Analitika maziva

 

Osobine maziva su određene osobinama baznih ulja i aditiva. Sve osobine maziva se mogu podeliti na: fizičke, hemijske i eksploatacione.

 

U fizičke osobine spadaju: gustina, viskoznost, indeks viskoznosti, tačka paljenja, tačka tečenja, isparljivost, emulzivne osobine, sposobnost rastvaranja gasova i izdvajanja gasova, stvaranje pene, konzistencija i penetracija masti, tačka kapanja, izdvajanje ulja iz masti, boja, specifična toplota i toplotna provodljivost i druge.

 

U hemijske osobine spadaju: oksidaciona stabilnost, termička stabilnost, vodootporne osobine, neutralizacioni broj, sadržaj pepela, sadržaj koksa, sadržaj vode, saponifikacioni broj i druge.

 

U eksploatacione osobine spadaju: EP svojstva i otpornost na habanje (test sa četiri kugle), otpornost mazivog filma (Timken test), antihabajuća svojstva maziva kod zupčanika (FZG test ili RYDER test), antihabajuća svojstva hidrauličnih ulja (Vickers test) itd.

 

Gustina

Gustina je odnos mase i zapremine ulja: d = m / V. Određuje se na temperaturi od 15⁰C i izražava se u (kg/m³) ili (g/cm³). Gustina se neznatno menja sa porastom pritiska, ali se znatno menja sa promenom temperature, jer se promenom temperature menja zapremina tečnosti.

Metode određivanja gustine su: ISO 3675, ASTM D1298 i IP 160.

 

Viskoznost

Viskoznost je važna karakteristika motornih ulja, a definiše se kao mera unutrašnjeg trenja koje deluje kao otpor na promenu položaja molekula pri strujanju ulja kada se ono nalazi pod dejstvom sile smicanja, odnosno to je otpor tečnosti na smicanje njenih čestica. Pri kretanju tečnosti, među česticama i između čestice i površine cevi s kojom dolaze u dodir, nastaju sile trenja uzrokovane otporom tečnosti prema smicanju čestica, ali i zbog hrapavosti tih površina. Viskoznost je promenljiva veličina i zavisi od promene temperature. Što je temperatura viša, viskoznost je manja i obrnuto.

 

Od viskoznosti zavisi kvalitet podmazivanja, energetski gubici tokom proticanja, rad uljne pumpe, dovođenje dovoljne količine ulja do svih mesta koja se podmazuju, uspešnost rada prečistača ulja, čišćenje površina, hermetizacija mesta trenja itd. U praksi se koriste dinamička (h) i kinematička (n) viskoznost.

 

Jedinice za dinamičku viskoznost su: Pa.s (Paskal sekunda) i mPa.s (mili Paskal sekunda). Ranije korišćene jedinice su: P (Poaz) i cP (centi Poaz).

Važi sledeća relacija: 1mPa.s = 1cP.

Metode za određivanje dinamičke viskoznosti su: ASTM D2602, DIN 51377.

 

U praksi se više koristi kinematička viskoznost koja predstavlja odnos dinamičke viskoznosti i gustine fluida na određenoj temperaturi i pritisku: n = h/d. Jedinica za kinematičku viskoznost je: mm²/s. Ranije korišćene jedinice su: St (Stokes) i cSt (Centistokes) ili ⁰E (Englerovi stepeni). Važi sledeća relacija: 1mm²/s = 1cSt  i  ⁰E = mm²/s x 0,13.

Metode određivanja kinematičke viskoznosti su: ASTM D445, DIN 51562, IP 166, ISO 3104.

 

Indeks viskoznosti

Indeks viskoznosti je empirijska vrednost koja ukazuje na promenu viskoznosti sa promenom temperature. Više vrednosti indeksa viskoznosti ukazuju na manje izraženu sklonost promeni viskoznosti sa promenom temperature i obrnuto. Veće vrednosti indeksa viskoznosti od 100 imaju samo multigradna ulja.

Indeks viskoznosti izračunava se sledećim metodama: ISO 2909, ASTM D2270 i DIN 51564.

 

 

NJutnovske tečnosti

Tečnost čija se viskoznost ne menja promenom brzine smicanja. Mineralna i sintetička bazna ulja i ulja koja ne sadrže polimerne ugušćivače ponašaju se kao njutnovske tečnosti.

 

Nenjutnovske tečnosti

Tečnosti kojima se menja viskoznost promenom brzine smicanja. To su motorna, hipoidna i ostala maziva koja su ugušćena polimerima.

