Практически все смазочные материалы (масла и смазки) состоят из масляной или маслоподобной основы (базового масла) и присадок, которые улучшающих природные характеристики основы и/или придают ей новые свойства и особенности. При этом количество присадок меняется от долей процента в турбинных маслах до 25-30 процентов в моторных.
Присадки присадками, однако основные эксплуатационные характеристики полученного смазочного материала будут весьма сильно зависеть от характеристик базового масла.
На сегодняшний день действует международная классификация американского института нефти (API) по которой все производимые базовые масла делятся на 5 групп в зависимости от происхождения, количества в них ненасыщенных углеводородов, серы и присущего им индекса вязкости.
Базовые масла Группы I (Минеральные)
Базовые масла API Группы I в обиходе называются «минеральными» и получаются на нефтеперегонных заводах из сырой нефти. Процесс их производства начинается с атмосферной дистилляции (отгонки) светлых топлив - бензинов, керосина, лигроина на и дизельного топлива. Остаток - мазут - дальнейшей разгонке при атмосферном давлении не подлежит. Однако при пониженном давлении (при разряжении) из него отгоняются различные по вязкости фракции, которые и называются в дальнейшем «базовым маслом API Группы I». Химический состав этого продукта очень разнообразный. В него входят углеводороды с различной длиной углеродной цепи, циклические и ароматические (содержащие бензольное кольцо) углеводороды различной степени насыщения, вещества содержащие азот и серу, и прочие примеси. Конечно же, после отгонки эти масляные фракции подвергаются различным процессам очистки (экстракции растворителями, глинами и т.п.). Все эти очистки из соображений экономии не дают полного эффекта, к тому же понижают общий выход базового масла. Базовые масла Группы I обычно имеют окраску от светло-желтой до темно-коричневой и характерный запах нефтепродуктов. Они имеют самое низкое содержание насыщенных веществ, самое высокое содержание серы и относительно низкий .Из-за очень высокой разнородности молекулярного состав, эти масла имеют низкую окислительную стабильность, высокую испаряемость, относительно высокую температуру потери текучести.
Из-за простоты производства и высокой доступности (их производят практически во всех регионах мира) это самые дешевые масла, на основе которых в настоящий момент производится до 70% общего объема смазочных материалов.
Базовые масла по спецификации API
| ГРУППА | Содержание предельных углеводородов, % | Содержание серы, % | Индекс вязкости |
| ГРУППА I | <90 | >0.03 | 80-120 |
| ГРУППА II | ≥90 | ≤0.03 | 80-120 |
| ГРУППА III | ≥90 | ≤0.03 | >120 |
| ГРУППА IV | Полиальфаолефины | ||
| ГРУППА V | Другие базовые масла |
Но многих производителей оборудования и смазочных материалов эксплуатационные характеристики минеральных базовых масел и получаемых из них минеральных смазочных материалов уже перестают удовлетворять. Главным образом ихне устраивают низкая окислительная стабильность и относительно высокие температуры замерзания. Низкая окислительная стабильность отражается на короткой жизни финишных минеральных масел и смазок. Высокие температуры потери текучести (замерзания) и относительно низкий индекс вязкости сужают температурный интервал их применения. Наличие легких фракций в базовом масле объясняют высокий их «угар»при эксплуатации.
Низкая окислительная стабильность минеральных смазочных материалов в процессе службы выливается в их быстрое потемнение, повышение вязкости, в образовании шламов, лаков и нагаров на деталях смазываемого оборудования, что конечно же не способствует продолжительной жизни этих деталей. Высокие температуры замерзания ограничивают климатические зоны их применимости, вызывая необходимость сезонных замен. Высокий «угар» - дополнительный расход смазочных материалов.
Базовые масла Группы II и III (Гидрокрекинг)
Для уменьшения таких отрицательных черт нефтехимики начали производить базовые масла API Группы II, которые чаще всего называют «гидрокрекинговыми или гидрообработанными». Как видно из названий, процесс заключается в обработке минерального базового масла Группы I водородом при высоких температурах и в присутствие катализаторов. В этих условиях водород присоединяется по ненасыщенным связям углеводородов, «раскрывает» циклические и ароматические цепи. С легкими углеводородами, с соединениями серы и азота, водород образует газообразные продукты, удаляемые из сферы реакции. Длинные молекулы линейных углеводородов (парафинов) разрушаются (крекинг), превращаясь в более короткие молекулы. В результате такой обработки на выходе получаются практически не содержащие серы бесцветные масла, обладающие более высокой степенью насыщенности (а значит и более высокой окислительной стабильностью) и низкой температурой замерзания благодаря меньшему содержанию парафинов. Однако масла Группы II продолжают обладать относительно низким индексом вязкости, сужающим интервал рабочих температур финишных смазочных материалов, произведенных на их основе.
