U pomoćne materijale spadaju maziva, guma, zaptivni i izolacioni materijali.
MAZIVA
Maziva su materije čija je osnovna uloga da smanje trenje i habanje između pokretnih, odnosno pokretnih i nepokretnih komponenata tehničkih (mašinskih sistema). Mehanizam kojim se ova uloga ostvaruje zove se podmazivanje, odnosno razdvajanje tarućih površina. Osnovni načini podmazivanja su potpuno podmazivanje (hidrostatičko – HSP, hidrodinamičko- HDP i elastohidrodinamičko- EHDP), kod kojeg sloj maziva ima moć nošenja dovoljnu da spreči dodir dva tela u svakom trenutku, i nepotpuno podmazivanje (mešovito ili granično), kod kojeg to nije slučaj. Način podmazivanja bitno utiče na trenje i habanje.
Osim smanjenja trenja i habanja, maziva mogu da imaju ulogu i kao rashladno sredstvo (smanjenjem trenja i strujanjem), da služe kao zaštita od korozije (izolovanjem od agresivnih materijala), i da učestvuju u zaptivanju, prenosu snage kod hidrauličnih sistema, prigušenju udara i vibracije. Ovako raznovrsni zadaci zahtevaju primenu velikog broja različitih maziva, koja se dele prema funkciji, agregatnom stanju, sastavu ili poreklu i nameni.
Prema funkciji, maziva se dele na:
– konstrukciona, koja se smatraju elementom mašine i biraju pri njenom projektovanju istovremeno sa izborom ostalih materijala i
– tehnološka, koja se koriste pri obradi metala deformisanjem i rezanjem.
Prema agregatnom stanju maziva se dele na gasovita (vazduh, gas), tečna (ulja), polutečna (masti) i čvrsta.
U odnosu na poreklo, tečna maziva (ulja) dele se na mineralna (dobijena preradom nafte), sintetička, biljna i životinjska, a prema sastavu, gasovita maziva se dele na vazduh i gasove, polutečna (masti) na sapunske masti, nesapunske masti i masti bez zgušćivača, a čvrsta maziva na meke metale, polimere, keramiku i lamelarne materijale. Često se koriste kombinacije osnovnih vrsta maziva, npr. mineralna ulja pomešana sa biljnim i životinjskim uljima (tzv. zamašćena).
Podela prema nameni je definisana standardom ISO DIN 6743/0. Osnovna oznaka za maziva je slovo L (početno slovo engleske reči lubricant), a svaka grupa ima dodatnu slovnu oznaku prema nameni.
| Grupa | Primena |
| A | Maziva za protočno podmazivanje |
| B | Maziva za podmazivanje kalupa |
| C | Maziva za zatvorene zupčaste prenosnike |
| D | Ulja za kompresore |
| E | Ulja za motore SUS |
| F | Ulja za ležaje |
| G | Ulja za klizne vođice |
| H | Fluidi za hidraulične sisteme |
| M | Maziva za obradu metala |
| N | Maziva za električne instalacije |
| P | Maziva za pneumatski alat |
| Q | Ulja za prenos toplote |
| R | Maziva za zaštitu od korozije |
| T | Ulja za turbinska postrojenja |
| U | Ulja za termičku obradu metala |
| X | Tehničke masti |
| Y | Ostala maziva |
| Z | Ulja za cilindre parnih mašina |
Kod pojedinih grupa postoji i dalja podela. Ulja za motore SUS klasifikuju se prema viskozitetu.
Maziva se biraju pre svega u zavisnosti od namene. Opšte pravilo je da se za potpuno podmazivanje koriste tečna i gasovita maziva, dok se za dobro zaptivanje koriste čvrsta i polutečna maziva. Osim toga, na izbor maziva utiču radni uslovi, zahtevani vek i pouzdanost, brzina kretanja i opterećenje. Maziva veće viskoznosti biraju se za manje brzine i veća opterećenja.
Gasovita maziva
Gasovita maziva se primenjuju uglavnom za podmazivanje kliznih ležaja. Najveću primenu ima vazduh, a od gasova se najčešće koriste azot i helijum. Osnovne osobine gasovitih maziva su hemijska i termička stabilnost u širokom opsegu temperatura, i relativno mali viskozitet, koji raste sa porastom temperature.
