A kenőanyagok legfontosabb jellemzői és összetételük Kisdeák Lajos, kenéstechnikai szolgáltatás vezető MOL-LUB Kft.

Átírás

1 A kenőanyagok legfontosabb jellemzői és összetételük Kisdeák Lajos, kenéstechnikai szolgáltatás vezető MOL-LUB Kft. Tel:

2 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, CH 4 A szén és a hidrogén végtelen sokféle molekulát vegyületet alkothat A kenőolajokban található szénhidrogén molekulák két alapvető szempontból különböznek egymástól: A molekulák konstrukciója A szénatomok száma CH 4 2

3 A kenőanyagokról általában A szénhidrogén molekulák konstrukciója Alkánok Lineáris (normál) paraffinok Alkánok Izoparaffinok: jellemzőjük az elágazás Kenéstechnikai szempontból a rövid oldalláncú (C 1 C 3 ), többszörösen elágazó izoparaffinok a legkedvezőbbek (alacsony dermedéspont, alacsony párolgási hajlam, magas viszkozitási index). Az elágazások számának optimuma van. 3

4 A kenőanyagokról általában A szénhidrogén molekulák konstrukciója Naftének (cikloalkánok): jellemzőjük a telített gyűrűs (nem aromás) szerkezet 4

5 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! 5

6 A kenőanyagokról általában 1,0 0,8 0,6 A szénhidrogén molekulák szénatom-száma Alacsonyabb viszkozitású, mint a másik három frakció* Szűk frakció (pl. szintetikus olaj) Jellemző szénatom-számok Benzinek: C5 C10 Petróleum, kerozin: C11- C12 Gázolaj: C12 C20 Kenőolaj: C20 C30 Bitumen: C31 C50 0,4 0,2 Széles frakció Szénatom-szám (csak diszkrét értékeket vehet fel) * Feltéve, hogy a molekulák konstrukciója azonos 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. 6

7 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). 7

8 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 A sűrűséget általában 15 C mellett mérik A sűrűség változhat: Piknométer Nem egy közönséges üvegedény ISL Vida areometrikus sűrűségmérő A könnyű (alacsony forráspontú) komponensek elpárolgása miatt Gázoldás miatt Egyéb szennyezők bekerülése miatt, stb. 8

9 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 9

10 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) dv dy h 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 (m 2 ), az úgynevezett csúsztatófeszültség (tau): τ = F/A (N/m 2 ). A csúsztatófeszültség a folyadék egy fizikai jellemzőjével, és a sebesség (hely szerinti) változásának intenzitásával, az úgynevezett sebesség-gradienssel arányos: τ = η (dv/dy) 10

11 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/m 2 ) 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

12 τ (Pa) τ (Pa) τ (Pa) A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A folyadékok többsége nem, vagy csak közelítőleg newtoni jellegű Nem newtoni 1 Newtoni 2 Nem newtoni dv/dy (1/s) Ha a hőmérséklet és a nyomás állandó, a folyadék viszkozitása állandó. Nyugalmi folyadékban nem ébred csúsztató feszültség. 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] 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

13 alfa, GPa-1 A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A kenőanyagok viszkozitása függ a nyomástól Nafténes olajok Group I bázisolaj Poli(alfa-olefinek) észterolajok Poli(alkilén-glikol) Kinematikai viszkozitás, cst Barus egyenlet η(p) = η(p 0 ) 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 Forrás: Aachen University,

14 Dinamikai viszkozitás, Pa s (lg lg η) A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A kenőanyagok viszkozitása erősen függ a hőmérséklettől. Az Arrhenius-Andrade összefüggés: η = η 0 exp( E/RT) ahol: η 0 anyagi állandó, Pa s E a viszkozitás aktiválási energiája, J/mol (anyagjellemző) R az egyetemes gázállandó, J/(mol K) T az abszolút hőmérséklet, K A kenőanyagok gyártásához használt bázisolajok viszkozitásának hőmérsékletfüggése általában erősebb a kívánatosnál, emiatt a viszkozitást módosítani kell Bázisolaj 2 Gyengébb hőmérséklet-függés (drága alapanyag) Bázisolaj 1 Erős hőmérséklet-függés (olcsó alapanyag) Hőmérséklet, K (lg T) 14

