Мастила. Чарівності ковзання

З поширенням та доступністю нанотехнологій все більшого застосування в мастильних матеріалах набувають унікальні хімічні матеріали. У журналі autoExpert №12-2013 ми дали досить повний опис складу та характеристик універсальних мастил для автосервісу, а сьогодні розповімо про деякі передові розробки на основі полімерів в автомобільних мастилах та спецпродуктах для автосервісу.

Полімери в автомобілебудуванні

А якщо серйозно, то в автомобілебудуванні полімери і фторполімери зокрема відіграють істотну роль. Наприклад, майже три чверті внутрішньої обробки салонів легкових автомобілів, автобусів виконується сьогодні із декоративних пластиків, синтетичних плівок, тканин, штучної шкіри. З досягненням у полімерних матеріалів необхідної міцності та теплостійкості їм стали довіряти все більш відповідальні завдання. Рубіж властивостей міцності полімерних матеріалів вдалося подолати переходом до композиційних матеріалів, головним чином скло- і вуглепластиків. Роль полімерів в автомобілебудуванні продовжує зростати, і за прогнозами все більше зявлятиметься через ряд їх переваг перед металлами.

Полімери: як все починалося…

Освоєння процесу полімеризації було тісно пов’язане з автомобільною галуззю із самого початку. Ще 1839 р. американський підприємець і винахідник Гудієр розробив процес вулканізації. Спроби різних вчених синтезувати перші полімери призводили до осмолення матеріалів, що зупиняє їх подальші дослідження. Однак вже в 1860 р. був виготовлений , перший зроблений людиною термопласт. Це вважається датою народження всієї полімерної промисловості. У 1907 р. був синтезований перший синтетичний полімер – бакеліт. На основі ефірів целюлози напередодні Другої Світової було засновано виробництво плівок, волокон, нітрофарб та загусників. Приблизно в той самий повоєнний час було відкрито синтетичний каучук, полівінілхлорид та плексиглас, що відобразилось на будівництві військової техніки та автомобілів.

Найбільш поширеним і застосовуваним видом синтетичних полімерів є різноманітні пластмаси та пластики. Одну із сенсацій у полімерах зробило відкриття у 1938 р. унікальної речовини – політетрафторетилену (ПТФЕ (укр.) або PTFE (англ.)), який на сьогоднішній день став одним із найбільш поширених та відомих фторполімерів.

Незважаючи на завзяті запевнення у протилежному, політетрафторетилен з’явився не як побічний продукт космічної програми. Політетрафторетилен був відкритий у квітні 1938 року 27-річним вченим-хіміком Роем Планкеттом з компанії Kinetic Chemicals, який випадково виявив, що газоподібний тетрафторетилен (C2F4), закачаний ним у балони під тиском і поміщений на кілька днів у холодильник з сухим льодом, спонтанно полімеризувався у білу парафіноподібну масу. Мало того, що матеріал, названий политетрафторэтиленом, мав надзвичайно слизьку поверхню, він виявився вражаюче стійким до впливу практично всіх хімікатів і розчинників, включаючи кислоти, що сильно роз’їдають.

Підприємливі американці швидко знайшли новому відкриттю практичне застосування – спочатку в “Проекті Манхеттен” (кодова назва програми зі створення ядерної зброї в 1942-1946 роках), а потім для кухонного начиння.

У 1941 році компанії Kinetic Chemicals було видано патент на матеріал, а в 1949 році вона стала підрозділом американської компанії DuPont.

Слово “Тефлон” є зареєстрованою торговою маркою DuPont. Непатентована назва речовини – “політетрафторетилен” або “фторополимер”. У СРСР та Росії традиційна технічна назва цього матеріалу – фторопласт.

Фторопласт – біла, в тонкому шарі прозора речовина, яка на вигляд нагадує парафін і поліетилен. Щільність згідно з ГОСТ 10007-80 від 2,18 до 2,21 г/см3.

Має високу тепло- і морозостійкість, залишається гнучким і еластичним при температурах від -70 до +270 ° C, прекрасний ізоляційний матеріал. Має дуже низький поверхневий натяг і адгезію і не змочується ні водою, ні жирами, ні більшістю органічних розчинників.

Тефлон – м’який та плинний матеріал, в оригінальному вигляді має обмежене застосування у навантажених конструкціях. DuPont вказує температуру початку деструкції згідно стандарту ASTM D3418 для різних типів тефлону від 260°С до 327°С.