Osnovne prednosti gasovitih maziva su mali koeficijent trenja, malo zagrevanje, dobro ponašanje na niskim temperaturama i pri velikim brzinama kretanja delova, kao i visoka čvrstoća pri radu. Osnovne mane su mala nosivost, složenost i velika cena konstrukcije i oetljivost na nečistoće. Koriste se za zubarske bušilice, brusilice, žiroskope, kontrolne i merne instrumente.
Tečna maziva
Tečna maziva su najčešće korišćena vrsta maziva, a po pravilu je reč o uljima za podmazivanje komponenata motora i vozila, pumpi, turbina, generatora, zupčanika, hidrauličnih i drugih sistema, kao i za podmazivanje metala pri obradi rezanjem i deformacijom.
Osnovna svojstva ulja za podmazivanje su viskozitet, indeks viskoziteta, gustina, specifična toplota, temperatura paljenja i temperatura stinjavanja.
Viskozitet je od posebnog značaja za potpuno podmazivanje jer je u tom slučaju uticaj ovog svojstva na trenje i habanje najizraženiji. Osim toga, viskozitet bitno utiče na zaptivanje, potrošnju ulja i mogućnost pokretanja delova na niskim temperaturama.
Na izbor viskoziteta ulja utiču radna temperatura, temperatura okoline, opterećenje i brzina komponenata.
Indeks viskoznosti (IV) je broj koji pokazuje tendenciju promene viskoziteta sa promenom temperature. Po pravilu, vrednost IV kreće se od 0 do 100, pri čemu se 0 odnosi na veliku promenu viskoziteta a 100 na malu promenu.
Temperatura paljenja je po pravilu viša kod ulja većeg viskoziteta. Niža temperatura paljenja uslovljava veće isparavanje i veću potrošnju ulja. Temperatura stinjavanja treba da bude niža od najniže radne temperature da bi se obezbedili pouzdan rad i startovanje na svim radnim temperaturama.
Gustina mineralnih ulja se kreće od 820 do 960 kg/m3, a gustina nekih sintetičkih ulja prelazi 1000 kg/m3. Treba imati u vidu da, za razliku od kinematskog viskoziteta, dinamički viskozitet zavisi od gustine.
Specifična toplota određuje količinu toplote koja se odvodi uljem, pa je od presudnog značaja za primenu ulja za prenos toplote.
Mineralna ulja
Mineralna ulja čine 85% svih ulja za podmazivanje. Sirovina za dobijanje mineralnih ulja je ostatak primarne destilacije nafte koji se podvrgava daljoj destilaciji u vakuumu i zatim rafinaciji. Cilj destilacije u vakuumu je razdvajanje sirovine na produkte koji ključaju u istom temperaturnom intervalu. Rafinacija se sastoji od mnogobrojnih operacija, od kojih su najvažniji deasfaltizacija (uklanjanje asfaltne materije), solventna ekstrakcija (povećanje oksidacione stabilnosti ulja), deparafinacija (uklanjanje parafinske materije u cilju snižavanja temperature stinjavanja) i hidrorafinacija (smanjenje sadržaja sumpora i nepoželjnih aromatičnih ugljovodonika).
Mineralna ulja se prema fizičkim svojstvima dele na laka vretenska, cilindarska, srednja i teška mašinska, a prema hemijskom sastavu, na parafinska i naftenska. Parafinska ulja se pretežno sastoje od parafinskih ugljovodonika i imaju visok indeks viskoziteta, dobru hemijsku postojanost, ali su im niskotemperaturne karakteristike lošije od naftenskih. Naftenska ulja se pretežno sastoje od naftenskih ugljovodonika i imaju nizak ili srednji indeks viskoziteta, slabiju hemijsku postojanost, a niskotemperaturne karakteristike su im bolje od istih za parafinska ulja jer imaju znatno nižu temperaturu stinjavanja.
Sintetička ulja
Sintetička ulja se proizvode hemijskim postupcima (sintezom) od različitih organskih materija. Ovakav način dobijanja omogućava bolju kontrolu sastava, strukture i svojstava, koje mogu da se podese prema primeni ulja. Osim toga, sintetička ulja imaju širi opseg radne temperature od mineralnih ulja, a osnovni nedostatak im je visoka cena.
