Smary plastyczne.

Są wielofazowymi, dyspersyjnymi systemami złożonymi z części płynnej (olej bazowy), zagęszczacza i ewentualnych dodatków uszlachetniających.

SMAR = OLEJ (PODSTAWOWY SKŁADNIK) + ZAGĘSZCZACZ + DODATKI USZLACHETNIAJĄCE

Składnik płynny (olej bazowy) - stanowi 70 -90% składu smaru plastycznego. Najczęściej mamy do czynienia z olejem mineralnym. Oleje syntetyczne ze względu na wyższą cenę znajdują zastosowanie zwłaszcza w sytuacjach wyższych wymagań ( wysokie temperatury ponad 150 ⁰C, bardzo niskie temperatury, itp.) Udział zagęszczacza w składzie smaru wynosi od 5 do 30%. Zagęszczacz tworzy siatkę strukturalną smaru w której wiązany jest olej. Dla uproszczenia strukturę smaru można przyrównać do gąbki nasączonej wodą. Gąbka jest porównywalna z zagęszczaczem, który tworzy siatkę strukturalną. Podczas obciążeń dochodzi do deformacji siatki a zawarty w niej płynny składnik jest wyciskany. W zależności od ilości zawartego zagęszczacza, smary przybierają różną postać, poczynając od bardzo gęstych tzw. smarów brykietowych, a na półpłynnych kończąc. Najczęściej jako zagęszczacze znajdują zastosowanie mydła niektórych metali - lit, wapń, sód, aluminium. Zagęszczacze na innej bazie są również stosowane, ale w smarach o specjalnym przeznaczeniu. Do dodatków uszlachetniających, które najczęściej znajdują zastosowanie w smarach zaliczamy antyutleniacze, dodatki antykorozyjne, dodatki o własnościach wysoko ciśnieniowych (EP) oraz również stosunkowo często dodatki smarów stałych. W składzie smaru plastycznego stanowią one od 0,5 do 5% wagi [23].

Klasyfikacja smarów plastycznych

• Klasyfikacja smarów ze względu na rodzaj zagęszczacza

• Smary litowe

Dominującą na światowym rynku grupą smarów są smary litowe. Ponad połowa smarów plastycznych nale­ży do tej grupy. Dwa, głównie stosowane zagęszczacze tego typu to: hydroksystearynian oraz stearynian litu. Smary te są często określane jako uniwersalne, ponie­waż znajdują bardzo szerokie zastosowanie w różnych skojarzeniach trących: łożyskach tocznych, łożyskach ślizgowych, w sworzniach i innych elementach obciążo­nych, zarówno w środkach transportu jak i w urządzeniach przemysłowych, w szerokim zakresie temperatury pracy.

• Smary wapniowe

Do wytwarzania smarów plastycznych są stosowane dwa rodzaje mydeł wapniowych:

• mydła uwodnione: stearyniany, oleiniany i palmityniany wapnia,

• kompleksowe mydła bezwodne, hydroksystearynian wapnia.

Te ostatnie pozwalają na otrzymywanie smarów o wyż­szej temperaturze kropienia: 140°C zamiast 100°C, jak w przypadku mydeł uwodnionych. Ich podstawowe za­stosowanie to smarowanie łożysk ślizgowych i tocznych, pracujących pod małym obciążeniem, do temperatury maksymalnie 65°C, w przypadku smarów zawierających mydła uwodnione i 100°C dla smarów zawierających mydła bezwodne, w środowisku bardzo wilgotnym, w połączeniach przegubowych i w styczności z powłokami antykorozyjnymi.

• Smary glinowe

Jako zagęszczacz smarów glinowych powszechnie jest stosowany stearynian glinu. Tego typu smary są używane w połączeniach przegubowych, łożyskach ślizgowych, otwartych przekładniach zębatych, nawet w środowisku wil­gotnym, do temperatury 65°C.

• Smary sodowe

Smary na bazie mydeł sodowych są produkowane w niewielkich ilościach, ponieważ nie są one odporne na działanie wody. Stosowane są dwa rodzaje mydeł sodowych: oleinian i stearynian sodu. Smary tego typu są prze­znaczone do smarowania łożysk ślizgowych w temperatu­rze do 120°C, w otoczeniu naturalnym oraz w pewnego rodzaju połączeniach przegubowych i łożyskach tocznych.