Зв’язок вуглець-фтор на сьогоднішній день вважається одним із найбільш міцних хімічних зв’язків. Як наслідок, за своєю хімічною стійкістю політетрафторетилен перевершує всі відомі синтетичні матеріали та благородні метали. Не руйнується під впливом лугів, кислот і навіть суміші азотної та соляної кислот. Руйнується розплавами лужних металів, фтором та трифторидом хлору.

Фторопласт – чудовий антифрикційний матеріал, з коефіцієнтом тертя ковзання найменшим з відомих доступних конструкційних матеріалів (навіть менше, ніж у льоду, що тане). Через м’якість і плинність цілісні підшипники ковзання з фторопласту використовують рідко. У високо навантажених вузлах застосовують металлофторопластові підшипник -вкладиші та металофторопластові опорні стрічки. Такий елемент ковзання витримує десятки кілограмів на квадратний міліметр і складається із металевої основи, на яку нанесено фторопластове покриття.

PTFE-мастила

Використання пластиків як синтетичних органічних загусників призвело до нових розробок у галузі мастильних матеріалів. PTFE виявився одним з найбільш термостійких загусників для високотемпературних мастил і мастил тривалого використання, базовими оливами яких є високоякісні оливи, такі як перфторалкилова складноефірна синтетична олива.

Таким чином з’явилася група мастил загального застосування, що з’явилася на світ приблизно сорок років тому. Їх ще називають тефлоновими мастилами. На відміну від усіх інших типів мастил, в яких як загусники в основному використовуються з’єднання літію, кальцію і рідше ряд інших сполук, в тефлонових мастилах загусником базової оливи є ультрадисперсний порошок тефлону. Тефлонові мастила в залежності від властивостей базової оливи чудово працюють у діапазоні температур від -50 до +260°С. Термін їх експлуатації, особливо при температурах вище +150 ° С, в 10 -15 разів перевищує термін експлуатації практично всіх інших типів мастил. Тефлонова плівка, що утворюється на поверхні пар тертя, завтовшки кілька мікрон різко знижує коефіцієнт тертя, запобігає контакту деталей між собою і захищає металеві поверхні від корозії.

Все вище перераховане робить PTFE-мастила, на думку фахівців Національного інституту пластичних мастил (США), мастилами XXI століття. Сьогодні тефлонові мастила є в номенклатурі практично всіх провідних виробників мастильних матеріалів.

Однак слід пам’ятати, що подібні мастила можуть застосовуватися в автомобільних вузлах лише суворо за інструкцією заводу-виробника автомобіля.

PTFE в маслах

Експерименти з політетрафтор полімером привели до використання його в промисловості олив та мастил, у тому числі і для автомобілів. Широко поширеним, і як показала практика, виправданим є введення в різні мастила дрібнодисперсного PTFE, який, осідаючи на металевих поверхнях, що труться, в ряді випадків дозволяє механізмам деякий час працювати з системою мастила, що повністю відмовила, тільки за рахунок антифрикційних властивостей фторопласту.

Подальші експерименти з фторопластом задля досягнення вищих характеристик міцності ведуться вже давно. Вчені кілька десятиліть успішно експериментують із введенням у фторопласти таких наповнювачів, як кремній, графіт, бронза, кокс, дисульфід молібдену та інше для отримання необхідних характеристик. Це дозволяє у 200-1000 разів зменшити знос ущільнювального елемента, у кілька разів збільшити теплопровідність, у 5-10 разів збільшити міцність при стиску та твердість, зберігаючи їх високу стійкість до агресивних середовищ. Введення у фторопласт вуглеволокна призводить до значного підвищення температури термічної деформації, міцності, твердості, модуля зсуву, стабільності розмірів, опору повзучості та деформації під впливом тривалого навантаження.

Cerflon

Окремо слід виділити одну з останніх розробок на основі політетрафторетилену. Успішні дослідження армування ПТФЕ нітридом бору американських учених призвели до синтезу унікального матеріалу під назвою Cerflon. Введення нітриду бору в матрицю ПТФЕ дозволяє в сотні разів зменшити зношування, у кілька разів зменшити теплопровідність, міцність при стисканні та твердість. Також введення у фторопласт нітриду бору призвело до значного підвищення температури термічної деформації, модуля зсуву, стабільності розмірів, опору повзучості та деформації під впливом тривалого навантаження.