Polutečna maziva
Najčešće korišćena polutečna maziva su masti za podmazivanje koje posle mineralnih ulja predstavljaju najviše korišćeno mazivo uopšte. Od manjeg značaja su i bitumenska mast, parafin i vazelin. Tehničke masti se koriste za podmazivanje kotrljajnih i kliznih ležaja, zglobova, lanaca, užadi, osovina, sporohodnih i otvorenih zupčastih prenosnika. Osnovni razlozi za primenu tehničkih masti su:
– stalna potreba za mazivom, posebno prilikom pokretanja i zaustavljanja mašina,
– potreba za zaptivanjam i sprečavanjem ulaska nečistoća,
– nemogućnost primene tečnih maziva.
Osnovne mane polutečnih maziva su povećani otpor prema strujanju (veliki viskozitet) i manja sposobnost hlađenja.
Tehničke masti se sastoje od tečnog maziva (prvenstveno mineralnih ulja, a sintetička se koriste samo za niske temperature i/ili visoke radne temperature) i zgušćivača (sapunski ili nesapunski), a moguće je dodati i aditive i modigikatore. Najviše se koristi litijumska mast.
Osnovna fizička karakteristika masti je tvrdoća. Merilo tvrdoće tehničkih masti je penetracioni broj, koji predstavlja desetinu dubine utiskivanja (izražene u mm) konusa standardnih dimenzija u mast na temperaturi od 25°C. Prema penetracionom broju, tehničke masti se dele u devet grupa, koje su označene NLGI (National Lubricating Grease Institute) brojem.
Čvrsta maziva
Čvrsta maziva se dele na lamelarna maziva (grafit i molibdendisulfid MoS2), meke metale, polimere i keramiku. Čvrsta maziva se nanose u obliku prevlake ili se od njih izrađuju delovi izloženi trenju i habanju.
Grafit je najpoznatije lamelarno (slojevito) čvrsto mazivo. Smicanjem slojeva postiže se dobro podmazivanje, ali samo u prisustvu vode ili vlage, dok se u suvoj sredini postiže obrnut efekat- trenje se povećava. Na isti način se objašnjava uloga molibdendisulfida, čiji su slojevi sastavljeni od atoma Mo i S. U odnosu na grafit, osnovna prednost molibdendisulfida je da njegova svojstva ne zavise od vlage.
Kalaj i olovo kao meki metali koriste se najviše kao čvrsta maziva. Znatno su jeftiniji od srebra, zlata i indijuma. Najčešće korišćeni polimeri su politetrafluoretilen (PTFE), najloni i acetali, a od keramike alunima (Al2O3), silicijumkarbid (SiC) i kermeti.
GUMA
Guma spada u elastomere (elastomeri su vrsta amorfnih polimera) i mnogo se primenjuje u tehnici, posebno u mašinstvu, i to zbog sledeće kombinacije karakteristika koje ostali materijali nemaju:
– velike elastičnosti (sa relativno velikom zateznom čvrstoćom),
– nepropustljivosti za tečnosti i gasove,
– odlične električne otpornosti,
– dobre otpornosti prema mnogim hemikalijama i
– dobre otpornosti prema habanju.
Guma se koristi za zaštitu od korozije i abrazije, za električnu izolaciju, zaštitu od udara i vibracija, dobijanje površina visokog koeficijenta trenja. U mašinstvu se guma koristi za izradu pneumatika za motorna vozila, traka za transport, creva, zaštitnika od kiselina i drugih agresivnih hemikalija, izolacionih slojeva, amortizera. Od gume se izrađuju i rukohvati na mašinama, zaptivni elementi u vodovodnim i kanalizacionim instalacijama, gumirana platna, obuća. Tvrda guma (ebonit)služi za izradu delova u elektrotehnici i elektronici. Guma se takođe koristi i kao pasta za zaptivanje ili kao sunđer.
Elastomeri (gume) obuhvataju veliki broj amorfnih polimera koji imaju nisku temperaturu prelaza u staklasto stanje, čija je osnovna odlika sposobnost velikih elastičnih deformacija. Elastičnost gume je određena brojem unakrsnih veza, odnosno količinom sumpora koji joj se dodaje. Sa povećanjem sadržaja sumpora povećava se i stepen unakrsnog umrežavanja susednih lanaca polimera, odnosno ograničava se pokretljivost polimera pa guma postaje tvrda i krta. Jednom unakrsno umreženi elastomeri ne mogu više da se preoblikuju. Elastomeri su veoma meki i imaju nisku vrednost modula elastičnosti.