• Kompleksowe smary wapniowe

Smary z kompleksowym zagęszczaczem wapniowym są interesujące ze względu na bardzo wysoką temperaturę kropienia (około 280°C) oraz dobre właściwości EP (extreme preassure). Tak, jak w przypadku smarów litowych, smary te mają bardzo szerokie zastosowanie: w przemyśle metalurgicznym, w cementowniach, w fabrykach papieru; do smarowania łożysk tocznych, łożysk ślizgowych pracu­jących w ciężkich warunkach (duże obciążenie, wysoka temperatura i styczność z wilgocią).

• Kompleksowe smary litowe

Kompleksowe mydła litowe, zastosowane w składzie smaru, pozwalają na podwyższenie temperatury użytkowania, w stosunku do zwykłych smarów litowych, przy jednoczesnym zachowaniu ich innych korzystnych właści­wości. Temperatura kropienia tego typu smarów wynosi około 280°C, zamiast 190°C, jak w przypadku zwykłych smarów litowych. Podobnie jak zwykłe smary litowe, mają one szerokie zastosowanie do smarowania skojarzeń trą­cych w pojazdach samochodowych i w różnych urządze­niach przemysłowych.

• Kompleksowe smary glinowe

Kompleksowe mydła glinowe, o dobrych właściwościach żelujących, otrzymuje się w wyniku kokrystalizacji cząsteczek benzoesanu lub stearynianu glinowego. Podobnie, jak w przypadku kompleksowych smarów litowych, również temperatura kropienia została znacznie podwyższona ze 100°C do 240°C. Smary te są stosowane zwłaszcza do smarowania nieosłoniętych przekładni zębatych.

• Kompleksowe smary sodowe

Zagęszczający kompleks sodowy jest to tereftalaminian sodu, otrzymywany w wyniku reakcji wodorotlenku sodowego z estrem metylowym kwasu noktadecylotereftalaminowego. Dzięki bardzo wysokiej temperaturze kropienia i całkowitym braku rozpuszczalności w wodzie, smary te znajdują bardzo szerokie zastosowanie, np. w: łożyskach ślizgowych, łożyskach tocznych, elementach pracujących w wysokich temperaturach (piece), elementach mających kontakt z parą wodną. Wyróżniają się wszechstronnością zastosowania, umożliwiającą smarowanie wszystkich urządzeń w fabryce lub na statku.

• Smary poliuretanowe

Niektóre rodzaje poliuretanów mają bardzo dobre właści­wości zagęszczające. Smary poliuretanowe znajdują zasto­sowanie zwłaszcza jako bardzo trwałe smary uniwersalne do smarowania łożysk kulkowych, łożysk silników elektrycznych, wentylatorów, suszarek, taśmociągów itp. wymagających smarowania jednorazowego. Z powodzeniem na­dają się do smarowania łożysk szybkoobrotowych.

• Smary bentonitowe

Bentonity są to minerały o konsystencji miękkiej i tłustej w dotyku. Wykazują one właściwość tworzenia, w obe­cności niektórych substancji o charakterze polarnym (aceton), plastycznego i trwałego żelu. Smary zawierające jako zagęszczacze bentonity są przeznaczone, przede wszys­tkim, do smarowania urządzeń wówczas, gdy zbyt wyso­kie temperatury pracy uniemożliwiają zastosowanie sma­rów klasycznych (na przykład: smarów litowych).

• Smary zawierające zagęszczacze mieszane

Smary plastyczne, zawierające zagęszczacze (mydła) mieszane, stosuje się w celu połączenia cech charakterys­tycznych dla poszczególnych rodzajów zagęszczaczy. Podstawowe smary mieszane, spotykane na rynku, zawie­rają następujące rodzaje zagęszczaczy:

• mydła litowe / mydła wapniowe,

• poliuretany / mydła wapniowe,

• kompleksy glinowe / bentonity,

• tereftalaminian sodu / bentonity.

Podsumowując, należy stwierdzić, że zagęszczacze mają istotny wpływ na wiele eksploatacyjnych właściwości smarów plastycznych. Każda substancja żelująca posiada typowe dla siebie właściwości wyróżniające. Niestety nie wystarczy wymieszać różne rodzaje zagęszczaczy, aby uzyskać smar łączący najlepsze właściwości poszczególnych składników. Podobnie, jak w przypadku olejów bazowych, nie wszystkie zagęszczacze mogą być ze sobą mieszane.

