Каша с маслом. Продолжаем раскладывать по тарелочкам. Базовые масла (часть 2)
В прошлой серии мы более подробно ознакомились с масляными базами I-III групп, их основными производителями, особенностями производства, хим. состава и свойств.
Данная серия посвящена масляным базам IV и V групп.
Сразу определимся с терминологией и будем называть масла I–III групп — минеральными, а IV–V групп – синтетическими, т.е. в большей мере по составу, а не по свойствам.
Как мы выяснили ранее, производство минеральных базовых масел сосредоточено больше в нефтедобывающих компаниях. Это связано с программой наибольшей ликвидности добываемого минерального сырья. Производством же синтетических основ заняты химические гиганты, либо не связанные с нефтедобычей, либо связанные с ней частично. Поэтому независимые от нефтедобычи компании могут позволить себе производить полную линейку самых современных моторных масел из наилучших компонентов.
Принципиальное отличие синтетических масел от минеральных — в качестве основы применяются материалы, полученные не переработкой нефти, а синтезированные химическим путем из органических компонентов (природный газ, растительные масла, нафталины и т.п.). Синтез с использованием определенных химических соединений позволяет получать продукты практически кристальной чистоты с запланированными свойствами и ровной молекулярной структурой
Напомню (из 1 серии), что относится к основным применяемым сегодня синтетическим базовым маслам: в IV группе это — полиальфаолефины (ПАО), в V группе – эстеры и алкилированные нафталины (AN).
ПАО — являются углеводородными синтетическими жидкостями. В промышленных объемах их получают обычно из этилена путем синтеза молекул децена (линейные углеводороды) в олигомеры или полимеры с короткими цепочками. В технической литературе (документах, например MSDS — Material Safety Data Sheet [паспорт безопасности химической продукции]) могут значиться как:
— Decene, homopolymer, hydrogenated;
— polyalphaolefin (PAO);
— EC-No 500-183-1;
— CAS-No 68037-01-4;
— Reg Number 01-2119486452-34.
Чтобы не быть голословным в дальнейшем освещении свойств ПАО, сразу приведу из спец.литературы [1] сравнительные таблички характеристик некоторых базовых масел I-III и IV групп с вязкостями 4 cSt и 6 cSt.
• Высокий индекс вязкости (Viscosity index) дает возможность снизить количество или вовсе отказаться от загустителя (модификатора вязкости). Ведь в отличие от гидрокряка существуют ПАО с Vi >10 и вплоть до 1000 cSt.
• Низкая испаряемость (NOAK), обусловленная отсутствием случайных молекул малого размера и общей однородностью молекулярной решетки, отсюда и высокая стабильность и стойкость масляной пленки при высоких температурах. Прочность адсорбционной пленки ПАО составляет примерно 6500 кг/см.кв против 900-2000 кг/см.кв у масел I-III групп.
• Высокие антикоррозионные свойства, термостабильность и стойкость к окислению, обусловленные отсутствием примесей соединений серы, металлов и ненасыщенных углеводородов.
Так, например, если масла минерального происхождения (I-III гр.) начинают серьезно окисляться уже при температуре 120-130 град С, а выше они просто перестают быть маслом (масляная пленка разрывается), то ПАО выдерживают рабочие температуры вплоть до 250- 350 град С, при этом до 150 град вообще без какой-либо потери рабочих свойств. У ПАО есть интересная особенность – они меняют свою вязкость только до 60 град., с дальнейшим повышением температуры вязкость ПАО уже не меняется.
• Большая теплоёмкость. ПАО в среднем на 30% лучше чем любая минеральная база отводит тепло от нагруженных мест
• Большой срок хранения, вытекающий из предыдущего достоинства по стойкости к окислению. ПАО практически не теряют своих свойств с течением времени их хранения. У гидрокрекинга обычно не более 5 лет в закрытой таре, в открытой – 1 год.
• Хорошая смешиваемость с минеральными маслами (I–III гр.), что позволяет использовать ПАО в качестве синтетического компонента при производстве качественных полусинтетических масел (не путать с так называемой полусинтетикой, которая часто бывает на базе только I–III гр.).
