сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, известный под торговыми марками фторопласт-4МБ, тефлон FEP (США), хостафлон FEP (Германия), неофлон (Япония); сополимер тетрафторэтилена с перфторвинилпропиловым эфиром, известный под торговыми марками фторопласт-50, тефлон PFA (США), а также отечественные фторопласты марок Ф4, Ф3 и др.

   Компания Shell, получив права на торговую марку SLIK 50, снова выпустила на рынок автохимии серию препаратов под данной торговой маркой.

   Выше указывалось, что разработчиком и обладателем зарегистрированной торговой марки «Teflon» и одним из первых производителей тефлоновых препаратов для автохимии (DLX-600 и др.) является американская фирма DuPont, которая, однако, давно прекратила выпуск препаратов этого класса, а тефлоновые препараты сняты с вооружения американской армии уже почти 20 лет.

   Полимерсодержащие препараты в основном применяются для повышения надежности и экономичности двигателей. Наиболее простой способ обработки заключается в следующем:

   – полностью слить отработанное моторное масло и заменить масляный фильтр;

   – тщательно взболтать содержимое флакона с препаратом в течение 3…5 мин.;

   – ввести препарат в установленной пропорции в приготовленный к заправке объем моторного масла;

   – тщательно перемешать полученный состав и залить в двигатель;

   – немедленно пустить двигатель и проехать не менее 10…15 км или оставить его работающим на 25…30 мин. и не менять масло до пробега 5 тыс. км для лучшей обработки всех деталей двигателя.

   Автохимические препараты этого класса также рекомендуется применять для специальной обработки, заключающейся во введении добавки в виде аэрозоля (или капельным путем) через впускные трубопроводы дизелей или карбюраторы бензиновых двигателей.

   После обработки на прогретом и работающем двигателе, его не следует останавливать (глушить) в течение 15…20 мин., или можно осуществить технологический пробег на расстояние порядка 10 км.

   В процессе обработки ПТФЭ покрывает трущиеся поверхности деталей, что заменяет трение металла о металл трением полимер по полимеру. Приводимые в рекламных проспектах (SLIDER 2000 PTFE treatment team (Великобритания), Antifriction PTFE (США) и др.) данные указывают на значительное увеличение сроков службы обработанной полимерами техники, снижение расхода топлива и смазочных материалов, на другие положительные факторы.

   Были попытки создания подобного автохимического соединения на основе ПТФЭ и в нашей стране. Широкую рекламную компанию вели авторы препарата «Аспект – модификатор» на основе перфторпропиленоксида (химическая формула CF3CF2O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)COF, где n = 15…55), а также «Универсальный модификатор», производимых российскими фирмами «Амтек», «Автоконинвест», которые предлагалось вводить в моторные и трансмиссионные масла.

   Как заявляли разработчики, данные препараты изначально были созданы для применения в армейской технике в условиях боевых действий, когда во что бы то ни стало надо выполнять боевую задачу. Вопрос о сохранении межремонтного ресурса в этом случае, конечно, ни имел никакого смысла, так как, например, «время жизни» бронетанковой техники в современном бою составляет около 30 мин. Возможность длительной эксплуатации автомобилей на таких препаратах, как показала реальность, детально не исследовалась (если исследовалась вообще). Видимо, этим можно объяснить множество негативных «аспектов» их применения.

   Новосибирская компания «Новофорум» одно время выпускала серию специальных противоизносных препаратов марки Forum, содержавших поверхностно – активированный фторопласт-4 (химическая формула (C2F4)nCOF, где n = 100…1000), разработанных в Институте химии Дальневосточного отделения РАН. К достоинствам данного препарата можно отнести его невысокую стоимость (около 100 р.) по сравнению с западными аналогами. Например, английский препарат Slik-50R стоил в США от 25 долларов, в Японии от 150 долларов. Минимальный размер частиц ПТФЭ (менее 1 мкм) в этом препарате позволяет беспрепятственно проходить через ячейки масляного фильтра (диаметр около 10 мкм) автомобиля и длительно удерживаться в смазочном материале во взвешенном состоянии.

   В настоящее время имеется возможность производства волокон политетрафторэтилена диаметром всего в 40…60 нм при длине несколько микрометров. На рис. 9 (справа) представлены фотографии нановолокон ПТФЭ, полученные на электронном микроскопе.

\"\"


   Рис. 9. Фрагменты структуры Ленгмюра на поверхностях трения (слева) и нановолокна политетрафторэтилена (справа):

   1 – смазочный материал; 2 – спиралевидные молекулы эпилама; 3 – трущиеся поверхности



   Ряд фирм заявили о применении в своих препаратах эпиламных полимерных соединений, наиболее известные из препаратов: «Универсальный модификатор-2» производства ЗАО «Автокон», марки «КАМП» производства ООО «Автостанкопром» (Россия) и серия препаратов под торговой маркой Energie 3000 (Энергия 3000) производства фирмы E 3000 (Франция).