15 Dinamikai viszkozitás, Pa s (lg lg η) A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A kenőanyagok viszkozitásának hőmérséklet-függését a viszkozitási indexszel fejezzük ki. H U 40 C 100 C Hőmérséklet, C (lg T) L VI = L - U L - H 0 viszkozitási indexű olaj viszkozitási indexű olaj Az L és H értékei ismertek Egy részlet a táblázatból 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,

16 Dinamikai viszkozitás, Pa s (lg lg η) A kenőolajok legfontosabb jellemzői Viszkozitás A viszkozitás módosítása adalékolással 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

17 Viszkozitás A viszkozitás módosítása adalékolással A viszkozitás-módosító adalékok mérete a hőmérséklet emelkedésével megnő. Alacsony Polimer molekula A polimerhez társult olaj Hőmérséklet Magas A növekvő méretű molekulák gátolják az olaj folyását. A viszkozitás természetesen nem növekedik, hanem kevésbé csökken Elefánt a porcelánboltban 17

18 Viszkozitás A HTHS viszkozitás és a lenyíródás értelmezése Nagy nyírási sebesség esetén a viszkozitás-módosító adalék nagy méretű molekulái megnyúlnak, vagy feldarabolódhatnak. 3 A molekula alakja nyírás hatására megváltozik A molekula visszanyerte alakját 2 A viszkozitás-módosító molekula nyugalomban lévő olajban,vagy nyírás nélküli áramlás esetén 3 A viszkozitás-módosító molekula feldarabolódott 1 Átmeneti viszkozitás vesztés, a HTHS viszkozitás érvényesül A molekula darabokra szakad Végleges, maradó viszkozitás vesztés 2 Lenyíródás 18

19 Viszkozitás A többfokozatú kenőolajok értelmezése SAE 30 SAE 5W-30 Viszkozitás (log log v) Maximális viszkozitás (alacsony hőmérséklet) Minimális viszkozitás (magas hőmérséklet) Az 5W-30 viszkozitási osztályú motorolajhoz választott bázisolaj Alacsony Magas Hőmérséklet (log T) A viszkozitás-módosító adalék hatása SAE 5W 19

20 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 többfokozatú (multigrade): pl. SAE 5W-30 SAE J300 SAE viszkozitási osztály Látszólagos viszkozitás (CCS) Alacsony hőmérsékletű viszkozitás (MRV) Szivattyúzhatósági határ Kinematikai viszkozitás 100 C-on, mm 2 /s Viszkozitás magas hőmérséklet, nagy sebesség gradiens mellett (HTHSV) 150 C, /s, mpa s, max. C-on mpa s, max. C-on min. max. mpa s, min. 0W , W , W , W , W , W , ,1 8,2 2, ,9 9,3 2, ,3 12,5 2, ,5 16,3 3,5* ,5 16,3 3,7** ,3 21,9 3, ,9 26,1 3,7 * 0W-40, 5W-40, 10W-40-es viszkozitási osztályú tagokra ** 15W-40, 20W-40, 25W-40 és 40 viszkozitási osztályú tagokra 20

21 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

22 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

23 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

24 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 Pensky- Martens, 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

25 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

26 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

27 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. A nyírásstabilitási index: SSI% = [(v1-v2)/v1-v0)] 100, Kenőzsírok törésére szolgáló készülék ahol v 1 a nyírás előtt, v 2 a nyírás utáni viszkozitás, v 0 pedig a polimert nem tartalmazó kenőolaj viszkozitása ugyanazon hőmérsékleten. 27

28 Stabilitás Termikus stabilitás Alkil-benzol Ásványolaj 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 PAO Hőmérséklet, C 28

