Priemyselné mazivá predstavujú široký sortiment, a to čo do počtu jednotlivých druhov a tiež samotnej spotreby. Pri výbere a hodnotení priemyselných mazacích olejov, mazív sa používajú platné normy, metódy a postupy, teda štandardné skúšky. Ide o normy STN,  skúšky podľa ASTM (American Society of Testing and Materials), resp. normy DIN a iné. Uvedené skúšky pri výbere a hodnotení mazív používajú najmä tieto tri organizácie, spoločnosti :

Výrobcovia prísad a mazív pri výrobe, formulácii  nových výrobkov

Výrobcovia strojov a zariadení na stanovenie základných tribologických požiadaviek, vlastnosti  na mazivá používané pre mazanie trecích uzlov a v mazacích systémoch týchto zariadení

Prevádzkovatelia strojov a zariadení pri hodnotení mazív v prevádzke.

Na výber  mazív majú  rozhodujúci  vplyv najmä  výsledky z hodnotenia mazív v praxi, teda požiadavky vyplývajúce z konkrétnych prevádzkových podmienok. Občas sa stáva, že na základe týchto výsledkov sa  musí zmeniť druh maziva, upraviť mazací systém, resp. zmeniť spôsob, postup mazania. Z toho často vyplynú aj nové požiadavky na nové formulácie, zloženie, úpravu mazív. V ďalšej časti sa budeme venovať hodnoteniu, výberu mazív, novým formuláciám, ktoré vyplývajú z nových prevádzkových požiadaviek. Pozornosť budeme venovať priemyselným mazivám a to najmä hydraulickým, turbínovým a prevodovým  mazacím olejom. Kompresorové oleje vzhľadom na ich rozsah použitia, daný sortiment si vyžadujú špeciálnu, samostatnú pozornosť.

Spotreba priemyselných mazív

Podľa dostupných informácii a určitých skúsenosti z predaja mazív uvedieme percentuálnu spotrebu priemyselných mazív v tabuľke č.1. Ide o informáciu z predaja mazív v Slovenskej republike.

Tabuľka  č.1

Súčasná ročná spotreba priemyselných mazív v Slovenskej republike sa odhaduje cca na 25 000 ton.

Hodnotenie vlastnosti mazív 

V technickej oblasti starostlivosti o základné prostriedky vystupujú v súčasnosti do popredia nové  požiadavky, ktoré sú zamerané na preventívne opatrenia súvisiace so zabezpečením spoľahlivosti strojov a zariadení v prevádzke. Ide o metódy technickej diagnostiky a z nášho pohľadu najmä o metódy tribotechnickej diagnostiky. Tribotechnická diagnostika, ako časť bez demontážnej technickej diagnostiky vychádza z hodnotenia stavu technického zariadenia na základe stavu maziva. Využíva sa najmä v prípadoch dlhodobého použitia mazacieho oleja, alebo ak ide o veľké olejové náplne. Táto metóda slúži na monitorovanie stavu oleja so zámerom udržať jeho kvalitu na úrovni, ktorú predpísal konštruktér trecieho uzla daného stroja a zariadenia. Tribotechnická diagnostika je významným pomocníkom pri hodnotení a výbere mazacích prostriedkov, mazív. V tabuľke č. 2 uvedieme prehľad o požiadavkách na vlastností priemyselných mazacích olejov.

Tabuľka č. 2

Poznámka : X – veľmi dôležitá, O – menej dôležitá

Pri hodnotení a výbere mazacieho  oleja  pozornosť bude preto zameraná na tieto základné vlastnosti, faktory:

Hodnotenie fyzikálnych a chemických vlastnosti oleja.

