Для каких веществ обычно определяют показатель пенетрации. Пенетрация смазок: что обозначает данный показатель

Цели работы - определение пенетрации консистентных смазок.

Теория

Пенетрацией называют величину, показывающую, на какую глубину погружается в испытуемую смазку конус стандартного прибора за 5 сек. Число пенетрации численно равно глубине погружения конуса прибора, выраженной в десятых долях миллиметра. Пенетрация - показатель условный, не имеющий физического смысла, и не определяет поведение смазок в эксплуатации. В то же время, так как этот показатель быстро определяется, им пользуются в производственных условиях для оценки идентичности рецептуры и соблюдения технологии изготовления смазок.

Смазки по величине пенетрации разделяют на девять классов (таблица 7).

Таблица 7 - Классификация пластичных смазок по величине пенетрации

Пенетрация условно характеризует способность смазки сопротивляться выдавливанию из узла трения, а также определяет легкость подачи смазки в узел трения. Поэтому для зимнего периода эксплуатация берут смазки с большим значение пенетрации (250-350 единиц), чем для лета (150-250 единиц).

Число пенетрации характеризует густоту смазок. Чем выше число пенетрации, тем мягче смазка, и наоборот. Пенетрация определяется в приборе, называемом пенетрометром.

Оборудование

Оборудование, необходимое для проведения лабораторной работы

Подготовка к определению

Сущность определения пенетрации заключается в измерении при определенной температуре глубины проникновения в смазку стандартного конуса массой в 100 гр под действием собственного веса. Внутренняя чаша должна быть заполнена смазкой доверху. Поверхность смазки должна быть равномерно распределена по всей внутренней чаше и выровнена шпателем. Конус обязательно должен быть очищен от смазки, оставшейся после предыдущих опытов.

2.3. Порядок определения

Стрелка прибора на шкале (1) устанавливается на отметку «0» (рис. 2.2). Чаша прибора (4) вращением механизма (5) поднимается так, чтобы конус прибора (3) касался поверхности смазки.

Затем в течении 5 сек нажимается кнопка (2) и по шкале (1) определяется пенетрация испытуемой смазки.

Рисунок. 24. Чаши, заполненные испытуемыми смазками

Рисунок. 25. Схема пенетрометра

1 – шкала прибора; 2 – кнопка; 3 – конус прибора;

4 – чаша со смазкой; 5 – механизм вращения чаши

Рисунок. 26. Пенетрометр

Порядок выполнения работы

1. Достаньте из шкафа чашу со смазкой, тюбик с той же смазкой, шпатель для разравнивания и переместите их на стол.

2. Визуально убедитесь, что смазка полностью заполняет чашу. Если заполняет не полностью, то открутите колпачок с тюбика, возьмите его в руки и примените к чаше. Далее разровняйте смазку шпателем, также применив его к чаше.

3. Установите чашу на прибор. Поворачивая чашу, выкрутите механизм поднятия чаши, до соприкосновения смазки с конусом.

4. Нажмите на кнопку. При этом в течение 5 секунд произойдет опускание конуса в смазку. Стрелка шкалы прибора покажет число пенетрации.

5. Затем поднимите конус за ось, связанную с ним, до показания шкалы «0». Скрутите чашу, поставьте ее на стол и при помощи шпателя разровняйте смазку и повторите с ней опыт не менее 4-х раз. Те же действия проведите с остальными смазками.

Обработка результатов

Измерений в данном опыте должно быть не менее 5. По полученным результатам найдите среднее арифметическое значение и сравните с ним все отсчеты. Во внимание принимаются только те отсчеты, которые отличаются от среднего арифметического не более чем на ±3%. При расхождении результатов отсчетов на большее значение, измерения повторяют. Результаты измерений сводятся в таблицу.

Результаты определения

В итоге делается вывод о густоте исследуемой смазки, соответствии ее стандартным значениям и возможности применения в соответствующих узлах трения (см. приложения 1,2).