29 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

30 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

31 A motorolajok szulfáthamu-tartalma a SAPS értelmezése Részlet az ACEA évi motorolaj-specifikációiból Követelmények 1. Laboratóriumi vizsgálatok (folytatás) Vizsgálati módszer Jellemzők Mértékegység Limitek C1-12 C2-12 C3-12 C TBN ASTM D2896 mg KOH/g Kéntartalom ASTM D5185 Lásd 1. megjegyzés % m/m 0,2 0,3 0, Foszfortartalom ASTM D5185 Lásd 1. megjegyzés % m/m (2) (2) (2) (2) 1.8. Szulfáthamu tartalom ASTM D874 % m/m 0.50 (2) 0.80 (2) 1.9. Klórtartalom ASTM D6443 ppm m/m Riport Olaj/elasztomer összeférhetőség CEC L Lásd 3. megjegyzés A tulajdonságok max. változása öregítés nélküli olajba mártás után 7 nappal Elasztomer típus RE1 RE2-99 RE3-04 RE4 Keménység, DIDC pont -1/+5-5/+8-22/ +1-5/+5 Szakítószilárdság % -40/+10-15/+18-30/+10-20/+10 Szakadási nyúlás % -50/+10-35/+10-20/+10-50/+10 Térfogat változás % -1/+5-7/+5-1/+22-5/ (2) AEM VAMAC Daimler szerint 31

32 Lakképzési hajlam Mit látunk a képen? Az alkatrészek felületein vastag lakkréteg van 32

33 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

34 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

35 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

36 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

37 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

38 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

39 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

40 A kenőolajok összetétele Bázisolajok Solvent Neutral (SN) olajok Konvencionális alapolajok. Aromás, kén és nitrogén heteroatomos szénhidrogéneket tartalmaznak. Tipikus viszkozitási indexük 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 , 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

41 A kenőolajok összetétele A bázisolajok klasszikus csoportosítása Klasszikus kőolajfinomítási technológia Hidrogénezési eljárás Hidrogénezési eljárás (hidro-izomerizálás) API bázisolaj kategóriák Telített Kéntartalom, Viszkozitás Csoport szénhidrogének, tömeg % Index tömeg % Group I > 0,03 és/vagy < Group II < 0,03 és > Group III < 0,03 és > 90 > 120 Group IV Group V Poli-alfa-olefinek (PAO) Egyéb szintetikus bázisolajok 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

42 A kenőolajok összetétele A kenőolajok előállítása Az XTL technológiák sémája GTL, Gas-to-Liquid, CTL, Coal-to-Liquid, BTL, Biomass-to-Liquid Földgáz O 2, energia Könnyűbenzin Szén Biomassza vagy vagy Syngas előállítás F-T szintézis (Fischer-Tropsch) Finomítás Jet üzemanyag Gázolaj Bázisolaj Víz Melléktermékek CO 2 ártalmatlanítás 42

43 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

44 A kenőolajok összetétele Az adalékok funkciói Adalék Funkció A gyakorlatban Viszkozitás módosító Folyáspont módosító Detergens Diszpergens Kopásgátló Oxidációgátló Súrlódás módosító Habzásgátló A kenőolaj viszkozitás-hőmérséklet függését csökkentő, viszkozitási index növelő polimerek. A kenőolaj folyáspontját a paraffin kristályok összekapcsolódásának gátlásával csökkentő polimerek. A detergensek az olajba jutó savas komponensek semlegesítésével védik a különböző fém alkatrészeket. A diszpergensek a különböző olajoldhatatlan részecskék kiülepedését gátló komponensek. A kopásgátlók a fémfelületeken egy védőréteget képeznek, melynek segítségével csökkentik azok kopását. Az antioxidánsok a bázisolajok oxidációjának gátlásával lassítják az olaj öregedését. A fémfelületek közötti súrlódást csökkentő komponensek. A magas detergens tartalom növeli a habzási hajlamot, ennek kordában tartása. Szilikon olaj. Könnyebb hideg indítás és erőteljesebb védelem magas hőmérsékleten. Alacsonyabb folyáspont, könnyebb hidegindítás A savas komponensek által okozott kopás és korrózió megakadályozásnak köszönhetően megbízható működés Tiszta felületek és megbízható működés. Hosszú gépélettartam és megbízható működés. Hosszú olajcsere intervallum. A súrlódási veszteségek csökkentésének köszönhetően alacsonyabb energiafogyasztás Hosszú gépélettartam és megbízható működés a folytonos kenőfilm fenntartásának és a kavitációs korrózió gátlásának köszönhetően. 44

45 Köszönöm a figyelmet! 45