Производство СОЖ (смазочно-охлаждающих жидкостей)

Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) – сложные многокомпонентные системы, предназначенные в основном для смазки и охлаждения металлообрабатывающих инструментов и деталей, что способствует снижению износа инструментов и повышению точности обработанных деталей.

В процессе обработки материалов СОЖ выполняют, кроме того, ряд других функций: вымывают абразивную пыль и стружку, защищают обработанные детали, инструмент и оборудование от коррозии, улучшают санитарно-гигиенические условия работы.

Кроме того, смазочно-охлаждающие жидкости (антифризы) применяются для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, радиоэлектронной аппаратуры, промышленных теплообменников и других установок (в том числе систем отопления), работающих при температурах ниже 0 °С.

Основные требования к антифризам: низкая температура замерзания, высокие теплоемкость и теплопроводность, небольшая вязкость при низких температурах, малая вспениваемость, высокие температуры воспламенения.

Кроме того, антифризы не должны вызывать разрушения конструкционных материалов, из которых изготовлены детали систем охлаждения.

В зависимости от состава различают три основные группы СОЖ, используемых в металлообработке:

• Чистые минеральные масла и (или) масла с противоизносными и противозадирными присадками жиров, органических соединений серы, хлора, фосфор. К ним добавляют также антикоррозионные, антиокислительные и антипенные присадки в количестве 5-50 %
• Водные эмульсии минеральных масел, которые получают на месте потребления разбавлением водой эмульсолов, состоящих из 40-80 % минерального масла и 20-60 % эмульгаторов, связующих веществ, ингибиторов коррозии, антивспенивателей, бактерицидов
• Водные растворы поверхностно-активных веществ и низкомолекулярных полимеров, которые, аналогично эмульсолам, получают из концентратов, содержащих 40-60 % поверхностно-активных веществ, полимеров, ингибиторов коррозии, антивспенивателей, бактерицидов и 40-60 % воды. Концентрация рабочих эмульсий и растворов зависит от условий применения и обычно составляет 2-10 %

Смазочно-охлаждающие жидкости получают компаундированием (смешением) базовой основы с присадками. Применяются СОЖ главным образом при обработке металлов резанием, обработке металлов давлением, при обработке пластмассы и металлокерамики. 

В каждом отдельном случае выбор СОЖ определяется видом и режимом обработки, составом и свойствами инструментального и обрабатываемого материалов, требованиями к качеству обработанной поверхности, способом подачи жидкости и др.

Масляные СОЖ, благодаря их высоким смазочным свойствам, широко применяют при тяжелых режимах обработки (низкие скорости, большие глубины резания); водные СОЖ с учетом их охлаждающих свойств используют главным образом для высокоскоростной обработки.

Эмульсолы – это многокомпонентные составы на основе минеральных масел и поверхностно-активных веществ. При смешении с водой эмульсолы образуют устойчивые коллоидно-дисперсные системы типа лиофильных эмульсий или мицеллярных растворов, содержащих водонерастворимые компоненты в солюбилизованном состоянии.

На 40-80 % эмульсолы чаще всего состоят из нефтяных масел, на 10-30 % – из мыл или мылоподобных поверхностно-активных веществ (сульфонатов, оксиэтилированных алкилфенолов, алифатических кислот и др.), играющих роль эмульгаторов и солюбилизаторов.

Кроме того, эмульсолы могут содержать спирты и полиэтиленгликоли, различного рода присадки, бактерициды, воду, иногда высокодисперсные твёрдые тела. Эмульсолы разных марок выпускаются промышленностью в виде концентратов, разбавлением которых водой получают смазочно-охлаждающие жидкости.

Антифризы – основным сырьем для производства антифризов является моноэтиленгликоль. Выпускают моноэтиленгликоль двух марок: волоконнный и антифризный. Для волоконного предъявляют очень жесткие требования к содержанию примесей альдегидов.

Антифризы состоят из следующих компонентов:

• Основа
• Комплекс присадок

Основа антифриза – водно-гликолевая смесь, от которой зависит способность антифриза не замерзать при низких температурах, его удельная теплоемкость, вязкость и воздействие на резину.

Наиболее распространены антифризы на основе этиленгликоля. Но его водный раствор агрессивен к материалам деталей системы охлаждения (стали, чугуну, алюминию, меди, латуни, припою). Поэтому в состав антифризов добавляют комплекс присадок.

Комплекс присадок – это набор противокоррозионных (ингибиторов), антивспенивающих, моющих и стабилизирующих компонентов. Кроме того, могут присутствовать ароматизирующие компоненты. Чистый этиленгликоль – это маслянистая жидкость, сладковатая на вкус, с температурой кипения +196 °С и замерзания -12,3 °С.

Свойства воды как теплоносителя (теплопроводность, теплоемкость и вязкость) существенно лучше чем у этиленгликоля. Однако использование гликолевых растворов позволяет существенно понизить температуру замерзания, в чем и заключается основной смысл использования антифризов.

Автомобильные антифризы – низкозамерзающие охлаждающие жидкости для системы охлаждения автомобиля.

К автомобильным антифризам предъявляются следующие требования:

• Высокая теплоемкость и теплопроводность
• Низкая температура замерзания (безопасная эксплуатация автомобиля практически при любых отрицательных температурах охлаждающего воздуха)
• Высокая температура кипения (нормальная работа двигателя в летнее время)
• Высокая температура воспламенения (обеспечивает безопасность при использовании)
• Малая вязкость, особенно при низких температурах (высокая затрудняет циркуляцию и снижает теплопередачу)
• Малая вспениваемость(при большой снижается теплопередача, возможен перегрев двигателя и образование паровых пробок). Низкая коррозионная активность (этот показатель является одним из решающих при оценке качества антифриза)
• Инертность к резиновым шлангам и уплотнителям. Общепринятых классификаций (спецификаций) как, например, в области моторных масел (API, ACEA) не существует

Технология производства антифризов включает в себя стадии смешения основы, воды, пакета присадок и последующую фасовку. На первой стадии проводится приготовление концентрата из моноэтиленгликоля с применением присадок.

После изготовления концентрат проходит многоступенчатую очистку. Далее проводится разбавление концентрата химически очищенной водой в строго определенной пропорции. Затем уже готовый антифриз через фильтры поступает на линию розлива, где упаковывается в полиэтиленовые канистры и ПЭТФ-бутылки, а так же закачивается в накопительные емкости, откуда заливается в бочки, авто- и железнодорожные цистерны.

Для производства качественной охлаждающей жидкости с определенных набором параметров необходим тщательный контроль за дозировкой и качеством смешения компонентов.

Но особенностью производства охлаждающих жидкостей является тот факт, что этот процесс требует не столько дорогого и сложного оборудования, сколько определенного качества компонентов. Именно от исходного сырья зависит качество продукта.

Развитие технологий производства охлаждающих жидкостей связано с разработкой и совершенствованием присадок, препятствующих агрессивному влиянию водно-гликолевой смеси на систему охлаждения. В традиционной технологии производства ОЖ используются антикоррозийные присадки на основе силикатов, аминов и нитритов.

По мере совершенствования автомобильных двигателей, появления новых материалов, традиционные антифризы стали устаревать. Стали разрабатываться новые виды присадок, которые содержат лишь соединения органических карбоновых кислот.