Гидрокрекинговые базовые масла в основном производятся в северной Америке и Южной Корее. Однако спрос на них растет, и многие нефтяные компании (в частности российские) интенсивно модернизируют старые и строят новые установки для производства базовых масел Группы II. Стоимость этих масел и, соответственно, финишных смазочных материалов на их основе в 1.5-1.8 раз выше, чем минеральных.
Требования к финишным смазочным материалам с широким температурным диапазоном использования побудили нефтехимиков производить базовые масла с высоким индексом вязкости. Это достигается опять же при помощи водорода, который в определенных условиях переводит линейные цепочки парафинов в разветвленные. Процесс называется гидроизомеризация. Присутствие таких изомеризованных парафинов повышает индекс вязкости базового масла, но дополнительная операция поднимает стоимость полученных «нетрадиционных» базовых масел API Группы III в 2.3-2.8 раз над минеральными. Но получаемые базовые масла и финишные на их основе еще более химически стабильны, еще меньше «угорают» и обладают прекрасными низкотемпературными характеристиками и высоким индексом вязкости.
Базовые масла Группы IV и V (синтетика)
Желание отказаться от нефти, как источника производства смазочных материалов, побудили химиков заняться строительством углеводородных молекул необходимого размера (в химии их называют поли-альфа-олефинами)для производства синтетических ПАО базовых масел API Группы IV. Их производят на сложных химических установках, сшивая короткие молекулы компонентов природного газа в более длинные, которые называются деценами. На их основе и производят базовые масла и финишные смазочные материалы исключительных характеристик - очень высокая окислительная стабильность, малая испаряемость и очень низкая температура замерзания (чистые поли-альфа-олефины теряют текучесть при температурах ниже -70 °C). Из-за их высокой стоимости (в 4 раза дороже минеральных) ПАО масла используются в основном для изготовления моторных масел, хотя существуют и синтетические трансмиссионные, гидравлические, редукторные и прочие индустриальные масла и смазки.
В последнюю API Группу V входят базовые масла, называемые «истинные синтетики». Это название подчеркивает, что для их производства не используются ископаемые ресурсы (нефть, газ). Получаемые на химических заводах, эти масла (или правильнее говорить маслоподобные жидкости) включают десятки наименований. Это и полиалкиленгликоли, и силиконы, фосфорные и сложные эфиры и многие другие. Их применение обусловлено особыми техническими требованиями к оборудованию, экстремально высокими и низкими температурами, требованиями негорючести, химической инертности и многими другими параметрами. Стоимость этих основ в десятки, а тои в сотни раз выше обычных минеральных базовых масел. Но эксплуатационные требования оправдывают затраты.
В эту же группу включены и растительные масла, которые все чаще используются для производства экологически безопасных индустриальных масел.
Следует обратить внимание, что до середины 2006 г «синтетиками» называли базовые масла IV и V Групп и полученные на их основе финишные смазочные материалы. Однако сейчас производителям смазочных материалов РАЗРЕШЕНО в названии своих продуктов, полученных на основе II, III, IV и V Групп, упоминать слово «синтетика» в различных контекстах. «Минеральными» сегодня остались только материалы Группы I.
Статья информационного характера, познакомит Вас с таким определением как базовое масло. Что это такое, и какие группы базовых масел существуют, знают не все автолюбители. Покупая автомобильное масло, часто даже продавец не может дать информацию по этому термину. Постараемся убрать этот пробел. Забегая вперед темы статьи, хочу заметить, что в чистом виде базовое масло для любого типа двигателя не подходит. А что тогда мы заливаем в мотор?
Автомобильное базовое масло получают в процессе переработки нефти (минеральные) или в результате сложного химического синтеза (синтетические) химических реакций, соответствующих субстратов, полученных из производных нефти, природного газа, сырья растительного и животного происхождения.