   Эпиламные препараты Energie 3000 были разработаны по заказу заводской гоночной команды французской фирмы «Renault» для участия в международных ралли «VX?Racing», где достаточно успешно апробированы и только затем перешли в розничную торговлю.

   Особенность применения препаратов этой марки – они должны вводиться примерно за 1000 км до смены моторного масла. Затем масло с препаратом сливается, двигатель обрабатывается промывочными маслами и заправляется новым маслом. По утверждениям разработчиков, необходимая обработка трущихся соединений происходит ещё до смены масла, и дополнительное введение препарата не требуется.

   За счет таких мероприятий, во – первых, достигается очистка систем двигателя от образовавшихся шламов, нагара и лаков. Во – вторых, удаляется из системы не израсходованный (не осевший) полимерный компонент, дальнейшее нахождение которого в двигателе нежелательно из?за опасности его коагуляции (слипания) и блокировки масляного фильтра и приемного грибка масляного насоса. Однако не совсем корректно считать повышение эффективности работы двигателя после залива нового моторного масла только результатом действия обработки препаратом, уже слитым вместе с отработавшим маслом.

   Из промышленных эпиламов наиболее известны марки 6–СФК-180–05 и 6–СФК-180–20, представляющие собой растворы перфторполиэфира карбоновой кислоты общего вида RfCOOH (где Rf – фторсодержащий радикал) в хладоне 113 (ГОСТ 23344—79).

   В процессе обработки эпиламными препаратами фторсодержащие поверхностно – активные вещества (ПАВ) образуют так называемые структуры Ленгмюра в виде перпендикулярно ориентированных к поверхностям трения спиралей толщиной около 30…50 ?, способных выдерживать удельную нагрузку до 3 000 мН/мм 2 (см. рис. 9).

   По некоторым данным, применение эпиламов значительно снижает поверхностную энергию материала, например, для металлов с 3 000…5 000 до 2…4 мНм, т. е. в 1000…10 000 раз.

   Такие структуры, по данным разработчиков, способны надежно удерживать в зоне трения смазочный материал и в связи с этим значительно снижать интенсивность изнашивания и коэффициент трения обработанных подвижных соединений. Так, момент трения может снизиться до 10 раз, а момент страгивания в 10 000 раз по сравнению с необработанными поверхностями. Установлено, что ПАВ заполняет все микропоры и микротрещины на поверхности, вытесняя из них кислород и водород, предотвращая окисление и водородное изнашивание, а также рост микротрещин. Одно из достоинств эпиламов – возможность их применения в широком диапазоне рабочих температур, от очень низких (—200 оС) до достаточно высоких (+520 оС).

   При тяжелых режимах работы соединений, приводящих к росту температуры и появлению очагов схватывания, фторорганические соединения (типа эпилама) могут вступать в реакцию с ювенальными (свободными от оксидных и других пленок) поверхностями с образованием на глубине до 40 ? фторида железа, что обеспечивает их высокие противозадирные свойства и снижение интенсивности изнашивания.

   В связи с вышесказанным, эпиламы нашли широкое применение не только в качестве добавок к смазочным материалам, но и к смазочно – охлаждающим технологическим средам (СОТС) при механической обработке изделий из металлов, а также при специальной обработке резин, полимеров и других материалов в машиностроении.

   Рассмотрим также более подробно силиконовые препараты. Полисилоксаны или силиконы – это полимерные кремнийорганические соединения (разнообразные жидкости, каучуки и смолы), находящие все более широкое применение в качестве специальных смазочных материалов и препаратов, в том числе при производстве синтетических моторных масел. Их основу составляет цепочка из чередующихся атомов кремния и кислорода. Углеводородные и другие органические радикалы различного структурного строения занимают боковые связи атомов кремния. Наибольшее практическое применение в качестве смазочных материалов имеют полимеры с метильными (метилполисилоксаны) и этильными (этилполисилоксаны) радикалами.

   Кремнийорганические полимерные жидкости не имеют запаха, сильно различаются по вязкости, температуре кипения и замерзания. Они очень термостойки и, если горят, то с большим трудом, мало подвержены воздействию воды, большинства химических и физических факторов, разрушающих обычные органические материалы. В свою очередь, и они очень мало влияют или не влияют совсем на большинство таких органических материалов, как пластмассы, каучуки, краски или живые ткани и организмы. Кремнийорганические жидкости являются хорошими электроизоляционными материалами, они прозрачны и обладают гидрофобными (водоотталкивающими) свойствами.

