Проблемы пенообразования смазочных охлаждающих масел.

08.09.2022

Вспенивание смазочных материалов и снижение уровня пенообразования являются активной областью исследований, обусловленной требованиями современного оборудования, требующее работы без пены в течение длительного времени и при неблагоприятных условиях. Борьба со вспениванием смазочных материалов оказалась сложной задачей из-за взаимозависимых факторов. Механизмы стабилизации пены и множество путей инактивации пеногасителя. Перспективы кратко изложены основные проблемы, с которыми сталкиваются исследователи в этой области. Преодолевая эти трудности, создание смазочных материалов с превосходными характеристиками пенообразования требует разработки нового смазочного материала и антипенной химии, а также переход от существующих методов проб и ошибок к механистическому пониманию управляемая формула смазки и антипенная конструкция.

1 Основы

Пенообразование представляют собой дисперсии пузырьков газа в масле или растворе. Они обычно образуются во время работы смазываемых машин, часто за счет естественного захвата воздуха, сопровождающего режимы смазки, такие как смазка разбрызгиванием, или за счет выделения растворенных в смазке газов из-за изменений давления и температуры. Пена в масле  нежелательна, поскольку известно, что она увеличивает износ смазываемых машин, увеличивает перегрев в машинах из-за снижения теплопроводности смазочного материала, увеличивает потери энергии и сокращает срок службы смазочного материала из-за повышенного окисления.

856343264.png
Рис. 1 СОЖ PETROFER ESOGRIND 130 EP слева и продукт конкурента с права 3% в воде 60 ppm CaCO3

В прошлом внимание к уменьшению пенообразования смазочных материалов было ограничено из-за частого обслуживания оборудования и ожидаемого низкого срока службы оборудования. Однако в последние годы возобновился интерес к систематическому пониманию пенообразования смазочных материалов, в основном благодаря появлению высокопроизводительной современной техники.

В отсутствие частого и дорогостоящего обслуживания пенообразование и деградация смазочных материалов, связанные с пеной, могут привести к структурным повреждениям. Это побудило PETROFER сделать «пенообразование и выделение воздуха» ключевым параметром рецептуры смазочных материалов.

Разработка смазочных материалов с идеальными характеристиками пенообразования и деаэрации оказалась сложной задачей. Это неудивительно, учитывая множество взаимозависимых стабилизаторов пены. Механизмы и способы инактивации пеногасителя. Ниже приводится краткий обзор проблем, с которыми сталкивался PETROFER в этой области активных исследований.

2. Устранение пенообразователей 

Прямой способ улучшить характеристики пенообразования — исключить пенообразователи и связанные с ними механизмы. Общепризнанные пенообразователи включают вязкость, твердые частицы, поверхностно-активные вещества, солютокапиллярные эффекты, термокапиллярные эффекты и межфазную реологию. Вязкость замедляет дренаж пены и повышает стабильность пены. Изменения вязкости смазочного материала для уменьшения пенообразования часто ограничиваются типом оборудования и условиями эксплуатации.

8735743754.jpg

Рис. 2 Пенообразование, связанное с большим количеством загрязнения смазующей эмульсии

Когда такие изменения возможны, вязкость регулируется смешиванием смазочных масел. К сожалению, смешивание смазок приводит к увеличению неоднородности состава смазок, часто способствуя стабилизации пены, опосредованной фазовым разделением и солютокапиллярной. Твердые частицы, обычно появляющиеся в результате внешнего загрязнения или естественного износа оборудования, могут способствовать стабилизации пены типа Пикеринга. Фильтрация является самым простым методом удаления твердых частиц. К сожалению, фильтрация смазочного материала может способствовать пенообразованию в готовых смазочных материалах из-за непреднамеренного удаления антипенных присадок.

Некоторые присадки к смазочным материалам, такие как противоизносные присадки, модификаторы трения и ингибиторы коррозии, являются поверхностно-активными. Известно, что такие добавки становятся эффективными поверхностно-активными веществами и способствуют пенообразованию вблизи их границы раздела фаз. Изменения концентраций добавок часто ограничиваются типом добавок, их предполагаемым применением и их взаимозависимостью от стабильности добавок (в том числе пеногасителей), что делает их сложной мишенью для снижения пенообразования. .

Солютокапиллярная и термокапиллярная стабилизация пены осуществляется потоками, возникающими из-за пространственных градиентов концентрации частиц  и температуры соответственно. Как упоминалось ранее, солютокапиллярная стабилизация пены преобладает в смазочных материалах с неоднородным составом, к которым относится большинство базовых масел, очищенных от сырой нефти. Синтетические смазочные масла с однородным составом лишены солютокапиллярных эффектов и все чаще составляют основу смазочных материалов следующего поколения.