Viskozita

Viskozitný index

Teplota vzplanutia

Teplota tuhnutia

Číslo kyslosti a ďalšie vlastnosti

Hodnotenie výkonových vlastnosti

Odlúčivosť vody

Odlúčivosť vzduchu

Deemulgačná charakteristika

Hydrolytická stabilita

Odolnosť proti korózii

Oxidačná stabilita

Penivosť oleja

EP vlastnosti a iné

3. Zisťovanie a hodnotenie obsahu nečistôt a rôznych prímesí, ktoré vznikajú a vnikajú počas prevádzky do oleja. Ide o hodnotenie, ktoré súvisí s tribotechnickou diagnostikou a analýzou mazív v prevádzke

Samotné zmeny v oleji sú predovšetkým ovplyvnené prebiehajúcimi oxidačnými a termo oxidačnými procesmi pri konkrétnych prevádzkových podmienkach. Tieto zmeny, javy prebiehajú pri kontakte oleja so vzdušným kyslíkom pri zvýšenej teplote, často v prítomnosti vody, kovových a nekovových nečistôt. Oxidačné procesy sú často podporované prítomnosťou menej stabilných molekúl, ktoré rýchlo oxidujú a tvoria kyslé produkty, ktoré sa ďalšou oxidáciou zmenia na komplexnejšie zlúčeniny, čo vedie k vzniku rôznych kalov. Tieto oxidačné produkty zhoršujú funkčnosť mazaných súčastí a zhoršujú odvod tepla z trecích uzlov. Olej v samotnej prevádzke je ovplyvňovaný aj ďalšími prevádzkovými faktormi a to prevádzkovou teplotou, tlakom, obehovým číslom, veľkosťou olejovej náplne, vhodnou filtráciou a ošetrovaním oleja počas prevádzky.  

Výkonnosť a stabilita mazív

Bez ohľadu na výber mazív, spotrebiteľ má veľký podiel na skutočnej životnosti mazív v prevádzke. Ide o určitú starostlivosť o mazivá, ošetrovanie, zhodnocovanie mazív, odstraňovanie nečistôt (filtrácia) a obnovenie systému prísad a iné.  Možno povedať, že výkonnosť mazív a ich životnosť (oxidačná stabilita) často závisí na správnej starostlivosti o mazivá v prevádzke. Na hodnotenie oxidačnej stability mazacieho oleja sa používa v súčasnosti nová skúška podľa ASTM D 2272 pod označením RPVOT (Rotating Pressure Vessel Oxidation Test), teda  oxidačná skúška v rotačnej tlakovej nádobe. Skúška je vhodná na hodnotenie životnosti mazacích olejov v prevádzke. Skúška podľa RPVOT prebieha v nádobe, ktorá obsahuje skúšaný olej, vodu a medený katalyzátor a je umiestená v oceľovej bombe, ohriata na 150 °C a stlačená kyslíkom na 90 psí (6 bar). Zaznamenáva sa čas v minútach pri poklese tlaku o 25 psí (1,75 bar) a to sa hodnotí, ako konečný bod skúšky. Táto skúška nachádza uplatnenie najmä pri hodnotení turbínových a hydraulických olejov.

Kvalitné nové turbínové oleje dosahujú hodnoty (II. trieda podľa API) 400 až 800minút, (III. trieda, API) 800 až 3 000 minút. Získané informácie pomocou tejto skúšky môžeme  použiť na získanie údajov, ktoré naznačujú stratu, úbytok užitočného života oleja (RUL), ktorý môžeme  stanoviť porovnávaním vzorky použitého a čerstvého oleja.

Percentuálny úbytok oxidačného života oleja RUL

             RPVOT použitého oleja

RUL =  --------------------------------- x 100 / % /

             RPVOT čerstvého oleja

Varovný a kritický limit obsahu antioxidantu (oxidačného života) napr. pre turbínové oleje sa uvádza, ako pokles na 60 % (varovný limit), resp. pokles na 40 % (kritický limit).

Na hodnotenie oxidačnej stability mazacích olejov sa používa aj skúška TOST (Turbine Oil Stability Test) podľa ASTM D 943. Táto skúška sa uplatňuje najmä v podmienkach výrobcu olejov. Hodnotenie sa uvádza v hodinách. Pre porovnanie, ide o hodnoty v rozsahu od 3 000  do 10 000 hodín v závislosti od kvality skúšaných olejov. 

Výber mazív

Výber mazív je náročný proces a vyžaduje si teoretické poznatky a praktické skúsenosti z oblasti aplikácie mazív v praxi. Pri výbere mazív treba rešpektovať a brať do úvahy najmä to, aké sú základné funkcie a požiadavky na maziva.