   Редкое сочетание физических свойств объясняет такие разные области их применения. Их используют в присадках для моторных масел; при изготовлении различных смазочных веществ, гидравлических и демпферных жидкостей, работающих в широком диапазоне положительных и отрицательных температур; в кулинарии в составе варенья и джемов (для предупреждения вспенивания); в косметике; лакокрасочных покрытиях; при пропитке одежды и обивочных тканей; в пленках, покрывающих стенки сосудов для хранения некоторых жидких лекарств, чувствительных к контакту со стеклянной поверхностью; в составе мебельных и автомобильных полиролей; медицинском оборудовании; при производстве асфальта и пр. Тонкие пленки, оставляемые после обработки поверхности кремнийорганическими полиролями и пропитанными ими полировальными тканями, обладают исключительными пыле– и водоотталкивающими свойствами. Поверхность после такой обработки не смачивается водой и легко очищается от грязи.

   Полисилоксаны (полиорганосилоксаны) отличаются низкой температурой застывания, имеют пологую вязкостно – температурную кривую, термостабильны. Эти смазочные материалы и препараты на их основе химически инертны, не вызывают коррозию стали, чугуна, цветных сплавов даже при нагревании до температуры 150 оС.

   Кремнийорганические полимерные жидкости используются и в чистом виде. Точность чувствительных приборов и устойчивость их к повреждениям часто повышаются, если в качестве амортизирующих жидкостей применяются кремнийорганические полимеры. Хорошо подобранная жидкость устраняет нежелательное дрожание и скачки стрелки, даже если прибор испытывает значительные вибрации. Кремнийорганические жидкости позволяют снимать вибрацию маховиков в двигателях различных типов – от автомобильных моторов до локомотивных дизелей. Кремнийорганические полимеры обладают хорошей сжимаемостью, что дает возможность применять их в жидкостных амортизаторах.

   Недостатками препаратов этой группы являются низкие смазывающая способность и противоизносные свойства, которые, в свою очередь, повышаются введением в них самих дополнительных присадок. Поэтому полисилоксаны более перспективны для применения в качестве рабочих жидкостей в гидравлических системах и гидроамортизаторах, а также для изготовления пластичных смазочных материалов и добавок к ним.

   Анализ показывает, что, несмотря на доказанную результативность применения полимерсодержащих препаратов, существует целый ряд серьезных проблем при их широком использовании.

   1. Так, лабораторные исследования и длительные эксплуатационные испытания одного из известных тефлоновых препаратов, проведенные в конце прошлого века Институтом автомобилей и прицепов в г. Радоме (Польша), выявили ряд негативных последствий использования данного восстановителя.

   Было замечено, что образовавшееся на поверхностях трения тефлоновое покрытие может постепенно насыщаться мелкодисперсными частицами (продуктом износа) и абразива. Образуется подобие абразивного круга с пластичной матрицей из полимера и режущих элементов из застрявших в ней высокотвердых частиц. В результате, возможен переход от трения полимер по полимеру к трению в режиме абразивный круг – деталь.

   2. Отмечено также, что применение тефлоновых препаратов способствует образованию смолистых отложений с белым налетом и нагара на днищах поршней и поршневых кольцах.

   Похожие отложения на ряде поверхностей масляной системы двигателя, в том числе в фильтрах и каналах коленчатого вала, отмечаются и при применении некоторых других полимерсодержащих препаратов.

   3. Рекомендуемые концентрации многих полимерсодержащих препаратов для введения в моторное масло необоснованно завышены (до 25 % от объема моторного масла), что сказывается на химмотологических свойствах базового масла.

   Химмотология – наука о рациональном использовании топлив, масел и автохимии в технике.


   4. Применение полимерсодержащих препаратов (особенно содержащих тефлон) на новых автомобилях, преимущественно японского производства, имеющих жёсткие допуски на изготовление трущихся соединений, например «шейка коленчатого вала – вкладыш», может привести к «забиванию» ими масляных каналов коленчатого вала и отказу двигателя.

   В связи с этим в инструкциях по применению ряда полимерсодержащих препаратов указывается: «Не применять в период обкатки!» Учитывая близкий состав и механизм действия, целесообразно это предупреждение распространить на ВСЕ препараты этой группы.

   5. По данным разработчиков, примененный однажды полимерсодержащий препарат может находиться на трущихся поверхностях до 80 000 км пробега и блокировать применение других РВП и технологий, которые либо не окажут никакого влияния на состояние обработанного узла, либо, хуже того, могут осесть в уже суженных тефлоном каналах и фильтрах.

   6. В настоящее время в странах Западной Европы и США применение в автохимии препаратов, содержащих фторсодержащие материалы, крайне ограничено. Это вызвано том, что при их горении возможно образование в отработавших газах ядовитых химических соединений, близких по составу к боевым отравляющим веществам типа «фосген» и некоторых других.


← Назад к списку новостей

|
Заказать звонок
CAPTCHA