Низкозамерзающие охлаждающие жидкости (антифризы)
Антифриз (от англ. freeze - «замерзать») - это собирательное понятие, обозначающее любые низкозамерзающие жидкости, применяемые для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, промышленных теплообменников и других установок (в том числе систем отопления), работающих при температурах ниже 0°С.
Автомобильные антифризы – низкозамерзающие охлаждающие жидкости (ОЖ) для системы охлаждения автомобиля.
Состав антифриза (упрощенно) состоит из следующих составляющих:
основа;
комплекс присадок.
Основа антифриза — водно-гликолевая смесь, от которой зависит способность антифриза не замерзать при низких температурах, его удельная теплоемкость, вязкость и воздействие на резину. Наиболее распространены ОЖ на основе этиленгликоля. Но его водный раствор агрессивен к материалам деталей системы охлаждения (стали, чугуну, алюминию, меди, латуни, припою).
Комплекс присадок - это набор противокоррозионных (ингибиторов), антивспенивающих, моющих и стабилизирующих компонентов. Кроме того, могут присутствовать ароматизирующие компоненты.
Наиболее часто в технике применяют антифризы, содержащие 52,6% и 66% этиленгликоля и ряд противокоррозионных присадок. Известны антифризы на основе водно-глицериновых растворов. Так, смесь 70% (по массе) глицерина и 30% воды замерзает при — 40 °С, однако уступает этиленгликолевым антифризам по вязкости и теплофизическим свойствам. Иногда применяют водные растворы метилового, этилового и изопропилового спиртов; 50%-ный раствор метанола замерзает при — 43 °С, имеет малую вязкость, однако легко испаряется. В ряде случаев, например в теплообменниках, в качестве антифризов используют водные растворы солей. Недостатки таких антифризов - высокая коррозионная активность и кристаллизация солей при испарении воды.
Наиболее распространенные современные антифризы – это низкозамерзающие водные растворы этиленгликоля.
Чистый этиленгликоль – это маслянистая жидкость, сладковатая на вкус, с температурой кипения 196°С и замерзания минус 12,3°С. Количество этиленгликоля в ОЖ обычно составляет 52–64%, при этом температура замерзания полученных растворов составляет от минус 32 до минус 70°С.
Для исключения таких недостатков ОЖ, как агрессивность по отношению к резине и металлам, низкие смазывающие свойства, в них вводят антикоррозионные, противопенные и другие присадки.
Свойства воды как теплоносителя (теплопроводность, теплоемкость и вязкость) существенно лучше, чем у этиленгликоля. Однако использование гликолевых растворов позволяет существенно понизить температуру замерзания, в чем, собственно и заключается основной смысл использования антифризов.
К автомобильным антифризам предъявляются следующие требования:
Высокая теплоемкость и теплопроводность.
Низкая температура замерзания (безопасная эксплуатация автомобиля практически при любых отрицательных температурах охлаждающего воздуха).
Высокая температура кипения (нормальная работа двигателя в летнее время).
Высокая температура воспламенения (обеспечивает безопасность при использовании).
Малая вязкость, особенно при низких температурах (высокая затрудняет циркуляцию и снижает теплопередачу).
Малая вспениваемость(при большой снижается теплопередача, возможет перегрев двигателя и образование паровых пробок).
Низкая коррозионная активность (этот показатель является одним из решающих при оценке качества антифриза).
Инертность к резиновым шлангам и уплотнителям.
Общепринятых классификаций (спецификаций) как, например, в области моторных масел (API, ACEA) не существует. Требования, достаточно сильно расходящиеся по некоторым пунктам, и официальные представления моторостроителей нельзя перекрыть одним (для всех типов двигателей) качеством.
Охлаждающие жидкости можно подразделить на три типовые группы:
Basic (основные);
Средства, не содержащие нитритов - кроме того в них могут отсутствовать амины и/или фосфаты;
Средства, не содержащие силикатов - кроме того в них могут отсутствовать амины и/или фосфаты, и/или нитриты.
Технические требования к зарубежным концентратам ОЖ для легковых автомобилей и легких грузовиков отражены в ASTM D 3306 («Технические условия для охлаждающей жидкости на основе этиленгликоля для автомобиля с легкими условиями эксплуатации»), а для грузовых автомобилей и тяжелой техники - в ASTM D 4985 («Технические условия для охлаждающей жидкости на основе этиленгликоля с низким содержанием силиката для двигателей с тяжелыми условиями эксплуатации»), требующие начального введения дополнительной добавки к охлаждающей жидкости Supplemental Coolant Additive (SCA).
Кроме общих стандартов, многие изготовители автомобилей применяют свои спецификации, с дополнительными требованиями. Например, нормы General Motors USA
Antifreeze Concentrate GM 1899-M, GM 6038-M, или система нормативов G концерна Volkswagen:
G 11 - для легковых автомобилей или легких грузовиков (присадки неорганические, допускается присутствие силикатов);
G 12 - для тяжелой техники или новой автотехники (присадки органические, включают карбоксилатные соединения, силикаты отсутствуют).
Информация об отсутствии силикатов (free of silicate или silicate free) имеет важное значение при использовании охлаждающей жидкости в двигателях тяжелой техники.