Cerflon дозволяє набагато зменшити знос ущільнювального елемента, у кілька разів збільшити теплопровідність, збільшити міцність при стиску та твердість матеріалу.

Додавання нітриду бору дозволило значно збільшити термін служби та зносостійкість фторполімеру. Крім того, нітрид бору сам по собі є хорошим мастильним агентом, тому фторполімер і нітрид бору довго залишаються на поверхні, забезпечуючи граничне змащування деталей.

Нітрид бору є одним із найтвердіших матеріалів на планеті, що наближається за своїми властивостями до алмазу. Також він успішно використовується як додаток  до різноманітних мастильних матеріалів, тому що, як уже говорилося, має відмінні змащувальні властивості.

З 90-х років минулого століття значно розширилися сфери застосування нітриду бору в різних галузях сучасної техніки завдяки його неординарним хімічним, механічним, оптичним та електричним властивостям. Зазначені властивості зберігаються в широкому температурному діапазоні, де нітрид бору виявляє високу стійкість (в інертному та відновному середовищах стійок до 1800, у вакуумі – до 1400 і в окисному середовищі – до 1100°С).

Мастила з технологією Cerflon

Сьогодні термін Cerflon широко відомий серед користувачів зброї та велосипедних мастил. А ось піонером застосування цього матеріалу в автомобільних мастилах є бельгійська компанія Xenum. Розповімо докладніше про продукти з технологією Cerflon для автосервісу та прокоментуємо особливості їх застосування.

XCF2 advanced cerflon grease

Це багатофункціональне  мастило з технологією Cerflon, яке представляє найвищий стандарт якості серед усіх видів автомобільних та промислових мастил. Вона має наднизький коефіцієнт тертя, що істотно знижує знос, і гарантує чудовий захист при високих температурах. Не поєднується з іншими мастилами.

Довговічність мастила з технологією Cerflon досягається за рахунок зниження тертя – відповідно деталі служать набагато довше. Досвід показує, що вибравши це мастило для підшипників або опорних підшипників, автовласники як мінімум протягом 3-х років на СТО з такою проблемою не звертаються. Однозначно, цей продукт дорожчий за інших, але цього не варто боятися. В даному випадку клієнт, який розраховує на якість, завжди бере хороший продукт, не звертаючи уваги на ціну, тому що ціна завжди прямо пропорційна до якості.

SUPER 5.1 reinforced with cerflon multi purpose spray

Багатоцільове проникне мастило, посилене тефлон-керамічною технологією Cerflon. Її назва “5 в 1” говорить сама за себе: вона змащує, проникає, захищає, ковзає, очищує. Призначена для професійного та побутового застосування: змащування рухомих частин; захисту від корозії, іржі, води; витіснення конденсату; захисту системи запалювання, запобігання проблемам з електрикою; очищення забруднених поверхонь.

SUPER 5.1 – це аналог відомого продукту WD 40. Але, як і в інших випадках, Xenum, не зробивши продукт кращим за аналог, на ринок не виходить. Тому можна з упевненістю сказати, що SUPER 5.1 – найкращий продукт за рахунок розширення зони його використання. Цим мастилом можна скористатися як для розбирання вузлів, так як воно руйнує і очищає від оксидів, іржі, нагарів, шламів і т.д., – так і після ремонту або заміни деталей перед їх монтажем, наносячи мастило на різьбові з’єднання вже для захисту від окислень, іржі і нагарів. Ще одна властивість – захист від намокання та запобігання електричним замиканням перед миттям двигуна. Для цього необхідно обробити запчастини, що з’єднують електропроводку – і можна спокійно їхати на миття двигуна, не переживаючи про замикання в електричних вузлах.

CHAIN PRO reinforced with cerflon synthetic chain spray

Синтетичне аерозольне мастило для ланцюгів, посилене тефлон-керамічною технологією Cerflon. Це проникне антикорозійне мастило, яке забезпечує чудовий захист ланцюгів у будь-яких експлуатаційних умовах. Унікальна формула Chain Pro with Cerflon дозволяє проникати глибоко всередину ланцюга та захищати всі його деталі. Після цього мастило стає дуже липким і утримується на поверхні при дуже високих швидкостях. При регулярному використанні Chain Pro with Cerflon суттєво знижуються втрати на тертя. Воно змащує, не скидається, відштовхує воду і має широкий температурний діапазон: від -40°C до +250°C. Застосовується для всіх стандартних ланцюгів та О, Х, Z – ланцюгів мотоциклів, картингів, а також у промисловості.

