Целью общепринятых методов испытания качества битумов является определение их консистенции, чистоты и теплостойкости. Для определения консистенции предложено много методов, позволяющих установить ее зависимость от вязкости. Битумы характеризуют и сравнивают по степени текучести при определенной температуре или по температуре определения некоторых свойств.
К таким показателям, характеризующим свойства твердых битумов, относятся глубина проникания стандартной иглы (пенетрация), температура размягчения, растяжимость в нить (дуктильность), температура хрупкости. Эти исследования, строго говоря, не эквивалентны прямому определению вязкости, но находят широкое практическое применение, потому что позволяют быстро характеризовать консистенцию битума. К основным показателям, характеризующим свойства битумов, можно также отнести адгезию, поверхностное натяжение на границе раздела фаз, когезию, тепловые, оптические и диэлектрические свойства. К числу сопоставимых показателей, кроме того, можно отнести потерю массы при нагревании и изменение пенетрации после него, растворимость в органических растворителях, зольность, температуру вспышки, плотность, реологические свойства.
Некоторые показатели определяют как для исходного битума, так и для битума после прогрева, который имитирует процесс старения. Стандартами задаются определённые значения показателей качества, что отражает оптимальный состав битума. Этот состав может быть различным для разных областей применения битумов.

Пенетрация

Пенетрация — показатель, характеризующий глубину проникания тела стандартной формы в полужидкие и полутвердые продукты при определенном режиме, обусловливающем способность этого тела проникать в продукт, а продукта — оказывать сопротивление этому прониканию. Пенетрацию определяют пенетрометром, устройство которого и методика испытания даны в ГОСТ 11501—78; за единицу пенетрации принята глубина проникания иглы на 0,1 мм. Пенетрация дорожных нефтяных битумов различных марок при 25 °С, нагрузке 100 Г, в течение 5 сек составляет 40—300*0,1 мм, а при 0 °С, нагрузке 200 Г, в течение 60 сек— от 13 до 50*0,1 мм. Таким образом, в зависимости от температуры, нагрузки и длительности проникания иглы значение пенетрации существенно изменяется. Поэтому условия ее определения заранее оговаривают. Пенетрация косвенно характеризует степень твердости битумов. Чем выше пенетрация битума при заданной температуре размягчения и при заданной пенетрации — температура размягчения битума, тем выше его теплостойкость. Получить битумы с высокой теплостойкостью можно соответствующим подбором сырья, технологического способа и режима производства.

Температура размягчения

Температура размягчения битумов — это температура, при которой битумы из относительно твердого состояния переходят в жидкое. Методика определения температуры размягчения условна и научно не обоснована, но широко применяется на практике. Испытание проводят по ГОСТ 11506—73 методом «кольцо и шар» (КиШ), а также иногда методом Кремер — Сарнова.
Индекс пенетрации — показатель, характеризующий степень коллоидности битума или отклонение его состояния от чисто вязкостного. По индексу пенетрации битумы делят на три группы.
1) Битумы с индексом пенетрации менее -2, не имеющие дисперсной фазы или содержащие сильно пептизированные асфальтены (битумы из крекинг-остатков и пеки из каменноугольных смол). Эластичность таких битумов очень мала или практически равна нулю.
2) Битумы с индексом пенетрации от - 2 до +2 (остаточные и малоокисленные).
3) Битумы с индексом пенетрации более +2 имеют значительную эластичность и резко выраженные коллоидные свойства гелей. Это окисленные битумы с высокой растяжимостью.

Температура хрупкости

Температура хрупкости — это температура, при которой материал разрушается под действием кратковременно приложенной нагрузки. По Фраасу — это температура, при которой модуль упругости битума при длительности загружения 11 сек для всех битумов одинаков и равен 1100 кГ/см2 (1,0787-108 н/м2). Температура хрупкости характеризует поведение битума в дорожном покрытии: чем она ниже, тем выше качество дорожного битума. Окисленные битумы имеют более низкую температуру хрупкости, чем другие битумы той же пенетрации.
Температура хрупкости дорожных битумов обычно колеблется в пределах от —2 до — 30 °С. Для ее определения применяют метод, описанный в ГОСТ 11507-78 с дополнением по п. 3.2.

Дуктильность

Растяжимость (дуктилъностъ) битума характеризуется расстоянием, на которое его можно вытянуть в нить до разрыва. Этот показатель косвенно характеризует также прилипаемость битума и связан с природой его компонентов. Дорожные нефтяные битумы имеют высокую растяжимость — более 40 см. Повышение растяжимости битумов не всегда соответствует улучшению их свойств. По показателю растяжимости нельзя судить о качестве дорожных битумов, так как условия испытания (растяжение со скоростью 5 см/мин) отличаются от условий работы битума в дорожном покрытии.
Растяжимость битумов при 25 °С имеет максимальное значение, отвечающее их переходу от состояния ньютоновской жидкости к структурированной. Чем больше битум отклоняется от ньютоновского течения, тем меньше его растяжимость при 25°С, но достаточно высока при 0°С. Битум должен обладать повышенной растяжимостью при низких температурах (0 и 15°С) и умеренной при 25°С.
Методика и устройство прибора для определения растяжимости битумов приведены в ГОСТ 11505—75.

