1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Значительный прогресс в промышленном производстве, распространении автомобильного транспорта и неуклонный рост человеческих потребностей привели к увеличению использования различных механических устройств и агрегатов, для обеспечения бесперебойной работы и максимальной эффективности которых необходимо применение смазочных материалов [1]. Спрос на смазочные материалы резко возрос в связи с промышленной революцией и ростом продаж автомобилей. Согласно исследованию мирового рынка, в 2019 году было использовано 36,8 млн. тонн смазочных материалов, с прогнозируемым увеличением спроса примерно на 2,1% каждый год. В 2020 году объем мирового рынка смазочных материалов оценивался в 125,81 млрд. долларов США. Кроме того, ожидается, что в период с 2021 по 2028 год рынок будет расти в среднем на 3,7%. Продажи и производство смазочных материалов играет жизненно важную роль в экономике страны, поскольку быстрое истощение запасов ископаемого топлива вызывает внезапные колебания цен на смазочные материалы [2].
Трибологические исследования показывают, что одна треть механической энергии теряется в виде тепла в процессе трения между поверхностями. В автомобильном машиностроении 30 % потерь энергии приходится на элементы включающие подшипниковые или трущиеся поверхности (поршневой узел, систему трансмиссии, подшипники, распределительный и коленчатый вал, клапанный механизм и т. д). Контроль трибологических характеристик с помощью смазочных материалов может приводить к экономии энергии на 40–50 %. [3].
Основной функцией смазочного материала является создание защитного слоя между трущимися поверхностями и предотвращение их трения и износа. Кроме того, смазка может быть использована для отвода тепла от поверхностей, защиты от окисления и коррозии, транспортировки загрязнений к фильтрам, обеспечения демпфирующего и амортизирующего эффекта и герметизации. К современным смазочным материалам предъявляются высокие требования такие как: высокий индекс вязкости, широкий диапазон рабочих температур, высокая термическая стабильность, низкий износ и коэффициент трения, а также высокая стойкость к коррозионному окислению. Основные классы смазочных масел представлены на рисунке 1 [4].
Спрос на смазочные масла неуклонно растет, а традиционные смазочные материалы на основе минеральных масел несут в себе ряд экологических проблем: не поддаются биологическому разложению, напрямую загрязняют почвы и грунтовые воды, сокращают рост деревьев и продолжительность жизни водных организмов, являются истощаемым ресурсом, загрязняют воздух летучими и токсичными компонентами.
Рисунок 1 – Основные классы смазочных материалов
Степень биоразлагаемости смазочных материалов на нефтяной основе составляет от 10 до 30 %. Современная индустрия смазочных материалов становится все более экологически ответственной, уделяя особое внимание устойчивости и сохранению окружающей среды за счет экологически чистых смазочных материалов на биологической и растительной основе. Мировые экологические инициативы значительно возросли в связи с повышением цен на нефтяное масло, истощения углеводородных запасов и строгих правительственных постановлений об использовании минерального масла. Растущая озабоченность по поводу воздействия минеральных смазочных материалов на окружающую среду и истощения запасов ископаемого топлива побуждает исследователей искать смазочные материалы на биологической основе [5].
Существуют исследования, в которых природные материалы, такие как растительное масла и животные жиры, рассматриваются в качестве потенциального источника для производства смазочных материалов из-за наличия в их составе более высокого содержания жирных кислот с целью применения их в автомобильном транспорте. Применение данных смазочных материалов в автомобилях зависят от длины углеродной цепи, степени ненасыщенности, типа функциональной группы, разветвленной природы соединения.
Передовые исследования в области новых смазочных материалов, использования присадок и наночастиц могут значительно снизить влияние трения и износа в машинах. В связи с этим целью данной статьи является всесторонний обзор литературы в области использования смазочных материалов на биологической основе и различных компонентов данных масел с учетом их трибологических, физико-химических, реологических свойств и дисперсионных свойств.