• Klasyfikacja smarów plastycznych wg konsystencji smarów (NLGI)

Konsystencja jest podstawowym parametrem smaru określającym stopień jego wytrzymałości. Na konsystencję w dużej mierze wpływają zarówno gatunek jak i ilość użytego zagęszczacza a oceniamy ją zgodnie z klasyfikacją organizacji National Lubricating Grease Institut (NLGI). Określenie klasy konsystencji uzależnione jest od miary penetracji (wniknięcia) znormalizowanego stożka w danych warunkach w głąb badanego smaru tabela 2.

Tabela 2. Klasyfikacja smarów plastycznych wg konsystencji smarów (NLGI) [23].

Klasa konsystencji NLGI ( ocena wg ĆSN 65 63 01)	Penetracja wg ČSN 65 63 07 ( 0,1 mm)
000	445 do 475
00	400 do 430
0	355 do 385
1	310 do 340
2	265 do 295
3	220 do 250
4	175 do 205
5	130 do 160
6	85 do 115 (penetr. w stanie spoczynku)

• Klasyfikacja smarów plastycznych wg ISO 67 43/9

Tabela 3. Klasyfikacja wg ISO 67 43/9 [23]

Znakowanie

Zakres roboczych temperatur 0C

Odporność na działanie wody i ochrona przed korozją

EP właściwości

Konsystencja NLGI

system

klasa

typ

minimalna

maksymalna

ISO

L

X

Symbol 1

Symbol 2

Symbol 3

Symbol 4

Symbol 5

 

Znaczenie poszczególnych znaków ISO - międzynarodowy system norm

• klasa L - środki smarowe

• klasa X- smary

Tabela 4. Symbol 1 - minimalne temperatury robocze

Symbol 1	A	B	C	D	E
Minimalne temperatury robocze 0C	0	-20	-30	-40	poniżej -40

Tabela 5. Symbol 2 - maksymalne temperatury robocze

Symbol 2	A	B	C	D	E	F	G
Minimalne temperatury robocze 0C	60	90	120	140	160	180	ponad 180

Tabela 6. Symbol 3 - Odporność na działanie wody i ochrona przed korozją

Symbol 3	Odporność na działanie wody	Ochrona przed korozją
A	w suchym środowisku	nie chroni
B	w suchym środowisku	w obecności wody destylowanej
C	w suchym środowisku	w obecności wody słonej
D	odporny na statyczną wilgotność	nie chroni
E	odporny na statyczną wilgotność	w obecności wody destylowanej
F	odporny na statyczną wilgotność	w obecności wody słonej
G	odporny na wymywanie wodą	nie chroni
H	odporny na wymywanie wodą	w obecności wody destylowanej
I	odporny na wymywanie wodą	w obecności wody słonej

Tabela 7. Symbol 4 - Właściwości EP

Symbol 4	Charakterystyka
A	nie posiada podwyższonych właściwości na wysokie obciążenia
B	Charakteryzuje się właściwościami na wysokie obciążenia (EP)

Symbol 5 - Konsystencja NLGI

• Klasyfikacja smarów plastycznych wg DIN 51 502

Tabela 8. Klasyfikacja wg DIN 51 502 [23]

Przeznaczenie smaru

Zawartość dodatków

Konsystencja NLGI

Zakres roboczych temperatur

			maksymalna	minimalna
Symbol 1	Symbol 2	Symbol 3	Symbol 4	Symbol 5

Znaczenie poszczególnych symboli

Tabela 9. Symbol 1 - Przeznaczenie smaru

Oznaczenie	Przeznaczenie smaru
K	Smary do łożysk tocznych i ślizgowych oraz innych skojarzeń trących
G	Smary do zamkniętych skrzyń przekładniowych
OG	Smary do otwartych przekładni zębatych
M	Smary do skojarzeń trących i do uszczelniania

Tabela 10. Symbol 2 - Zawartość dodatków w smarze

Oznaczenie	Związki zawarte w smarze
F	Dodatki do smaru plastycznego (MoS2, grafit)
L	Dodatki antykorozyjne
P	Dodatki wysokociśnieniowe (EP)