Вязкость

Вязкость битумов более полно характеризует их консистенцию при различных температурах применения по сравнению с эмпирическими показателями, такими, как пенетрация и температура размягчения. Ее легко и в более короткий срок можно измерить при любой требуемой температуре производства и применения битума. Желательно, чтобы битум при прочих равных показателях обладал наибольшей вязкостью при максимальной тем¬пературе применения и имел как можно более пологую вязкостно-температурную кривую. При температуре ниже 40 °С битум подобен твердообразным системам, при температурах от 40 до 140 °С — структурированным жидкостям, при температуре выше 140 °С — истинным жидкостям. Битумы ведут себя как истинная жидкость, когда их вязкость понижается до 102— 103пз.
Вязкость битумов определяют в вискозиметрах Энглера, Сейболта и Фурола, методом падающего шара, в капилляре Фенске, на ротационном вискозиметре, реовискозиметре, консистометре и др.
Дорожные битумы разделяют на вязкие и жидкие.
Вязкие битумы используют в качестве вяжущего материала при строительстве и ремонте дорожных покрытий. Основное количество таких битумов вырабатывается в России в соответсвии с ГОСТ 22245-90.
Жидкие битумы предназначены для удлинения сезона дорожного строительства. В соответствии с ГОСТ 11955-82 их получают смешением вязких битумов БНД с дистиллятными фракциями — разжижителями. После укладки покрытия разжижитель постепенно испаряется.

Реология битумов

Реология (от греч. rheos — течение, поток), наука о деформациях и текучести вещества. Реология рассматривает процессы, связанные с необратимыми остаточными деформациями и течением разнообразных вязких и пластических материалов (неньютоновских жидкостей, дисперсных систем и др.), а также явления релаксации напряжений, упругого последействия и т.д.
Реология битумов изучена недостаточно. Основными показа¬телями, определяемыми при исследовании реологических свойств битумов в диапазоне температур приготовления и укладки смеси, а также эксплуатации покрытия, являются вязкость и деформативные характеристики битума (модуль упругости, модуль деформациии др.). Поведение битума под действием внешних деформирующих сил определяется комплексом механических свойств, к которым относятся вязкость, упругость, пластичность, хрупкость, усталость, ползучесть, прочность. Каждое свойство зависит от температуры и характера напряженного состояния и связанно с межмолекулярными взаимодействиями и наличием структуры. Реологические свойства не должны значительно изменяться при нагреве битума в битумных котлах, приготовлении и укладке смеси и в течение длительного времени службы.
По реологическим свойствам битумы делятся на три типа:
1) вещества, течение которых под действием постоянного напряжения сдвига подчиняется закону Ньютона, когда напряжение снимают, наступает состояние неэластичной упругости. Сюда можно отнести вязкие неколлоидные жидкости, неэластичные или слабоэластичные золи.
2) Вещества, у которых при постоянном напряжении сдвига скорость сдвига после начала деформации снижается и через некоторое время становится почти постоянной, когда напряжение снимают, эластичность частично восстанавливается, коллоидное состояние битумов этого типа золь-гель.
3) При постоянном напряжении сдвига в начале деформации скорость течения снижается до минимума, а затем повышается, если приложенное напряжение сдвига больше некоторого определенного значения, после того как напряжение снято, упругость восстанавливается, битумы этого типа имеют структуру геля.

Растворимость

В основе большинства существующих методов анализа битумов лежит различие в растворимости их компонентов в ряде органических растворителей. Впервые деление, основанное на этом принципе, предложил Ричардсон, раз¬деливший битумы на растворимые в бензине мальтены и нерастворимые в этом растворителе асфальтены. Впоследствии Маркуон с помощью адсорбции на фуллеровой земле разделил мальтены на масла и смолы. В основном эта ме¬тодика сохранилась и до настоящего времени, но появилось большое количество ее разновидностей, позволяющих получить более узкие, но менее представительные фракции.