• Повышение эффективности присадок (обратимся опять к спец.литературе [1])
… (свободный перевод) необычайно хорошая отзывчивость ПАО на добавление противоизносных и других присадок. Исследователи некоего Всесоюзного института по переработке нефти в Москве (возможно это ВНИИ НП) доказали, что в ПАО-маслах эффективны даже небольшие концентрации присадок вследствие их быстрой адсорбции к поверхности металла, потому что молекулы ПАО (т.к. неполярные!) оказывают слабое воздействие на молекулы присадок (дословно – между ними слабые силы сцепления), в результате они не мешают частицам присадок преодолевать путь из толщи масла к трущимся поверхностям.
Недостатки ПАО:
• Низкая, по сравнению с базами I-III гр., смазывающая способность;
• Слабая растворимость присадок;
• Худшая совместимость с эластомерами (вызывают усадку/усушку резиновых уплотнений с потерей их эластичности).
• Более высокая цена, по сравнению с базами I–III групп.
Производители ПАО.
Из книги [1] следует, что по состоянию на 2011 г. ситуация была следующей:
Видим, что с течением времени состав менялся, кто-то ушёл, кто-то пришёл, кто-то объединился или переобозвался.
Вот здесь данные чуть новее (2013 г.). А вот данные от компании Chevron Phillips Chemical (CP Chem) за 2014 г (где XOM – сокращенно ExxonMobil).
Вот данные за 2015 год [5]:
Т.о. основные производители ПАО-основы: Ineos Oligomers (не путать с Eneos – Nippon Oil, производящим только базы I-III гр.), ExxonMobil Chemical, Chevron Phillips Chemical, Chemtura, Naco и … (кто-то будет удивлён) Татнефть (Татнефть-Нижнекамскнефтехим – «ТАНЕКО»).
Рад конечно, что у нас есть (а скорее был) свой отечественный производитель ПАО-основы и даже делает (скорее делал) товарные масла на ней, и они показывали очень хорошие результаты как по лаб.анализам, так и по отзывам людей
Однако масла Татнефть на ПАО:
• бывают только в вязкости (SAE) от 0w-40 до 10w-40 (Татнефть Эксклюзив, Люкс и Ультра);
• на сей момент невозможно (или очень сложно) найти в продаже (скорее остатки);
• показывали нестабильное качество и характеристики от партии к партии.
Кроме того, про качество базы на «ЛадаКалинаКлуб» когда-то разворачивались целые баталии (между якобы работающими на Нижнекамском заводе людьми) по поводу того, что «проверки в лабораториях показали — наши ПАО на 10-15% хуже зарубежных …, спрос на татарстанские ПАО невелик … и, по сути, они используются только самой Татнефтью».
Недостатки эстеров
• Высокая стоимость. Эстеровая база дороже минеральной (I-III групп) в 5-10 раз и примерно на 30% чем ПАО. Многие не понимают, что такая высокая стоимость связана не столько с маркетинговой политикой компаний, сколько с особенностями производства. Гидролиз спиртов и их переработка для получения высококачественной основы – процесс дорогостоящий. И дело даже не в стоимости сырья (рапса и пальм на планете пока хватает). Но технологический процесс получения сложных эфиров трудоемкий и затратный.
• Гигроскопичность, то есть склонность поглощать воду, ухудшающую смазывающие и антикоррозионные свойства. Здесь необходимо кое-что уточнить, т.к. некоторые любят этим сильно бравировать в пользу гидрокрекинга. Данный недостаток эстеров проявляется только при определенных условиях. Реакция гидролиза требует одновременного присутствия воды, тепла и сильной кислоты, чтобы катализировать процесс. Так как сложные эфиры, как правило, используются при очень высоких температурах, большого количества воды не образуется, и в реальных условиях эксплуатации гидролиз очень редко является проблемой. В действительности, чтобы гидролиз себя заметно проявил, необходимо влить в движок объём воды, равный объёму всего масла. А капли влаги или конденсат абсолютно безвредны и моментально испаряются при нагреве через систему вентиляции. Кроме того в эстеровых маслах обычно применяются соответствующие добавки, сводящие к минимуму эффект гигроскопичности.
• Повышают кислотность (TAN) товарного масла. Именно рост кислотного числа увеличивает риск лавинообразной деградации моторного масла. Если не допускать «перекатов» в виде увеличенных пробегов (а тем более добавить в масло соответствующие присадки), то и эстеры отлично справляются со своей ролью, но показатели по окислению всё таки можно записать в их минус.