Symbol 3 - Konsystencja NLGI

Tabela 11. Symbol 4 - Maksymalna temperatura robocza w 0C i odporność na wodę

Oznaczenie	Maksymalna temp. robocza (0C)	Odporność na wodę (stopień - temperatura próby) wg DIN 51 807
C	60	0 - 40 lub 1 - 40
D	60	2 - 40 lub 3 - 40
E	80	0 - 40 lub 1 - 40
F	80	2 - 40 lub 3 -40
G	100	0 - 90 lub 1 - 90
H	100	2 - 90 lub 3 - 90
K	120
M	120
N	140
P	160
R	180	zgodnie z ustaleniami
S	200
T	220
U	ponad 220
Stopień	odporności na wodę:	0 - bez zmian 1 - małe zmiany 2 - średnie zmiany 4 - wyraźne zmiany

Tabela 12. Symbol 5 - Minimalna temperatura robocza w 0C 

Oznaczenie liczbowe	Minimalna temperatura robocza (0C)
-10	-10
-20	-20
-30	-30
-40	-40
-50	-50
-60	-60

Właściwości, oraz wady i zalety smarów plastycznych.

Właściwości smaru plastycznego można podzielić na trzy grupy

Reologiczne - rozumie się przez nie związek między naprężeniem i deformacją, a także ich zmianami w czasie. Za wskaźnik właściwości reologicznych można przyjąć lepkość, naprężenia ścinające, spływalność z powierzchni pionowych, moment oporowy smarowanego łożyska, temperaturę kroplenia czy też penetrację.

Stabilność - jest to zdolność do zachowania właściwości w warunkach przechowywania, transportu i pracy. W zależności od rodzaju działania sił zewnętrznych rozróżniamy stabilność strukturalną (wydzielanie oleju bazowego, twardych dodatków lub wykrystalizowanie dodatków rozpuszczalnych w smarze), mechaniczną (zmiana konsystencji pod działaniem sił mechanicznych), termiczną (zmiana właściwości pod wpływem wysokiej temperatury), odporność na utlenianie, wilgoć, wymywanie wody, działanie soli, katalityczne działanie metali (np. produktów zużycia) promieniowania ultrafioletowego itd.

Ochrona przed korozją - przez korozję rozumie się współdziałanie między materiałem (np. metalem) i środowiskiem, w wyniku którego następuje pogorszenie właściwości eksploatacyjnych tego systemu (termin przedstawiany w normie ISO 8044). W myśl tej definicji korozją jest: zużycie mechaniczne wszystkich typów, korozja chemiczna i elektrochemiczna, oddziaływanie na materiały uszczelnień, lakiery, pokrycia i inne środki smarne i ciecze eksploatacyjne. W zależności od rodzaju korozji możemy mówić o właściwościach smarnych (przeciwzużyciowych, EP, antyfrakcyjnych, przeciwpittingowych i przeciwfrettingowych), antykorozyjnych, przeciwrdzewnych, kompatybilności z materiałami konstrukcyjnymi.

Uwzględniając powyższe właściwości (i nie tylko) można stwierdzić:

Do podstawowych zalet stosowania smarów plastycznych należy:

• możliwość pracy w nieuszczelnionych węzłach tarcia,

• prostota urządzeń podających smar, ewentualnie brak konieczności ich stosowania,

• lepsza niż w przypadku oleju, praca w warunkach zanieczyszczeń,

• utrzymywanie się na powierzchniach pionowych,

• tworzenie grubszej warstwy na powierzchni roboczej niż w przypadku stosowania oleju, co zapewnia wyższe obciążenia, przy których możliwe jest smarowanie elastohydrodynamiczne.

Stosowanie smarów plastycznych w wielu przypadkach jest utrudnione ze względu na ich podstawowe wady:

• niemożliwość odprowadzenia ciepła ze smarowanej powierzchni,

• negatywny wpływ zagęszczacza na utlenialność smaru (jest on katalizatorem utleniania), ograniczona efektywność działania dodatków.

Wskaźniki charakteryzujące smary plastyczne.

Konsystencja - zależy od ilości zagęszczacza w składzie, ze względu na dużą lepkość smarów stałych oznaczanie sprawia trudności i dlatego dla celów technicznych zamiast lepkości określa się wielkość nazywaną penetracją.

Penetracja - jest to głębokość na jaką pogrąży się w smarze znormalizowany stożek penetrometru w ściśle określonych warunkach.

Temperatura kroplenia - jest to temperatura, w której ze smaru umieszczonego w łusce na kulce termometru i ogrzewanego w znormalizowanych warunkach oddziela się i spada pierwsza kropla, chociaż temperatura kroplenia tylko w przybliżeniu charakteryzuje średnią temperaturę topnienia smaru umożliwia jednak określenie granicznej temperatury jego użycia.

