Środki smarne, podział, właściwości

Smary – materiały oleiste, o konstrukcji płynnej, mazistej lub stałej, służące do zmniejszenia tarcia w ruchomych elementach maszyn. Mogą to być oleje mineralne, roślinne, tłuszcze zwierzęce, względnie ich mieszaniny. Miarodzajnym dla użyteczności smaru jest współczynnik lepkości, t. zw. Wiskozy, jaki smar wykazuje w odpowiedniej do użytku temperaturze. Do chłodzenia narzędzi przy mechanicznej obróbce metali służą emulsje wodne tłuszczów, zmydlonym ługiem potasowym. Do smarowania osi pojazdów konnych używa się taniej mazi, otrzymanej przez zmydlenie oleju żywicznego wapnem gaszonym i rozcieńczenie olejem mineralnym.

Smarowanie – wprowadznie smaru między współpracujące powierzchnie elementow konstrukcyjnych w celu zmniejszenia tarcia i wyeliminowania jego skutków (np. zmniejszenie strat energetycznych, zużycie elementów maszyn), stosuje się smary stale (np. smaryTovotte’a do łożysk tocznych ŁK ), ciekle (smary olejowe lub wodne) i gazowe, (powietrzne lub wodorowe); rozróżnia się smary jednostkowe (jednopunktowe, indywidualne) i grupowe ( wielopunktowe, centralne) ; ciągłe i nieciągłe (np. okresowe); ciśnieniowe; bezciśnieniowe; zjawisko fizyczne występujące przy smarowaniu maszyn badali m.in. J. Newton, N.J Żukowski, W.J Miercalow.

Czynniki smarujące – smary, materiały służące do smarowania powierzchni trących w cel;u zmniejszenia tarcia oraz w celu ochrony części metalowych przez korozją. Rozróżnia się oleje smarowe i smary stałe.

Faza ciekła
Faza ciekła jest podstawowym składnikiem smaru plastycznego. W większości smarów stanowi ona 70-90% (m/m). Wybór fazy ciekłej decyduje o:
· właściwościach smarnych,
· zmianach właściwości w zależności od temperatury,
· odporności na utlenianie,
· temperaturze płynięcia,
· skłonności do odparowywania w podwyższonych temperaturach,
· właściwościach dyspergujących w stosunku do zagęszczacza,
· i innych.
Jako faza ciekła smarów plastycznych najczęściej są stosowane następujące rodzaje substancji, zwanych olejami bazowymi: oleje mineralne, oleje syntetyczne węglowodorowe, poliglikole, syntetyczne estry oraz ciekłe silikony. Nie wszystkie z tych substancji są wzajemnie mieszalne. Z tego względu, również smary plastyczne, sporządzane na bazie różnych substancji ciekłych, nie w każdym przypadku są mieszalne.
Problem wzajemnej mieszalności smarów plastycznych, zawierających w swoim składzie różne rodzaje olejów bazowych, wyjaśnią dane zawarte w tabeli 1.
Olej mineralny sytetyczny poliglikolowy estrowy silikonowy
mineralny mieszalny mieszalny nie mieszalny mieszalny nie mieszalny
sytetyczny mieszalny mieszalny nie mieszalny mieszalny nie mieszalny
poliglikolowy nie mieszalny nie mieszalny mieszalny nie mieszalny nie mieszalny
estrowy mieszalny mieszalny nie mieszalny mieszalny nie mieszalny
silikonowy nie mieszalny nie mieszalny nie mieszalny nie mieszalny mieszalny

