— смолистые и асфальтеновые соединения (resins, bitumen), образующие при работе лаковые отложения и нагар на горячих поверхностях деталей, ухудшающие низкотемпературные свойства и подавляющие эффективность антиокислительных и антикоррозионных присадок;
Нагар — отложения на поверхности камеры сгорания, состоящие в основном из карбонов и карбоидов и способные вызывать интенсивное изнашивание деталей цилиндропоршневой группы.
— парафины (wax) — растворенные в масле твердые углеводороды, которые повышают температуру застывания масла и ухудшают его низкотемпературную фильтруемость;
Температура застывания — показатель способности масла или дистиллятного топлива оставаться текучим при низких температурах. Это наименьшая температура, при которой жидкость остается текучей после охлаждения в определенных условиях.
— полициклические соединения (polycyclic aromatics, PCA), также снижающие низкотемпературные свойства масла и способствующие образованию смолистых отложений и нагара.
Как видим, все эти соединения в той или иной степени снижают качество готового нефтехимического продукта. Вследствие неоднородности основы и наличия многих примесей наблюдается нестабильность вязкостно — температурных свойств, высокая испаряемость, низкая стойкость к окислению и другие отрицательные свойства. Индекс вязкости (ИВ) лучших минеральных основ не превышает 100 единиц. Повышение вязкостных характеристик минеральных масел достигается специальными загущающими присадками.
Индекс вязкости — эмпирическое число, которое указывает на степень изменения вязкости масла при изменении температуры. Масла с высоким индексом вязкости проявляют меньшую зависимость вязкости от температуры, чем масла с низким индексом вязкости. Для повышения индекса вязкости проводят глубокую гидроочистку базовых масел или используют вязкостные присадки (маслорастворимые полимеры) или синтетические (полимерные) масла.
2. Синтетические масла (Fully Synthetic, Voll Synthetic, 100 % synthetic), получаемые путем химических реакций, направленных на образование однотипных молекул органических веществ с заданными свойствами, в качестве которых выступают полиальфаолефины (ПАО), алкилбензолы или эфиры (эстеры).
Полиальфаолефины (ПАО) — углеводороды с длиной цепочки порядка 10…12 атомов, получаемые путем полимеризации коротких углеводородных цепочек — мономеров из 3…5 атомов. Служат основой для производства синтетических моторных масел.
Для производства ПАО обычно используются бензиновые молекулы или нефтяные газы — бутилен и этилен, из которых путем полимеризации (химического составления) получают короткие углеводородные цепочки — мономеры из 3…5 атомов. К достоинствам ПАО относятся: низкая температура застывания (до —60 °C), невысокая восприимчивость к перепадам температур, низкая испаряемость и окисление. В то же время стоимость такой основы моторного масла в 4,5 раза выше обычной минеральной.
Эстеры (греч. a ither — эфир) — сложные эфиры, получаемые нейтрализацией спиртами карбоновых кислот рапсового масла, смолы хвойных деревьев и кокосовой копры. Применяются в качестве присадок к моторным маслам. Молекулы эстеров обладают электрическим зарядом (полярны), притягивающим их к поверхности трения в зоне контакта.
Электрический заряд так распределен в молекулах эстеров, что полярная молекула притягивается к металлу одним концом, образуя плотный молекулярный ворс. Исходная вязкость эстеров задается еще на этапе производства основы, так как чем более тяжелые используются спирты, тем выше получается вязкость масляной основы. При этом можно вообще отказаться от загущающих присадок, которые в процессе работы двигателя постепенно «выгорают», приводя к окислению («старению») масла. В настоящее время существуют технологии изготовления полностью биологически разлагаемых масел (биомасел) на основе эстеров.
Кинематическая вязкость — основной показатель смазочных масел, показывает зависимость между динамической вязкостью и плотностью жидкости. Ее определяют в капиллярных вискозиметрах путем измерения времени протекания известного объема жидкости через небольшое калиброванное отверстие при заданной температуре. Единицы измерения кинематической вязкости — мм2/с или сантистоксы (сСт).