• Плохая совместимость с эластомерами (РТИ – резинотехническими изделиями, прокладками). НО, в отличие от ПАО, эстеры оказывают на РТИ обратное воздействие – приводят к их размягчению и набуханию.
Производители Эстеров.
У меня есть только данные актуальностью на 2013 г., их можно глянуть здесь.
Сплошь малоизвестные компании, за исключением пары-тройки, уже упоминавшихся выше. Есть также и отечественные производители, например, ЗАО «СОВХИМТЕХ» в Нижнем Новгороде. Их эстеровую базу Syntolux может приобрести любой желающий по цене в районе 600 руб/литр и забодяжить на ней своё масло.
Как отмечалось выше венцом творения на сегодняшний день являются полиол-эстеры (POE). Основной их поставщик для производителей товарного масла — фирма Croda. Именно она обеспечивает таких авторитетных производителей как Red Line и Amsoil.
Результаты теста с непрерывно нагреваемой до 275 град металлической пластиной в 1 литре разных базовых масел в течение 22 часов:
Алкилированные нафталины – Alkylated Naphthalenes – AN, в технической литературе можно встретить как Synesstic. Они бывают двух вязкостей 5 cSt и 12 cSt. Получают Алкилированные нафталины путем алкилирования нафталина олефинами в присутствии катализатора при определенной температуре. Лидерами их производства являются ExxonMobil Chemical и Infineum (больше известный как производитель присадок, кстати это совместное предприятие ExxonMobil и Shell).
По своим свойствам AN во многом схожи с эстерами и также имеют высокую полярность, благодаря которой обладают отличными:
1. смазывающей способностью;
2. стойкостью масляной плёнки;
3. термо-окислительной стабильностью и низкой летучестью;
4. моющими (диспергирующими) способностями.
Также обладают:
— широким интервалом рабочих температур;
— хорошей растворимостью присадок, улучшая их свойства;
— совместимостью со всеми типами базовых масел, повышая их эффективность.
При этом ещё и опережают эстеры по таким показателям как:
1. термо-окислительная и вязкостная стабильность, т.е. AN гораздо меньше теряют в весе, меняют свою вязкость и окисляются с течением времени работы при высокой температуре
В таблице ниже показаны результаты времени сработки компрессорных масел разного состава в испытании на окисление. Сработка определяется, когда вязкость масла увеличивается на 30% от первоначального значения.
2. гидролитическая стабильность, т.е. отсутствует гигроскопичность и масла с AN показывают меньшую коррозию медной пластинки, изменение кислотного числа и образование кислот при попадании воды
3. совместимость с сальниками/эластомерами, т.е. в отличие от ПАО не вызывают их усадку/усушку с потерей эластичности, а в отличие от эстеров почти не приводят к их размягчению и набуханию
4. ниже цена, она примерно на уровне ПАО, многие производители именно из-за более доступной цены стали использовать AN.
Недостатки AN (по сравнению с ПАО и эстерами).
1. Индекс вязкости ниже;
2. Низкотемпературные свойства хуже.
Подытожим и обобщим вышеизложенное.
Обобщенные эксплуатационные характеристики масел на разных базах можно представить в следующем условном (относительном) виде:
• Минеральные масла I и II групп – 100 %;
• Гидрокрекинговые (III гр.) – 200 %;
• Синтетические на ПАО (IV гр.) – 300 %;
• Синтетические на эстерах и/или AN (V гр.) – 500 %.
Теперь наглядно видно, чем выше группа, тем в целом круче свойства базы, и однозначно масла на основе чисто синтетических групп будут предпочтительнее к использованию. Однако, исходя из наличия недостатков (порой существенных) даже у представителей IV и V групп базовых масел, понятно, что практически не бывает товарных масел на основе только одной из этих баз. Синтетические товарные масла включают компоненты нескольких групп: самые доступные по цене варианты – IV+III гр., самые лучшие и дорогие – IV+V гр. Такое смешение позволяет сгладить (скомпенсировать) недостатки отдельных групп базовых масел и приумножить их достоинства.