Zagęszczacze
Najczęściej stosowanym zagęszczaczem w składzie smarów plastycznych są mydła. W większości przypadków są one wytwarzane w wyniku reakcji kwasów tłuszczowych i zasad, według reakcji:
kwas tłuszczowy + wodorotlenek lub tlenek metalu = mydło + woda
na przykład:
kwas 12-hydroksystearynowy + tlenek litowy = 12-hydroksystearynian litu + woda
Spośród zagęszczaczy mydlanych wyróżnia się mydła proste, hydroksylowe i kompleksowe. Mydła proste są to sole kwasów organicznych: tłuszczowych, żywicznych i naftenowych. Mydła hydroksylowe są to sole kwasów organicznych zawierających w cząsteczce grupę hydroksylową. Mydła kompleksowe mają złożoną (kompleksową) strukturę cząsteczki zagęszczacza, różnią się istotnie niektórymi właściwościami od pozostałych grup smarów.
Jako zagęszczacze są stosowane również substancje inne niż mydła, np.: woski, stałe węglowodory, niektóre polimery, a także specjalnie preparowane bentonity, hydrolizowana krzemionka i inne substancje wykazujące właściwości zagęszczające w odniesieniu do określonej fazy ciekłej.
Składnikami niektórych smarów plastycznych są substancje stałe o dużym stopniu rozdrobnienia, zwane również stałymi dodatkami smarnymi lub smarami stałymi, takie jak: grafit, dwusiarczek molibdenu, proszki metali i inne.


Klasyfikacja smarów ze względu na rodzaj zagęszczacza

Smary litowe
Dominującą na światowym rynku grupą smarów są smary litowe. Ponad połowa smarów plastycznych należy do tej grupy. Dwa, głównie stosowane zagęszczacze tego typu to: hydroksystearynian litu oraz stearynian litu. Smary te są często określane jako uniwersalne, ponieważ znajdują bardzo szerokie zastosowanie w różnych skojarzeniach trących: łożyskach tocznych, łożyskach ślizgowych, w sworzniach i innych obciążonych elementach, zarówno w środkach transportu jak i w urządzeniach przemysłowych, w szerokim zakresie temperatury pracy.
Smary wapniowe
Do wytwarzania smarów plastycznych są stosowane dwa rodzaje mydeł wapniowych:
1. mydła uwodnione: stearyniany, oleiniany i palmityniany wapnia,
2. kompleksowe mydła bezwodne, głównie hydroksystearynian wapnia.
Te ostatnie pozwalają na otrzymywanie smarów o wyższej temperaturze kroplenia: 140C zamiast 100C, jak w przypadku mydeł uwodnionych. Podstawowe zastosowanie smarów wapniowych to smarowanie łożysk ślizgowych i tocznych, pracujących pod małym obciążeniem, do temperatury maksymalnie 65C, w przypadku smarów zawierających mydła uwodnione i 100C dla smarów zawierających kompleksowe mydła bezwodne, w środowisku bardzo wilgotnym, w połączeniach przegubowych i w styczności z powłokami antykorozyjnymi.
Smary glinowe
Jako zagęszczacz smarów glinowych powszechnie jest stosowany stearynian glinu. Tego typu smary są używane w połączeniach przegubowych, łożyskach ślizgowych, otwartych przekładniach zębatych, nawet w środowisku wilgotnym, do temperatury 65C.
Smary sodowe
Smary na bazie mydeł sodowych są produkowane w niewielkich ilościach, ponieważ nie są one odporne na działanie wody. Stosowane są dwa rodzaje mydeł sodowych: oleinian i stearynian sodu. Smary tego typu są przeznaczone do smarowania łożysk ślizgowych w temperaturze do 120C, w otoczeniu naturalnym oraz w pewnego rodzaju połączeniach przegubowych i łożyskach tocznych.
Kompleksowe smary wapniowe
Smary z kompleksowym zagęszczaczem wapniowym mają bardzo wysoką temperaturę kroplenia (około 280C) oraz dobre właściwości EP (extreme preassure). Z tych względów, smary te znajdują bardzo szerokie zastosowanie: w przemyśle metalurgicznym, cementowniach, fabrykach papieru, lotnictwie, do smarowania łożysk tocznych i łożysk ślizgowych pracujących w ciężkich warunkach (duże obciążenie, wysoka temperatura, kontakt z wilgocią).

