Кремнийорганические жидкости.
К ним и относится интересующее нас силиконовое масло.
Химически правильное название этих продуктов – олигоорганосилоксаны. Они представляют собой бесцветные, химически инертные, не растворимые в воде, но растворимые в ароматических углеводородах и спиртах жидкости. Наиболее ценными техническими свойствами кремнийорганических жидкостей являются:
- широкий диапазон рабочих температур, то есть низкая температура застывания и стойкостьк термоокислению до 200-250 С длительно и до 300-350 С кратковременно;
- незначительное изменение вязкости при значительном изменении температуры;
- высокие диэлектрические свойства;
- химическая инертность;
- низкое поверхностное натяжение, то есть высокая смачивающая способность;
- низкая токсичность;
- плохая воспламеняемость;
- низкое давление насыщенных паров;
- высокая сжимаемость;
- стабильность характеристик в широком диапазоне температур.
Нашей промышленностью выпускается ряд олигоорганосилоксанов, различных по строению и свойствам: олигометилсилоксаны (ПМС), олигоэтилсилоксаны (ПЭС) олигометилфенилсилоксаны (ПФМС), органогидросилоксаны (ГКЖ) и другие.
ПМС
Наиболее широко применяются олигодиметилсилоксаны (ПМС). Полидиметилсилоксаны и полиметилсилоксаны – это одно и то же. Приставка «ди» указывает, что к атому кремния присоединены 2 метиловые группы. Полиметилсилокан – короче, но менее точно.
На некоторых фирменных упаковках фьюзерного масла прямо указан состав: полидиметилсилоксан. Именно ПМС и есть те фьюзерные силиконовые масла, что используются в копировальной технике.
Олигодиметилсилоксаны имеют наименьшую зависимость вязкости от температуры. Наша промышленность выпускает их под марками ПМС с цифровым индексом, характеризующим величину вязкости, которая колеблется в широких пределах от 0,65 до 2 500 000 мм2/с в зависимости от степени полимеризации. ПМС используют при температурах от -50 до +200 С.
Олигометилсилоксаны коррозионноинертны, имеют хорошие демпфирующие свойства и являются поверхностно-активными веществами. На открытом воздухе ПМС с вязкостью более 50 мм2/с практически не испаряются.
ПМС – хорошие диэлектрики: их удельное сопротивление около 1x1015
Ом*см, при 20 С и 1x1013 Ом*см при 150 С; электрическая прочность порядка 15-20 МВ/м. Электрические свойства ПМС слабо зависят от температуры и частоты.
ПМС обладают очень малой теплоёмкостью и относительно хорошей теплопроводностью (у них она примерно в 3,8 раза ниже, чем у воды, что неплохо).
ПМС имеют очень малый коэффициент поверхностного натяжения и, соответственно, хорошие смачивающие свойства. Как и все олигоорганосилоксаны ПМС гидрофобны.
Жидкости малой вязкости растворяются в ацетоне, этаноле, метаноле, этилен-гликоле. Вообще, типичные растворители для силиконовой жидкости: метиленхлорид, хлорофтороуглероды, эфир, ксилен, метил-этил-кетон.
Непосредственно ПМС могут использоваться в качестве:
- диэлектрической и охлаждающей жидкости для трансформаторов, выпрямителей. магнетронов и т.д.
- смазки при формовании и экструдировании изделий из пластических материалов, для смазки контактов между пластиком и резиной, смазки конвеерных лент при производстве пищевых продуктов.
-рабочей жидкости для гидравлических муфт, трансмиссий, гидравлических, тормозных и демпфирующих жидкостей,
-составляющих при производстве ПАВ в качестве пеногасителей, продуктов для организации потока жидкости при транспортировке,
- теплоносителей, жидкостей термостабилизированных ванн.
Жидкости с вязкостью (0,65-20 мм2/с) имеют высокую сжимаемость, широкий диапазон рабочих температур и поэтому эффективны в качестве теплоносителей в теплообменниках и термостатах. Хорошие диэлектрические характеристики одновременно с хорошими характеристиками как теплоносителя позволяют использовать силиконовые жидкости в энергетике, например для охлаждения магнетронов или в качестве трансформаторного масла в пожаробезопасных силовых и распределительных трансформаторах.