Требования к качеству

Применение битума как одного из наиболее известных инженерно-строительных материалов основано на его адгезионных и гидрофобных свойствах. Область применения битума достаточно широка: он применяется при производстве кровельных и гидроизоляционных материалов, в резиновой промышленности, в лакокрасочной и кабельной промышленности, при строительстве зданий и сооружений и т.д. Кровельные битумы применяют для производства кровельных материалов. Их разделяют на пропиточные и покровные (соответственно для пропитки основы и получения покровного слоя). Изоляционные битумы используют для изоляции трубопроводов с целью защиты их от коррозии.
Главным же потребителем битума является дорожное строительство (около 90 %), в первую очередь, из-за того, что нефтяной битум является самым дешевым и наиболее универсальным материалом для применения в качестве вяжущего при устройстве дорожных покрытий. Использование битумов в дорожном строительстве позволяет покрытию дорог выдерживать повышенные статические и динамические нагрузки в широком интервале температур при сохранении длительной жизнеспособности и погодоустойчивости.
Вязкие битумы, применяемые в дорожном покрытии, используются как вяжущее между каменными материалами. Долговечность дорожного покрытия во многом зависит от марки применённого битума и его качества. При строительстве и ремонте дорог битум может быть разжижен растворителем (керосиновая фракция). Разжиженные битумы разделяются на быстро-, средне- и медленно затвердевающие марки. Для предварительной обработки поверхностей применяют битумные эмульсии, которые готовят с применением коллоидных мельниц, добавляя к битуму воду и эмульгаторы. Более подробно рассмотрим битумы различного назначения.

Дорожный

Качество дорожного битума в основном определяет долговечность дорожных покрытий. Появление трещин на дорожном покрытии означает, что оно на 85% исчерпало срок службы. Установлено, что показатель «температура хрупкости» битума характеризует время до начала интенсивного трещинообразования дорожного полотна, так как его определение показывает наиболее опасное состояние дорожного покрытия при резких перепадах температур в зимнее время. Соотношение физико-химических показателей битумов БНД обеспечивает дорожному покрытию наибольшую сдвигоустойчивость, трещиностойкость, длительную водо- и морозостойкость.
Долговечность дорожного покрытия во многом зависит от марки применённого битума и его качества. С требованиями, предъявляемыми к качеству дорожных битумов, можно ознакомится в таблице ниже.

Требования к качеству дорожных битумов (ГОСТ 22245 - 90)

Показатель	БНД
	200 / 300	130 / 200	90 / 130	60 / 90	40 / 60
Пенетрация, 0,1 мм при температуре:
25 0 С, не менее	201-300	131-200	91-130	61-90	40-60
0 0 С, не менее	45	35	28	20	13
Температура, 0 С:
размягчения, не ниже	35	40	43	47	51
хрупкости, не выше	-20	-18	-17	-15	-12
вспышки, не ниже	220	220	230	230	230
Дуктильность, см, при температуре:
25 0 С, не менее	-	70	65	55	45
0 0 С, не менее	20	6	4	3,5	-
Изменение температуры размягчения после прогрева, 0 С, не более	7	6	5	5	5
Индекс пенетрации	От -1,0 до +1,0

Источник: ГОСТ 22245-90

Дорожные битумы нормируются также по ТУ 38.1011356-91 (см. табл. ниже).

Требования к качеству дорожных битумов (ТУ 38.1011356-91)

Показатель	БДУ
	130 / 200	100 / 130	70 / 100	50 / 70
Пенетрация при 25 0 С	131-200	101-130	71-100	51-70
Т, 0 С, не ниже
размягчения	40	43	47	51
вспышки	220	230	230	230
	100	100	100	100
После прогрева
изменение массы, %, не более	0,3	0,3	0,3	0,3
	50	65	65	60
Дуктильность при 25 0 С, см, не менее	100	100	100	65
Температура хрупкости, 0 С, не выше	-20	-17	-15	-12

Источник: ТУ 38.1011356-91

Битумы, нормируещиеся по ТУ, отличаются значительно большей дуктильностью (не менее 100 см), т.е. большей эластичностью, и в том, что в ТУ введены значения тех же показателей после прогрева.

Строительный

Битумы строительных марок БН, применяемые для гидроизоляции фундаментов зданий, отличаются малой пенетрацией и дуктильностью и высокой температурой размягчения (от 37 до 105 0С), т.е. они тугоплавкие и твёрдые. Строительный битум нормируется по ГОСТ 6617 - 76 (см. табл. ниже).

Требования к качеству строительных битумов (ГОСТ 6617 - 76)

Показатель	БН
	50 / 50	70 / 30	90 / 10
	41-60	21-40	5-20
Т, 0 С
размягчения	50-60	70-80	90-105
вспышки	230	240	240
Дуктильность при 25 0 С, см, не менее	4	3	1

Источник: ГОСТ 6617-76

Кровельный

Примерно такие же показатели качества установлены и для кровельных битумов БНК, но для них нормируется ещё и температура хрупкости. Их используют как пропиточные (для получения толя и рубероида) и для покрытия крыш.