Kompleksowe smary litowe
Kompleksowe mydła litowe, zastosowane w składzie smaru, pozwalają na podwyższenie temperatury użytkowania, w stosunku do zwykłych smarów litowych, przy jednoczesnym zachowaniu ich innych korzystnych właściwości. Temperatura kroplenia tego typu smarów wynosi około 280C, zamiast 190C, jak w przypadku zwykłych smarów litowych. Podobnie jak zwykłe smary litowe, mają one szerokie zastosowanie do smarowania skojarzeń trących w pojazdach samochodowych i w różnych urządzeniach przemysłowych.
Kompleksowe smary glinowe
Kompleksowe mydła glinowe, o dobrych właściwościach żelujących, otrzymuje się w wyniku krystalizacji cząsteczek benzoesanu lub stearynianu glinowego. Podobnie, jak w przypadku kompleksowych smarów litowych, również temperatura kroplenia jest znacznie podwyższona ze 100C do 240C. Smary te są stosowane zwłaszcza do smarowania nieosłoniętych przekładni zębatych.
Kompleksowe smary sodowe
Zagęszczaczem w kompleksowych smarach sodowych jest tereftalaminian sodu. Jest on otrzymywany w wyniku reakcji wodorotlenku sodowego z estrem metylowym kwasu N-oktadecylotereftalaminowego. Dzięki bardzo wysokiej temperaturze kroplenia i całkowitym braku rozpuszczalności w wodzie, smary te znajdują bardzo szerokie zastosowanie, np. w: łożyskach ślizgowych, łożyskach tocznych, urządzeniach pracujących w wysokich temperaturach (piece), w elementach mających kontakt z parą wodną. Wyróżniają się wszechstronnością zastosowania, umożliwiającą smarowanie wszystkich urządzeń w fabryce czy na statku.

Smary poliuretanowe
Poliuretany jest to obszerna grupa tworzyw sztucznych o zróżnicowanych właściwościach. Niektóre rodzaje poliuretanów mają bardzo dobre właściwości zagęszczające. Smary poliuretanowe znajdują zastosowanie zwłaszcza jako bardzo trwałe smary uniwersalne do smarowania łożysk kulkowych, łożysk silników elektrycznych, wentylatorów, suszarek, taśmociągów wymagających smarowania jednorazowego. Z powodzeniem nadają się do smarowania łożysk szybkoobrotowych.

Smary bentonitowe
Bentonity są to minerały o konsystencji miękkiej i tłustej w dotyku. Wykazują one właściwość tworzenia, w obecności niektórych substancji o charakterze polarnym (aceton), plastycznego i trwałego żelu. Smary zawierające jako zagęszczacze bentonity są przeznaczone, przede wszystkim, do smarowania urządzeń wówczas, gdy zbyt wysokie temperatury pracy uniemożliwiają zastosowanie smarów klasycznych (na przykład: smarów litowych).

Smary zawierające zagęszczacze mieszane
Smary plastyczne, zawierające zagęszczacze (mydła) mieszane, stosuje się w celu połączenia cech charakterystycznych dla poszczególnych rodzajów zagęszczaczy. Podstawowe smary mieszane, spotykane na rynku, zawierają następujące rodzaje zagęszczaczy:
· mydła litowe / mydła wapniowe,
· poliuretany / mydła wapniowe,
· kompleksy glinowe / bentonity,
· tereftalaminian sodu / bentonity.
Jak widać, zagęszczacze mają istotny wpływ na wiele eksploatacyjnych właściwości smarów plastycznych, co w sposób syntetyczny przedstawiono w tabeli 2.
Właściwosci zagęszczaczy litowe wapniowe glinowe poliuretanowe teraftalamian sodu bentonity kopleks litu kompleks wapnia kompleks glinu
zakres temperatur uzytkowania + ++ ++ ++ ++ ++ ++
odporność na działanie wody ++ + + ++ + ++ +
korozyjność ++ + + ++
temperatura kroplenia + + + + ++ ++ ++
pompowalność + + ++ ++
przyczepność ++ + +
uniwersalność + + +
prędkość ++
cena + + +
+ - dobre, ++ - bardzo dobre