 

Tačka paljenja

Tačka paljenja je najniža temperatura do koje treba zagrejati neko ulje u uslovima pri kojima će se oslobođene pare trenutno zapaliti prinetim otvorenim plamenom, bez trajnog gorenja. Izražava se u ⁰C i smatra se merilom isparljivosti a značajna je za transport i skladištenje zbog opasnosti od požara.

Osnovne metode određivanja tačke paljenja su: ISO 2592, ASTM D92, IP 36 i DIN 51376.

 

Tačka tečenja

Tačka tečenja predstavlja najnižu temperaturu na kojoj neko mazivo ulje, prilikom hlađenja, još pokazuje tendenciju tečenja. Neposredno ispod ove temperature ulje se potpuno stinjava.

Tačka tečenja se izražava u ⁰C, a određuje se metodama: ISO 3016, ASTM D97, DIN 51597.

 

Tačka zamućenja

Tačka zamućenja predstavlja najnižu temperaturu na kojoj se u nekom ulju, prilikom hlađenja, pojavljuju prvi sitni kristali parafina, odnosno ulje počinje da se muti.

Tačka zamućenja se izražava u ⁰C, a određuje se metodom: ISO 3016.

 

Isparljivost

Isparljivost podrazumeva količinu ulja koja ispari u propisanom vremenu na propisanoj temperaturi (Noack test: 1sat na 250⁰C). Predstavlja važnu karakteristiku motornih ulja, jer se kod ulja koja imaju veliku isparljivost javljaju razni problemi u toku eksploatacije, kao na primer: povećana potrošnja, ugušćivanje, a s tim i pogoršano podmazivanje. Osim toga sa povećanjem isparljivosti raste opasnost od požara. Gubitak ulja isparavanjem na temperaturi od 40⁰C kod većine ulja iznosi oko 5%, a smanjenje isparavanja mineralnog ulja se može postići dodavanjem sintetičke osnove, posebno poli-alfa-olefina. Isparljivost se određuje metodom DIN 51581 (Noack test) ili ASTM D943.

 

Emulzivnost  i  deemulzivnost

Pod emulzivnim osobinama podrazumeva se sklonost nekog ulja da u prisustvu vode gradi stabilnu emulziju. Kod većine mazivih ulja (motorna, industrijska) zahtevaju se neemulzivne osobine, dok su kod nekih (ulja za hlađenje i podmazivanje pri obradi metala, teško zapaljiva emulzivna hidraulična ulja) poželjne dobre emulzivne osobine.

Emulzivnost ulja određuje se metodama ASTM D1401 i DIN 51599, a meri se vremenom potrebnim za potpuno razdvajanje ulja i vode.

Pod pojmom deemulzivnost podrazumeva se sposobnost ulja da oslobađa vodu i da ne gradi emulziju. Izražava se brojem sekundi potrebnih za potpuno razdvajanje vode i ulja, a određuje se metodama: DIN 51589 i IP 19.

 

Stvaranje pene – sklonost penušanju

Pod penušanjem se podrazumeva sklonost ulja da rastvara vazduh i da sa njim gradi penu. Pena vrlo nepovoljno utiče na kvalitet podmazivanja i ima za posledicu poremećaje u radu tehničkih sistema, povećano habanje, ubrzanu oksidaciju i starenje ulja itd.

Izražava se u zapreminskim jedinicama i stabilnošću pene na različitim temperaturama, a određuje se metodom: ASTM D892.

 

Oslobađanje vazduha iz ulja – deaeracija ulja

Pod deaeracijom se podrazumeva sposobnost ulja za izdvajanjem rastvorenog vazduha. Važna je osobina motornih, hidrauličnih, kompresorskih, turbinskih i drugih mazivih ulja. Određuje se metodom DIN 51381, a izražava se vremenom potrebnim za svođenje rastvorenog vazduha na 0,2% zapreminskih.

 

Oksidaciona stabilnost

Definisana je kao merilo otpornosti mazivih ulja na dejstvo kiseonika. Predstavlja jednu od najvažnijih osobina odgovornu za dužinu radnog veka ulja ali i za korozivnost delova mehaničkih sistema koju izazivaju oksidacioni produkti. Parafini oksidacijom prelaze u kiseline i polikondenzacione smolaste proizvode. U početku ti proizvodi su meki i delimično se rastvaraju u ulju, povećavajući mu viskoznost. U daljoj fazi upotrebe ti talozi prelaze u čvrste, što ima za posledicu veće štete na sklopovima mehaničkih sistema. Osnovne metode za određivanje oksidacione stabilnosti su: ASTM D943, IP 157, DIN 51587 i DIN 51554.