Требования к качеству кровельных битумов (ГОСТ 9548 - 74)

Показатель	БНК
	40 / 180	45 / 190	90 / 30
Пенетрация при 25 0 С, 0,1 мм	160 - 210	160 - 220	25 - 35
Т, 0 С:
размягчения	37 - 44	40 - 50	80 - 95
хрупкости, не выше	-	-	-10
После прогрева:
изменение массы, %, не более	0,8	0,8	0,5
пенетрация при 25 0 С, % от исх., не менее	60	60	70
Примечание. Для всех: температура вспышки - не ниже 240 0С; для БНК 45 / 190 содержание парафина - не более 5 % мас.

penetratio - проникать) - мера проникновения конусного тела в вязкую среду, употребляемая для характеристики консистенции (густоты) веществ. Пенетрационные методы измерения особенно полезны в случае веществ, которые меняют свои реологические свойства при перемешивании.

Понятие сопротивления пенетрации используется в почвоведении. Также часто называют сопротивлением расклиниванию.

Измерение пенетрации

Пенетрационные методы измерения - испытание текучести жидких, вязких и пастообразных веществ и смесей путём измерения глубины проникновения в среду рабочего тела стандартизованной формы.

Пенетрация измеряется с помощью прибора пенетро́метра - прибора для измерения сопротивления материалов (полужидких, пластмасс, лакокрасочных покрытий, автодорожных покрытий, грунтов и пр.) вдавливанию испытательного тела стандартных размеров и массы в испытываемую среду. Для полужидких материалов (смазок, паст и пр.), измеряет число пенетрации. Для пластмасс, лакокрасочных покрытий и пр., измеряет глубину проникновения индентора в миллиметрах .

Обычно применяется пенетрометр в виде свободно скользящего плунжера с закреплённым на нём рабочим телом в виде иглы или конуса . Перед началом измерения острие рабочего тела подводится вплотную к поверхности исследуемой среды, а затем плунжер освобождается и начинает погружаться в среду под собственной тяжестью. Фиксируется глубина проникновения за определённое время (число пенетрации), при определённой температуре и заранее выбранной массе сборки плунжер/рабочее тело.

Число пенетрации - показатель, характеризующий реологические свойства веществ . Равен глубине погружения рабочего тела пенетрометра в единицах десятых долей миллиметра. Например, если рабочее тело пенетрометра погрузилось на 20 мм, число пенетрации будет равно 200.

Обычно пенетрация выражается в числах пенетрации по глубине погружения конуса пенетрометра с определённой стандартной формой и массой в исследуемом веществе, под воздействием силы тяготения , в течение стандартизованного времени (обычно 5 с). Измерение проводится при стандартизованной температуре (обычно 25 °C).

В густую среду конус проникает меньше - число пенетрации меньше. Пенетрация, как правило, не отражает реологических свойств веществ (например, смазок) в конкретных условиях работы.

Пластичные смазки.

1. Общие положения.

Пластичные смазки используют главным образом для смазывания негерметизированных (не заключенных в картеры) узлов трения автомобилей, в которых невозможно применение жидких масел.

Пластичные смазки находятся в пластичном, мазеобразном состоянии и представляют собой коллоидную (дисперсную) систему, состоящую из жидкой и твердой фаз.

В этой системе твердая фаза (загуститель) образует структурный каркас, который удерживает в своих ячейках жидкую фазу.

Жидкой фазой являются минеральные масла в объеме от 75 до 90 % по массе, твердой фазой являются загустители в виде кальциевого, натриевого, литиевого, цинкового, магниевого и бариевого мыла. Данные мыла являются жирными солями мягких металлов.

Смазки, предназначенные для смазывания узлов трения, являются антифрикционными.

Смазки, предназначенные для предохранения деталей от коррозии, являются консервационными. Консервационные смазки получают загущением минеральных масел углеводородами (парафином, церезином), находящимися при нормальной температуре (20°С) в твердом состоянии.

Выпускаются также канатные и уплотнительные смазки.

В пластичные смазки вводятся противоизносные, противозадирные и противоокислительные присадки и наполнители.

Смазки применяются для смазывания подшипников ступиц передних и задних колес, шкворней поворотных цапф, шлицевых соединений карданного вала, пальцев рессор, подшипников водяного насоса, шарниров рулевых управлений, валов педалей тормоза и сцепления, деталей электрооборудования и т.д.

2. Показатели качества смазок.

Чтобы пластичные смазки соответствовали условиям их работы в конкретном узле трения, их выбирают по нормируемым ГОСТами и техническими условиями показателям качества.

Температура каплепадения – показатель температурной стойкости смазки. Если температура плавления смазки равна рабочей температуре смазываемого узла или ниже ее, то смазка начинает вытекать из узла трения. Надежное смазывание узлов трения без вытекания смазки обеспечивается, если рабочая температура узла на 15-20°С ниже температуры каплепадения пластичной смазки.