Prirodna guma (NR)
Na ovom linku možete videti kako se dobija prirodna guma http://www.maiani.eu/video/rubber/rubber_en.asp
Osnovna sirovina za prirodnu gumu je lateks– kaučukovo mleko koje se dobija od drvete heveje. Lateks, koji u sebi sadrži veoma male čestice kaučuka, prvo se kao suspenzija pri preradi razlaže do sadržaja kaučuka od ~15%, a zatim se podvrgava koagulaciji (zgušnjavanju) pomoću organske kiseline. Valjanjem koagulisanog materilaja istiskuje se voda, pri čemu se dobija ploča koja se dalje suši strujom toplog vazduha. Tako se dobija kaučuk koji se dalje prerađuje.
Prirodni kaučuk je amorfan. Pri dužem stajanju moguća je njegova kristalizacija. Kristalizacija može da nastane i prilikom istezanja kaučuka, što znatno povećava njegovu čvrstoću. Duktilnost kaučuka zavisi od temperature: zagrevanjem na 80°C kaučuk postaje plastičan, na 200°C počinje da teče, ali je na temperaturi od -70°C krt. Strukturu prirdne gume čini uglavnom polizopren (polimer sa dugim lancima), pomešan sa malim količinama proteina, lipida, neorganskih soli i većeg broja drugih komponenata.
U daljem postupku kaučuk se podvrgava procesu vulkanizacije da bi se dobila guma. Vulkanizacija je hemijski proces vezivanja molekula kaučuka sa sumporom, pri čemu nastaje vulkanizat ili guma. Za razliku od početne mase kaučuka pomešane sa dodacima, posle vulkanizacije guma dobija sasvim drugačija svojstva: elastična je, povećane zatezne čvrstoće i tvrdoće, otpornija prema habanju, kiselinama i postojana na uticaj toplote.
Vulkanizacija se obavlja na temperaturi od 130-150°C, a traje od 5-90 minuta. Pripremljena masa se stavlja u kalup, potom se sve stavlja u presu i drži pod pritiskom i na temperaturi vulkanizacije. Posle propisanog vremena, alat se oslobađa pritiska i skida sa mašine, a guma se vadi iz alata.
U proizvodnji gume se koristi sumpor, koji u procesu vulkanizacije hemijski reaguje sa molekulima kaučuka i time daje gumi najvažnije osobine. Uobičajena količina sumpora je 1,5-3%, a pri proizvodnji tvrde gume (ebonita) 8-10%. Osim sumpora, dodaju se i razni drugi sastojci- aditivi koji poboljšavaju svojstva gume, kao što su omekšivači, punioci, stabilizatori i boje.
Sintetička guma
U ukupnoj svetskoj proizvodnji gumenih proizvoda sintetička guma je zastupljena sa oko 70%. Polazna sirovina za dobijanje sintetičke gume je sintetički kaučuk, koji se dobija procesom polimerizacije ugljovodonika.
U poređenju sa prirodnom, sintetičke gume imaju bolju otpornost prema toploti, benzinu i hemikalijama, kao i veliki temperaturni opseg u kojem mogu da se koriste. Neke od važnijih sintetičkih guma su: stiren-butadien, nitril guma i polihloropren.
Stiren-butadien (SBR) ima dobru otpornost prema habanju, dobra fizička svojstva, dobru električnu otpornost, ali je neotporan na ulja i atmosferske uticaje. Stiren-butadien ima znatno manju cenu u odnosu na prirodnu gumu i zato se široko koristi za izradu automobilskih guma, zaptivača i cevi.
Nitril gume (NBR) su kopolimeri od butadiena i akrilonitrila. Nitril daje gumi visoku otpornost prema ulju i rastvaračima, kao i na abraziju i toplotu. Nitril gume su skuplje od drugih guma, pa se ograničeno koriste samo za specijalne primene, kao što su: creva za gorivo, zaptivači gde se zahteva visoka otpornost prema uljima i rastvaračima.
Polihloropren (CR) (neopren) je sličan izoprenu, s tim što je metil grupa (CH3) zamenjena atomima hlra (Cl). Hlor povećava otpornost prema uticaju kiseonika, azota, toplote i atmosferskih uticaja. Neopren je otporan prema čistom benzinu i ulju, ali nije otporan prema niskim temperaturama, i skup je. Zbog toga se koristi samo za specijalne namene, kao što su oblaganje žica i kablova, industrijska creva i kaiševi, a u automobilskoj industriji za proizvodnju zaptivača i dijafragmi.