 

Termička stabilnost

Definiše se kao otpornost ulja protiv razlaganja usled dejstva toplote. Izražava se temperaturom na kojoj počinje razlaganje. Termooksidativno razlaganje je veoma važno u praksi, jer je poznato da se oksidacija ulja udvostručava sa porastom temperature za svakih deset stepeni iznad propisane.

Osnovne metode za određivanje termičke stabilnosti su: ASTM D2960 i IP 311.

 

Neutralizacioni broj

Definiše se kao mera ukupne kiselosti (sadržaja jakih i slabih kiselina) maziva.

Za određivanje neutralizacionog broja koriste se metode: ASTM D664, IP 177 ili ASTM D974, IP139. Izražava se u mgKOH/g uzorka ulja.

 

Kiselinski broj

Definiše se kao kiselost mazivih ulja koja potiče samo od jakih kiselina. Određuje se istim metodama kao neutralizacioni broj i izražava se takođe u mgKOH/g uzorka ulja.

Razlika između neutralizacionog i kiselinskog broja je u tome što se titracija ne završava pri istoj vrednosti pH, pa je kiselinski broj za isti uzorak ulja obično manji od neutralizacionog broja.

 

Ukupni bazni broj (TBN)

Ukupan bazni broj se definiše kao mera alkalnosti koja potiče od svih materija u mazivu koje pokazuju baznu reakciju. Izražava se u mgKOH/g uzorka ulja. To je ekvivalent za količinu kiseline potrebne da se neutralizuju sve bazne materije u jednom gramu uzorka maziva.

Osnovne metode za određivanje TBN su: ASTM D 2896 i ASTM D 664.

 

Anilinska tačka

Određivanje anilinske tačke vrši se prema ISO 2977 (ASTM D611) metodi. Predstavlja temperaturu na kojoj dolazi do potpunog mešanja anilina i ulja. Niža anilinska tačka pokazuje da ulje sadrži veću količinu aromata. Anilinska tačka je značajna kod određivanja osobine rastvorljivosti ulja.

 

Tipične anilinske tačke različitih vrsta baznih ulja:

Vrsta baznog ulja ISO VG 32 (SN 150)	Anilinska tačka 0C
Naftenska bazna ulja	56 - 59
Parafinska bazna ulja API grupe I	99 - 102
Parafinska bazna ulja API grupe II	114 - 118
Parafinska bazna ulja API grupe III	124 - 126

 

Sadržaj pepela

Definiše se kao merilo sadržaja jedinjenja metala i drugih neorganskih komponenata u mazivu. Pepeo u mazivim uljima potiče od nesagorelih sastojaka i može se određivati u vidu oksida – oksidni pepeo i vidu sulfata – sulfatni pepeo. Kod ulja bez aditiva pepeo se određuje u obliku oksida i predstavlja merilo sadržaja neorganskih nečistoća. Kod ulja sa aditivima, pepeo se određuje u obliku sulfata metodama: ISO 3987 ili ASTM D874.

Sadržaj pepela često je dobar pokazatelj u kojoj su meri u nekom korišćenom ulju prisutni različiti metali koji potiču od habanja metalnih površina. Na taj način može se otkriti mesto povećanog habanja i preventivno delovati na otkaz.

Ako motorno ulje sadrži više od 1,5% pepela iz aditiva, zbog mogućnosti preranog paljenja goriva usijanim pepelom, ne preporučuju se za benzinske motore.

 

Sadržaj koksa

Koristi se za ocenu ponašanja ulja u termički opterećenim mehaničkim sistemima, a posebno za ocenu starosti ulja u toku upotrebe. Koksni ostatak ukazuje i na dubinu rafinacije, odnosno kvalitet baznih ulja. Određuje se metodom DIN 51551 a izražava u masenim procentima.

 

Sadržaj asfaltena

U toku upotrebe motornih ulja, kao posledica starenja, može doći do stvaranja asfaltena kao degradacionog proizvoda. Utiču na slepljivanje klipnih prstenova, začepljenja prečistača ulja itd.

Određuju se metodom: DIN 53595.

 

Hidrolitička stabilnost

Hidrolitička stabilnost je merilo otpornosti ulja, odnosno nekih aditiva, da stupaju u reakciju sa vodom. Hidrolitički nestabilni aditivi se razlažu na komponente koje mogu stvarati taloge a mogu biti i korozivne. Pri tome se smanjuje njihov sadržaj u ulju što ima za posledicu njegovu brzu degradaciju.