Z teórie mazania platí zásada, požiadavka na kvapalinové trenie, hydrodynamické mazanie (HD), resp. elastohydrodynamické mazanie (EHD) v trecom uzle. Treba pripomenúť, že hrúbka a tvar olejového filmu je závislá na:

Veľkosti mazanej plochy stroja, trecieho uzla

Vzájomnej interakcii trecích povrchov (klzné, valivé)

Rýchlosti vzájomne sa pohybujúcich povrchov

Viskozite oleja pre daný trecí uzol, resp. mazací systém stroja, zariadenia

Čo sa týka režimov mazania, treba pripomenúť, že sú faktory, ktoré ovplyvňujú stabilitu mazacích filmov pri hydrodynamickom, resp. elastohydrodynamickom mazaní. Ide o tieto vplyvy :

Druhy materiálov, ktoré sa používajú v trecom uzle

Spôsob, ako sa mazivo, olej používa, aplikuje (dávkuje) do stroja (trecieho uzla) a to buď ide o statický kúpeľ, resp. dynamické dávkovanie (mazacie zariadenia)

Celkové zaťaženie (statické) v trecom uzle

Veľkosť, stupeň rázového zaťaženia trecieho uzla

Použité mazivo a jeho fyzikálne a chemické vlastnosti (viskozita, druhy prísad, starostlivosť o mazivo v prevádzke, ošetrovanie mazív a iné)

Pri výbere mazív treba brať do úvahy to, aké sú požiadavky na mazivá v konkrétnych prevádzkových podmienkach stroja, zariadenia a podľa toho stanoviť, ktoré vlastnosti sú dominujúce. Medzi základné funkcie mazív patria tieto:

Znižovať trenie (oddeliť trecie povrchy)

Znižovať opotrebovanie (oddeliť trecie povrchy, vytvoriť ochranné vrstvy, AW prísady)

Odstraňovať, odvádzať teplo (oddeliť trecie povrchy, absorbovať teplo)

Kontrolovať koróziu (vytvoriť ochrannú vrstvu)

Odstraňovať nečistoty (tesniť častí strojov, trecie uzly)

Zabezpečiť prenos sily (hydraulické mechanizmy)

Všeobecne platí, že mazivá sú formulované na základe konkrétnych prevádzkových požiadaviek strojov a zariadení a často aj podľa vývoja jednotlivých klasifikácií a špecifikácií. Kvalita maziva je daná správnym výberom základových olejov, balíku vhodných prísad a ich vzájomnou vyváženosť, rovnováhou, synergizmom jednotlivých zložiek. Uvedieme niektoré kľúčové vlastnosti mazív :

Kompatibilita (zlučiteľnosť) jednotlivých tried základových olejov podľa čoho sú navzájom miešané

Reakcie prísad, rozlíšenie jednotlivých charakteristík základových olejov a prísad a ich vzájomná miešateľnosť

Viskozitné vlastnosti, stanovenie hodnoty viskozity, viskozitného indexu a bodu tuhnutia

Bezpečnosť, stanovenie, výber bodu vzplanutia a toxicita

Zlučiteľnosť, miešateľnosť jednotlivých zložiek, várok

Oxidačná stabilita, schopnosť daná základovým olejom a doplnená vhodným antioxidantom

Odparnosť, nestálosť, určenie bodu vzplanutia, skúška podľa Noacka

Vzhľad, farba, čistota a transparentnosť

Na zlepšenie úžitkových, funkčných vlastnosti mazív sa používajú najmä prísady, ktoré reagujú buď chemický alebo fyzikálne, čím zabezpečia mazivu tieto vlastnosti:

Zvýšenie, zlepšenie vlastnosti základových olejov (viskozita, bod tuhnutia, odlúčivosť vody a iné)

Zlepšenie nepriaznivých vlastnosti základových olejov (oxidácia, korózia)

Poskytnúť, prepožičať také vlastnosti mazivám, ktoré základové oleje nemajú

           (vysokotlaké EP vlastnosti, prísady proti opotrebovaniu AW a iné)

Výrobcovia  používajú ďalšie prísady na zlepšenie úžitkových, funkčných vlastnosti mazív. Na základe toho môžeme všeobecne uviesť rozlíšenie do troch základných typov, druhov mazív :  

R&O – mazivá, ktoré obsahujú prísady proti hrdzi a proti oxidácii a sú vhodné pre stroje a zriadenia so strednou a vysokou rýchlosťou, stredné zaťaženie napr. čerpadlá, kompresory, cirkulačné systémy a pod.