Предвижу закономерный вопрос – если ПАО, эстеры и AN настолько лучше любых минеральных основ, их не используют все производители? Ответ до банальности прост – экономически выгоднее производить и продавать более дешёвый и посредственный продукт, нежели очень хороший и дорогой. Себестоимость, разница в цене, оборот товара и т.д. делают свое дело. Синтетических масел с каждым годом производится всё меньше, а гидрокрекинговых всё больше. Разве станет простой обыватель глубоко копаться в составе и свойствах масел. Он знает, что производитель его авто рекомендует синтетическое масло с определенным набором основных параметров, придет в магазин, увидит на этикетке соответствующие буквенно-цифровые обозначения и, главное, надпись «синтетическое» — всё, дело в шляпе. Таких как мы, перфекционистов и искателей истины, единицы, этим и пользуются производители, менеджеры, мракотологи.
Большинство производителей не ставит перед собой цель – сделать как можно более лучший и качественный продукт! Главное – получить максимальную прибыль с минимальными затратами! Производитель пытается сделать что-то более-менее подходящее под эксплуатацию и вписывающееся в допуски из максимально самого дешевого сырья, что он смог для этого подобрать.
Все уверения производителя, что именно он – единственная компания, которая занимается исключительно производством высококачественных продуктов и никак по другому, всё это банальная маркетинговая лапша, нашедшая свободные уши.
Есть конечно исключения из правил, компании, которые действительно производят преимущественно высококачественную продукцию (естественно дорогую), но подобных единицы. Доходы и объемы продаж у таких эксклюзивных производителей ничтожно малы по сравнению с производителями бюджетно-массового дешевого ширпотреба. А потребителями является своя узконаправленная аудитория, которая нуждается и ценит подобные продукты.
Напомню Вам, что самое важное в моторных маслах – стабильность! Проблемы в виде повышенного износа – следствие начала потери маслом своих свойств. Сначала возникает частичное соприкосновение – граничное трение, износ выше нормального. Затем, особенно в жару на малых оборотах, да ещё под нагрузкой периодически происходят режимы полного соприкосновения – сухое трение, сильный износ.
Поэтому и ценятся синтетические масла на базе ПАО, эстеров, AN, которые меньше всего подвержены каким либо изменениям в любых условиях, обеспечивают крепкий масляный клин в самых критических ситуациях и больших сроках эксплуатации.
Когда Вы видите в MSDS или результатах различных анализов небольшое содержание эстеров и/или AN (1 – 10%) и/или ПАО (5 – 30%) от общего объема, то можете сильно не обольщаться, это небольшое содержание синтетических баз на свойства масла особого влияния не оказывает. Конечно же будут иметь место некие улучшения, но чтобы получить реальный ощутимый положительный эффект от масла именно как от синтетики, ищите чтобы в базе находилось не менее 50 % ПАО и не менее 20 % эстеров (и/или AN), вот именно тут действует принцип – чем больше, тем лучше!
В малом количестве базы IV и V групп работают как присадки, своего рода улучшайзеры каких-то недостатков масла, а в большом объеме они работают именно как полноценная база со всеми вытекающими плюсами.
В заключение хочу Вас попросить – не спрашивать меня – «какое масло мне лучше заливать в двигатель своего автомобиля?». Я не волшебник, только учусь и лишь могу дать вектор, ориентир, что в общем-то и попытался изложить в данной Опупее. В остальном выбор за Вами, который во-первых зависит от доступной Вам ценовой категории и во-вторых от того как долго и счастливо Вы собираетесь эксплуатировать свой автомобиль. Для людей, меняющих автомобили не на много позже истечения срока гарантии, всё прочитанное не более чем опус из области фантастики. Для них подойдет любое гидрокрекинговое, главное – неподдельное, масло. Для перфекционистов же и тех, кто не прочитал мою просьбу выше, предлагаю таблицу из ряда приличных синтетических товарных масел для ДВС с более-менее подтверждённым (документами производителей, анализами и прочим) составом применительно к наиболее интересующим нас вязкостям по SAE 0W-20 и 5W-20.
Приветствуется дополнение этой таблицы другими, неизвестными мне продуктами, имеющими состав, позволяющий такому маслу именоваться настоящей синтетикой. Знаю, к нам заглядывают представители некоторых масляных брендов и просто люди, может быть даже и специалисты, сведущие в данном вопросе. Сообщайте полезную информацию по достойным продуктам (желательно с подтверждением) и я внесу её в таблицу. Думаю это будет полезно многим таким же перфекционистам.
