книги из ГПНТБ / Аксенов А.Ф. Применение авиационных технических жидкостей

ских методов (очистка ручным инструментом, пескоструйная, пнев­ матическая, косточковой крошкой, с помощью дисковых проволоч­ ных щеток, в специальных барабанах) невозможно решить важней­ шую задачу в технологии очистки летательных аппаратов и их деталей — автоматизировать и механизировать производственные процессы. Последнее достигается при использовании растворителей и специальных моющих средств, оказывающих физико-химическое воздействие на загрязнение. В последнее время широкое распро­ странение получили специальные моющие средства, сочетающие свойства растворителей и моющих веществ.

Условия применения моющих жидкостей в основном определя­ ются свойствами загрязнений. Все встречающиеся на практике за­ грязнения по химическому составу делятся на органические (масла, жиры, пленки высокомолекулярных веществ, каучука, лакокрасоч­ ных материалов и т. п.); неорганические (пыль, влага, продукты коррозии); смешанные.

Наиболее часто встречающимися загрязнениями являются угле­ родистые отложения, масляные загрязнения, пленки старых лако­ красочных покрытий, продукты коррозии металлов, смешанные за­ грязнения и отложения продуктов сгорания топлива на некоторых частях обшивки [1, 13].

Углеродистые отложения представляют собой нагарообразные или асфальтосмолистые вещества, откладывающиеся на внутренних деталях двигателей в процессе их эксплуатации. Углеродистые от­ ложения являются продуктами глубокого химического превращения минеральных масел, происходящего под влиянием температуры, кислорода, каталитического действия металлов и других факторов. В состав их входят смолы, асфальтены, карбены и карбоиды [29].

Смолы — мазеобразные вещества сложного химического сос­ тава. Под влиянием температуры и других факторов они подверга­ ются конденсации, т. е. уплотняются и переходят в асфальтены, являющиеся твердыми веществами. Асфальтены претерпевают дальнейшие изменения, превращаясь в карбены и карбоиды — вы­ сокоуглеродистые соединения. Кроме указанных, в состав отложе­ ний входят частицы сажи и коксообразных веществ, являющихся продуктами сгорания и термического распада топлива. Все встре­ чающиеся углеродистые отложения разделяют на три вида: нагары, лаки и осадки.

Нагаром называют углеродистое отложение, образовавшееся в камере сгорания двигателя и отложившееся на его стенках и дру­ гих частях и деталях. Механизм образования нагаров и влияние на его образование отдельных эксплуатационных факторов и состава топлив и масел в настоящее время изучены еще недостаточно.

Лаками или лаковыми пленками называют особого вида угле­ родистые отложения, образующиеся на деталях масляной системы двигателя. Лаковые пленки образуются в результате окисления масла в тонком слое, находящегося на нагретой металлической по­ верхности. Групповой химический состав лаковых пленок включает в себя, кроме смол, асфальтенов, карбенов и карбоидов, еще золь­

120

ную часть. По внешнему виду лаковые пленки представляют собой тонкий слой углеродистых веществ темно-коричневого или черного цвета, прочно удерживающийся па поверхности металла.

Углеродистые отложения в виде осадков представляют собой густую, липкую массу черного цвета, отлагающуюся в картере пор­ шневых двигателей, маслоотстойниках, на стенках маслобаков и маслопроводов, фильтрах и маслорадиаторах. Осадки состоят из продуктов сгорания и физико-химического изменения топлив и ма­ сел, а также механических примесей, попадающих в двигатель из атмосферы.

Одним из видов углеродистых осадков являются смолистые от­ ложения во всасывающей системе авиационных поршневых двига­ телей. Эти отложения представляют собой продукты жидкофазного окисления непредельных углеводородов бензина. Групповой хими­ ческий состав осадков аналогичен составу лаковых пленок.

К масляным загрязнениям относятся консервационные составы, которыми детали покрываются для защиты от коррозии в процес­ се их хранения или транспортировки, а чаще всего это пленки сма­ зочного масла, занимающие всю или большую часть поверхности детали. Прочность сцепления с твердой поверхностью смазочных масел различной химической природы неодинакова. Как правило, растительные и животные масла удерживаются на такой поверх­ ности более прочно, чем масла минеральные: Это объясняется раз­ личным содержанием в них поверхностно-активных веществ. Чем больше таких веществ в масле, тем сцепление и растекание масла выше.

Пленка масла, будучи липкой, задерживает пыль и другие не­ органические вещества, и поэтому маслянистое загрязнение по су­ ществу представляет собой сложную смесь органических и неорга­ нических веществ. Образование масляных загрязнений представ­ ляет собой не простое накопление на металлической поверхности масел и других органических веществ, а сложный физико-химиче­ ский процесс, сопровождающийся тесным взаимодействием моле­ кул масла и решетки металла.