Każda substancja żelująca posiada typowe dla siebie właściwości wyróżniające, co przedstawiono w tabeli 3.
Podział smarów ze względu na zagęszczacz wszechstronność zastosowania
Smary litowe słaba przyczepność dobra odporność na wysokie i niskie temperatury średnia odporność na działanie wody
Smary wapniowe średnia odporność na temperaturę bardzo dobra odporność na działanie wody bardzo dobre właściwości przeciwkorozyjne słaba przyczepność
Smary glinowe słaba odporność na temperaturę bardzo dobra przyczepność dobra odporność na działanie wody
Smary kompleksowe bardzo dobra odporność na temperaturę bardzo wysoka temperatura stosowania
Smary poliuretanowe do smarowania łożysk szybkoobrotowych bardzo dobra odporność na wysoką temperaturę
Smary z tereftalaminianem sodu bardzo dobra odporność na działanie wody, również gorącejbardzo dobra odporność na wysoką temperaturę
Smary bentonitowe bardzo dobra odporność na wysoką temperaturę bardzo dobra pompowalnośćbrak mieszalności z innymi smarami

Niestety, nie wystarczy wymieszać różne rodzaje zagęszczaczy, aby uzyskać smar łączący najlepsze właściwości poszczególnych składników. Podobnie, jak w przypadku olejów bazowych, nie wszystkie zagęszczacze mogą być ze sobą mieszane. W tabeli 4 przedstawiono wzajemną mieszalność smarów plastycznych, zawierających różne substancje żelujące. Warto zauważyć, że smary poliuretanowe i bentonitowe nie powinny być mieszane z innymi rodzajami smarów.


Li Li hydroksy Li kompleks Li/Ca hydroksy Ca Ca hydroksy Ca kompleks Al kompleks poliuretan bentonit
Li mieszalny mieszalny mieszalny mieszalny mieszalny mieszalny w pewnych proporcjach nie mieszalny nie mieszalny nie mieszalny
Li hydroksy mieszalny mieszalny mieszalny mieszalny nie mieszalny mieszalny nie mieszalny nie mieszalny nie mieszalny nie mieszalny
Li kompleks mieszalny mieszalny mieszalny mieszalny mieszalny mieszalny mieszalny mieszalny nie mieszalny nie mieszalny
Li/Ca hydroksy mieszalny mieszalny mieszalny mieszalny w pewnych proporcjach mieszalny nie mieszalny nie mieszalny nie mieszalny nie mieszalny
Ca mieszalny w pewnych proporcjach mieszalny w pewnych proporcjach mieszalny mieszalny w pewnych proporcjach nie mieszalny nie mieszalny mieszalny
Ca hydroksy mieszalny mieszalny mieszalny mieszalny mieszalny mieszalny w pewnych proporcjach mieszalny nie mieszalny mieszalny
Ca kompleks w pewnych proporcjach nie mieszalny mieszalny nie mieszalny w pewnych proporcjach w pewnych proporcjach mieszalny nie mieszalny mieszalny w pewnych proporcjach
Al kompleks nie mieszalny nie mieszalny mieszalny nie mieszalny nie mieszalny mieszalny nie mieszalny mieszalny nie mieszalny nie mieszalny
poliuretan nie mieszalny nie mieszalny nie mieszalny nie mieszalny nie mieszalny nie mieszalny mieszalny nie mieszalny mieszalny nie mieszalny
bentonit w pewnych proporcjach nie mieszalny nie mieszalny nie mieszalny mieszalny mieszalny w pewnych proporcjach nie mieszalny nie mieszalny mieszalny

Klasyfikacja smarów plastycznych na podstawie penetracji
Powszechnie stosowana klasyfikacja smarów plastycznych (tabela 5) wg NLGI (National Lubricating Greases Institute), opiera się na ich konsystencji, określonej liczbowo jako zakresy penetracji po ugniataniu .Według tej klasyfikacji smary plastyczne zostały podzielone na 10 klas. W klasyfikacji tej do klasy 000 są zaliczane smary płynne, a od klasy 6 smary o konsystencji stałej, produkowane w postaci brykietów. Większość smarów plastycznych do smarowania łożysk jest wytwarzana w klasach konsystencji 1, 2, 3.




