6.4.4. Lubrifianţi lichizi

Lubrifianţii lichizi artificiali sunt uleiuri minerale. Se cunosc şi se utilizează şi lubrifianţi sintetici ca de exemplu poliglicolii, policlorfluoretilena, esterii unor acizi dibazici, siliconii.

Uleiurile minerale, se obţin prin distilarea în vid a păcurii. În procesul de distilare se obţin uleiuri, vaseline şi asfalt. Uleiurile sunt amestecuri de alcani, alchene, cicloalcani, hidrocarburi aromatice, compuşi ciclici cu azot şi sulf cu masa moleculara cuprinsă între 300 şi l000 unităţi atomice de masă. Prezenţa alcanilor (parafinelor) este dorită în compoziţia uleiurilor în timp ce olefinele (alchenele) şi compuşi cu sulf diminuează mult calităţile unui lubrifiant.

Rafinarea uleiurilor obţinute prin distilare se realizează cu acid sulfuric concentrat sau prin tratare cu solvenţi selectivi ca propanul sau SO₂ lichid (procedeul Edeleanu). Prin rafinare cu solvenţi se obţin uleiuri de calitate superioară. După rafinare, uleiurile se decolorează cu pământuri decolorante obţinându-se uleiurile brute cărora li se adaugă aditivi, transformându-le în uleiuri lubrifiante. Lubrifierea cu uleiuri se realizează prin mecanismul de ungere cu strat limită.

Clasificarea uleiurilor lubrifiante se poate face după compoziţie în uleiuri neaditivate (M) şi uleiuri aditivate.

În funcţie de utilizarea lor, uleiurile aditivate utilizate la noi în ţară pot fi:

-           uleiuri regular (ML) pentru m.a.s.

-           uleiuri premium (MM) care pot fi utilizate atât la motoare cu aprindere prin scânteie, m.a.s., cât şi la cele cu aprindere prin compresie, m.a.c.

-           uleiuri heavy duty (MS) pentru m.a.s. şi m.a.c.

-           uleiuri super heavy duty (DG, DM, DS) pentru m.a.c.

Uleiurile pentru condiţii severe şi foarte severe se clasifică, funcţie de viscozitatea lor, în:

-           uleiuri multigrad (pentru iarnă-vară) cum este 15W40 utilizat la m.a.s.

-           uleiuri pentru motoare Diesel supraalimentate ca DS30 şi DS30-SUPER, pentru m.a.c.

-           uleiuri de rodaj

-           uleiuri pentru transmisii (cutii de viteză, diferenţiale) ca T90EP2 (aditivat) şi T90 (neaditivat)

-           uleiuri pentru instalaţii hidraulice (H), electroizolante (Tr), pentru prelucrarea metalelor (P), pentru tratamente termice (TT).

Cifrele care urmează după simbolurile literale, indică în fiecare caz, viscozitatea cinematică a uleiului, la 50^oC, exprimată în cSt.

Uleiurile sintetice se obţin prin amestecarea şi omogenizarea a diferiţi compuşi organici astfel încât ei au o compoziţie riguros constantă (care nu depinde de exemplu de provenienţa materiilor prime, cum este cazul uleiurilor minerale a căror calitate depinde şi de petrolul supus prelucrării). La producerea acestor uleiuri se urmăreşte obţinerea unei bune stabilităţi termice precum şi o viscozitate puţin dependentă de temperatură. Uleiurile sintetice conţin în compoziţia lor siliconi, fluorocarburi, derivaţi cloruraţi, poliglicoli, amine aromatice etc.

Proprietăţile de interes practic ale uleiurilor lubrifiante sunt prezentate în continuare.

Onctuozitatea este proprietatea de ungere respectiv capacitatea uleiurilor de a forma prin adsorbţie la suprafaţa metalelor, pelicule aderente. Adsorbţia se datorează prezenţei în ulei a substanţelor cu legături polare care preexistă în ulei sau care se adaugă sub formă de aditivi.

Viscozitatea, caracterizează frecarea internă a lubrifiantului, rezistenţa sa la curgere.

În industria lubrifianţilor se determină viscozitatea dinamică, h, exprimată în Poise (P) şi viscozitatea cinematică, n = h/r, exprimată în Stokes (St). Viscozitatea dinamică a uleiurilor lubrifiante este, la temperatura camerei de 90…115 cP.         Ca unitate de măsură comercială se foloseşte însă gradul Engler de viscozitate, ^oE,  care arată raportul dintre timpul de scurgere a 200 cm³ ulei (aflaţi la o anumită temperatură, T) şi timpul de scurgere a 200 cm³ apă distilata (la 20^oC). Determinarea practică se realizează cu viscozimetrul Engler. Timpului corespunzător scurgerii apei este o constantă de aparat.

Variaţia viscozităţii unui ulei cu temperatura se exprimă prin indicele Dean-Davis (DD sau IV). Indicele de viscozitate Dean-Davis se stabileşte prin compararea uleiului dat cu două uleiuri de referinţă; un ulei a cărui viscozitate variază foarte puţin cu temperatura (I.V.= l00) şi unul a cărui variaţie este foarte mare (I.V.= 0).

