Stabilność termooksydacyjna smarów plastycznych

• Autorzy: Skibińska Agnieszka

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.07.06

Warianty tytułu

EN

Thermal oxidation stability of lubricating greases

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Niniejszy artykuł przeglądowy dotyczy szczególnej właściwości smarów plastycznych – odporności na utlenianie. Właściwość ta, określana również jako stabilność oksydacyjna lub termooksydacyjna, ma decydujący wpływ na jakość i długość czasu pracy smarów w węzłach tarcia, łożyskach i układach smarowania. Smary plastyczne stanowią układy koloidalne, w których zagęszczacz tworzy elastyczną przestrzenną sieć, utrzymując fazę ciekłą. Przedstawiono budowę smarów plastycznych, podział smarów na rodzaje w zależności od wykorzystywanego zagęszczacza. Opisano podstawowe dodatki występujące w smarach, a szczegółowo omówiono grupę stosowanych dodatków antyutleniających. W warunkach eksploatacji smar podlega działaniu szeregu czynników, które powodują jego niszczenie, takim jak: naprężenia ścinające, ciśnienie, obciążenia, zmienne warunki pracy, szczególnie zmiany temperatury. Przedstawiono rodzaje degradacji smarów, a także metody i techniki oceny procesów starzenia. Podczas eksploatacji smar, spełniając w układzie smarowania swoje podstawowe funkcje, narażony jest przede wszystkim na działanie wysokiej temperatury. Dominującym procesem starzenia, bezpośrednio wpływającym na okres użytkowania smaru, jest utlenianie. Omówiono proces utleniania z wyszczególnieniem czterech jego etapów: inicjacji, propagacji, rozgałęzienia łańcucha oraz terminacji. Jedną z metod zapobiegania procesowi utleniania jest dobór odpowiednich dodatków uszlachetniających. Stabilność termooksydacyjna smarów plastycznych może być modyfikowana poprzez wprowadzenie odpowiednich przeciwutleniaczy, których dobór zależy od rodzaju zagęszczacza smaru plastycznego oraz temperatury pracy smaru. Zamieszczony przegląd literatury z ponad dziesięciu ostatnich lat wskazuje, jak różnorodne są sposoby modyfikacji stabilności termooksydacyjnej smarów i metody oceny tej właściwości.

EN

This review article deals with a particular property of lubricating greases – resistance to oxidation. This property, also referred to as oxidative or thermal oxidation stability, has a decisive influence on the quality and duration of lubricating greases service life in friction nodes, bearings and lubrication systems. Lubricating greases are colloidal systems in which the thickener creates an elastic three-dimensional network, maintaining the liquid phase. The structure of lubricating greases, division of greases into types, depending on the thickener used, is presented. The basic additives in lubricating greases are described, and the group of used antioxidant additives is discussed in detail. Under operating conditions, the grease is subject to factors that cause its destruction – shear stress, pressure, loads, changing operating conditions, especially temperature changes. The types of lubricating greases degradation are presented, as well as methods and techniques of aging processes evaluation. During operation, the grease fulfilling its basic functions in the lubrication system is primarily exposed to high temperatures. The predominant aging process which directly affects the service life of the grease is oxidation. The oxidation process is discussed, with the specification of its four stages: initiation, propagation, chain branching and termination. One of the methods of preventing the oxidation process is the selection of appropriate improvers. Thermal oxidation stability of greases can be modified by introducing appropriate antioxidants, the selection of which depends on the type of grease thickener and the operating temperature of the grease. The published literature review from over the last ten years shows how diverse are the ways of modifying thermal oxidation stability of greases and the methods of assessing this property.

Słowa kluczowe

PL

smar plastyczny; antyutleniacz; proces utleniania; degradacja; odporność na utlenianie; stabilność termooksydacyjna

EN

lubricating grease; antioxidant; oxidation process; degradation; resistance to oxidation; thermal oxidation stability

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 7
• Strony: 471--479
• Opis fizyczny: Bibliogr. 50 poz.