Klasa konsystencji wg NLGI Penetracja po ugniataniu, w temp. 25C, w przedziale Konsystencja
000 445 ... 475 bardzo płynna
00 400 ... 430 płynna
0 335 ... 385 półpłynna
1 310 ... 340 bardzo miękka
2 265 ... 295 miękka
3 220 ... 250 średnia
4 175 ... 205 półtwarda
5 130 ... 160 twarda
6 85 ... 115 bardzo twarda
7 40 ... 70 bardzo twarda

Dlaczego warto stosować smary plastyczne
Smary plastyczne są stosowane w tych przypadkach, gdy zastosowanie olejów jest nieuzasadnione względami technicznymi, ekonomicznymi lub ze względu na liczne zalety smaru jako substancji smarującej. Powody dla których są stosowane smary plastyczne, a nie bardziej efektywne oleje smarowe przedstawiono poniżej:
· Lepsze niż w przypadku olejów smarowych: właściwości uszczelniające, zabezpieczenie przed zanieczyszczeniami zewnętrznymi (kurz) oraz eliminacja wycieków.
· Lepsza, niż w przypadku olejów smarowych, przyczepność nie dochodzi do postępującego wyciekania po zatrzymaniu urządzenia, smar zmniejsza tarcie przy rozruchu i daje lepsze zabezpieczenie przeciwkorozyjne w czasie przedłużonego postoju maszyny.
· Czystość i bezpieczeństwo, brak wycieków i rozpryskiwania. Możliwość ustawiania smarowanych części w dowolnym położeniu.
· Większy zakres temperatury stosowania niż w przypadku olejów.
· Oszczędność i prostota użycia mniejsza częstotliwość wymian to dłuższe okresy między konserwacjami. Smar może być wykorzystywany do smarowania nawet na całe życie (łożyska toczne).
· Proste połączenia i tańsze uszczelnienia.
· Możliwość smarowania w wilgotnej atmosferze, bez ryzyka korozji.
· W wielu przypadkach zmniejszenie hałaśliwości i wibracji (przekładnie zębate).
· Lepsze zachowanie się smaru w przypadku ekstremalnych nacisków, niewielkich prędkości, wibracji i pracy nieciągłej, niż w przypadku oleju.
Jednak w niektórych przypadkach smar plastyczny nie może być stosowany, gdyż w przeciwieństwie do olejów, nie jest zdolny do odprowadzenia ciepła wytwarzanego przez maszynę na skutek tarcia, a także powstających w układzie zanieczyszczeń mechanicznych. Stwarzają także większe opory przepływu niż oleje
Dobór smarów plastycznych do urządzeń
Smar wysokiej jakości może mieć bardzo szerokie pole zastosowania i wpływać na znaczne uproszczenie procesu smarowania. Jednakże dobór smaru o optymalnych właściwościach dla danego urządzenia jest zagadnieniem trudnym i wymagającym uwzględnienia wielu czynników. Problem ten najlepiej powierzyć specjalistom.
Specjaliści ELF LUBRIFIANTS dobiorą właściwy smar do każdego urządzenia technicznego lub okażą pomoc w doborze smaru. W takim przypadku są uwzględniane następujące czynniki:
· Rodzaj mechanizmu, który ma być smarowany.
· Stan techniczny mechanizmu do smarowania: problemy związane ze szczelnością konsystencja i przyczepność) oraz względy natury ekonomicznej.
· Zakres temperatur roboczych - dobór temperatury kroplenia, pompowalności, właściwości przeciwutleniających.
· Sposób stosowania: na przykład w przypadku centralnego systemu smarowania o znacznej długości przewodów doprowadzających, funkcjonującego w bardzo niskich temperaturach, należy wybrać półpłynny smar o dużej odporności na działanie niskich temperatur.
· Zakładany okres funkcjonowania przy długich okresach pracy smar umożliwia lepsze zabezpieczenie przed korozją i utlenianiem.
· Obecność wody - odpowiedni dobór mydła i zabezpieczenia antykorozyjnego.
· Wysokie obciążenia, wstrząsy, wibracje to konieczność zastosowania smaru o właściwościach EP, zapobiegających zużyciu przy dużych naciskach.
· Zagrożenie zanieczyszczeniami spowodowane przez pewne substancje chemiczne wymusza zastosowanie smaru nierozpuszczalnego, na przykład w węglowodorach.
Obecność metali katalizujących (przyspieszających) utlenianie (np. stopy miedzi) wymusza stosowanie smarów z dodatkami przeciwutleniającymi.