Фракция базового масла имеет температуру кипения между 230 и 560 °C и группируется по химическому составу и . На основе уже чистого продукта (база) от 75 до 95% общего объема, при добавлении присадок получают автомобильное масло.
Американский Нефтяной Институт API (American Petroleum Institute) разделил производственные фракции на пять категорий. Первые три группы базовых масел – это базы, созданные из нефти, четвертая – это полная синтетика (полиальфаолефин), а пятая группа – это все другие базовые масла , не вошедшие в группы 1 – 4.
Принадлежность к определенной группе, определяется метод формирования масла и его устойчивость к старению с помощью теста, названного TOST Life. Очень важным параметром является также коэффициент вязкости, т. е., способность масла поддерживать постоянную вязкость с увеличением температуры масла.
Группа 1
Относятся обычные минеральные масла. Они производятся в процессе глубокой переработки нефти, что обеспечивает им основной срок годности – минимум 1000 часов по тесту TOST Life. Имеет менее 90 процентов насыщенных связей углеводородов, не более 0,03% серы и характеризуются показателем вязкости между 80 и 120 . Диапазон рабочих температур колеблется между 0 и 50°С . Является самым простым методом переработки, поэтому эти масла являются самыми дешевыми.
Технологические схемы производства 1 группы:
- Очистка глинами – поглощает и удаляет наиболее вредные компоненты или соединения, содержащие серу и азот.
- Очистка серной кислотой – технология дает очень эффективную очистку масла.
- Обработка SO2 – постепенно полностью сняли с производства.
- Селективная очистка – удаление ароматических углеводородов селективными растворителями. Получаются базовые масла с неудовлетворительными качествами, что существенно сокращает срок эксплуатации.
- Депарафинизация растворителем – улучшение свойств масла процессом удаления парафинов. Получаются масла с более низкой температурой застывания и повышенным индексом вязкости.
- Очистка адсорбентами – очистка с применением отбеливающей глины или кристаллических алюмосиликатов.
Все чаще масла 1 группы заменяются второй, с гораздо лучшими характеристиками.
Группа 2
Масла с более чем 90 процентов насыщенных связей углеводородов, менее 0,03% серы, индекс вязкости в пределах от 80 до 120 . Благодаря высокой насыщенностью частиц углеводородов, имеют большую стойкость к окислению и более прозрачный цвет при современной технологии гидроочистки. Характеристики таких масел находятся на приемлемом уровне.
Группа 3
Наиболее совершенная база, имеет насыщенность углеводородных связей более 90 процентов, менее 0,03% серы, индекс вязкости более 120 . Обладают свойствами эксплуатации в сложных условиях, характеристики превосходят базовые группы 1 и 2, имеющие нефтяное происхождение.
4 – 5 группы базовых масел
Масла 4 группы – полиальфаолефин (ПAO). Эти синтетические масла производятся, в процессе, называемым синтез. Полностью синтетический продукт, где в процессе синтеза молекулы спроектированы для тех целей, которые должны выполнять. Группа характеризуется гораздо более широким диапазоном рабочих температур, высокий индекс вязкости, устойчивостью к очень низким и высоким температурам, превосходная окислительная стабильность. Применяются для производства трансмиссионных, компрессорных, моторных масел, гидравлических жидкостей и различных смазок. Согласно тесту TOST Life выдерживают срок эксплуатации от 14 до 16 тысяч часов.
Группа 5
Масла, которые не классифицируются в других четырех группах, включая силиконы, сложные эфиры, фосфаты и т. д. Эти масла, созданные по би-эстеровой и полиэстеровой технологии, иногда смешивают с другими базовыми маслами, для получения желаемых свойств. Недостатком пятой группы базовых масел является чрезмерно высокая себестоимость.
Минеральные масла
Минеральное масло – вещество, возникло в природе без человеческого вмешательства. Минеральные 1 – 3 API группы базовых масел получают путем перегонки или очистки нефти, полученной из различных месторождений. Качество минерального базового масла находится в прямой зависимости от состава нефти. Так нефть, из стран бывшего Советского Союза, имеет совершенно другой химический состав, чем нефть добытая из Персидского залива, Венесуэлы. Каждый состав нефти включает в себя другой тип углеводородов и имеет другой уровень примесей, прежде всего серы. Качество минеральных базовых масел зависит в первую очередь от состава сырья.