Odporność termiczna - określa zdolność smaru do zachowania swej budowy i podstawowych własności podczas dłuższego nagrzewania w czasie pracy.

Jednorodność -zależy od równomierności rozłożenia się w nim cząstek środka zagęszczającego. W smarze niedopuszczalne są widoczne gołym okiem grudki mydła lub kropelki oleju.

.

Trwałość koloidalna - jest to zdolność smarów do zachowania postaci koloidalnej w czasie eksploatacji i przechowywania. Smary jak i inne układy koloidalne ulegają starzeniu, które przejawia się rozłożeniem faz, z wydzieleniem fazy ciekłej.

Trwałość chemiczna - jest to odporność na zmiany pod wpływem procesów utleniania występujących podczas pracy i przechowywania.

Odporność korozyjna - często decyduje o zakresie ich stosowania, przyczyną korozyjnego działania mogą być zawarte w nich w niewielkiej ilości kwasy organiczne lub zasady albo, co zdarza się najczęściej, kwaśne produkty utleniania powstające pod działaniem tlenu w podwyższonej temperaturze.

Dodatki do smarów.

• Dodatki uszlachetniające

Niektóre właściwości smarów mogą być ulepszone po­przez wprowadzenie do ich składu dodatków uszlachetnia­jących. Dobór i zawartość w smarze dodatków jest wyni­kiem szerokich badań, przeprowadzonych głównie w związku z ich możliwościami wpływania na właściwości reologiczne smaru. Dodatki uszlachetniające, stosowane w składzie smarów plastycznych, można podzielić na pięć głównych grup:

• przeciwzużyciowe i o właściwościach EP, dające odporność na zatarcie przy dużych obciążeniach,

• przeciwutleniające (inhibitory utlenienia), zapobiegające procesom starzenia smaru w wyniku utle­niania,

• przeciwkorozyjne (inhibitory korozji) i przeciwrdzewne (inhibitory rdzewienia), zapewniające ochronę metali kolorowych i żelaza przed wilgocią i agresywnymi czynnikami chemicznymi,

• poprawiające smarowanie i przywieranie do podłoża, nadające właściwą przyczepność filmu smarnego,

• proszków metali, używane w pewnych specjalnych przypadkach jako środki przeciwzatarciowe i uszczel­niające.

• Stałe dodatki smarne

Smary plastyczne w szczególny sposób nadają się do mieszania ze stałymi dodatkami smarnymi, które w istot­ny sposób poprawiają ich właściwości w obszarze zmniejszania siły tarcia oraz zwiększania odporności na obciążenia i zatarcie. W ciężkich warunkach pracy, stałe dodatki smarne zwiększają skuteczność działania smaru dzięki:

• odporności na działanie czynników chemicznych,

• dużo lepszej odporności na działanie wysokiej tempe­ratury.

Najczęściej stosowanymi dodatkami tego typu to:

• grafit, który stopniowo przywiera do powierzchni me-talu pod wpływem tarcia,

• dwusiarczek molibdenu, który szybko tworzy warstwę ochronną na powierzchni metalu.

• Smarowanie elastohydrodynamiczne [19].

W warunkach wysokiego ciśnienia może mieć miejsce szczególny typ smarowania, zwany pod nazwą smarowania EHD. Termin ten wskazuje na nietrwałe (elasto-) odkształcenia w filmie olejowym (hydrodynamicznym). Uważa się, że smarowanie EHD często występuje w warunkach eksploatacji przekładni samochodowych. Jeśli olej przekładniowy podlega działaniu wysokich ciśnień, może nastąpić znaczny wzrost jego lepkości. Film olejowy o tak zwiększonej lepkości zapewnia oddzielenie od siebie trących powierzchni, przeciwdziałając kontaktom metal-metal. W przekładniach hipoidalnych, z powodu charakterystycznych dla nich większych prędkości poślizgowych, bezpośredni kontakt powierzchni trących występuje znacznie częściej niż w innych typach przekładni samochodowych. Duże prędkości poślizgowe powodują ścinanie filmu EHD i, tym samym, wydzielanie się ciepła, które z kolei powoduje zmniejszenie lepkości, a więc i grubość filmu olejowego. Cieńszy film olejowy łatwiej ulega przerwaniu, co często skutkuje gwałtownym zużyciem powierzchni. Można temu zapobiec, stosując do oleju przekładniowego dodatki o odpowiedniej jakości.

---