Силиконовые жидкости средней вязкости (50-1000 мм2/с) используются в качестве гидравлических и тормозных жидкостей в различных механизмах. Также они могут использоваться в качестве теплоносителей открытого типа, поскольку имеют малую испаряемость.
Жидкости высокой вязкости (5000-2500000 мм2/с) находят широкое применение в качестве основы смазывающего масла, а также в качестве жидких демпферов в амортизаторах.
В текстильной промышленности ПМС используются для смягчения тканей из хлопка и синтетики, придания техническим тканям свойств водоотталкивания, абразивной прочности. В процессе производства силиконовые жидкости используются для подавления пены.
Свойства распространения звука в силиконовой жидкости позволяют использовать их в акустике или при производстве оптоволокна или оптронных приборах.
ПМС используются для производство герметиков, красок, покрытий, клеев и т.д.
ПЭС
Другой распространённой группой кремнийорганических жидкостей являются олигодиэтилсолоксаны. Полиэтилсилоксановые жидкости выпускаются нашей промышленностью под марками ПЭС. От ПМС они отличаются более низкими температурами застывания и кипения. Зависимость вязкости от температуры у них заметно выше. Теплопроводность, диэлектрические свойства ПЭС примерно такие же, что и у ПМС.
Применение ПЭС-2,-3,-4:
- в гидравлических сиситемах (охлаждающие и рабочие жидкости) при рабочих температурах от минус 70 до плюс 150 oC;
- как основы низкотемпературных масел;
- рабочие жидкости в электромеханизмах.
Наибольший интерес представляет жидкость ПЭС-5, обладающая высокой температурой вспышки (более 265 oC), низкой температурой застывания (ниже минус 90oC), широким диапазоном изменения вязкости, хорошим смазывающими свойствами.
Применение ПЭС-5:
- теплоноситель, работающий при температурах 150-200oC (в открытых сиситемах) и при 180-250oC (в закрытых системах);
- антиадгезионная смазка и модификатор в производстве прессматериалов, стеклопластиков, пластмасс;
- основа антиадгезионных эмульсий и пластификатор в производстве резинотехнических изделий;
- основа консистентных смазок широкого назначения;
- основа кремов в парфюмерной промышленности.
ПФМС
Усложнение структуры диметилсилоксанов введением других радикалов существенно меняет их свойства и позволяет получать олигомеры с повышенной термостабильностью, малой испаряемостью. Олигометилфенилсиоксаны (ПФМС) могут длительное время эксплуатироваться при температурах от -60 до +250 С. Одним из наиболее важных свойств ПФМС является повышенная по сравнению с ПМС термостабильность и способность хорошо смазывать некоторые металлы, например соприкасающиеся стальные и латунные поверхности при умеренных нагрузках.
Олигометилфенилсилоксаны тоже являются термостойкими диэлектриками.
Кремнийорганические жидкости в качестве основы масел и смазок
Свойства пластичных смазок при низких температурах зависят в основном от дисперсионной среды, а стабильность приборных масел в эксплуатации определяется испаряемостью масла. По сравнению с углеводородными маслами кремнийорганические жидкости имеют очень низкую испаряемость и высокую температуру разложения.
Органосилоксаны считаются хорошими смазочными материалами в условиях гидродинамического режима, но малоэффективны при граничном трении и значительно уступают углеводородным маслам. В присутствии ПМС и ПФМС наблюдается высокая степень износа и в отдельных точках непосредственный контакт поверхностей. Скольжение в этих условиях близко к сухому трению.
Однако, смеси органосилоксанов с нефтяными маслами имеют высокое смазывающее действие. Механизм этого объясняется тем, что при трении в результате разложения органосилоксанов за счёт кремния образуется поверхностный слой высокой твёрдости, на котором располагается окисный слой или слой соединений другого состава, уменьшающий трение. В отсутствии углеводородов олигоорганосилоксаны образуют твёрдый слой без мягкого покрытия, что создаёт неблагоприятные условия трения. Высокую смазывающую способность органосилоксаны в смеси с углеводородами проявляют только в некоторых оптимальных концентрациях, различных для каждого конкретного случая.
Действие органосилоксанов различно при комбинации разных металлов в трущихся парах. Например, в сочетании с высокоуглеродистой сталью олигометилосилоксанами (ПМС) хорошо смазываются бронза, алюминий, медно-свинцовые сплавы.
