MŰSZAKI KÉMIA 10. Kenőolajok, kenőzsírok ELŐADÁSOK GÉPÉSZMÉRNÖK HALLGATÓKNAK 10. Kenőolajok, kenőzsírok Dr. Bajnóczy Gábor BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

AZ ELŐADÁS ANYAGA, KÉPEK, RAJZOK KIZÁRÓLAG OKTATÁSI CÉLRA, KORLÁTOZOTT HOZZÁFÉRÉSSEL HASZNÁLHATÓK ! INTERNETRE KORLÁTLAN HOZZÁFÉRÉSSEL FELTENNI TILOS !

Kenőolajok,kenőzsírok Kenőolajok feledatai: Egymáson elmozduló felületek között fellépő súrlódási ellenállás csökkentése Dugattyús gépeknél a jó tömítés biztosítása Surlódáskor keletkező hő elvezetése Szilárd testek súrlódása: Tiszta folyadéksúrlódás: két felület között folyamatos olajréteg, elmozduláshoz a szorító erő 0,1 – 0,5 %-ka kell. Félfolyadéksúrlódás: a kenőanyag jelentős része kiszorul az egymáson elcsúszó felületek közül elmozduláshoz a szorító erő 0,5 – 1 %-ka kell. Határsúrlódás: a kenőanyag szabadon mozgó részecskéi teljesen kiszorulnak a felületek közül, mindkét felületen csak egy molekuláris méretű tapadó réteg marad vissza, elmozduláshoz a szorító erő 1 – 10 %-ka kell. - Száraz súrlódás: kenőanyag teljes hiánya a felületek között, elmozduláshoz a szorító erő 10 – 50 %-ka kell.

Lenni vagy nem lenni ? Folyni vagy nem folyni ? Hamlet a Dán királyfi Hamlet a gépész

Kenőolajok viszkozitása Kenőanyagok legjellemzőbb tulajdonsága elmozduláshoz szükséges erő [Newton] dv dx elmozdulás sebessége [m/s] F = η A dinamikai viszkozitás [N s/m2] az elmozduló rétegek egymástól való távolsága [m] felület [m2] 1 N s/m2 = 1 Pa s Az egy [Pa s] olyan laminárisan áramló homogén közeg dinamikai viszkozitása, amelyben két egymástól párhuzamos, egymástól 1 m távolságban lévő, 1 m/s sebesség különbséggel áramló sík réteg, a réteg felületének 1 m2-én 1 Newton csúsztató erő jön létre. A kinematikai viszkozitás [m2s-1] a dinamikai viszkozitás [Pa s] és a sűrűség [kg/m3] hányadosa

Kenőolajok viszkozitása Viszkozitási index Önkényes referencia választás: 1. Egy texasi nafténes kőolajból előállított olajok viszkozitási indexe = 0 (ezen olajok viszkozitása nagymértékben változik a hőmérséklettel) 2. Egy pennsylvániai paraffinos kőolajból előállított olajok viszkozitási indexe = 100 (ezen olajok viszkozitása kismértékben változik a hőmérséklettel) A számításhoz ismerni kell a kenőolaj kinematikai viszkozitását [mm2s-1] 40 °C-on és 100 °C-on L – U L – H Viszkozitási index = U: a vizsgált olaj kinematikai viszkozitása 40 °C-on [mm2s-1] L: annak a 0 indexű referenciaolajnak a 40 °C-on mért viszkozitása [mm2s-1], amelynek 100 °C-on mért viszkozitása egyenlő a vizsgált olaj 100 °C-on mért viszkozitásával [mm2s-1] H: annak a100-as indexű referenciaolajnak a 40 °C-on mért viszkozitása [mm2s-1], amelynek 100 °C-on mért viszkozitása egyenlő a vizsgált olaj 100 °C-on mért viszkozitásával [mm2s-1] Táblázatban a vizsgált olaj 100 °C.on mért viszkozitásához tartozó L és H értékek megtalálhatók Nagyobb viszkozitási index kisebb viszkozitás változás a hőmérséklettel