К особым видам загрязнений относятся лакокрасочные покры­ тия, продукты коррозии, минеральные загрязнения. Механизм об­ разования этих загрязнений и их свойства достаточно широко из­ вестны.

Многообразие встречающихся загрязнений обусловило необхо­ димость применения различных моющих жидкостей. Они разделя­ ются на растворители," смывки и специальные моющие составы.

2. РАСТВОРИТЕЛИ

Растворителями обычно называют органические или неоргани­ ческие жидкости, способные растворять другие жидкости или твер­ дые вещества, сохраняя при этом свой химический состав неиз­ менным.

121

В практике очистки деталей машин растворители применяют для следующих целей: расконсервации и обезжиривания деталей и изделий, удаления высокомолекулярных веществ (натуральных и синтетических смол, пластмасс, клеев), лакокрасочных покрытий, наружной мойки силовой установки и планера, очистки приборно­ го, электро- и радиооборудования. Используемые для этих целей растворители должны удовлетворять определенным техническим требованиям:

обладать неограниченной растворяющей способностью по от­ ношению к удаляемому виду загрязнений во всем диапазоне экс­ плуатационных температур;

не оказывать разрушающего действия на металлы, резину, пластмассы и лакокрасочные материалы, с поверхности которых удаляются загрязнения;

иметь оптимальный фракционный состав и малую летучесть;

быть химически и физически стабильным и в условиях примене­ ния н хранения;

не растворять в себе воду; не обладать токсичностью и неприятным запахом; быть пожаробезопасным;

не способствовать накоплению зарядов статического электри­ чества.

Используемые в настоящее время растворители не в полной ме­ ре удовлетворяют предъявляемым требованиям.

Ожидаемых технико-экономических показателей при исполь­ зовании растворителей можно добиться лишь при условии примене­ ния в каждом конкретном случае растворителя соответствующего качества, которое оценивают по физико-химическим и эксплуата­ ционным свойствам: растворяющей способности, испаряемости, вязкости, характеристике взрывопожароопаености, низкотемпера­ турным свойствам, полярности, действию на материалы, электри­ зуемое™ и гигроскопичности. Методы, используемые для оценки большинства этих параметров, аналогичны описанным в гл 1.

Растворяющая способность. Растворы представляют собой одно­ родные смеси молекул двух или более веществ, между которыми имеются физические и химические связи. При соприкосновении рас­ творимого вещества с растворителем происходит равномерное рас­ пределение его без изменения химического состава в объеме рас­ творителя. Это слияние .не является чисто физическим, так как вследствие межмолекулярного взаимодействия между растворите­ лем и растворяемым веществом происходит специфическая хими­ ческая реакция (особенно между полярными веществами), в ре­ зультате которой образуются новые химические соединения так называемые сольваты, представляющие собой непрочный комплекс частиц растворяемого вещества и молекул растворителя. Чем более ярко выражена сольватация, тем больше вещества растворяется в растворителе. Ассоциация молекул и сольватация ведут к образо­

122

ванию небольших по размерам комплексов, поэтому растворы пред­ ставляют собой однородную смесь [25].

Растворяющая способность является главнейшим технологиче­ ским свойством растворителя. Растворителем называют компонент, находящийся в избытке по сравнению с другими компонентами, на­ зываемыми растворяемыми. Растворяющая способность раствори­ теля зависит от его температуры и растворяемого вещества, дис­ персности растворяемого вещества, интенсивности поверхностного взаимодействия с растворяемым веществом и продолжительности контакта.

Из практики известно, что тот или иной растворитель способен растворять лишь вещества, подобные ему по своей химической при­ роде. Химическое подобие веществ выражается в наличии у них однородных функциональных групп и сходной структуры молекул. Например, химически подобными являются соединения класса угле­ водородов и их производных. Доказательством может служить тот факт, что минеральные масла хорошо растворяются в низкомолеку­ лярных углеводородных растворителях — бензоле, керосине, бен­ зине, а касторовое масло, содержащее оксикислоты, т. е. кислоты с гидроксильными группами, хорошо растворяется в спирте и плохо в углеводородах.

Указанное правило растворимости полнее всего соблюдается в пределах класса веществ. Если же растворению подлежат вещества различных классов, то в этих случаях большое влияние оказывают

идругие факторы, такие, как молекулярный вес и полярность. При повышении молекулярного веса веществ их растворяемость в одних

итех же растворителях уменьшается и, наоборот, полярные вещест­ ва растворяются только в полярных растворителях.