Twórcy

autor

Skibińska Agnieszka

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Azad S., Evans J., 2015. An Advanced Technique for Grease Oxidation Measurement. NLGI Spokesman, 78(6): 30–40.
• Beran E., 2008. Wpływ budowy chemicznej bazowych olejów smarowych na ich biodegradowalność i wybrane właściwości eksploatacyjne. Prace Naukowe Wydziału Chemicznego Politechniki Wrocławskiej: 11–160.
• Celichowski W., Margielewski L., Płaza S., 2005. Wstęp do tribologii i tribochemia. Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź. ISBN 83-7171-909-4.
• Chao M., Li W., Chen L., Wang X., 2015. Hindered Phenol Derivative as a Multifunctional Additive in Lithium Complex Grease. Ind. Eng. Chem. Res., 54(26): 6605–6610. DOI: 10.1021/acs.iecr.5b00374. Classification and Characteristics of Grease. <http://www.kyodoyushi.co.jp/english/knowledge/grease/category> (dostęp: 11.03.2020).
• Cobb T.W., Gatto V.J., Moehle W.E., Schneller E.R., 2006. Oxidation Fundamentals and its Application to Turbine Oil Testing. Journal of ASTM International: 327–336. DOI: 10.1520/JAI13498.
• Czarny R., 2004. Smary plastyczne. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa.
• Drabik J., 2012. Wymuszenia cieplne w testach tribologicznych a skuteczność działania nietoksycznych smarów plastycznych. Tribologia, 4:49–58.
• Drabik J., 2014. Trwałość użytkowa i stabilność oksydacyjna modyfikowanych smarów plastycznych. Tribologia, 4: 33–41.
• Drabik J., Trzos M., 2012. Modelling relation between oxidation resistance and tribological properties of non-toxic lubricants with the use of artificial neural networks. J. Therm. Anal. Calorim., 109: 521–527. DOI: 10.1007/s10973-011-2176-3.
• Drabik J., Trzos M., 2013. Improvement of the resistance to oxidation of ecological greases by the additives. J. Therm. Anal. Calorim., 113: 357–363. DOI: 10.1007/s10973-013-3090-7.
• Fikry R., El-Adly R., Ismail N., El-Tabei A., Al-Aidy H., 2013. Some Azine and Azole Derivatives as Antioxidant Additives for Lithium Lubricating Grease. Egyptian Journal of Petroleum, 22(1): 61–71. DOI: 10.1016/j.ejpe.2012.07.003.
• Fitch J.C., Gebarin S., 2006. Sludge and Varnish in Turbine Systems. Practicing Oil Analysis.
• Gonçalves D., Graça B., Campos A.V., Seabra J., 2016. Film thickness and friction behaviour of thermally aged lubricating greases. Tribology International, 100: 231–241. DOI: 10.1016/j.triboint.2016.01.044.
• Gonçalves D., Graça B., Campos A.V., Seabra J., Leckner J., Westbroek J., 2015a. Formulation, rheology and thermal ageing of polymer greases – Part I: Influence of the thickener content. Tribology International, 87: 160–170. DOI: 10.1016/j.triboint.2015.02.018.
• Gonçalves D., Marques R., Graça B., Campos A.V., Seabra J., Leckner J., Westbroek J., 2015b. Formulation, rheology and thermal ageing of polymer greases – Part II: Influence of the co-thickener content. Tribology International, 87: 171–177. DOI:10.1016/j.triboint.2015.01.012.
• Huang L., Guo D., Cann P., Wan G., Wen S., 2016. Thermal Oxidation Mechanism of Polyalphaolefin Greases with Lithium Soap and diurea Thickeners. Effects of the Thickener. Tribology Transactions, 59(5): 801–809. DOI: 10.1080/10402004.2015.1106632.
• Huang L., Guo D., Wen S., 2014a. Film Thickness Decay and Replenishment in Point Contact Lubricated with Different Greases: A Study into Oil Bleeding and the Evolution of Lubricant Reservoir. Tribology International, 93: 620–627. DOI: 10.1016/j.triboint.2014.11.005.
• Huang L., Guo D., Wen S., 2014b. Starvation and Reflow of Point Contact Lubricated with Greases of Different Chemical Formulation. Tribology Letters, 55: 483–492. DOI: 10.1007/s11249-014-0376-2.
• Hussein M.F., Ismail M.A., El-Adly R.A., 2016. Synthesis and Evaluation of 4-Hydroxy Quinolinone Derivatives as Antioxidants of Lubricating Grease. International Journal of Organic Chemistry, 6(4): 207–219. DOI: 10.4236/ijoc.2016.64021.
• Khamidullina L., Gussak A., Ivanova E., Trofimova O., Prokhorova P., Morzherin Yu., 2016. Effect of Calix[n]Arene Derivatives on Oxidation Resistance of Plastic Lubricants. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 52(5): 495–498. DOI: 10.1007/s10553-016-0735-9.
• Kozdrach R., 2020. The influence of montmorillonite content on change the physicochemical properties of lubricating greases produced from vegetable base oil. Nafta-Gaz, 4: 270–278. DOI: 10.18668/NG.2020.04.06.