Синтетические масла
Можно разделить на две группы базовых масел.
- Масла 100% синтетики – получают в процессах синтеза, например, полимеризации, конденсации, этерификации или синтеза Фишера - Тропша(GTL) из различных видов сырья, таких как нефть или природный газ.
- Масла технологии гидрокрекинга . HC-синтез (Hydro-Craking-Synthese-Technology) – самый молодой класс базовых масел, по качеству практически соответствует «синтетике» (по некоторым параметрам даже превосходит). По классификацией относятся к 3 группе нефтяного происхождения высшей категории качества. Чтобы подчеркнуть высокие потребительские свойства, маркетологами большинства компаний был придуман целый ряд названий: ”HC Synthetic ”, ”HC-Synthese ”, ”Synthetic Technology ” или в конце названия бренда ”MOTUL Technosynthese® ”.
Имея в распоряжении так много различных масляных баз и химических добавок, можно разработать полный ассортимент продукции: от базового качества минеральных масел, до самых сложных, 100% синтетических масел.
Немного интересных фактов о моторных маслах...
Существует такое понятие, как базовое масло, это первое и самое объемное, что входит в готовый продукт. Базовые масла бывают нескольких групп.
На данный момент в мире по объему производства на первом месте идут масла первой и второй группы . Это минеральные масла грубой очистки и минеральные масла высокой степени очистки. На цвет это желтая жидкость. Во второй группе она стремится к более прозрачным оттенкам. Обе эти группы делаются из нефти.
Преимущества тут простые:
- низкая стоимость производства;
- низкая стоимость готового продукта для покупателя.
А минусы – низкие эксплуатационные показатели. Такие как температура застывания, наличие примесей, высокая зернистость, слабая пленка, склонность к угару, шлакообразование, и конечно же низкий срок службы.
На данный момент, минеральные масла первой и второй групп применяются всё реже и реже для моторных масел легковых автомобилей. А обычно минеральные масла идут с индексом вязкости 10W-30, 15W-40.
Третья группа.
Обычно в обиходе привычно называть её синтетикой . Это прозрачная на вид жидкость практически не содержит примесей. Молекулярный ряд ровный, что лучше сказывается на параметрах по трению. Но третья группа хоть и называется синтетикой, но по факту таковой не является.
При производстве третьей группы используется вторая группа масел. То есть минеральные масла. Но они проходят сложный процесс гидрокрекинга, где при помощи водорода в технологическом процессе минеральное масло максимально очищается и приближается по своим характеристикам к настоящим синтетическим маслам. Хоть третья группа и создана из второй группы, минералки, но она значительно отличается и на данный момент является самой распространённой в мире при производстве моторных масел для современных двигателей.
Четвертая группа.
Это уже максимально приближенные к настоящей синтетике масла в сложных химических установках. Сшиваются в цепочки углеводородов получаемых из природного газа. По итогам получаются полиальфаолефины. Эти базовые масла дороже всех прошлых трёх групп. А их характеристики превосходят первые три группы. Чистые масла четвертой группы не застываю вплоть до -70 градусов. Масляная плёнка максимально прочна и само масло стойко к окислению и высоким температурам.
Пятая группа.
Это и есть самая настоящая синтетика и сложные эфиры. В эту группу входит множество разных масел. Самые распространенные для моторных, это эстеровые масла. Они практически не применяются в производстве моторных масел из-за своей дорогой цены и сложности в производстве.
Во всем мире не более трех процентов выпускаемых моторных масел имеют в составе эстеры. А обычно это от 5 до 30 процентов объема от готового продукта. Использовать эстеровые масла как 100% базу для масел будет уже, скорее, отрицательным эффектом, чем положительным.
Эстеровые масла имеют полярно заряженные молекулы, что позволяет маслу налипать или, можно сказать, примагничиваться к металлическим деталям двигателя. В итоге, на нужных поверхностях всегда сохраняется масляная пленка, а особенно это важно при первом пуске непрогретого двигателя.
Теперь расскажем, что происходит дальше, когда производитель выбрал из каких групп или одной группы делается будущее моторное масло. Если мы хотим получить обычную полусинтетику, то берётся около 70% минерального масла или около 30% синтетического, а затем, добавляется пакет присадок, около 10-15% от общего объема масла. Вот тут мы и остановимся подробнее.