При растворении жидких веществ было установлено, что одни вещества неограниченно растворяются при смешении, другие же имеют ограниченную растворимость. При смешении неограниченно растворяющихся веществ образуются гомогенные растворы.

Ограниченная растворимость жидких веществ имеет большое значение при подборе растворителей. Ограниченная растворимость веществ с изменением температуры изменяется. Было установлено, что при повышении температуры взаимная растворимость ограни­ ченно растворяющихся жидких веществ постепенно увеличивается, и при достижении определенной температуры такие вещества стано­ вятся полностью смешиваемыми. Та наинизшая температура, выше которой ограниченно растворимые вещества становятся полностью смешиваемыми, т. е. неограниченно растворяющимися, получила название критической температуры растворения (КТР). Значения КТР целиком определяются химической природой как растворите­ ля, так и растворяемого вещества.

КТР учитывается при подборе растворителей. Очевидно, эффек­ тивным может быть только такой растворитель, КТР которого по отношению к удаляемому загрязнению будет ниже температуры применения растворителя.

123

Приведенные сведения показывают, что растворитель для кон­ кретных технологических целей следует выбирать при строгом учете химической природы растворителя и растворяемого вещества, ус­ ловий растворения и других факторов.

Растворяющая способность растворителей оценивается в лабо­ раторных условиях по техническим условиям выполнения конкрет­ ной технологической операции. Общепринятого метода лаборатор­ ной оценки растворяющей способности в настоящее время нет.

С к л о н н о с т ь р а с т в о р и т е л я к и с п а р е н и ю необходимо знать для

правильного расчета мощности вентиляционных устройств, режи­ мов сушки промытых деталей, норм расхода растворителя и его по­ терь. Как было отмечено в гл. 1, испаряемость оценивают но темпе­ ратуре кипения, фракционному составу, летучести растворителя и давлению насыщенного пара. В практике применения растворите­ лей наиболее важное значение имеет их летучесть, т. е. скорость ис­ парения в одних и тех же условиях. Чтобы оценить летучесть рас­ творителя, недостаточно знать температуру его кипения, так как в ряде случаев растворители с близкими значениями температур ки­ пения улетучиваются с различной скоростью.

Для оценки летучести растворителей пользуются условными ве­ личинами, указывающими скорость испарения растворителей в сравнении со скоростью испарения этилового эфира, величина кото­ рого принята за единицу. Показатели летучести для ряда раствори­ телей приведены в табл. 9, а скорость испарения — на рис. 59 [13].

Т а б л и ц а 9

Физико-химические свойства растворителей

124

Растворители, имеющие лету­

рой растворитель находится. Чем выше скрытая теплота испарения, тем больше требуется тепла на испарение и тем значительнее будет понижение температуры растворителя и окружающего его воздуха.

Понижение температуры растворителя, поверхности, на которой он находится, приводит к конденсации водяных паров из воздуха. Следовательно, после испарения" растворителя на поверхности мо­ гут образоваться капли воды. Ебли эта поверхность металлическая, то выпадающая из воздуха влага может вызвать коррозию. Это обстоятельство необходимо учитывать и при выборе растворителей, и при их применении.

Летучесть определяется на приборах, используемых для опре­ деления фракционного состава жидкостей.

У растворителей, представляющих собой индивидуальные химиче­ ские соединения, повышается вязкость, значительно уменьшается испаряемость и ухудшается растворяющая способность. Замерза­ ние таких растворителей сопровождается кристаллообразованием и полной потерей подвижности. Смеси растворителей, помимо ука­ заиного, при низких температурах расслаиваются.

О низкотемпературных свойствах растворителей принято судить по температуре их плавления или началу кристаллизации.

Абсолютное значение этих температур целиком определяется химическим строением растворителей. Среди широко применяю­ щихся растворителей наиболее низкие температуры плавления имеют одноатомные спирты, углеводороды бензиновых фракций, ацетон, толуол и др. (см. табл. 9).

Полярность растворителей имеет особенно важное значение при удалении различных загрязнений с металлических деталей. Наи­ лучшие результаты при очистке получаются в тех случаях, когда применяемый растворитель и вещество загрязнения близки по сво­ ей полярности.

Полярность растворителей характеризует их поверхностную ак­ тивность, способную понижать поверхностное и межфазное иатя-

126

жеиие в результате адсорбции и ориентации молекул на поверх­ ностях раздела. Полярность молекул определяет такие важнейшие физико-химические свойства веществ, как растворимость, темпера­ тура плавления и кипения, диэлектрическая проницаемость и др. Для характеристики степени полярности различных веществ поль­ зуются специальным показателем так называемым дипольным мо­ ментом, представляющим собой произведение одного из электрпче-' ских зарядов диполя на расстояние между зарядами.