• Krasodomski M., Krasodomski W., Skibińska A., Żółty M., 2018. Badania porównawcze metod oznaczania stabilności termooksydacyjnej smarów plastycznych. Przemysł Chemiczny, 9(3): 370–376. DOI: 10.15199/62.2018.3.6.
• Li X., Wang Z.-G., Chen H.-H., Liu S.-G., 2014. The antioxidant methyl 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate. Acta Crystallographica, C70: 1050–1053. DOI: 10.1107/s2053229614021445.
• Nugumanova G.N., Barsukova T.A., Bukharov S.V., 2010. Synthesis, structure and antioxidant activity of sulfur-containing tetrakisphenol. Zhurnal Obshchei Khimii, 80(7): 1175–1178.
• Oleksiak S., Żółty M., 2012. Wybrane metody badań do monitoringu środków smarowych. Nafta-Gaz, 58: 834–841.
• Podniało A., 2002. Paliwa, oleje i smary w ekologicznej eksploatacji. WNT.
• Rembiesa-Śmiszek A., Skibińska A., 2012. Smary sulfonianowe do trudnych zastosowań. Nafta-Gaz, 12: 1140–1146.
• Rezasoltani A., Khonsari M., 2014. On the correlation between mechanical degradation of lubricating grease and entropy. Tribology Letters, 56: 197–204. DOI: 10.1007/s11249-014-0399-8.
• Rezasoltani A., Khonsari M., 2016. On monitoring Physical and Chemical Degradation and Life Estimation Models for Lubricating Greases. Lubricants, 4(34): 1–24. DOI: 10.3390/lubricants4030034.
• Rudnick L., 2008. Lubricant Additives Chemistry and Applications, Second Edition. CRC Press.
• Salomonsson L., Stang G., Zhmud B., 2007. Oil/Thickener Interactions and Rheology of Lubricating Greases. Tribology Transactions, 50(3):302–309. DOI: 10.1080/10402000701413471.
• Selby T., Evans J., Azad S., VanBergen W., 2014. A Comparative Study of Grease Oxidation Using an Advanced Bench Test Technique.
• <https://www.savantgroup.com/media/2014-Paper-Savant-Quantum-grease-D942-TAE.pdf> (dostęp: 13.03.2020).
• Skibińska A., Żółty M., 2018. Badanie stabilności termooksydacyjnej smarów plastycznych. Część 3 – Kompleksowe smary litowe. NaftaGaz, 1(6): 1–66. DOI: 10.18668/NG.2018.01.07.
• Smary specjalne. <http://www.smaryspecjalne.pl/pl/teoria.html> (dostęp: 11.03.2020).
• Taguchi Y., Mikami H., 2010. Long Life Grease Added Naturally Derived Antioxidants. NTN Technical Review, 78: 91–97.
• TOTAL – poradnik, 2003. Smary plastyczne, rozdział XIX. <http://www.total.com.pl/pro/B2B-produkty-dla-przemyslu/li-materialyinformacyjne/li-poradnik.html> (dostęp: 07.09.2018).
• Trzaska E., Żółty M., Skibińska A., 2016. Badanie stabilności termooksydacyjnej smarów plastycznych. Część 1 – smary na oleju o charakterze parafinowym. Nafta-Gaz, 11: 31–38. DOI: 10.18668/NG.2016.11.13.
• Trzaska E., Żółty M., Skibińska A., 2017. Badanie stabilności termooksydacyjnej smarów plastycznych. Część 2 – smary na oleju o charakterze naftenowym. Nafta-Gaz, 1: 49–53. DOI: 10.18668/NG.2017.01.06.
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• ASTM D 3336-17 Standard Test Method for Life of Lubricating Greases in Ball Bearings at Elevated Temperatures.
• ASTM D 664-18 Standard Test Method for Acid Number of Petroleum Products by Potentiometric Titration.
• ASTM D 8206-18 Standard Test Method for Oxidation Stability of Lubricating Greases – Rapid Small-Scale Oxidation Test (RSSOT).
• ASTM D 942-15 Standard Test Method for Oxidation Stability of Lubricating Greases by the Oxygen Pressure Vessel Method.
• BS 2000-142:1993 Methods of test for petroleum and its products. Determination of oxidation stability of lubricating grease. Oxygen bomb method.
• DIN 51808:2018-02 Testing of lubricants – Determination of oxidation stability of greases – Oxygen method.
• FTM 791.3453 Oxidation Stability of Lubricating Grease by the Oxygen Bomb Method.
• IP 142:2015 Determination of oxidation stability of lubricating grease – Oxygen pressure vessel method.
• PN-C-04143:1956 Przetwory naftowe – Smary stałe – Badanie odporności na utlenianie.
• PN-C-96030 Środki smarowe – Oznaczenie odporności na utlenianie środków smarowych – Metoda tlenowa (w przygotowaniu).
• PN-EN 16091:2011 Ciekłe przetwory naftowe – Paliwa i mieszaniny ze średnich destylatów naftowych i estrów metylowych kwasów tłuszczowych (FAME) – Oznaczanie stabilności oksydacyjnej metodą szybkiego utleniania w małej skali.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).