Приложение 1

Таблица 8 - Характеристики основных смазок, применяемых на автомобилях

Смазка Цвет Класс консистенции Темп. интервал применения, °С Коллоидная стабильность Испаряемость Водостойкость Смазывающие св-ва Взаимозаменяемость
Солидол С От светло- до темно-коричневого -20-65 Литол-24
Пресс-солидол То же -30-50 Фиол-1
Графитная Черный с серебристым оттенком -20-60 ЛСЦ-15 ШРУС-4
ЦИАТИМ-201 От желтого до светло-коричневого -60-90 Фиол-1
1-13 От светло- до темно-желтого -20-100 Литол-24
Литол-24 Коричневый -40-120 ЛСЦ-15
ФИОЛ-1 Коричневый -40-120 Литол-24
ЛСЦ-15 Белый -40-130 Литол-24
ШРБ-4 От коричневого до темно- коричневого -40-130 ШРУС-4 Литол-24
ШРУС-4 Серебристо- черный -40-120 ШРУС-4 Литол-24
ВТВ-1 Белый -40-40 ЛСЦ-15
Униол-1 Коричневый -30-150 ШРБ-4 ШРУС-4
№ 158 Синий -30-100 ШРУС-4

Приложение 2

Таблица 9 - Ассортимент, области применения и основные эксплуатационные характеристики смазок

Смазка (ГОСТ, ТУ) Область применения Основные эксплуатационные характеристики Состав
1-13 (ТУ 38.5901257-90) Заменитель: Литол-24 Разнообразные подшипники качения, реже - скольжения; подшипники электродвигателей, ступиц колес устаревших автомобилей и т.п. Водостойкость низкая, при контакте с водой эмульгирует и растворяется в ней. Работоспособная при t= -20...+110 0 С Смесь нефтяных масел низкой и средней вязкости, загущенная натриевым мылом жирных кислот касторового масла; содержит немного кальциевого мыла тех же жирных кислот
№158 (ТУ 38 УССР 101320-77) Заменители: ШРУС-4, Фиол-2У Подшипники качения автотракторного оборудования, игольчатые подшипники карданных шарниров непостоянной угловой скорости Хорошие антиокислительная и механическая стабильности, противоизносные характеристики, водостойкость - удовлетворительная. Работоспособна при t= -30...+110 0 С
АМ-карданная (ТУ 38.5901302-91) Заменители: ШРУС-4, Литол-24 Шарниры карданов постоянной угловой скорости передних ведущих мостов автомобилей Вымывается из узлов трения, низкая механическая стабильность. Работоспособна при температуре - 10...+100 0 С Нефтяное масло средней вязкости, загущенное натриевым мылом кислот саломаса, хлопкового, касторового и канифоли
Графитная (ГОСТ 3333-80) Заменители: Солидол С, Солидол Ж или Литол-24 с добавлением 10% графита Узлы трения скольжения тяжелонагруженных тихоходных механизмов; рессоры, подвески тракторов и машин, открытые зубчатые передачи, опоры буровых долот и т.п. Работоспособна при t= -20...+70 0 С; допускается к применению при температуре ниже -20 0 С в рессорах и аналогичных устройствах Высоковязкое нефтяное масло, загущенное кальциевым мылом с добавлением 10% графита
Дисперсол-1 (ТУ 38 УССР 201144-72) Механизмы стеклоподъемников, замки, двери и другие детали автомобилей Гигроскопична. Работоспособна при t= -40...+100 0 С Нефтяное масло, загущенное комплексным кальциевым мылом стеариновым 12–гидроксистеариновой и уксусной кислот и церезином; содержит уайт-спирит
ДТ-1 (ТУ 38 УССР 201116-76) Сборка деталей систем гидроприводов автомобилей, работающих в контакте с резиновыми изделиями Не вызывает набухания резиновых изделий, высокие противоизносные и противозадирные свойства, растворима в воде. Работоспособна при t= -30...+110 0 С Касторовое масло, загущенное натриевым мылом кислот касторового масла; содержит графит и другие антифрикционные добавки
Зимол (ТУ 38 УССР 201285-82) Заменители: Лита (до 1000С), ЦИАТИМ-201 (до 900С) Узлы трения любых типов транспортных средств и инженерной техники, эксплуатируемых в районах с особо холодным климатом Высокая механическая и химическая стабильности, водостойкость, хорошие противоизносные и защитные свойства; всесезонная. Работоспособна при t= -50...+130 0 С Средневязкое высокоиндексное низкотемпературное нефтяное масло, загущенное гидроксистеаратом лития; содержит антиокислительную, антикоррозионную присадки и антифрикционную добавку
Консталин (ГОСТ 1957-73) Заменители: Литол-24, Литол-459/5, 1-13 Узлы трения вентиляторов литейных машин, доменных и цементных печей, подшипников качения на ж/д транспорте и др. Водостойкость низкая, при контакте с водой эмульгирует и растворяется в ней. Работоспособна при t= -20...+110 0 C Цилиндровое масло, загущенное натриевыми мылами жирных кислот касторового масла
КСБ (ТУ 38 УССР 201115-76) Контакты электрического переключателя указателя поворота автомобилей Токопроводящая, предотвращает искрение в контактах и снижает радиопомехи, обеспечивает полный ресурс работы узлов трения. Работоспособна при t= -30...+110 0 С Нефтяное масло, загущенное натриевым мылом стеариновой кислоты и кислот саломаса; содержит антиокислительную и противоизносную присадки, медную пудру и другие добавки
ЛЗ-31(ТУ 38.101 1144-88) Заменители: Литол-24 Подшипники качения закрытого типа на весь срок службы Хорошая антиокислительная стабильность и антикоррозионные свойства, низкая испаряемость, высокие противоизносные свойства, при контакте с водой дисперсионная среда гидролизуется. Работоспособна при -40...+120°С Сложный эфир, загущенный стеаратом лития; содержит антиокислительную и антикоррозионную присадки
ЛЗ-ПЖЛ-00 (ТУ 0254-3 12-001488220-96) Шарнир равных угловых скоростей промежуточного вала автомобиля ВАЗ-2 1213 Обеспечивает работоспособность ШРУС в течение всего срока службы автомобиля. Работоспособна при t= -40...+120 0 С Нефт. масло, загущенное литиевым мылом 12- оксистеариновой кислоты; содержит антиокислительную, противоизносную, противозадирную, адгезионную присадки и дисульфид молибдена
Литин-2 (ТУ 0254-311-00148820-96) Заменитель: Литол-24 Игольчатые подшипники карданных шарниров и других узлов автомобилей Высокие трибологические и адгезионные свойства. Работоспособна при t= -40...+120 0 С Мин. масло, загущенное литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты и аэросилом; содержит антиокислительную, противоизносные, противозадирную, адгезионную и противокоррозионную присадки