 

Sadržaj vode

Voda je nepoželjna u ulju. Njen sadržaj se mora redovno kontrolisati jer uvek postoji mogućnost da se u ulju nađe kao kontaminant, koji može vrlo brzo da hidrolitički razgradi neke aditive i da degradira ulje pre upotrebe.

Ukoliko je sadržaj vode viši od 0,1%, određivanje se vrši ksilolnom metodom, u suprotnom, mora se koristiti Karl-Fischer metoda (DIN 51 777), a rezultati se izražavaju u mg/kg, odnosno ppm (part per million – jedan deo vode na milion delova ulja).

 

Korozivnost

Korozivnost ulja podrazumeva agresivno ponašanje nekih njegovih komponenata prema elementima mehaničkih sistema. Korozivnost se mora kontrolisati radi donošenja odluke o pravovremenoj zameni ulja. Određuje se metodom: ASTM D130 (Cu, 3h, 100⁰C).

 

Saponifikacioni broj

Smatra se merilom sadržaja materija podložnih saponifikaciji, kao što su na primer prirodne masti. Saponifikacioni broj je naročito bitan kod ulja za obradu metala koja sadrže komponente na bazi prirodnih masti. Izražava se u miligramima kalijumhidroksida potrebnim za potpunu saponifikaciju nekih materija podložnih toj reakciji u uzorku od jednog grama ulja. Određuje se metodom ASTM D94.

 

Granična temperatura pumpanja

Pod ovim se podrazumevaju granične vrednosti prouljenosti motora (ponašanje u odnosu na habanje) nakon hladnog starta. Na toj temperaturi, do uljne pumpe još uvek dotiče dovoljno ulja, a ispod  te vrednosti sistem za podmazivanje se više ne napaja uljem u dovoljnoj meri i može doći do usisavanja vazduha.

 

Gradijent smicanja

Na mestima podmazivanja ulje je, u zavisnosti od broja obrtaja i debljine mazivog sloja, izloženo različitim smicajnim opterećenjima. Ulje koje prione za delove koji se ne kreću ima brzinu 0, a na pokretnim delovima ima brzinu kretanja samog tog dela. Gradijent smicanja je brzina na pokretnom delu podeljena sa debljinom mazivog sloja.

Kod praznog hoda iznosi 10⁵ s^{- 1}, a pri punom opterećenju 10⁶ s^{- 1}.

 

Smična stabilnost

Smična stabilnost je definisana kao otpornost polimera aditiva impruvera indeksa viskoznosti na mehaničku razgradnju pod dejstvom smičnog naprezanja i zavisi od molekulne mase i hemijskoj prirodi polimernog aditiva. Što je molekulna masa polimera veća, veća je i verovatnoća da dođe do njegovog kidanja. Kada su u primeni polimeri izloženi uticaju visokog smičnog naprezanja, dolazi do razaranja molekula. To je cepanje veze ugljenik-ugljenik na dva polimerna radikala.

Smična stabilnost se određuje merenjem pada viskoznosti nakon višestrukog prolaska ulja kroz brizgaljku. Računa se prema formuli:

 

Pad viskoznosti (%) = (V₁ - V₂)/V₁ x 100

V₁ - kinematička viskoznost svežeg ulja

V₂ - kinematička viskoznost smicanog ulja

 

Za određivanje smične stabilnosti koriste se metode: DIN 51382; ASTM D6278; CEC L-14-A-93. Pad viskoznosti zbog naprezanja na smicanje uobičajno se određuje nakon prolaska ulja kroz brizgaljku 30 ciklusa. U toku eksploatacije motornog ulja viskoznost pada zbog kidanja molekula impruvera indeksa viskoznosti, što ima za posledicu slabljenje uljnog filma, odnosno pojačanog trenja i habanja. Ustanovljena je nova metoda ASTM D7109 koja se razlikuje od prethodne u broju ciklusa sa 30 na 90 na Orbahn Diesel Injector aparatu. ASTM S7109 se zahteva kod novih specifikacija: ACEA E6-04 i E7-04, API CJ-4, kao i proizvođačkih specifikacija: MB, Volvo VDS-3 i VDS-4 što znači da kinematička viskoznost na 100⁰C nakon smicanja ostane u gradaciji prema SAE J 300 klasifikaciji.