Рассматривая полярность применительно к растворителям, сле­ дует отметить, что полярной может быть не только молекула в це­ лом, но и отдельная ее часть. А так как величина дипольного мо­ мента зависит от длины диполя, то степень полярности того или иного растворителя будет зависеть от длины полярной и неполярной частей молекулы. Полярными частями молекул являются группы СООН; ОН; М02 и др.

Склонность растворителей к электризации должна учитываться при перекачках их по трубопроводам, фильтрации и распыливании при помощи специальных пистолетов. Установлено, что в раствори­ телях-диэлектриках вследствие трения и ударов их о твердую по­ верхность образуется электростатический заряд, разряд которого, как правило, приводит к пожару [17].

Процесс образования заряда зависит как от геометрических размеров оборудования и используемых конструкционных материа­ лов, так и от физико-химических свойств растворителя.

Величина этого заряда зависит от электропроводности раство­ рителя, скорости его движения, температуры н влажности окружа­ ющего воздуха, чистоты растворителя, материала твердой поверх­ ности, с которой растворитель соприкасается. Опыт показывает, что заряды статического электричества могут достигать особенно больших значений при скорости движения растворителя, превыша­ ющей 4 м/сек, влажности воздуха до 60%, наличии в растворителе механических примесей, воды, пузырьков воздуха, сравнительно низких температурах и фильтровании через такие ткани, как шерсть и шелк. Влияние скорости движения и материала трубопро­ вода на величину заряда статического электричества в бензине по­

казано на рис. 62 [13]. .

Склонность растворителей к электризации можно оценить по величине их удельной электропроводности или диэлектрической по­ стоянной, а также лабораторными испытаниями их на приборах для оценки электризуемое™ жидких диэлектриков. Одним из таких приборов является прибор А. Ф. Аксенова и Э. С. Денисова [2], схема измерительной ячейки которого изображена на рис. 63.

Испытуемый образец диэлектрика помещают в кольцевой зазор 1 между двумя коаксильными цилиндрами: неподвижным корпу­ сом 7 н подвижным ротором 10. На роторе и корпусе выделены изолированные участки 8 и 9, являющиеся измерительными электро­ дами. Отношение высоты измерительного электрода к длине ротора для уменьшения градиента скорости в осевом направлении,- а так­ же для создания равномерного электростатического поля в зазоре

3 — свинец редуктор; 1 2 — двигатель

равно 0,5. Разность потенциалов между измерительными электро­ дами 8 и 9 пропорциональна величине заряда в жидкости и может быть измерена с помощью коллектора 5, щетки 4 н вывода 2 любым известным способом. По величине емкости системы и измеренному потенциалу определяют заряд в жидкости, а затем и плотность за­ ряда, представляющего отношение заряда в жидкости к ее объему. Данные измерений представляют в виде зависимости плотности за­ ряда от числа Рейнольдса (рис. 64).

Для предупреждения разрядов статического электричества не­ обходимо, чтобы все детали моечного процесса были тщательно заземлены (омическое сопротивление не более 100 ом). Скорость прокачки растворителя по трубопроводу не более 4 м/сек.

Склонность растворителей к электризации можно понизить до­ бавлением присадок, повышающих электропроводность [35].

Гигроскопичность растворителей относится к числу отрицатель­ ных свойств, обусловливает их коррозионную агрессивность по от­

128

Для высушивания растворителя в него помешают мешочки или Патроны с осушителем или насыпают последний на дно емкости.

Кроме солей, эффективным средством осушки растворителей, в частности углеводородных, является силикагель, представляющий

достигает 30% его собственного веса. Обводненный силикагель легко подвергается регенерации путем прокаливания.

Коррозионные свойства растворителей обусловлены присутст­ вием низкомолекулярных карбоновых кислот, сернистых соедине­ ний— сероводорода,- меркаптанов и др. Коррозионная агрессив­ ность растворителей оценивается по различным методикам в зависимости от условий применения растворителя и металла, со­ прикасающегося с ним. Определение истинной коррозионной агрессивности растворителей требует длительного времени (выдер­ живанием металлов). Поэтому для суждения о коррозионной агрессивности пользуются косвенными методами: определяют со­ держание в растворителях воды, серы органических кислот теми же методами, которые используют при анализе жидкостей для гидросистем. ,

3.ТОВАРНЫЕ МАРКИ ЖИДКИХ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЕЙ

Вкачестве растворителей для очистки деталей машин от за­ грязнений наиболее' широко используют нефтяные (бензиновые) фракции, ароматические углеводороды и их производные, галлоидные производные и оксипроизводные углеводородов, а также емеси

некоторых из этих веществ.

129