Smary plastyczne w przemyśle

Smary plastyczne to grupa środków smarowych, które stosuje się w sytuacjach wymagających skutecznego uszczelnienia węzła tarcia przed wodą oraz zanieczyszczeniami mechanicznymi, a także zapewnienia dobrej przyczepności do powierzchni metalowych. Dzięki swojej plastyczności smary te zachowują nadany kształt w normalnych warunkach, nie spływając, jak oleje. Dopiero przy wystąpieniu naprężeń ścinających przekraczających granicę plastyczności zaczynają płynąć.
 

Mimo że smary plastyczne zużywają się w znacznie mniejszych ilościach niż paliwa transportowe, odgrywają kluczową rolę w zmniejszaniu energii traconej na opory tarcia, które stanowią znaczną część globalnego zużycia energii. Asortyment smarów plastycznych jest bardzo szeroki i obejmuje różnorodne składy chemiczne oraz parametry użytkowe, co pozwala im spełniać różne wymagania jakościowe i eksploatacyjne.

Skład smarów plastycznych

Smary plastyczne to środki smarowe w postaci dwufazowych układów koloidalnych, gdzie zagęszczacz tworzy elastyczną sieć przestrzenną, w której utrzymywana jest faza olejowa. Struktura smaru utrzymywana jest dzięki siłom przyciągania powierzchniowego, siłom kapilarnym oraz zjawisku adsorpcji między zagęszczaczem a cieczą (Czarny, 2004).

Smary plastyczne to ciecze nienewtonowskie, co oznacza, że ich lepkość zależy nie tylko od takich parametrów jak temperatura i ciśnienie, ale także od gradientu prędkości i czasu odkształcania. Wykazują właściwości zarówno ciał stałych, jak i cieczy. Przy niewielkich naprężeniach ulegają odkształceniom odwracalnym, a przy przekroczeniu określonego progu naprężenia zaczynają płynąć jak ciecz.

Głównym składnikiem smaru plastycznego jest olej lub jego mieszanka, który stanowi 70-90% masy smaru. To od niego zależą m.in. właściwości smaru w zakresie odporności na utlenianie, zachowania w różnych temperaturach, smarności oraz skłonności do odparowywania przy podwyższonej temperaturze.

Do fazy ciekłej smarów plastycznych używa się olejów bazowych takich jak: mineralne, syntetyczne węglowodorowe, poliglikolowe, syntetyczne estrowe, silikonowe, a także tłuszczy roślinnych i zwierzęcych, estrów kwasów tłuszczowych z alkoholami monowodorotlenowymi lub wielowodorotlenowymi, eterów polifenylowych oraz chlorofluorowęglowodorów.
 

Zagęszczacz, który stanowi około 7–25% (m/m) smaru, ma istotny wpływ na jego właściwości użytkowe. W zależności od rodzaju zagęszczacza, smary można podzielić na:

• Mydlane:

  • Z mydłami prostymi (wapniowymi, sodowymi, litowymi, glinowymi),

  • Z mydłami kompleksowymi (wapniowymi, litowymi, glinowymi, barowymi),

  • Z zagęszczaczami mieszanymi (np. litowo-wapniowymi, glinowo-wapniowymi, sodowo-bentonitowymi) (Podniało, 2002).

• Węglowodorowe, zawierające głównie mikrokrystaliczne woski naftowe lub asfalt.

• Zagęszczacze nieorganiczne: żel krzemionkowy, zmodyfikowany bentonit, tlenek glinu, tlenek cynku, azotek boru, dwusiarczek molibdenu.

• Zagęszczacze organiczne (Mortier, 2010):

  • Mocznikowe:

    • Na bazie dimocznika: z mocznikiem aromatycznym, alifatycznym lub alicyklicznym,

    • Na bazie trimocznika,

    • Polimocznikowe, na bazie tetramocznika.

  • Z zagęszczaczami polimerowymi: polietylen, poliamid, PTFE (Stachowiak, Batchelor, 2013).

W skład smarów plastycznych mogą również wchodzić różne dodatki uszlachetniające, które modyfikują strukturę i właściwości smaru. Są to: modyfikatory struktury, stabilizatory, inhibitory korozji, inhibitory utleniania, dodatki smarnościowe AW (AntiWear) i EP (Extreme Pressure), dodatki adhezyjne (zwiększające przyczepność smaru do metali), barwniki i środki zapachowe.
 