AW – mazivá, obsahujúce prísady proti opotrebovaniu, vhodné napr. pre hydraulické mechanizmy, cirkulačné systémy a iné

EP – mazivá, obsahujúce vysokotlakové prísady, pre stroje a trecie uzly s vysokým  a rázovým zaťažením, napr. ozubené prevody a pod.

Uvedené rozdelenie mazív je len všeobecne, ktoré vyplýva s obsahu prísad v základovom oleji a má byť pomôckou pri výbere mazív.

Nové formulácie priemyselných mazív

Vzhľadom na nové požiadavky, ktoré vyplývajú z aplikácie mazív v praxi, vznikajú nové formulácie mazív, ktoré rešpektujú nové konštrukčné riešenia strojov, náročné prevádzkové  podmienky a požiadavky súvisiace s ochranou životného prostredia. Ide o nové formulácie mazacích olejov, mazív, teda  základových olejov a jednotlivých druhov prísad.

Základové oleje

Základové oleje sú ropné výrobky a v súčasnosti  stále tvoria takmer 95 % z celkového sortimentu hotových mazacích prostriedkov, mazív. Ide o uhľovodíky, ktoré vytvárajú mnohé variácie, spojenia, komplexne zlúčeniny uhľovodíkových molekúl. Základné, jednoduché spojenie predstavuje metán CH4, teda jeden uhlík a štyri vodíky. Výrobné procesy základových olejov nám ponúkajú široké možnosti od klasických extrakčných procesov, postupov až po moderné konverzné procesy, ako je hydrokrakovanie (Hydrocraking), hydroodparafinovanie (Hydrodewaxing), hydrospracovanie (Hydrotreating) a ďalšie nové postupy. Tieto nové moderné postupy majú podstatný vplyv na kvalitu základových olejov, čo sa týka prítomnosti nasýtených a nenasýtených molekúl a najmä obsahu aromátov. Nasýtene molekuly sú viac stabilné a sú schopné lepšie odolávať oxidačným procesom ako nestabilné molekuly. Konverzne postupy znižujú obsah aromátov až na hodnotu  0,3 % obj.. Pri tradičných extrakčných procesoch táto hodnota je v rozsahu 5 až 25 % obj.. Znížený, kontrolovaný  obsah aromátov má priaznivý vplyv na kvalitu základových olejov. Uvedieme niektoré účinky, prínosy na kvalitu súčasných základových olejov vyrábaných podľa nových technologických postupov:

zmena farby, čisté, bezfarebné základové oleje

vyšší viskozitný index

zlepšená odolnosť proti oxidácii

zvýšená tepelná stabilita

menšie zvyšky uhlíka (karbónu)

zlepšená deemulgačná vlastnosť (odlúčivosť vody z oleja)

rýchlejšia biologická odbúrateľnosť a iné.

Pri formulácii mazacích olejov pre konkrétne prevádzkové podmienky, ako napr. pre oleje  hydraulické, kompresorové, turbínové, prevodové a iné druhy sa pozornosť venuje správnemu výberu základového oleja a jednotlivých druhov prísad. Z toho dôvodu môžeme uviesť, že pre hotový výrobok, mazací olej  v percentuálnom vyjadrení to predstavuje :

70 až 99 %  základového oleja

0,1 až 30 % použitých prísad, ktorých môže byť  10  a viac druhov.

