obr titV tribotechnickej praxi sa stretávame s otázkou, aký mazací olej použiť, či ropný (minerálny) alebo syntetický. Všeobecne platí zásada, že o tom rozhoduje výrobca stroja zariadenia. Na mazací olej sa treba pozerať ako na konštrukčný prvok. Ropné mazacie oleje predstavujú v súčasnosti ešte stále až 93 % spotreby mazacích olejov. Ostatných sedem percent tvoria syntetické mazacie oleje.


Spotreba syntetických mazacích olejov stále narastá. Podľa dostupných informácií niektoré významné olejárske spoločnosti majú v sortimente až 18 % syntetických mazív. Je to najmä kvôli dopytu technickej a spotrebiteľskej verejnosti na kvalitnejšie mazacie oleje, ktoré spĺňajú náročné prevádzkové podmienky.
Ropné mazacie oleje nedokážu splniť všetky požiadavky súvisiace so zabezpečením správneho mazania v trecích uzloch a tiež ako prevádzkové kvapaliny. Nové technologické postupy výroby nám ponúkajú zlepšené chemické a fyzikálne vlastnosti mazív čo má zásadný vplyv na zvýšené tribologické požiadavky, životnosť mazív a ochranu životného prostredia. Cieľom je uviesť základné rozdiely medzi ropnými a syntetickými mazacími olejmi, získať prehľad o ich úžitkových vlastnostiach, teda poukázať na výhody a nevýhody pri ich aplikácii v praxi.

Výber a použitie mazacích olejov
Pri výbere mazacích olejov v tribotechnickej praxi musíme zohľadniť niekoľko dôvodov, ktoré vyplývajú z požiadaviek správneho mazania. Často sa rozhodujeme či použiť ropný alebo syntetický olej. Uvedieme niektoré dôvody, ktoré sú pri výbere často rozhodujúce. Ide o vhodnosť alebo určitú špecifickú vlastnosť, ktorú nám ropný mazací olej neposkytuje, a to aj napriek tomu, že obsahuje vhodné zušľachťujúce prísady. Je to napr. požadovaný rozsah použitia (prevádzkové teploty), kvalita, oxidačná stabilita (životnosť), resp. špecifická vlastnosť (nehorľavosť) a iné požiadavky.
Na porovnanie uvedieme prehľad vlastností ropných a syntetických olejov. Ropné oleje môžu mať horšie vlastnosti ako syntetické oleje v týchto parametroch:
• Teplotná stabilita,
• Oxidačná stabilita,
• Viskozitno – teplotná závislosť,
• Tekutosť pri nízkych teplotách,
• Teplotný rozsah použitia,
• Radiačná stabilita,
• Odolnosť proti vznieteniu a iné.
V tejto súvislosti treba uviesť ešte niektoré vlastnosti syntetických olejov, ktoré sú horšie ako vlastnosti ropných olejov. Sú to:
• Hydrolytické vlastnosti,
• Protikorozívne vlastnosti,
• Toxikologické vlastnosti,
• Zlúčiteľnosť s konštrukčnými materiálmi,
• Rozpustnosť prísad,
• Dostupnosť vo všeobecnosti, resp. v určitých viskozitných triedach,
• Cena a iné.
Treba poznamenať, že neexistujú syntetické kvapaliny, ktoré by zlučovali všetky zhoršené vlastnosti do istej miery porovnateľné s ropným mazacím olejom. Teda syntetické mazacie oleje môžu vykazovať zhoršenú výkonnosť v niektorých špecifických použitiach, ale majú požadovanú vynikajúcu výkonnosť v ďalších tribotechnických požiadavkách. Pre správny výber je rozhodujúce vedieť aké výhody a nevýhody nám ropné a syntetické mazacie oleje poskytujú z hľadiska ich použitia na konkrétny tribotechnický prípad v praxi.
Na obrázku č. 1 je uvedené všeobecné porovnanie životnosti (výmenné intervaly) v hodinách, a to ropného (minerálneho) oleja a syntetických olejov PAO a PAG v závislosti na teplote.

obr1

Výber a použitie syntetických olejov
V tabuľke č.1 uvedieme prehľad o použití niektorých syntetických olejov.

tab1

Základové oleje
Klasifikácia ropných a syntetických základových olejov sa uvádza podľa ich výrobných postupov a najmä chemických a fyzikálnych vlastností. Podľa toho sú rozdelené do piatich výkonových kategórií podľa API (American Petroleum Institute). Ide o základové oleje, syntetické kvapaliny, ktoré sú vyrábané podľa klasických komerčných technológií, napr. extrakčné (vylúhovacie) postupy, resp. moderných konverzných (zušľachťovacích) postupov ako je hydrotreating (hydrogenačná rafinácia), hydrofinishing (hydrogenačné dočisťovanie), hydrocracking (hydrogenačné krakovanie), hydrodewaxing (hydrogenačné odparafinovanie) a ďalšie potrebné moderné postupy.