Заметным недостатком синтетических смазочных материалов является их высокая стоимость. Даже при использовании синтетических смазочных материалов полное устранение солютокапиллярных эффектов может стать сложной задачей из-за необходимости смешивания компонентов для контроля объемных свойств, таких как вязкость. Термокапиллярные эффекты еще сложнее контролировать, поскольку они по своей природе зависят от температурных полей, генерируемых во время работы машины, которые могут варьироваться как внутри, так и между машинами. В принципе термокапиллярные эффекты можно свести к минимуму за счет снижения поверхностного натяжения.

К сожалению, на практике не работает из-за взаимозависимости поверхностного натяжения на состав смазки и концентрацию присадок. Во многих случаях солютокапиллярные и термокапиллярные эффекты могут действовать синергетически для поддержания пены. Такая ситуация характерна, когда смазочные материалы содержат летучие компоненты.

Наличие структурной пленки адсорбированного материала может придавать смазочным маслам конечную межфазную реологию. Межфазная реология может стабилизировать пены, замедляя дренаж пены. Свежие смазки почти всегда лишены межфазной реологии. Тем не менее, смазочные материалы могут иметь межфазную реологию и пенообразование при использовании в результате старения масла, окисления и адсорбции экзогенных загрязняющих веществ. Устранение этой проблемы является сложной задачей, поскольку формирование межфазной реологии зависит от продолжительности использования и конкретных условий эксплуатации смазочного материала.

3. Улучшение пеногасителей

Антивспениватели PETROFER CONTRAFUM  представляют собой добавки в виде твердых частиц, капель жидкости или их комбинации, которые добавляют к смазочному материалу для ускорения разрушения пены. Эффективность смазочных пеногасителей и последующая дестабилизация пен часто ограничиваются следующими проблемами: фильтрация, разложение, инверсия и осаждение.

Смазочные материалы в высокопроизводительных приложениях почти всегда непрерывно фильтруются для удаления вредных частиц. Пеногасители также, к сожалению, удаляются в процессе. Оптимизация химического состава поверхности фильтра для предотвращения нежелательной адсорбции пеногасителей может уменьшить удаление пеногасителей. Однако противоречивые требования к конструкции фильтра — удаление как можно более мелких частиц при сохранении как можно большего количества пеногасителя — затрудняют устранение этой проблемы. Известно, что пеногасители со временем разлагаются и становятся непропорциональными. Подходящий размер и структура пеногасителя (особенно для твердых и смешанных пеногасителей) имеют решающее значение для их эффективности.

783547345.jpg

Рис 3 Уровень пенообразования после фильтрации жидкости и обслуживания системы.

Полное устранение распада пеногасителя является сложной задачей, особенно для жидких и смешанных пеногасителей, так как это часто является неизбежным результатом, сопровождающим их механизм действия (например, при мостиковом растяжении). Противовспениватели также могут становиться пеногасителями— этот процесс называется инверсией. Хотя это явление встречается нечасто, оно может быть особенно проблематичным из-за того, что оно может вызвать резкое изменение стабильности пены. Инверсия пеногасителя может происходить при высоких температурах из-за изменения антипенных характеристик поверхности и из-за изменения поверхностных свойств смазочного материала, в том числе из-за влияния других присадок. Устранение этой проблемы зависит от хорошего понимания межфазных свойств, что часто затруднено из-за множества взаимозависимых факторов, влияющих на результаты.

Антивспениватели могут со временем оседать и отделяться от смазки под действием силы тяжести. В принципе, эту проблему можно решить за счет подбора плотности и уменьшения размера пеногасителя. Первое практически сложно из-за проблем с настройкой плотности независимо от более важных физических свойств пеногасителя, таких как поверхностное натяжение. Последнее также нежелательно, так как пеногасители меньшего размера также менее эффективны (как обсуждалось выше). Преодоление вышеупомянутых проблем необходимо для разработки пеностойких смазочных материалов, которые могут удовлетворить потребности современного оборудования. Из-за множества взаимозависимых механизмов, которые вызывают пенообразование смазочного материала, неудивительно, что методы проб и ошибок не принесли успеха в решении вышеуказанных проблем. С появлением больших данных и сред машинного обучения стало ясно, что у нас есть жизнеспособные инструменты для управления оптимальный состав смазочных материалов среди множества взаимозависимых требований.

Необходимый шаг для того, чтобы сделать это возможным, заключается в рассмотрении общей нити, которая связывает вышеупомянутые проблемы, а именно необходимости лучшего понимания механизмов пенообразования и антивспенивания смазочных материалов при различных условиях эксплуатации, типах и концентрациях присадок. Этому делу будет способствовать разработка новых смазочных материалов и антивспенивателей. Систематическое достижение этих целей посредством дальнейших исследований может позволить столь необходимый переход от существующей рецептуры смазочных материалов, основанной на пробах и ошибках, и ускорить разработку смазочных материалов, не содержащих пены.

4 Предложение PETROFER

Наш ассортимент сервисных пеногасителей разрабатываются для конкретных условий применения и гарантируют максимальную эффективность. Мы предлагаем пеногасители для эмульсий, растворов и масел. Все продукты совместимы с используемыми продуктами.