Základové oleje v ostatnom čase prešli určitou zmenou pri ich hodnotení, klasifikácii, čo malo vplyv aj na ich použitie pri formulácii nových mazacích olejov. V roku 1993 sa uviedla nová skupina, kategória základových olejov pod označením, ako  kategória II. a krátko potom aj kategória III. a IV. Základové oleje sú klasifikované podľa spoločnosti API (American Petroleum Institute) a zaradené do jednotlivých kategórii, tried a to vzhľadom na ich úžitkové vlastnosti. Pri výbere základových olejov sa rešpektujú požiadavky na  konečné výrobky, mazivá pre dané aplikácie. Ide o základové oleje ropného pôvodu, skupiny podľa API I., II. a III., ďalej syntetické uhľovodíky (SHC), polyalfaolefíny (PAO) skupina IV. a základové oleje skupiny V.,  napr. esterové,  polyolesterové oleje (POE),  polyalkylglykolové oleje (PAG), fosfátové estery (FE),  biele oleje, rastlinné oleje a ďalšie druhy, ktoré nepatria do predchádzajúcich skupín I. až IV. podľa API. Treba spomenúť aj výrobu základových olejov zo zemného plynu. Ide o Fischer – Tropsch proces, označovaný ako GTL (Gas to Liquid Technology), ktoré sú klasifikované, ako kategória III + podľa API. Ropné základové oleje skupiny I., II. a III. sú navzájom miešateľné a sú miešateľné aj so syntetickými uhľovodíkmi (SHC), polyalfaolefínmi (PAO)  skupiny IV. podľa API. Do tejto skupiny môžeme zaradiť aj alkylované aromáty. Okrem toho treba  poznamenať, že v skupine IV. sa uvádzajú nové základové oleje tzv. metallocene  Polyalfaolefíny (mPAO), ktoré sú založené na metallocene katalyzovanej technológii, ktorá ponúka vyššiu viskozitu oleja, lepšie nízkoteplotné vlastnosti, tekutosť a lepšiu strihovú stabilitu, ako komerčné PAO. Táto katalýza ponúka rovnaké molekuly, voštinové štruktúry podobné konvenčným PAO, ale bez krátkych reťazcov.  Ide o zlepšenie výkonnosti, úpravu základového oleja, ktorého chemický vzorec je M(C₅ H₅)_2, kde M je atóm kovu. Uvedené mPAO dosahujú viskozitu 60 až 150 cSt pri 100 °C. Môžu sa používať v kombinácii s nízko viskóznymi PAO, ropnými olejmi pri ich formulácii pre automobilové a priemyselné oleje, čím sa dosiahne široký rozsah viskozity od 2 cSt až do 1 000 cSt, čo je veľká výhoda. Okrem mPAO sa uvádzajú aj ďalšie základové oleje upravované uvedenou technológiou a to alkylované naftalény (AN), ktoré poskytujú vysokú stabilitu a výbornú rozpustnosťou prísad, čo v prípade PAO to nie je vždy tak. V tabuľke č.3. uvedieme porovnanie niektorých základových olejov, ich vlastnosti, resp. vzájomnú zlučiteľnosť a ich vzťah k tesneniam a náterom.

Tabuľka č.3

Hlavnými predstaviteľmi V. skupiny základových olejov sú esterové, polyolesterové oleje (POE), resp. polyalkylglykolové (PAG)  základové oleje, ktoré sa používajú napr. k formulácii olejov pre  kompresory, ozubené prevody, letecké motorové oleje a iné aplikácie. Polyolesterové oleje,  sa používajú najmä v chladiarenskej a klimatizačnej technike. Estery sú zlučiteľné s ropnými olejmi, ale polyolestery môžu reagovať s tesneniami a nátermi, čo je nevýhoda. Polyglykoly sa všeobecne používajú, ako hydraulické kvapaliny a tiež najmä ako prevodové a ložiskové oleje. Tieto oleje majú vynikajúce mazacie vlastnosti a pri degenerácii oleja sa nevytvára uhlík (karbón). Ich zlučiteľnosť s nátermi je problematická a zlučiteľnosť s ropnými základovými olejmi pri pôvodnej formulácii v celom rozsahu vylúčená. Podľa najnovších informácii v ponuke sú nové polyalkylénglykolové oleje (PAG), označené ako OSP PAG (Oil Solube Polyalkylene), syntetické oleje, ktoré sú miešateľné s uhľovodíkovými (ropnými) a syntetickými polyalfaolefínovymi (PAO) uhľovodíkovými (SHC) olejmi, čo je veľká výhoda. Podľa súčasných dostupných informácii pri formulácií nových priemyselných mazív, mazacích olejov a to  konkrétne hydraulických, turbínových, kompresorových, prevodových a tiež plastických mazív sa používajú základové oleje kategórie podľa API, triedy II., III, III + a triedy IV., syntetické oleje polyalfaolefíny (PAO), ktoré sú zárukou kvality a požadovaných exploatačných vlastnosti priemyselných mazív.

Ing. Jozef Stopka, TRIBEX s. r .o.