Właściwości smarów plastycznych i metody ich oceny

• Konsystencja – określana za pomocą pomiaru penetracji, czyli głębokości, na jaką wnika stożek o określonych parametrach w próbkę smaru. Najczęściej bada się penetrację po uprzednim 60-krotnym ugniataniu smaru (zgodnie z PN-ISO 2137).

• Stabilność struktury – sprawdzana na podstawie zdolności smaru do utrzymywania oleju w swojej strukturze. Testy polegają na umieszczeniu próbki w siatkowym naczyniu i ocenie ilości wydzielonego oleju w warunkach podwyższonej temperatury (PN-V-04047), obciążenia (PN-ISO 22285) lub ciśnienia powietrza (ASTM D 1742).

• Odporność na obciążenia mechaniczne – określana za pomocą tzw. roll-testu (PN-C-04144) lub badania penetracji po przedłużonym ugniataniu (100 000 cykli), co odzwierciedla odporność smaru na ścinanie (PN-ISO 2137).

• Właściwości ochronne – oceniane na podstawie obecności oznak korozji na elementach stalowych, np. w teście ASTM D 1743 (statyczne warunki wilgotne) oraz w teście EMCOR (PN-ISO 11007), gdzie łożyska pracują w środowisku wodnym lub solankowym.

• Odporność na działanie wody (stabilność hydrolityczna) – badana zarówno w warunkach statycznych (np. zmiana wyglądu smaru na metalowej płytce w podwyższonej temperaturze, PN-C-96013), jak i dynamicznych (ilość wypłukanego smaru z pracującego łożyska, PN-ISO 11009).

• Odporność na utlenianie (stabilność oksydacyjna) – testy polegają na mierzeniu spadku ciśnienia tlenu w komorze ze smarem w podwyższonej temperaturze (PN-C-04143) lub określeniu tzw. okresu indukcyjnego (spadek ciśnienia o 10%, ASTM D 8206).

• Wpływ smaru na korozję metali – sprawdzany poprzez ocenę zmian wyglądu lub barwy metalowych płytek (stalowych – PN-C-04093, miedzianych – ASTM D 4048) po ich zanurzeniu w smarze i poddaniu działaniu wysokiej temperatury.

• Stabilność termiczna – określana przez temperaturę kroplenia (PN-ISO 2176), czyli najniższą temperaturę, w której smar zaczyna się upłynniać i wypływać z naczynia.

• Zachowanie w niskich temperaturach – badania obejmują pomiar momentu rozruchowego (ASTM D 1478), penetracji (PN-ISO 13737) lub ciśnienia niezbędnego do przepchnięcia smaru przez kapilarę (DIN 51805).

• Właściwości reologiczne – oceniane poprzez analizę lepkości pozornej i naprężenia ścinającego w funkcji prędkości ścinania oraz pomiar ciśnienia przepływu (ASTM D 1092).

• Zdolność smarna – testowana na aparacie czterokulowym poprzez pomiar maksymalnego obciążenia, przy którym następuje zespawanie kulek (PN-EN ISO 20623).

• Odporność na zużycie – oceniana również na aparacie czterokulowym poprzez pomiar średnicy śladów zużycia na kulkach po teście przy określonym obciążeniu (PN-EN ISO 20623), a także na podstawie pomiaru obciążenia zatarcia w teście Timkena (ASTM D 2509).

Podsumowanie

Smary plastyczne stanowią nieodzowny element współczesnej techniki smarowania, łącząc w sobie właściwości ciał stałych i cieczy, co pozwala im skutecznie chronić węzły tarcia przed zużyciem, korozją, wodą i zanieczyszczeniami. Ich zróżnicowany skład chemiczny oraz szerokie spektrum parametrów użytkowych umożliwiają optymalne dopasowanie do konkretnych warunków pracy i wymagań eksploatacyjnych. Starannie dobrane składniki – oleje bazowe, zagęszczacze oraz dodatki uszlachetniające – decydują o takich właściwościach jak stabilność strukturalna, odporność termiczna, smarność czy odporność na utlenianie. Precyzyjnie opracowane metody badawcze pozwalają kompleksowo ocenić jakość smaru i jego przydatność w różnych aplikacjach. Znaczenie smarów plastycznych w ograniczaniu strat energetycznych i wydłużaniu żywotności maszyn czyni je niezwykle ważnym ogniwem w dążeniu do zwiększenia efektywności technicznej i energetycznej w przemyśle.