Kenőolajok előállítása Alapanyag: paraffinos párlatok és a gudron Propános extrakció bitumen A paraffinos olajok nem kívánatos komponensei - nagy molekulatömegű nyíltszénláncú paraffinok (kristályosodás miatt ) - aromás, nafténes anyagok (könnyen oxidálódnak) - nyílt szénláncú telítetlen szénhidrogének (gyantásodási hajlam miatt) - gyantás, aszfaltos anyagok (kokszosodási hajlam miatt) derítés Gyanta, aszfalt Ezek után mi az ami marad ? Főleg elágazó szénláncú paraffinos szénhidrogének

Kenőolajadalékok I. Oxidációgátló adalékok Az alábbi káros folyamatok megakadályozására Korrózió veszély 110 °C – 140 °C Paraffin váz láncvégei + oxigén zsírsavak és hangyasav 150 °C – 170 °C Aromás vegyületek + oxigén nagymolekulájú kondenzátumok, iszap képződés Gátló mechanizmus: Az oxidáció első lépéseként keletkező peroxidok hatástalanítása pl.: szerves foszfor tartalmú inhibitorokkal

Kenőolajadalékok II. Korróziógátló adalékok A fém felületére adszorpciós rétegként tapadva megakadályozzák a korróziót okozó anyagok fémmel történő közvetlen érintkezését. Pl.: olajban oldódó zsíralkoholok, fémszappanok (kálcium-sztearát), trietanol-amin, sztearil-amin

Kenőolajadalékok III. Dermedéspont-csökkentő adalékok Feladata: a kenőolaj áramlásának fenntartása alacsony hőmérsékleten A hőmérséklet csökkenésével a kenőolajból hosszúkás paraffin kristályok válnak ki, amelyek szénakazal szerkezete miatt bedermesztik az olajat T1 = T2 T1 T2 Adalék nélkül Adalékkal Dermedéspont – zavarosodási pont = 3 – 5 °C Dermedéspont – zavarosodási pont = 10 – 20 °C Pl.: polimetakrilsav észterek

Kenőolajadalékok IV. Viszkozitás-módosító adalékok Feladata: a kenőolaj viszkozitás csökkenésének mérséklése növekvő hőmérsékleten T1 < T2 T1 T2 magasabb T2 hőmérsékleten a hosszú szénláncú molekulák kinyújtózkodnak, egymással összeakadva fékezik a viszkozitás csökkenést alacsonyabb T1 hőmérsékleten a hosszú szénláncú molekulák összehúzódnak, egymáson könnyen elcsúsznak Pl.: poliizobutilén, polisztirolok, polimetakrilátok

töltése megakadályozza a részecskék összetapadását Kenőolajadalékok V. Detergens típusú adalékok Feladata: az üzemközben képződő korom, gyantás anyagok kiülepedésének megakadályozása apoláros koromszemcse adalék poláros részének negatív töltése megakadályozza a részecskék összetapadását Savmegkötő is, csak dízelolajokhoz a fémoxid zárlatossá teheti a gyertyát adalék apoláros része adalék poláros része

Kenőolajadalékok VI. Habzásgátló adalékok Feladata: az üzemközben fellépő olajhabzás megszüntetése, amely az olajfáradás következtében növekszik nyomóerő nyomóerő + habzásgátló a habzásgátlók a folyadék felszínén adszorbeálódva merev, könnyen törhető, rugalmatlan réteget alakítanak ki, 0,001 – 0,0001 %-ban is hatásosak

kiszorul a felületek közül, de a maradó tapadó-réteg Kenőolajadalékok VII. Kenőképesség növelő adalékok Feladata: a száraz súrlódás megakadályozása a kenőfilm időleges szakadásakor Az apoláros olaj kiszorul a felületek közül Az apoláros olaj kiszorul a felületek közül, de a maradó tapadó-réteg megakadályozza a száraz súrlódást Pl.: észterek, így a biodízel is