Пакет присадок, это группа разных присадок к моторным или другим маслам. Каждая присадка выполняет свою важную функцию. Обычно в пакет присадок входят антиокислительные присадки, антипенные присадки, модификаторы трения, антифрикционные присадки, загущающие присадки, дисперсионные присадки, моющие, диспергирующие присадки и другие.
В мире, на данный момент, современные пакеты присадок для моторных масел выпускает всего четыре производителя. А производители готового моторного масла закупают эти пакеты присадок и используют в своих продуктах. Castrol, Shell, LukOil, Liqui Moly, Motul и многие другие используют сторонние пакеты присадок.
Сам процесс производства моторного масла выглядит как сложный, технологический процесс смешивания, где под разными температурами в разные промежутки времени подаются компоненты в виде базового масла и присадок. Далее они перемешиваются по заданной программе и рецептуре, с чего и получается готовое моторное масло.
В этом процессе на качество готового продукта влияет абсолютно каждая составляющая. Чем меньше производитель экономит на сырье и процессе, тем лучше моторное масло получается из вышеперечисленных групп.
Теперь можно рассказать о том, из чего же делаются масла, которые представлены сейчас на рынке.
Полусинтетические масла.
Все просто. Эти масла содержат обычно первую или вторую группу минеральных масел. А также и синтетический компонент. Но почти всегда это третья, гидрокрекинговая группа. Соотношение содержания, обычно, 70% минерального масла и 30% синтетического. К полученной смеси базовых масел добавляется пакет присадок.
Эти моторные масла подходят для большинства автомобилей, если производитель не предъявляет каких-то особенных требований к маслу.
Типичные представители этой группы масел: , .
Синтетические масла 3-й группы .
Это самый распространенный продукт, для современных моторов. Обычно они начинаются с вязкостей 5W-20, 5W-30 и 5W-40 и так далее. Но будьте бдительны, бывают и полусинтетические масла с вязкостью 5W-30 и 5W-40. На этикетке должно быть написано SEMI-SYNTETIC. А если этого не написано, обращайте внимание на цену.
Синтетические масла третьей группы, не могут стоить ниже 1400 рублей за канистру 4 литра, на данный момент. В отличии от полусинтетик, данные масла обладают более высоким сроком жизни, меньше окисляются, больше держат нагрузки.
Не стоит ездить более 12 000 километров, это чревато для вашего двигателя, даже если производитель предписывает ездить все 15000, а то и 20000. Это лишь маркетинговая уловка. Производителю главное, чтобы ваш мотор отъездил гарантированный срок, а дальше, желательно, чтоб вы покупали новый автомобиль.
Синтетические масла третьей группы это , .
Синтетические масла на основе 4-й группы.
Такие масла уже встречаются гораздо реже. Они дороже в себестоимости и поэтому малораспространенны. Что на упаковке масла третьей группы, что на упаковке масла четвертой группы, написано синтетика. В итоге для обычного покупателя, это одинаковые масла. От чего покупатель выбирает масло подешевле и покупает третью группу. А разница в цене, обычно, минимум, в два раза.
Данные масла в основном добавляют в общий объем, чего вполне достаточно, чтобы повысить свойства готового продукта. Масло четвертой группы, обычно, можно отличить по индексу 0W-20, 0W-30, 0W-40 и так далее. Также, на этой группе делают и другие вязкости – 5W-40, 5W-30 и прочие. Бывают даже 10W-40, но это большая редкость.
Масла с добавлением эстерового компонента.
Данные масла делятся обычно на смеси третьей и четвертой групп с добавлением эстерового компонента от 5 до 30%. По своей цене, это самые дорогие и самые менее распространенные масла. Но они обладают наилучшими характеристиками и максимально защищают двигатель при любых условиях эксплуатации.
В последнее время появились экспериментаторы, которые находят отдельно чистый эстеровый компонент и добавляют в свой мотор к залитому маслу в пропорции 10%. Конечно, ни к чему хорошему это не приводит. Не забывайте, что при добавлении чего-либо к своему маслу в таких объемах вы меняете его свойства – разжижаете. Разжижаете присадочный пакет. Меняете вязкость. И что получится в итоге? Никому не известно. Двигатель будет работать. Но вопрос останется - как долго.