* * * * *
Ropné oleje sa vyrábajú destiláciou a rafináciou, zatiaľ čo syntetické oleje sa získavajú chemickou reakciou.
* * * * *

Syntetické kvapaliny sú klasifikované na základe ich chemického zloženia. Ďalšia možnosť na systematickú klasifikáciu syntetických kvapalín sa zakladá na ich chemickej štruktúre. K najdôležitejším petrochemickým zloženiam ako východisková surovina na výrobu syntetických olejov patrí etylén (CH2 = CH2) a jeho deriváty. Na základe tejto substancie sa môžu podľa reakčných krokov vyrábať syntetické oleje, napr. polyalfaolefíny (PAO). Na obrázku č. 2 je uvedené porovnanie – závislosť viskozitných a teplotných vlastnosti ropného a PAO syntetického oleja.

obr2

V prehľade v tabuľke č.2 sú uvedené kategórie základových olejov podľa API.

tab2

Molekulová štruktúra a trakčný koeficient
Syntetické oleje, ktoré majú zmenenú molekulovú štruktúru v porovnaní s ropnými olejmi majú aj iný trakčný koeficient. Všeobecne bolo dokázané, že syntetické oleje majú veľký vplyv na úsporu energie. Zistilo sa, že sila trakcie (ťažná sila) môže byť rozdielna pre základové oleje. Preto sa stanovila jedná z najdôležitejších vlastnosti mazacieho oleja a to trakčný koeficient (koeficient trakcie) Tk.

rovnica

V tabuľke č. 3 uvedieme trakčné koeficienty pre niektoré druhy mazacích olejov.

tab3

Skúšky, ktoré boli vykonané ukázali dva až desať krát dlhšiu životnosť olejov s nízkym trakčným koeficientom pri porovnaní s tradičnými ropnými olejmi, a tiež zníženie kontaktnej teploty o asi 10 %, ako aj zníženie stratového výkonu o 30 až 40 percent. Všetko je to spôsobené pravdepodobne znížením trakčného koeficientu z hodnoty 0,05 na 0,03 %, t.j. asi o 40 %. Z toho vyplýva, že účinnosť a teda aj úspora súvisí s veľkosťou trakčného koeficientu, mazivosťou a pevnosťou mazacieho filmu. Na obrázku č. 3 uvádzame porovnanie ropných a syntetických olejov podľa molekulovej štruktúry.

obr3

Z obrázku č. 3 jednoznačne vyplýva, že lineárne štruktúry (syntetický olej), rovnaká veľkosť molekúl ľahšie po sebe kĺžu. Uvedieme prínosy z nízko trakčných mazacích olejov:
• Zníženie vzniku tepla (nižšie prevádzkové teploty, predĺženie životnosti mazacieho oleja),
• Zníženie energetických strát (nižšie prevádzkové náklady),
• Zlepšenie spoľahlivosti strojov a zariadení (nižšie kontaktné teploty medzi trecími plochami napr. piest/valec, ozubený prevod, ložiská a iné strojové častí) a ďalšie.

Trakčný koeficient je dôležitý faktor pri elastohydrodynamickom mazaní (EHD), ktoré sa vyskytuje pri valivom pohybe a trení vo valivých ložiskách a ozubených prevodoch. Z týchto informácií vyplýva častá požiadavka na prechod, zámenu za syntetické oleje. Je to požiadavka na optimalizáciu mazania, trecích podmienok v trecích uzloch, úpravu a zlepšenie ďalší aspektov ako sú napr.:
• Nedovolené vysoké opotrebovanie,
• Krátke výmenné intervaly olejových náplní,
• Časté prestoje, odstávky strojov a zariadení,
• Vysoká spotreba náhradných súčiastok,
• Zvýšenie výkonu stroja,
• Problémy pri nábehu (štartovaní) stroja, motora pri nízkych teplotách,
• Príliš veľká spotreba energie,
• Zvýšené riziko požiaru,
• Požiadavka z dôvodu ochrany životného prostredia, biologicky odbúrateľné mazivá,
• Požiadavky z dôvodu zámeny prevádzkových kvapalín, látok, napr. prechod na iné druhy chladív a iné.

