"Вечные" масла и смазки

Современные самолеты, наземные транспортные машины и самые разнообразные механизмы нуждаются в смазочных материалах, гидравлических и разделительных жидкостях. Эти материалы, создаваемые на основе углеводородных веществ, обладают существенными недостатками, из которых основные - легкая воспламеняемость, нестойкость к окислителям при повышенной температуре, малая термостойкость. Фторуглеродные материалы лишены этих недостатков и в особенно ответственных конструкциях могут с большим успехом выполнять роль смазок и гидравлический жидкостей. Многие фторированные соединения или их искусственные загущенные смеси обладают свойствами жидких и консистентных смазок. Однако большинство фторированных смазочных материалов уступает существующим смазкам по вязкостнотемпературным свойствам. Их вязкость слишком резко изменяется в зависимости от температуры.

На основе теломеризации трифторхлорэтилена получены вязкие полимерные материалы, мало уступающие по стойкости и по смазывающей способности фторированным смазкам, не содержащим хлора, и обладающие значительно лучшими температурными коэффициентами вязкости, жидкие и консистентные смазки на основе низкомолекулярного трифторхлорэтилена производятся в настоящее время в крупных масштабах. В США и европейских странах фторированные масла и смазки на их основе известны под названием Кель-Ф, флуоротен, флуорилуб, галокарбои и т. д.

Другим способом получения фторированных смазочных материалов является фторирование некоторых фракций минеральных масел.

Например, продукт перегонки нафтеновой нефти, выкипающий в пределах от 325 до 410°С, так называемый диол-45, после фторирования превращается с выходом 20% во фторуглеродное масло.

Фторированные масла получаются также из керосиновых фракций, выкипающих в пределах 250-300°С. Они представляют собой бесцветные, не имеющие запаха, подвижные жидкости с плотностью 1,898-1,985 г/см³.

Масла растворяются в хлорсодержащих углеводородах. Для превращения в консистентные смазки фторированные масла смешивают с загустителями, в качестве которых обычно используются твердые полимеры трифторхлорэтилена, тетрафторэтилена и фторнитрозополимеры. Стойкие смазки получаются также при пиролизе высокомолекулярного политрифторхлорэтилена с последующей стабилизацией концевых групп трехфтористым кобальтом.

Фторуглеродные масла и смазочные материалы называют вечными маслами. И они действительно заслуживают этого названия в значительно большей степени, чем многие так называемые вечные вещи, выпускаемые различными отраслями промышленности.

Благодаря высокому содержанию фтора эти масла проявляют высокую стойкость ко всем видам окисления - будь то горение на воздухе или химическое воздействие жидкого кислорода, а также перекиси водорода. По сравнению с углеводородными материалами они обладают несравненно большей химической и термической устойчивостью и поэтому могут соприкасаться с агрессивными средствами в условиях жесткого температурного режима. Они не взаимодействуют с такими окислителями, как хромовая кислота, раствор перманганата, нитрующая смесь, не окисляются кислородом воздуха, не образуют фтористого водорода и не осмоляются. Только некоторые из этих смазочных материалов начинают разлагаться при 350°С, тогда как углеводородные масла не выдерживают температуру и в 250°С.

Благодаря таким замечательным свойствам фторуглеродные смазочные материалы могут применяться в механизмах, работающих при высоких температурах и давлениях. Такие масла совершенно незаменимы в манометрах и других приборах, где они используются как изолирующие, запорные жидкости. Примесь фторуглеродных масел значительно повышает смазывающую способность обычных углеводородных масел в условиях работы при высоких давлениях. Интересным свойством фторхлоруглеродных масел является способность понижать коэффициент трения между поверхностями одного и того же металла, работающего при большой нагрузке и высокой температуре, т. е. в условиях, при которых углеводородные материалы теряют смазывающие свойства.

Высокая стабильность фторуглеродных масел допускает очень длительное использование их в жестких условиях. В ряде случаев срок службы масла соизмерим со сроком жизни машины.

Применение фторуглеродных масел не только улучшает условия эксплуатации существующих машин, но открывает возможность создания Двигателей и устройств нового типа, работающих при более высоком температурном режиме по сравнению с двигателями на углеродных смазках.

В Советском Союзе разработаны способы получения различных масел, консистентных смазок и разделительных жидкостей на основе фторуглеродов, в частности на основе трифторхлорэтилена, политрифторхлорэтилена, фторпарафинов и фторированных нефтяных масел. Смазки 3-Ф, 4-Ф, 3-ОК, летняя № 5 и зимняя № 8 применяются для смазки резьбовых соединений, кранов и вентилей, работающих в соприкосновении с кислотами и сильными окислителями. Смазкой № 10-ОК пропитываются сальниковые набивки в насосах для перекачки азотной, серной и хлорсульфоновон кислот. Разделительные фторуглеродные жидкости используются в манометрах, указателях уровня и других приборах, работающих в контакте с хлором, фтором, фторгалогенидами, тетраокисью азота и другими окислителями.

В химических свойствах некоторых товарных фторуглеродных смазок имеется одно слабое место, ограничивающее их применение, - они мало стойки к аммиаку и различным аминам. При контакте с этими веществами смазочные материалы окрашиваются в красно-коричневый цвет, теряют смазочные свойства и постепенно осмоляются. Исключение составляют смазки КС, УПИ и летняя № 5; они почти не растворяются в аммиаке и аминах.

Причиной нестойкости, по-видимому, является наличие в их молекулах небольшого количества атомов водорода, в этом случае происходит; отщепление фтористого и хлористого водорода в присутствии аммиака и аминов с последующей полимеризацией - сшивкой фрагментов молекул. Стойкость некоторых смазок объясняется степенью фторирования и отсутствием в их составе водорода.

В качестве смазочных материалов иного строения служат сложные эфиры фторированных двухосновных кислот и фторированных спиртов. Эфиры циануровой кислоты и фторированных спиртов являются пластификаторами и эффективными добавками к маслам. Их можно перегонять без разложения при 400°С.

Преимущества сложных эфиров двухосновных кислот и фторированных спиртов перед нефтяными маслами заключаются в повышенной стойкости к окислению при высокой температуре и малой воспламеняемости.

Высокий удельный вес фторированных смазок и масел открывает возможность их применения в подводном флоте. Масляные пятна на поверхности моря могут выдать присутствие погруженной лодки, особенно при наблюдении с воздуха. Исследовательская лаборатория морского флота США предложила использовать сложные фторированные эфиры, плотность которых при 20°С (1,4-1,7 г/см³) значительно выше плотности морской воды (1,03 г/см³). В этом случае вероятность образования пленки на поверхности воды очень мала.

Новые смазочные вещества на основе фторуглеродов уже применяются в реактивных двигателях воздушного флота, в ракетных двигателях воздушного флота, в ракетных системах и наземном оборудовании ракетных установок, в электромоторах, двигателях и генераторах, работающих при высокой температуре.

Применение новых фторированных смазок и масел в сочетании с использованием фторуглеродных переносчиков тепла позволяет создавать компактные, малогабаритные установки с высокой мощностью, действующие в широком диапазоне температур.