Kenőolajadalékok VIII. Kopásgátló adalékok Feladata: nagy nyomó erők esetén felületi egyenetlenségek összehegedésének megakadályozása A szerves klór, kén, foszfor, nitrogén tartalmú vegyületek a hő hatására bomlanak és a felszabaduló klór, kén, foszfor, nitrogén pillanatszerűen reagál az olvadt fémmel és nem hegedő szervetlen vegyület képződik. HŐVILLANÁS (500 – 1000 °C, összeheged)

Hűtő-, kenőfolyadékok Fém megmunkálás esetén (esztergálás, marás) a nem kívánatos mértékű felmelegedés megakadályozására szolgálnak Biztosítja a kenést és a hőelvezetést Összetétel: kenőolaj és víz emulziója Adalékok: emulgeátor biztosítja a stabil emulziót jelentős mennyiségű kopásgátló a víz jelenléte miatt baktericid adalék ( bomlástermékek szerves savak !) Az elhasznált hűtő-, kenőolajat nem szabad fáradt olajjal összekeverni az esetleges klór-paraffin tartalom miatt !

Szintetikus kenőolajok Az olajat megadott kenési céllal tervezik, így lényegesen jobb tulajdonságúak Lényeges előnyük, hogy a csereperiódus végén is közelítőleg megtartják eredeti tulajdonságukat.

Szilárd kenőanyagok Felhasználási hely: lassú mozgású, nagy terhelésű, magas hőmérsékletű, nehezen hozzáférhető helyeken Grafit, molibdén-diszulfid, puha fém bronz vagy réz, esetleg teflon felület kiegyenlítő A teflon nem mindig alkalmas, mert pozitív hatásként csökkenti a hézagtérfogatot, de felületéről letaszítja az olajat, így később nő a kopás ! A rétegek elcsúsznak egymáson A molibdén-diszulfid gyakori olajadalék grafitrács

Kenőolajok osztályozása Viszkozitás szerint Orsóolaj < gépolaj < motorolaj < hengerolaj szintetikus félszintetikus ásványolaj alapú Egyfokozatú téli olaj pl.: 25 W egyfokozatú nyári olaj: 60 Többfokozatú (multi grade) olaj: 15W - 40

A szintetikus olajok : laboratóriumi körülmények között szintetizált alapolajokból készülnek. A félszintetikus olajok : alapolajai szintén ásványi alapolajok, de olyanok, amelyek átestek egy hidrogénező finomítási szakaszon. Így maga az alapolaj hidrokrakkolt vagy hidroizomerizált formában kerül felhasználásra. Ezekből dolgozva olyan ásványi motorolajat kapunk, amely szintetikusszerű tulajdonságokat mutat. Ezért hívjuk őket félszintetikus olajoknak.

Kenőolajok osztályozása Teljesítmény szerint Nagyon sokszor változott ! 2006-tól érvényes: Benzinüzemű személygépkocsik: A1, A2, A3, …. Dízelüzemű személygépkocsik: B1, B2, B3, . . . Katalizátorbarát motorolajok: C1, C2, C3, …… Dízelüzemű haszongépjárművek: E1, E2, E3, E4 . . . újabban összevonják A1/B1

Kenőzsírok Környezeti és üzemi hőmérsékleten is közelítőleg alakállandók Felhasználási terület : gördülőcsapágyak, gömbcsuklók Összetétel: a kenési követelményeknek megfelelő kenőolaj + vázszerkezet Vázszerkezet: zsírsavak fémmel alkotott sói, azaz szappanok Fém bázis jele szerkezet vízállóság cseppenés pont Kálcium bázisú KZS szivacs vízálló alacsony Nátrium bázisú NZS textil nem vízálló magas Lítium bázisú LZS bogáncs vízálló magas Nyomás hatására a vázszerkezetből az olaj kiáramlik, majd az erőhatás megszűnte után a vázszerkezet az olajat visszaszívja Ismétlődő mechanikai hatásokra a vázszerkezet fokozatosan tönkremegy, a kent területet újra kell zsírozni.