При высокой температуре силикаты способны превращаться в гелеобразные отложения, забивающие узкие каналы системы охлаждения. Такие документы часто запрещают вводить в антифриз ингибиторы коррозии, содержащие нитриты, нитраты, амины, фосфаты, и оговаривают предельно допустимые концентрации силикатов, буры и хлоридов. Нитрит-нитраты, взаимодействуя с аминами, образуют токсичные соединения, причем некоторые из них канцерогенные. Ограничение содержания фосфатов, силикатов, боратов уменьшает отложение накипи в системе охлаждения, увеличивает срок службы уплотнений водяного насоса (меньше нерастворимых осадков), улучшает защиту от кавитационной коррозии.
В России исторически сложившимся синонимом слова антифриз является тосол. Зачастую под антифризом понимают импортный аналог тосолов. Собственно само слово «ТОСОЛ» - название первого автомобильного антифриза, разработанного специально для использования в системе охлаждения «Жигулей» и получившего широкую известность.
ТОСОЛ предназначен для охлаждения двигателей автомобилей в любое время года при любых температурах, до минус 65°С.
Внешне стандартный ТОСОЛ-40 представляет собой жидкость голубого цвета, ТОСОЛ-65 - красный, впрочем, цвет - исключительно вопрос пристрастий производителя, никак не влияющий на свойства. Так, в Германии антифриз темно-зеленого цвета, а в Италии - красный. Основным назначением окрашивания современных ОЖ является информирование потребителя о составе ОЖ - органическая основа пакета присадок или неорганическая – с целью определения возможностей смешивания разных ОЖ.
В России ГОСТ 28084-89 «Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические условия» нормирует основные показатели ОЖ на основе этиленгликоля (концентрата, ОЖ-40, ОЖ-65): внешний вид, плотность, температуру начала кристаллизации, коррозионное воздействие на металлы, вспениваемость, набухание резины и т.д. Но он не оговаривает состав и концентрацию присадок, а также смешиваемость жидкостей. Это, а также цвет ОЖ (синий, зеленый, желтый и т.п.) выбирает изготовитель. ГОСТов, регламентирующих срок службы антифриза и условия ресурсных испытаний, пока нет. Техническая сертификация ОЖ необязательна. Технические требования на антифризы изложены в ТТМ 1.97.0717-2000 и ТТМ 1.97.0731-99.
Ресурс антифриза прямо зависит от его качества и пробега автомобиля. Старение особенно интенсивно, когда в систему охлаждения просачиваются отработавшие газы или подсасывается воздух. Поэтому необходимо исключить возможные утечки жидкости, а также состояние и крепление шлангов, состояние прокладок в двигателе.
Срок замены антифриза предписывает автозавод или изготовитель ОЖ. Но иногда жидкость стареет раньше. При этом образуется желеобразная масса на внутренней стороне горловины расширительного бачка, при незначительных отрицательных температурах (минус 10-15°С) в нем заметно помутнение, выпадает осадок, а также чаще срабатывает электровентилятор радиатора. Антифриз становится рыже-бурым, что означает, что детали системы уже корродируют.
Антифриза в системе охлаждения может стать меньше из-за испарения из него воды или при негерметичности системы. В первом случае нужно доливать дистиллированную воду. Во втором — охлаждающую жидкость той же марки.
Отечественные ОЖ, произведенные разными изготовителями по одним техническим условиям, смешивать допустимо. Однако если номера ТУ различаются, антифризы часто несовместимы из-за возможности реакции компонентов присадок.
В закрытых системах охлаждения поддерживается избыточное давление (до 100 кПа), вследствие чего температура кипения охлаждающей жидкости повышается до 120°С. В связи с этим использование специализированных охлаждающих жидкостей необходимо не только в условиях с низкими температурами окружающей среды.
Если система рассчитана на работу на антифризе, никогда не следует менять антифриз на воду. Вода имеет более высокую теплоемкость, следовательно, нарушится тепловой режим двигателя. Антифриз имеет смазывающие свойства, а при замене его водой из строя в первую очередь выйдет водяной насос. Благодаря наличию присадок, антифриз покрывает поверхность металла защитной пленкой, а при замене его водой эта пленка смывается и в растворе начинает очень активно происходить электрохимическая коррозия.
Также следует отметить, что антифризы между собой можно смешивать только в определенных случаях.
Существует три типа антифризов:
на основе только органических кислот;
смешанные, на основе органических кислот;
традиционного состава (на основе неорганических солей).
Одна из основных проблем с использованием антифризов на основе только органических кислот (например антифризов Dexcool и Havoline Extended Life) заключается в том, что они не совместимы с традиционными антифризами.
Карбокслитаные соли, используемые в антифризах на основе только органических кислот вступают в реакцию с некоторыми неорганическими солями и щелочами, используемыми в традиционных антифризах. Результатом такого взаимодействия является образование помутнений и осадка. В лучшем случае, если антифриз на основе только органических кислот дозаправляют традиционным антифризом, это приводит к тому, что продленный срок эксплуатации антифризов на основе органических кислот (минимум 5 лет использования в двигателях внутреннего сгорания) снижается до срока службы традиционных антифризов (около 2х лет).
В гарантии на большинство автомобилей, заправленных на заводе антифризами на основе только органических кислот указано, чтобы все дозаполнения и замена антифризов происходила только антифризами на основе только органических кислот.
Смешанные антифризы частично или полностью исключают проблему совместимости антифризов на основе только органических кислот с традиционными антифризами. Антифризы на смешанной основе (HOAT) содержат значительную концентрацию традиционных ингибиторов/присадок, так же как и органических карбоксилатных солей. Однако в этом случае используются именно те карбоксилатные соли, которые полностью совместимы с компонентами, используемыми в традиционных антифризах.