Din valorile viscozităţilor cinematice, n, exprimate în cSt la 37,8 ^oC (100^oF) se calculează I.V. cu relaţia:

Cu cât indicele I.V. este mai mare cu atât variaţia viscozităţii cu temperatura este mai mică şi uleiul se poate utiliza într-un interval de temperatură mai mare. Viscozitatea optimă este considerată viscozitatea minima la care pelicula de ulei nu se rupe. Din acest motiv vara se folosesc uleiuri mai viscoase şi iarna uleiuri mai fluide.

Densitatea uleiurilor, r, variază între 0,88 şi 0,99 g/cm³.

Culoarea uleiurilor este cuprinsă în gama de la galben-verzui până la maro şi se intensifică prin utilizare când lubrifianţii se şi opacizează.

Punctul de inflamabilitate, reprezintă temperatura minima la care vaporii de ulei se aprind în prezenţa unei flăcări. Acesta se determină experimental cu aparatul Marcuson sau cu aparatul Pensky-Martens. Punctul de inflamabilitate este o măsură a volatilităţii (reduse) a unui ulei şi are valori cuprinse între 200…250^oC.

Aciditatea se apreciază prin indicele de aciditate, I_a,  definit ca numărul de mg de KOH care neutralizează acizii conţinuţi într-un gram de ulei. Aciditatea se datorează prezenţei în ulei a acidului sulfuric utilizat în procesul rafinării  şi care nu a fost neutralizat, precum şi a altor substanţe cu caracter acid din păcură; ea creşte în timpul utilizării datorită formării produşilor de oxidare cu caracter acid. Valoarea maximă admisă este 0,15. Uleiurile cu valori mari ale I_a, corodează suprafeţele metalice cu care vin în contact.

Gradul de nesaturare, exprimat prin indicele de iod I_i, indică numărul de grame de iod care se adiţionează la compuşii nesaturaţi din l00 g ulei. Pentru lubrifianţi valoarea maximă admisă este cuprinsă între 4 şi 6. Indicele de iod este o măsură a stabilităţii termice a uleiului. Uleiurile cu grad mare de nesaturare se oxidează uşor formând produşi de oxidare corozivi, sau se polimerizează transformându-se în gume, produse solide care contribuie la abraziunea suprafeţelor lubrifiate.

Cifra de cocs reflectă comportamentul la încălzire a lubrifiantului; ea este exprimată prin conţinutul de reziduuri solide (cocs) rezultate la încălzirea uleiului în absenţa aerului. Valoarea maximă admisă este 1,2%. Uleiurile cu valori mari ale cifrei de cocs depun, în timpul funcţionării, calamina, care produce fenomenul de abraziune.

Comportarea la răcire este caracterizată prin punctul de congelare care reprezintă temperatura la care uleiurile îşi pierd fluiditatea ca urmare a formării cristalelor de parafină. Uleiurile auto, de iarnă, au punctul de congelare cuprins intre -25 şi -30^oC iar cele de vară între -5 şi 0 ^oC. 

Spumarea uleiurilor este determinată de prezenţa aerului sau a altor gaze dizolvate, prezenţă care atrage după sine o serie de inconveniente ca oxidarea uleiului sau formarea dopurilor de gaz.

În uleiuri se recomandă să nu existe apă şi compuşi minerali (anorganici).

Proprietăţile uleiurilor minerale se îmbunătăţesc prin adăugarea aditivilor. Efectul aditivilor depinde de o serie de factori printre care natura şi concentraţia aditivului, prezenţa altor aditivi, natura uleiului, gradul de rafinare a acestuia, condiţiile de utilizare, etc. Pentru ca o substanţă să fie aditiv trebuie să fie solubilă în ulei pentru a preîntâmpina separarea ei în timpul stocării uleiului; să fie insolubilă în apă pentru a nu fi îndepărtată în cazul contactului uleiului cu apa; să fie stabilă la acţiunea agenţilor fizico-chimici; să nu corodeze; să nu distrugă materialele de etanşare (cauciuc, mase plastice); să aibă tensiune de vapori mică, pentru a nu se volatiliza la temperatura de lucru.

După funcţia pe care o îndeplinesc, se utilizează:

-         aditivi antioxidanţi care au rol de a bloca radicalii liberi sau de a descompune hidroperoxizii formaţi în procesul de oxidare. Se utilizează în acest scop b-naftolul, pirocatechina, compuşi cu S şi P etc.

-         aditivi anticorozivi - compuşi organici cu sulf şi fosfor;

-         aditivi pentru corectarea viscozităţii - poliizobutenă, polimetacrilaţi, polistiren etc.

-         aditivi de onctuozitate - acizi graşi, acizi naftenici, compuşi cu O, S, P;

-         aditivi detergenţi cu rol de a dizolva calamina şi gumele. Se folosesc sulfonaţi de Ba, Zn, Cd;

-         aditivi antispumanţi – cetone şi alcooli superiori;

-         aditivi anticongelanţi (depresanţi) - polimetacrilaţi, poliacrilaţi, săpunuri;

-         aditivi coloranţi şi odorizanţi - se adaugă mai mult pentru satisfacerea unor exigenţe comerciale. Odorizanţii, (nitrofenoli) se adaugă în scopul mascării mirosurilor neplăcute ale altor aditivi.

Regenerarea uleiurilor uzate se poate face pe cale mecanică, prin sedimentare şi centrifugare sau pe cale chimică, prin rafinare cu acid sulfuric şi solvenţi. Acest din urmă caz se practică pe şarje mari, obţinute prin colectarea uleiurilor uzate.