В зависимости от значения температуры каплепадения пластичные смазки делятся на следующие виды:

а) тугоплавкие – температура каплепадения от 105 до 185°С. К ним относятся Литол-24, ЯНЗ-2, №158, ЦИАТИМ-201, имеющие загустителями литиевые или натриево–кальциевые мыла;

б) среднеплавкие – температура каплепадения от 65 до 105°С (солидол и графитная смазка УСс-А);

в) низкоплавкие – температура каплепадения не превышает 65°С. К ним относятся защитные смазки ПВК и ВТВ-1, созданные на загустителях из углеводородов.

Число пенетрации – характеризует густоту смазки и ее способность проникать в зазор между трущимися поверхностями и удерживаться там.

Пенетрацией называют величину в условных единицах, указывающую глубину погружения в испытываемую смазку металлического конуса расчетных размеров и веса в определенный промежуток времени (0,5 сек) при температуре 25°С.

Чем больше глубина погружения конуса, тем подвижнее смазка и тем выше число пенетрации. Для летних смазок число пенетрации находится в пределах 150-200 единиц, для зимних – 250-300, для всесезонных – 200-300 единиц.

Предел прочности – способность смазок удерживаться на вращающихся деталях. Определяется предел прочности в лабораторных условиях. Чем выше предел прочности, тем надежнее удерживается смазка в подшипниках качения. Оценивается предел прочности минимальной нагрузкой в г/см 2 или Па, при которой происходит сдвиг одного слоя смазки относительно другого. Чтобы смазка удерживалась в подшипниках ступиц колес автомобиля, предел ее прочности при 50°С должен быть не менее 2,0 г/см 2 .

Вязкость характеризует текучесть смазки при достаточно высоких напряжениях сдвига. По показателю вязкости оценивается прокачиваемость смазки по маслоканалам и через пресс-масленки. Для обеспечения хорошей прокачиваемости смазка должна обладать невысокой вязкостью, особенно при низкой температуре.

3. Наименование и обозначение пластичных смазок (ГОСТ 23258-78).

Наименование пластичной смазки должно состоять из одного слова. Для различных модификаций одной смазки, дополнительно к наименованию используются буквенные или цифровые индексы.

Примеры наименования : силикол, карданная, солидол С, фиол-1, литол-24 и т.д.

Обозначение смазки по ГОСТ 23258-78 кратко характеризует ее назначение, состав и свойства.

Обозначение состоит из 5 и (пяти) буквенных и цифровых индексов, расположенных в следующем порядке и указывающих:

1 – группу (подгруппу) в соответствии с назначением смазки;

2 – загуститель;

3 – температурный интервал применения;

4 – дисперсионную среду;

5 – консистенцию смазки.

3.1. В зависимости от назначения устанавливают группы и подгруппы смазок, указанные в таблице 1.

Таблица 1.

Группа	Основное назначение	Подгруппа	Индекс	Применяемость
Антифрикционные	Предназначены для снижения износа и трения скольжения сопряженных деталей	Общего назначения для обычных температур (солидол)	С	Узлы трения с рабочей температурой до 70°С
		Общего назначения для повышенных температур	О	Узлы трения с рабочей температурой до 110°С
		Многоцелевые	М	Узлы трения с рабочей температурой от минус 30 до плюс 130°С в условиях повышенной влажности среды
		Термостойкие	Ж	Узлы трения с рабочей температурой 150°С и выше
		Морозостойкие	Н	Узлы трения с рабочей температурой минус 40°С и ниже
		Противозадирные и противоизносные	И	Подшипники качения при контактных напряжениях выше 2500 МПа (25000 кг/см 2) и подшипники скольжения при удельных нагрузках выше 150 МПа (15000 кг/см 2)
		Химические	Х	Узлы трения, имеющие контакт с агрессивными средами
		Приборные	П	Узлы трения приборов и точных механизмов
		Редукторные (трансмиссионные)	Т	Зубчатые и винтовые передачи всех видов
		Приработочные (графитные и другие пасты)	Д	Сопряженные поверхности с целью облегчения сборки, предотвращения задиров и ускорения приработки
		Узкоспециализированные (отраслевые)	У	Для применения в отдельных отраслях техники (автомобильные и др.)
		Брикетные	Б	Узлы и поверхности скольжения с устройствами для использования смазки в виде брикетов
Консервационные	Предназначены для предотвращения коррозии металлических изделий при хранении, эксплуатации и транспортировке	—	З	Металлические изделия и механизмы всех видов, за исключением стальных канатов
Канатные	Предназначены для предотвращения износа и коррозии стальных канатов	—	К	Стальные канаты и тросы, органические сердечники стальных канатов
Уплотнительные	Предназначенные для герметизации зазоров	Арматурные	А	Запорная арматура и сальниковые устройства
		Резьбовые	Р	Резьбовые соединения
		Вакуумные	В	Первичные и разделительные соединения и уплотнения вакуумных систем

3.2. Тип загустителя обозначают буквами русского алфавита в соответствии со следующими индексами:

кальциевое мыло — Ка; литиевое мыло — Ли; натриевое мыло — На; цинковое мыло — Цн; органические вещества — О и т.д. по ГОСТ 23258-78.