Смазочные материалы состоят из двух основных компонентов - это базовые масла и наборы присадок. Рецептуры производства масел могут различаться у производителей, но качество базовых масел оказывает существенное влияние на конечный продукт. Американский институт нефти (API) выделяет четыре основные группы, которые могут использоваться для создания моторных масел.
- Группа 1 - это базовые масла с наименьшей степенью очистки. В настоящее время редко используются для производства автомобильных смазочных материалов. Применяются для наименее нагруженных условий работы.
- Группа 2 – это базовые масла, полученные путем гидрокрекинга и изомеризации. Они часто используются в минеральных маслах, продаваемых сейчас на рынке. Группа 2 базовых масел значительно превышают базовые масла группы 1 по степени очистки. Это означает, что масла, полученные из базовых масел группы 2 и набора присадок, будут иметь большие интервалы замены, и меньше подвержены окислению.
- Группа 3 – классификация API определяет разницу между базовыми маслами группы 2 и 3 через индекс вязкости (V.I. - viscosity index). Базовые масла группы 2 имеют индекс вязкости 80-119. Базовые масла группы 3 имеют индекс вязкости 120 и выше. Они часто называются маслами с высоким индексом вязкости very high V.I. (VHVI). В настоящее время производители моторных масел, используя базовые масла группы 3, указываю: synthetic или semi-synthetic.
- Группа 4 – это базовые масла, которые являются углеводородными синтетическими жидкостями. В промышленных объемах их получают путем синтеза молекул децена в олигомеры или полимеры с короткими цепями.
Есть несколько типов синтетических базовых основ. Одна из наиболее распространенных - масла на основе полиальфаолефина (Polyalphaolefins или PAO). Они имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными маслами:
- Отсутствие примесей соединений серы и металлов обеспечивает высокие антикоррозионные и антиокислительные свойства. Это означает, что они могут обеспечивать большие интервалы замены масла и уменьшение нагаров и лаковых отложений
- Отсутствие примесей, которые всегда являются катализаторами старения масла, делает синтетическое базовое масло весьма устойчивым к воздействию высоких температур. Так, например, если масла минерального происхождения начинают серьезно окисляться уже при температурах выше 130°C, то ПАО выдерживают рабочие температуры до 150°C без какой-либо потери рабочих свойств. Отсутствие случайных молекул малого размера обеспечивает низкую летучесть синтетических базовых масел по сравнению с минеральными.
- Отсутствие линейных парафинов снижает естественную температуру застывания до очень низких значений.
Важно отметить, что с развитием технологий базовых масел, эволюционировали и составы присадок. Например, синтетическая основа ПАО в чистом виде является агрессивной, поэтому компания Lubri-Loy использует уникальные пакеты присадок, позволяющие маслам Lubri-Loy быть совместимыми с любыми типами прокладок, применяемыми в автомобилестроении.
Компания Lubri-Loy активно нацелена обеспечивать потребителей качественными синтетическими моторными маслами. Для изготовления полностью синтетических масел (Full Synthetic motor oil) компания Lubri-Loy использует полностью синтетическую основу - API (категория IV) PAO базовое масло и ультрасовременные пакеты присадок. Это позволяет моторным маслам отвечать и превосходить требования для современных бензиновых двигателей, например, в настоящий момент масла Lubri-Loy имеют самые новые одобрения API SN Resource Conserving, ILSAC GF-5.
Современные пакеты присадок, используемые в Lubri-Loy, предварительно активно проверялись на соответствие заявленным требованиям. Для проверки качества продукции, каждая партия продуктов Lubri-Loy проходит ряд тестов в лаборатории, расположенной на территории завода. Это позволяет гарантировать соответствие всех параметров синтетических моторных масел Lubri-Loy требованиям стандартов API и ILSAC.
Продукты Lubri-Loy используются по всему миру, включая Китай и другие развивающиеся рынки Азии. В 2010 году за достижения в области экспорта компания Лубри-Лой получила почетный сертификат «Export Achievement Certificate».
На фото президент компании Lubri-Loy Дейв Грехем и вице президент отделения Lubri-Loy в Азии Дерек Ченг получают сертификат от министра торговли США.