Silikonske gume– Kada se polimerni lanci obrazuju tako što u izgradnji mera učestvuju atomi silicijuma (umesto ugljenika) i kiseonika međusobno povezani kovalentnim vezama, nastaju silikonske gume (silikoni). Pripadaju grupi elastomera i odlikuju se, slično gumi, dobrim specifičnim svojstvima, a temperaturni interval primene im je širi nego kod gume.
ZAPTIVNI MATERIJALI
Dobro zaptivanje je neophodan uslov za rad posuda pod pritiskom, motora SUS, kompresora i sličnih uređaja. Izbor zaptivnog materijala zavisi od:
– radnog pritiska i temperature,
– načina zaptivanja,
– vrste fluida (hemijska agresivnost, viskozitet) i
– delovanja okoline.
Postoji veliki broj različitih materijala za zaptivanje, od kojih se najčešće koriste guma, polimeri, pluta, kudelja, metali (Cu, Al, Pb, Sn, meki čelik).
Gumeni zaptivači se koriste u hidrauličnim i pneumatskim uređajima, vodovodnim i kanalizacionim instalacijama, hemijskoj i prehrambenoj industriji. Osim od čiste gume, zaptivači se izrađuju i u kombinaciji sa drugim materijalima (npr, sa metalom, tj. armaturom). Ako guma ne može da se koristi zbog agresivnog delovanja okoline, umesto nje se često koriste polimeri. Pluta se koristi za normalne pritiske i temperature, posebno za zaptivanje alkohola, ulja i goriva. Kudelja se koristi za vodovodne instalacije. Metalni zaptivači se koriste za povišene pritiske i temperature, npr. kod motora SUS. Često se koriste kombinovani zaptivači, npr. od tankih bakarnih limova sa međuslojem plute (spoj glave i bloka motora).
IZOLACIONI MATERIJALI
Prema nameni, izolacioni materijali se dele na:
– toplotnoizolacione (termoizolacione),
– elektroizolacione,
– zvučne izolacione.
Većina izolacionih materijala ima neke osobine koje su zajedničke za sve navedene grupe.
Termoizolacioni materijali su mnogobrojni i raznovrsni, a mogu da budu prirodnog i veštačkog porekla. U mašinstvu se prvenstveno primenjuju za izolaciju toplotnih uređaja i mašina gde sprečavaju odvođenje toplote (npr. kod cevovoda kroz koje protiče zagrejani radni medijum) ili dovod toplote (npr. kod rashladnih uređaja). Osim male toplotne provodljivosti, ovi materijali treba da imaju malu gustinu, a često i dobru vatrostalnost (npr. šamotske opeke). U prirodne termoizolacione materijale spadaju azbest, infuzorijska zemlja, šamot, grafit i pepeo, a u veštačke staklena vuna, asfalt, vodeno staklo s glinom, plastika (najčešće ekspandirani poliuretan i polietilen), gips i drugi.
Elektroizolacioni materijali su zbog visoke specifične električne otpornosti dielektrici, pa im odatle i potiču elektroizolaciona svojstva. Kvalitet ovih materijala zavisi od njihovih mehaničkih i fizičkih svojstava. Potrebno je da budu otporni prema dejstvu ulja i hemikalija kao što su baze i kiseline, stabilni prema oksidaciji, toplotnim i atmosferskim uticajima i da ne upijaju vlagu. Mogu da budu neorganskog porekla (liskun, azbest, staklo, porculan, oksidi aluminijuma i magnezijuma, šamot, mermer) i organskog porekla (ulja, guma, pamuk, lakovi, celuloza, polimeri- najčešće PVC). Ovi materijali se koriste za izradu utikača, prekidača, osigurača, nosača grejnih elemenata, za izolaciju provodnika, kablova, kućnih aparata, kolektora, kao i za izradu zaštitnih odela i rukavica.
Zvučnoizolacioni materijali se koriste za izolaciju od buke i motora na: automobilima, avionima, brodovima i drugim prevoznim sredstvima. Kao zvučnoizolacioni materijali upotrebljavaju se penasti polimeri, staklena vuna, pluta, pamučna vlakna, filc i stugotina od drveta, koji su često profilisani tako da postignu što veči efekat prigušenja zvuka.
Metalurgija 