 

HTHS – smicanje na visokoj temperaturi

Specifikacije SAE, ACEA, Mercedes-Benz i VW propisuju kod motornih ulja minimalne viskozitete za temperaturu ulja od 150 ⁰C i gradijent smicanja 10⁶ s^-1. To je smicanje na visokoj temperaturi, tj. HTHS (High Temperature High Shear). Utvrđivanjem graničnih vrednosti za HTHS treba da se postigne da multigradna motorna ulja i kod visokih temperatura ulja i kod visokog gradijenta smicanja  pružaju potrebnu smicajnu čvrstoću. ACEA je definisala granične vrednosti za HTHS:

- A1/B1                                        od  2,9 mPa.s  do 3,5 mPa.s

- A2/A3/B2/B3/E1/E2/E3         više od 3,5 mPa.s

Mercedes Benz i VW odstupaju od ACEA granica i generalno zahtevaju HTHS ³ 3,5 mPa.s.

 

Permanentni gubitak pri smicanju

Pod velikim opterećenjem moguće je smicanje poboljšivača indeksa viskoznosti. Na taj način se njihov efekat ugušćivanja više ili manje povećava. To je permanentni gubitak usled smicanja. Ulja koja i u najtežim radnim uslovima stalno zadržavaju prvobitnu SAE gradaciju zovu se “Stay in Grade” ulja.

 

Gubitak usled isparavanja

Ukoliko je mineralno bazno ulje niže viskoznosti, utoliko je veći gubitak usled isparavanja na radnoj temperaturi. Gubici usled isparavanja dovode do povećane potrošnje ulja i do povećanja uljnog taloga na klipovima i ventilima. ACEA A1/2/3 i B1/2/3 dopušta 13 do 15% gubitka ulja usled isparavanja. VW 500.00 dopušta max. 13% isparavanja za ulja SAE 5W-X i 10W-X po Noack testu (temperatura ulja 250 ⁰C za vreme od 1 sata).

 

Penetracija masti

Penetracija daje podatke o tvrdoći masti tj. njenoj konzistenciji. Meri se konusom po metodama ASTM 217 IP 50 ili DIN 51804, deo 1. Merna jedinica odgovara dubini ulaska mernog konusa u mast koja se 5 sekundi nalazi u posudi, a meri se u desetinkama milimetra. Ispitna mast se pre ispitivanja gnječi (standard propisuje 60 ciklusa gnječenja).

 

Reološke osobine masti

Reološke osobine mazive masti podrazumevaju čvrstoću na smicanje i kidanje, žilavost, mehaničku i termičku stabilnost i prividnu viskoznost. Ove osobine se tokom vremena menjaju, a brzina promene ili starenja masti zavisi od kvaliteta.

 

Konzistencija

Konzistencija predstavlja meru za tvrdoću masti i izražava se penetracionim brojem. Metode po kojima se meri su: ASTM D217; ISO 2137 i DIN 51818.

 

Prividna viskoznost

Prividna viskoznost predstavlja odnos između smicajne čvrstoće i brzine smicanja u određenom trenutku, na datoj temperaturi i pod definisanim opterećenjem.

Meri se na temperaturi od –54⁰C do 38⁰C po ASTM D1092.

 

Temperatura kapanja

Temperatura kapanja predstavlja temperaturu na kojoj mast prelazi iz polučvrstog u tečno stanje. Meri se po ASTM D 566 i 2265 i ISO 2176.

 

Oksidaciona stabilnost masti

Oksidaciona stabilnost predstavlja sposobnost masti da pri delovanju kiseonika sačuva svoj prvobitni sastav. Meri se po metodi ASTM D 942.

 

Mehanička stabilnost

Predstavlja osobinu mazivih masti da zadrže prvobitnu strukturu i konzistenciju i posle mehaničkog dejstva. Meri se po ASTM D 1403 (posle 10.000 ciklusa); ASTM D 1831 (posle valjanja).

 

Koloidna stabilnost

Koloidna stabilnost predstavlja sposobnost mazivih masti da u svojoj strukturi zadrže ulje, suprostavljajući se njegovom izdvajanju pri skladištenju i eksploataciji. Meri se posle 24 časa i posle 168 časova na 40⁰C metodama ASTM D 1742; IP 121.

 

Otpornost prema vodi

Sposobnost masti da u kontaktu sa vodom ne promeni svoje osobine. Meri se na temperaturama 38⁰C i 79⁰C po ASTM D 1264.

 

Zaštita od korozije

Ova karakteristika meri se po ASTM D 1743, DIN 51 802, SKF EMCOR test. Ispituje se uz prisutnost vode, rastvora soli ili vlagom.