Моторное масло на основе эстеров обойдется потребителю примерно в 10 раз дороже, чем на минеральной основе. Например, литр эстеровой моторной «синтетики» стоит минимум 15–20 долларов США. Поэтому эстеры добавляют к другим масляным основам в качестве присадок (обычно 3…5 %).
Динамическая в язкость — внутреннее трение или свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц под влиянием действующих на них внешних сил. Она характеризует несущую способность и прокачиваемость жидкости, измеряется с помощью вискозиметров и обозначается в Па·с или пуазах.
Как уже отмечалось, синтетические моторные масла обладают более высокой вязкостно — температурной характеристикой (ВТХ) по сравнению с маслами на минеральной основе. Температура потери подвижности синтетических моторных масел может быть существенно ниже (до —650 °C), чем у минеральных, а вязкость при температурах 250…3000 °C в 2–3 раза выше, чем у равновязких им минеральных масел при 1000 °C.
Благодаря высокому индексу вязкости, синтетическое масло позволяет поддерживать оптимальную толщину масляного клина как при низких, так и при высоких температурах, что, в свою очередь, снижает износ деталей двигателя, особенно в условиях экстремальных температур.
Так, при низких температурах «синтетика» сохраняет свою текучесть, что обеспечивает максимально быстрое поступление масла к узлам трения и снижает износ деталей при пуске, а низкая испаряемость позволяет экономить на угаре масла.
Более равномерная молекулярная структура способствует снижению внутреннего трения, за счёт чего повышается эффективность работы двигателя и снижается температура масла.
Синтетические масла имеют лучшую термическую стабильность, низкую испаряемость и малую склонность к образованию высокотемпературных отложений. Они превосходят минеральные масла по антиокислительным свойствам, диспергирующей и механической стабильности, обладают равными или лучшими противозадирными и противоизносными свойствами. Поэтому синтетические масла с успехом применяются в высокофорсированных теплонапряженных ДВС.
Задир — катастрофический износ, наблюдаемый в парах трения из‑за местного сваривания и разрушения мест сварки. Его можно предотвратить использованием противоизносных, противозадирных присадок и модификаторов трения.
Благодаря своим свойствам синтетические масла могут эксплуатироваться 20 и более тысяч километров пробега автомобиля без замены. Расход синтетических моторных масел на угар на 30…40 % меньше по сравнению с минеральными.
Срок службы — календарная продолжительность эксплуатации изделия до наступления разрушения или другого предельного состояния. Предельное состояние устанавливается в соответствии с изменениями параметров, условий безопасности, экономических показателей, необходимости первого капитального ремонта и т. п.
В то же время, наряду с высокой ценой традиционных компонентов, таких как ПАО и эстеры, синтетические масла обладают более высокой, чем у «минералки», активностью по отношению к материалам уплотнений, в них хуже растворяются дополнительные присадки, которые используются при производстве современных моторных масел. При этом эстеры (эфиры) очень требовательны к отсутствию в масле влаги, в том числе водяного конденсата.
3. Частично синтетические (полусинтетические) масла (Semi‑Synthetic, Teil Synthetic, Synthetic, Synthetic Based, Synthetic Blend), состоящие из смесей минеральных и синтетических базовых масел.
Как показывает практика, большинство моторных масел, позиционируемых как полусинтетические, а частично и полностью синтетические масла, на самом деле являются гидрокрекинговыми (НС) маслами, которые достаточно успешно совмещают высокие качества синтетики с неагрессивностью «минералки» при более доступной цене.
Гидрокрекинг (греч. hydor — вода, англ. c racking — расщепление) — технология химического синтеза моторных масел, заключающаяся в воздействии (насыщении) водородом в присутствии специального катализатора на высококипящие (тяжелые) нефтяные фракции, а также на легкокипящие и среднедистиллятные прямогонные фракции и вторичные продукты их термокаталитической переработки для получения бензиновых фракций, реактивного и дизельных видов топлива, смазочных материалов и т. д.