3.3. Рекомендуемый температурный интервал применения обозначают округленно до 10°С дробью. В числителе указывают (без знака минус) уменьшенную в 10 раз минимальную температуру, в знаменателе – максимальную температуру применения смазки.

3.4. Тип дисперсионной среды и присутствие твердых добавок обозначают строчными буквами русского алфавита в соответствии с индексами:

Н — нефтяное масло; У — синтетические углеводороды; К — кремнийорганические жидкости; Г — графит (твердые добавки) и т.д. по ГОСТ 23258-78.

3.5. Индекс класса консистенции смазки обозначают арабскими цифрами в соответствии с табл. 4.

Таблица 4.

Пенетрация при 25°С по ГОСТ 5346	Индекс класса консистенции
445-475	000
400-430	00
355-385	0
310-340	1
265-295	2
220-250	3
175-205	4
130-160	5
85-115	6
Ниже 70	7

3.6. Примеры обозначений:

СКа 2/8-2. Буква «С» обозначает смазку общего назначения для обычных температур (солидол); «Ка» – загущена кальциевым мылом; «2/8» – применение при температурах от минус 20 до 80°С; отсутствие индекса дисперсионной среды – приготовлена на нефтяном масле; «2» – пенетрация 265-295 при 25°С.

МЛи 3/13-3. Буква «М» обозначает многоцелевую смазку; «Ли» – загущена литиевым маслом; «3/12» – температура применения от -30 до 120°С; отсутствие индекса дисперсионной среды – приготовлена на нефтяном масле; «3» – пенетрация 220-250 при 25°С;

УНа 3/12 э3. Буква «У» – узкоспециализированная смазка; «На» – загуститель натриевое масло; «3/12» – температура применении от -30 до 120°С; «э» – приготовлена на сложном эфире; «3» – пенетрация 220-250 при 25°С.

Характеристики наиболее часто применяемых смазок (Литол-24 и других) приведены з

Пенетрация является одним из главных показателей прочности смазки и её реологических свойств. Характеризуется она мерой погружения конуса стандартной массы в пластично-вязкую среду на определённое время при определённой температуре. Как правило измерения проводятся при 25°С; время воздействия сил тяготения на конусообразное тело – 5 секунд. Показателем, характеризующим реологические свойства смазки, её густоту, является число пенетрации – это глубина погружения конуса, выраженная в десятых долях миллиметра. Так, к примеру, если конусообразное тело погрузилось в вещество на 25 мм, то число пенетрации будет равно 250.

Смазка пластичная высокотемпературная обычно имеет показатель пенетрации от 170 до 400. Соответственно, чем выше число пенетрации, тем смазка более текуча и подвижна, а значит, не будет застывать зимой и в условиях работы в природных зонах с холодным климатом. Для летнего же периода целесообразнее выбирать смазку с меньшим числом пенетрации (150-250). Это обеспечит надёжную закладку смазочного материала в область рабочего узла, предотвратит вытекание смазки и заклинивание.

Измеряют степень пенетрации на специальном приборе – пенетрометре, с использованием испытательного тела в виде конуса.

Показатель пенетрации характеризует не только пластичные смазки но и другие вязкостные среды, например, битум, парафин, церезин.

Факторы, влияющие на число пенетрации

Пенетрация смазок зависит, главным образом, от процентной доли загустителя и вязкости дисперсионной среды (базового масла). Несмотря на то, что число пенетрации определяет консистенцию смазки, оно не должно приравниваться к параметрам вязкости. Влияние вязкости базового масла на реологические свойства имеет довольно непростой характер, который рассматривается не в одной научной работе. Так, в некоторых исследованиях утверждается, что смазка пластичная высокотемпературная имеет показатель пенетрации выше до перемешивания, особенно если содержит в основе масло средней вязкости.

На число пенетрации также существенно влияет тип загустителя и, конкретно, природа мыла, если речь идёт о мыльных смазках. Наиболее высокими показателями стабильности обладают смазочные материалы, загущенные двух- и трёхвалентными мылами. Кроме того, высокой прочностью отличаются литиевые и кальциевые смазки.

Температурная кривая пенетрации и её влияние на свойства смазок

Традиционно показатель пенетрации консистентных смазочных материалов измеряется при температуре +25°С. Однако, учитывая расположенность пластичных смазок к изменению агрегатного состояния при изменении температуры окружающей среды, для анализа рабочих свойств смазки необходимо знать число пенетрации и в другом температурном диапазоне. Для этого часто определяют число пенетрации при +50 и +75°С и на основании полученных результатов строят температурную кривую пенетрации, которая наглядно показывает изменения консистенции смазки в зависимости от температуры и нагрузки.

Большое значение играет сопоставление числа пенетрации при хранении или цикличном перемешивании смазки. Если показатель изменяется, это говорит об изменении структуры смазки, её механической и химической стабильности.