Лабораторная работа № 6

Качество смазки определяется по большому количеству показателей. Один из них - ее консистенция. Для обозначения густоты и консистенции используется отдельное научное понятие.

Пенетрация смазок - характеристика, которая определяет консистенцию и степень густоты пластичной смазки. Для высокотемпературных пластичных смазок этот показатель может варьироваться в пределах от 170 до 400.

Это тот показатель, по которому можно судить о реологических свойствах конкретной смазки и ее прочности. Характеризуется пенетрация смазки мерой погружения конуса (его масса стандартна для проведения таких измерений) в смазку на конкретный промежуток времени при соблюдении конкретной температуры.

При проведении исследований обычно выбирают:

  • температуру среды в 25 градусов по Цельсию;
  • время погружения - 5 секунд.

Число пенетрации будет зависеть от того, на какую глубину за этот промежуток времени конус погрузится в пластично-жидкую среду. К примеру, при глубине погружения на 30 см число пенетрации будет составлять 300. Чем глубже погружается конус, тем более подвижной и текучей является конкретная среда. По числу пенетрации определяют, будет ли замерзать смазка в зимний период (чем больше - тем лучше).

Что влияет на показатель густоты и консистенции среды?

Пенетрация смазки непременно будет зависеть от:

  • показателя вязкости базового масла (дисперсионной среды);
  • процентной составляющей загустителя.

При этом пенетрация и показатель вязкости - не равнозначные понятия. Вязкость дисперсионной среды непременно будет влиять на реологические свойства конкретной смазки. Однако число пенетрации может изменяться в зависимости от температуры окружающей среды, от перемешивания масла с загустителем и пр.

В зависимости от того, какой тип загустителя использован для производства конкретной смазки, будет зависеть вязкость конечного продукта. Менее подвержены внешним влияниям те смазочные материалы, которые были подготовлены с использованием нескольких загустителей. Кальцевые и литиевые смазочные материалы всегда будут отличаться большими показателями стабильности.

Металлообработка-2019

Компания TECHLUBE приняла участие в составе стенда «БАВАРИЯ» в 20-й юбилейной международной специализированной выставке - «Металлообработка-2019»

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

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.

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 .