Klasifikácia a terminológia mazacích olejov
Mazacie oleje sú klasifikované ako ropné (minerálne) a syntetické oleje. V odbornej praxi sa stretávame aj s iným označením ako minerálne oleje, resp. čiastočné a polosyntetické oleje. Táto terminológia vyplýva z platných zákonitostí vyplývajúcich z výrobných postupov základových olejov, formulácií finálnych výrobkov, a z platných zásad o názvosloví v tribologickej terminológii. Treba si pripomenúť klasifikáciu základových olejov podľa API, ktorá ich rozdeľuje do piatich kategórií, a to API I., II. a III. pre ropné oleje, kategóriu IV. pre syntetické polyalfaolefíny, ktoré majú významné postavenie v praxi, a kategóriu V. všetky ostatné základové oleje, ktoré nie sú uvedené v predchádzajúcich štyroch kategóriách.

obr4

V poslednom čase nastali významné zmeny napríklad pri výrobe motorových olejov, turbínových a hydraulických olejov, kde sa v značnej miere začínajú uplatňovať výkonové kategórie II. a III. Napriek tomu kategória I. má stále určité postavenie a to vzhľadom na spotrebu, ktorá predstavuje ešte stále polovicu. Nárast základových olejov II. a III. kategórie je evidentný a žiadaný pre výkonové požiadavky a úžitkové vlastnosti. Zlepšená kvalita III. výkonovej kategórie sa už dáva na úroveň kategórie IV. syntetických polyalfaolefínov, a to preto, že majú veľmi podobnú molekulovú štruktúru. Platí to najmä pre motorové oleje.
V praxi sa často stretávame s označením čiastočné a polosyntetické oleje. Toto označenie vyplýva z toho, že základové oleje kategórie III. a IV, majú veľmi nízku schopnosť na rozpustnosť prísad. Preto sa tieto oleje miešajú najmä s esterovými olejmi, ktoré zlepšujú túto dôležitú vlastnosť.

Treba ešte uviesť, že ropné oleje (uhľovodíky) sú miešateľné so syntetickými uhľovodíkmi PAO v celom rozsahu, a to dáva možnosť na zlepšenie výkonových vlastnosti mazacích olejov a tiež vzniku označenia polosyntetické oleje.

Všeobecné pokyny a odporúčania pri vykonávaní zámeny ropných olejov za syntetické
Vzhľadom na určité praktické skúsenosti, ktoré vyplynuli zo zámeny ropných olejov za syntetické oleje, uvedieme všeobecné odporúčania aby sme zabránili vzniku prípadných problémov. Ide o tieto upozornenia a odporúčania:
• Zvyšky ropných olejov v mazacích systémoch (použitý ropný olej vypustiť, maximálny zvyšok ropného oleja v systéme do 3 %)
• Ošetrovanie, čistenie mazacieho systému (preplachovanie systému, vzájomná miešateľnosť použitých olejov)
• Tesnenia a nátery (vzájomná zlučiteľnosť, agresívne mazivá, napr. PAG, estery kyseliny fosforečnej, estery karboxylových kyselín, nízko viskózne PAO a iné)
• Výmena filtrov (znečistený filter vymeniť, zlučiteľnosť s novým mazacím olejom)
• Trecie dvojice (PAG nie je možné použiť pre hliníkové trecie dvojice, silikónové oleje pre trecie dvojice kov a plast)
• Ošetrovanie syntetických olejov v prevádzke (PAG majú väčšiu mernú hmotnosť, hustotu ako voda, použiť vhodný spôsob, napr. odparovaním)
• Ohrev oleja (tepelný výkon maximálne do 0,7 W/cm2)
• Výkon čerpadla (PAG, zníženie výkonu, kavitácia, zohľadniť výkon čerpadla)
• Kontaminácia vodou (POE, vznik hydrolýzy, rozklad prísad)
Tieto informácie majú byť len určitým upozornením, aby sme zabránili prípadným prevádzkovým problémom. Súčasný sortiment mazacích olejov ponúka široké možnosti výberu jednotlivých druhov. Je len na výrobcovi, resp. prevádzkovateľovi strojov a zariadení pre aký druh oleja sa rozhodne. Informácie o úžitkových vlastnostiach ropných a syntetických olejoch by mali prispieť k správnemu rozhodnutiu.

TEXT Ing. Jozef Stopka