3.5.1. Общие сведения

Пенетрация характеризует консистенцию или степень мягкости (густоту) пластичных смазок. Определяется на лабораторном пенетрометре ЛП глубиной погружения в смазку стандартного конуса за 6 секунд при температуре 25 °С при общей нагрузке 150 г. Выражается целым числом десятых долей миллиметра по шкале пенетрометра.

Число пенетрации является устаревшим несовершенным показателем механических свойств смазок и определяется в основном при заводском контроле и квалификационной оценке продукта.

Изменение числа пенетрации смазки в процессе хранения указывает на изменение ее структуры и необходимость скорейшего использования.

3.5.2. Описание прибора

Лабораторный пенетрометр (рис. З) состоит из штатива с плитой, на которой установлен круглый столик, регулируемый по высоте. На штативе укреплены два кронштейна. В направляющей втулке 4 нижнего кронштейна свободно перемещается плунжер 5, фиксируемый с помощью пружинного стопора 3. К плунжеру крепится игла с грузом и конус 2. Вес плунжера с конусом 150 г. На верхнем кронштейне штатива расположен диск с циферблатом 6 на 360 делений, причем цена деления равна 0,1 мм погружения конуса, т.е., одной единице пенетрации. Стрелка с циферблата расположена на оси шестерни 7, связанной с зубчатой рейкой 9. Соединение стрелки с осью шестерни позволяет устанавливать её на нуль при любом положении рейки.

Дополнительным оборудованием прибора является смеситель для перемешивания смазки перед испытанием и термостат для нагрева до требуемой температуры.

3.5.3. Проведениеиспытания

3.5.3.1. Установить металлическая стакан с испытуемой смазкой в термостат и выдержать там в течение одного часа при температуре 25 С, после чего перемешать смазку в смесителе в течение одной минуты.

3.5.3.2. Повторно выдержать стакан со смазкой в термостате в течение 15 минут, после чего выровнять поверхность смазки шпателем и установить стакан на столик пенетрометра.

3.5.3.3. Установить конус пенетрометра так, чтобы его острие касалось поверхности смазки, и чтобы он во время погружения не задевал стенок стакана.

З.5.3.4. Опустить рукой зубчатую рейку до соприкосновения с плунжером, в котором закреплен хвостовик конуса, и установить стрелку циферблата на нуль.

3.5.3.5. Одновременно пустить секундомер и нажать пусковую кнопку пенетрометра, давая конусу свободно погружаться в смазку в течение 5 секунд, после чего отпустить кнопку.

3.5.3.6. Вновь опустить зубчатую рейку до соприкосновения с плунжером (при этом передвигается и стрелка циферблата) и отсчитать по шкале значение пенетрации.

3.5.3.7. Поднять рейку и плунжер с конусом в самое высокое положение и тщательно протереть конус обтирочным материалом, смоченным в бензине, после чего выровнять поверхность смазки и провести повторное испытание.

За показатель пенетрации принимается среднее арифметическое результатов трех определений для смазок с пенетрацией до 200 и пяти определений для смазок с пенетрацией. свыше 200.

3.6. Определение эффективной вязкости (гост 7i63-63)

3.6.1. Общие сведения

Когда напряжение сдвига превышает предел прочности смазки, она начинает течь, т.е. проявлять свойства жидкого тела. Характер текучести смазок оценивается показателем вязкости. Однако между вязкостью смазок и вязкостью жидкостей имеется принципиальное различие. Если вязкость жидкостей не зависит от скорости относительного перемещения слоев, то вязкость пластичных смазок при постоянной температуре с увеличением скорости деформации повышается в сотни и тысяча раз.

При заданной скорости сдвига и температуре вязкость пластичной смазки, называемая

называемая эффективной вязкостью – величина постоянная. Численное значение эффективной вязкости при заданной температуре в определенный момент времени определяется по формуле

(6)

где - эффективная вязкость смазки, Па*с;

- напряжение сдвига, Па;

- средняя скорость деформация или градиент скорости, с -1 .

Скорость деформации сдвига смазки прямо пропорциональнаскорости относительного перемещения слоев и обратно пропорциональна расстоянии между слоями смазки.

Обычно эффективную вязкость пластичных смазок определяют при скорости сдвига 10 с -1 .

Сущность определения вязкости пластичной смазки заключается в продавливании её под определенным давлением через капиллярную трубку и замере напряжения и деформации сдвига слоев.

По значению вязкости можно судить оеё прокачиваемости по маслопроводам солидолонагнетателей, затратах энергии на трение в узлах и механизмах при смазывании, величине пускового момента подшипника качения при плотной набивке смазки и т.п.