ПЭС обладают лучшими смазывающими свойствами. Благодаря их полной совместимости с минеральными маслами ПЭС широко используют как основу для смазок с рабочим диапазоном -70…+150 С. В качестве примера приводим информацию о смазках, выпускаемых нашей промышленностью.
Смазочные масла, консистентные смазки.
Хорошая совместимость олигоорганосилоксанов с минеральными маслами позволяет использовать их в качестве основ для синтетических масел и смазок.
На основе масел ОКБ-122 получают консистентные смазки ОКБ-122, работающие в интервале от -60 до +120 С.
Загущая ПМС, ПЭС и ПФМС литиевыми мылами, получают консистентные смазки ВНИИ НП. Эти смазки работают при 200 С и выше.
На основе жидких олигоорганосилоксанов изготавливаются различные композиции. К ним относятся вазелины, пасты, консистентные смазки, масла и эмульсии. Например, хорошо известна теплопроводящая паста КПТ-8 – высоковязкая белая масса на основе ПМС, окисей тяжёлых металлов и структурирующих добавок. Паста не меняет своей консистенции от -40 до 200С, не вытекает из полостей и зазоров между деталями до 250 С, нетоксична и не вызывает коррозии.
Свойства КПТ-8:
- плотность - 2,6-3,0 г/см3
- удельное электрическое сопротивление, Ом*см - 5x1013
- коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К) - 0,7-0,9
- электрическая прочность, МВ/м - 10-15.
Для сравнения: теплопроводность КПТ-8 в 1,4 раза больше, чем у воды, в 5,3 раза больше, чем у ПМС, но в 264 раза хуже, чем у алюминия.
Токсикологические свойства кремнийорганических продуктов
Мономерные кремнийорганические соединения вызывают резкое раздражение слизистых оболочек. Но кремнийорганические жидкости нетоксичны ни при внутрибрюшном и подкожном, ни при местном применении, за исключением гексаметилдисилоксана.
Пары жидкостей также не вызывали симптомов отравления при ежедневном воздействии в течение 10 дней.
Низкомолекулярные ПМС обладают раздражающим действием при введении их в желудок и при остром ингаляционном воздействии. Но с увеличением вязкости токсичность продуктов падает, и жидкости с вязкостью от 50 мм2/с и выше не вызывают местнораздражающего и общетоксического воздействия. Следует иметь в виду, что инертные в обычных условиях кремнийорганические жидкости при сильном нагревании могут выделять комплекс вредных летучих веществ.
Выводы.
1. То, что обычно называют силиконовым маслом, это полидиметилсилоксан (ПМС), который в больших количествах производится в нашей стране.
2. Разные марки силиконовых масел для копировальной техники отличаются друг от друга вязкостью, которая зависит от степени их полимеризации (длины молекул ПМС).
3. Силиконовое масло само по себе не является смазкой, а только основой для изготовления хороших смазок с широким диапазоном температур применения. Из-за высокой смачивающей способности даже густые силиконовые масла быстро растекаются со смазанных ими поверхностей, поэтому они не могут играть роль консистентных смазок. Органосилоксаны считаются хорошими смазочными материалами в условиях гидродинамического режима, но неэффективны при граничном трении и значительно уступают углеводородным маслам. При смазке ПМС нагруженных поверхностей скольжение близко к сухому трению. Но есть исключения: в сочетании с высокоуглеродистой сталью ПМС хорошо смазываются бронза, алюминий, медно-свинцовые сплавы.
Если коротко – для смазки трущихся поверхностей надо использовать не силиконовое масло, а смазки на его основе.
4. Силиконовое масло идеально подходит для смачивания валов узлов закрепления.
5. Силиконовое масло нетоксично.
6. Из силоксанов делают очень много полезных вещей.
Источники информации:
Алексей Леонидович Суворов, зав. лаборатории элементоорганических олигомеров и полимеров института органического синтеза УРО РАН, к.х.н.;
Соболевский М.В., Музовская О.А., Попелева Г.С. «Свойства и области применения кремнийорганических продуктов под общей ред. проф. М. В. Соболевского». М., «Химия», 1975 г.
Выводы делайте сами. Я же лично поостерегусь использовать силиконовые смазки, т.к. в месте контакта подшипника (шарик или конус) с подпятником давление очень значительное. А трение вала с шахтой носит по-моему граничный характер.