CHAIN PRO – відомий продукт для змащування приводних ланцюгів мотоциклів, і основу беремо знову – якість. Одна річ – декларувати властивості ланцюгових мастил, інша річ – щоб вони працювали. Ланцюг працює в парі із зірочкою, і вони схильні до високого тертя. Внаслідок цього зношуються запчастини, а також збільшується рівень шуму при роботі. В даному випадку CHAIN PRO призначений для захисту цих запчастин від зносу і зниження шумності. Крім того, мастило має утримуватися і на досить високих швидкостях (220-240 км/год). Підсумок: мастило тримається, шуму менше, запчастини захищені.

XC LUBE reinforced with cerflon polymer compound

Полімерне аерозольне мастило, посилене тефлон-керамічною технологією Cerflon.

Мастило утворює тонку міцну плівку, що захищає від корозії, солоної води, кислот. Надає оброблюваній поверхні водовідштовхуючі властивості. Має глибоку проникаючу здатність і тривалі властивості, що не твердіють. Температурний діапазон: -40°C +200°C.

Застосування: довгостроковий захист і мастило для ланцюгів, тросів, ременів, підшипників, відкритих механізмів, шківів для автомобілів, мотоциклів, велосипедів, промислової індустрії.

XC LUBE – досить специфічний продукт, але воно вирішує досить поширену проблему – скрип амортизаторів багажника або капота при відкритті/закритті. Мастило дуже текуче, глибоко проникаюче і в той же час воно має властивість залишатися на поверхні. І коли за рік чи два поновлюється цей скрип, клієнти вже знають, куди звертатися. Часу на це йде – лічені хвилини. Також його можна застосовувати в сухих підшипниках – у моторній групі, у важкодоступних місцях, де мастило не потрапляє на поліклинові або клинові паски. Якщо нанести мастило на сам металевий вузол, де є захисна пластмасова шайба на підшипнику, воно проникає всередину і підшипник перестає шуміти.

У чому різниця між XC LUBE та SUPER 5.1?

XC LUBE вважається універсальним і в деяких випадках їх можна взаємозамінювати. Але в той самий час кожен продукт має і домінуючі напрямки застосування. Якщо SUPER 5.1 – це мастило ширшого спектру дії, воно очищає і знищує іржу і нагари, а потім змащує з’єднання, то XC LUBE – це саме глибоко проникне мастило. Але в деяких діапазонах роботи їх справді можна взаємозамінювати. Хоча XC LUBE ви не будете застосовувати у випадку, коли потрібно чистити поверхні, що окислилися і т.п.

X-CUT reinforced with cerflon high performance cutting oil

Олива для змащування різального інструменту, посилена тефлон-керамічною технологією Cerflon. Ця високоефективна багатоцільова мастильно-охолоджувальна рідина забезпечує чудове змащування на високих швидкостях різання, захищає та подовжує термін служби різального обладнання. Вона застосовується: для захисту обладнання при свердлінні та шліфуванні сталі, кольорових металів, нержавіючої сталі.

X-CUT відмінно витримує високу температуру, що особливо важливо, наприклад, для дорогих свердл або інших інструментів. Особливо це мастило буде цікавим для слюсарів, які займаються ремонтом двигунів.

DEBLOCK SHOCK reinforced with cerflon cold rust releaser

Рідкий ключ посилений технологією Cerflon. Спеціальна високо проникаюча рідина подвійної дії, що містить мінеральну оливу та антикорозійні добавки. В результаті значного охолодження приблизно -45°C з’являються крихітні тріщини, через які активний агент проникає і розбиває іржу. Застосовується для звільнення неруйнованих заржавілих, корродованих і “закислих” деталей.

Якщо не допомагає DEBLOCK SHOCK, то наступним етапом може бути хіба що різак. Зазвичай рідкі ключі у своєму складі мають азотисту речовину, яка діє як заморожувач. При заморожуванні DEBLOCK SHOCK температура опускається до -40°С, з’являються тріщини в шламах, туди ж потім проникає мастило, яке допомагає відкручуванню закислих запчастин. Це зовсім інша лінійка, ніж WD 40 та SUPER 5.1. Тому DEBLOCK SHOCK значно дорожчий за них, але якщо порівняти з продуктами інших виробників, у складі яких є рідкий азот, то такі продукти самі собою дорогі.