3.6.2. Описание прибора

Рисунок 4.-Автоматический вискозиметр АКВ – 4

1 – капилляр; 2 – накидная гайка; 3 – камера; 4 – шток; 5 – пружина; 6 – винт; 7 – эксцентрик; 8 – держатель карандаша самописца; 9 - барабан

Вязкость пластичных смазок обычно определяют на автоматических капиллярных вискозиметрах АКВ-2 или АКВ-4 (рис. 4).

Капилляр 1 накидной гайкой 2 соединен с камерой 3, из которой штоком 4 выдавливается при испытании смазка. На шток через текстолитовую муфту и шарик действует пружина 5, верхний конец которой опирается во втулку. Для сжатия пружины перед испытанием служит винт с гайкой 6, в нижнюю часть которого ввинчена цанга, захватывающая текстолитовую муфту. Эксцентрик 7 служит для поднятия втулки, предупреждающей разъединение цанги и муфты под воздействием сжатой пружины. Со штоком 4 связан держатель карандаша 8 самописца. Держатель может перемещаться в вертикальном направлении вместе со штоком, и карандашом отмечать положение штока на листке бумаги, закрепленном на барабане 9. При испытании барабан вращается с постоянной скоростью, а карандаш вычерчивает кривую изменения внутреннего трения смазки в координатах «давление пружины – время».

3.6.3. Проведение испытаний

3.6.3.1. Промыть бензином-растворителем камеру вискозиметра, просушить и заполнить испытуемой

смазкой, предварительно профильтрованной через проволочную сетку. Заполнение производить с помощью заправочного приспособления или шпателем, вмазывая смазку с одного конца до полного заполнения камеры и следя за тем, чтобы в камере не остались пузырьки воздуха.

3.6.3.2. Подтянуть вверх шток и сжать пружину при помощи гайки, винта, цанги и эксцентрика.

3.6.3.3. Присоединить камеру со смазкой через прокладку к втулке вискозиметра; к нижнему торцу камеры присоединить капилляр, навинтить на наго снизу приемник для сбора смазки.

3.6.3.4. Надеть термостатирующий цилиндр, налить в термостат дистиллированную воду и включить циркуляцию. Камеру со смазкой выдержать при температуре испытания не менее 15-20 минут.

3.6.3.5. Укрепить на барабане самописца с помощью двух резиновых колец лист миллиметровой бумаги размером 115х300 мм так, чтобы его нижний обрез касался нижнего буртика барабана.

3.6.3.6. Установить держатель карандаша так, чтобы графит плотно прижимался к бумаге на барабане и включить двигатель, вращающий барабан (ручку включателя перевести в нижнее положение). При вращении барабана карандаш вычерчивает на бумаге горизонтальную линию на уровне, соответствующем максимальному сжатию пружины.

3.6.3.7. Освободить с помощью рукоятки эксцентрика от фиксации пружину, нагружающую шток. При этом шток опускается, создавая в камере давление, под действием которого смазка продавливается из камеры через капилляр в приемник.

3.6.3.8. Когда кривая линия, вычерчиваемая на бумаге по мере разжатия пружины, приблизится к горизонтали, переключить скорость вращения барабана на меньшую. При достижении штоком крайнего нижнего положения остановить двигатель самописца поворотом ручки выключателя вверх.

3.6.3.9. Для определения эффективной вязкости испытуемой смазки наметить на полученной диаграмме (рис. 5) любую точку, провести через неё касательную к кривой и измерить угол наклона с помощью прозрачного транспортира. Затем для данной точки, вычислив значения напряжения сдвига  , среднюю скорость деформации сдвига, определив значение эффективной вязкости.

Построить зависимость эффективной вязкости от скорости деформации, для чего наметить на полученной диаграмме пять – восемь произвольных точек и для них также вычислить значения напряжения сдвига  , скорости деформациии эффективной вязкости.

Напряжение сдвига на стенке капилляра определяется по формуле

(7)

где  - напряжение сдвига, дин/см 2 ;

Р - давление в камере, при котором происходят истечение смазки через капилляр в определенный момент времени, Па; находится по тарировочной кривой пружины, прилагаемой к вискозиметру;

R иl - радиус и длина капилляра, м;

К 1 - постоянный коэффициент, зависящий от размеров капилляра,
.

Средняя скорость деформации сдвига определяется из выражения

(8)

где R 1 - радиус штока, м;

W - скорость движения бумаги на барабане самописца, м/с (указывается в паспорте вискозиметра);

 - угол наклона касательной к кривой, написанной самописцем во время испытания и проведенной в точке, соответствующей определенному моменту времени, град;

К 2 - постоянный коэффициент,

По вычисленным значениям идля всех намеченных точек на экспериментальной кривой подсчитать значение эффективной вязкости по формуле (6) и построить вязкостно-скоростную характеристику в логарифмических координатах. По оси абсцисс отложить логарифмы средней скорости деформацииlg Д , а по оси ординат – логарифмы эффективной вязкостиlg .