shadow
Охлаждающие жидкости: от традиций к новым технологиям

Охлаждающие жидкости: от традиций к новым технологиям

Статьи по антифризу | 15

Об охлаждающих жидкостях написано немало, однако информация не повторяется и не исчерпывается. На рынке стабильно растет количество данных продуктов, существенно отличающихся по рецептуре и свойствам. В системе охлаждения применяются все новые и новые материалы, требующие применения жидкостей с модифицированными процессами защиты. Совершенствуется конструкция двигателей, а значит, изменяются их температурные и ресурсные показатели. При всем при том обязательно найдутся любознательные клиенты, которые не преминут поинтересоваться разницей между видами антифризов, особенностями смешивания разных жидкостей и подоплекой удлинения интервалов их замены…

Немного истории

Изначально жидкостью, применяемой в системе охлаждения двигателя, была вода. Многие и по сегодняшний день ее используют, правда, только в теплое время года. Вода обладает отличными теплообменными свойствами, безопасна, дешева и легкодоступна. Она является великолепным охладителем, и не нужно было бы ничего выдумывать, если бы не несколько существенных но:

  • вода кристаллизуется (замерзает) при температуре ниже 0°С, причем с увеличением объема до 10%;
  • вода вызывает коррозию металлов;
  • вода образовывает накипь.

При разработке первых охлаждающих жидкостей стояла задача сделать ее «всесезонной», ведь эксплуатировать технику нужно не только летом, но и зимой. Так, было замечено, что если в воду добавить соль, то этот раствор уже обладает низкотемпературными свойствами. Например, для получения смеси с температурой замерзания около -30°С, на 1 литр воды необходимо 250 г хлористого магния (максимальное значение — около минус 34°С можно получить, добавив 259 г; дальнейшее увеличение данного компонента приводит к перенасыщению раствора и выпадению соли в осадок) или 346 г хлористого кальция (максимальная температура — минус 55°С получается при добавлении 427 г). Растворив в том же количестве воды 301 грамм хлористого натрия, можно получить раствор с температурной замерзания минус 21°С. Однако, помимо того, что вода и соль — чрезвычайно коррозионная смесь, так еще соли откладываются на поверхностях системы охлаждения, ухудшая теплообмен, а также закупоривают проходные каналы системы.

Необходимо было использовать другие компоненты. На определенном этапе ими стали глицерин и одноатомные спирты: метиловый и этиловый. Так, 60-70% водный раствор глицерина имеет температуру замерзания минус 30-40°С, 45-55%-ый этилового спирта — минус 35-40°С, 50%-ный метилового — минус 43°С. Однако повышение вязкости при отрицательных температурах глицериновых жидкостей ставило под сомнение надежность работы и стабильность циркуляции хладагента по системе охлаждения двигателя. Спирты же имеют низкую температуру кипения и характеризуются высокой летучестью. Поэтому иногда для получения охлаждающих жидкостей использовали смеси этих компонентов. Впрочем, некоторые производители и сегодня выпускают подобные антифризы (естественно, с усовершенствованными рецептурами). Например, антифриз на основе этилового спирта и глицерина, в котором эти компоненты «дополняют» друг друга. Так, глицерин способствует понижению температуры кипения охлаждающей жидкости, а спирт — улучшению низкотемпературных свойств.

Следующей базой для получения низкотемпературных охлаждающих жидкостей стал этиленгликоль (двухатомный спирт). Сам по себе он не обладает хорошими низкотемпературными показателями (температура кристаллизации — около минус 12°С). Однако в смеси с водой позволяет достигнуть точки замерзания раствора до — 75°С. При замерзании раствор практически не расширяется и образовывает не твердую, а густую рыхлую массу.

Одним из недостатков водного раствора этиленгликоля является достаточно высокая агрессивность к материалам системы охлаждения. К тому же этиленгликоль ядовит. Поэтому некоторые производители, зачастую зарубежные, стали использовать для производства антифризов безопасный пропиленгликоль. Однако достаточная дефицитность последнего, немного худшие теплоемкость и теплопроводность, более высокая стоимость, по сравнению с этиленгликолем, не способствуют широкомасштабному переходу на пропиленгликолевые антифризы. На данный момент подавляющее число охлаждающих жидкостей изготовлены на основе этиленгликоля.

Мы главным образом рассмотрели охлаждающие жидкости с точки зрения низкотемпературных свойств. Однако к антифризам выдвигается значительно больше рабочих требований. Чтобы им удовлетворять, в состав жидкостей вводят специальные присадки. При этом наибольший акцент делается на коррозионную инертность к широкому перечню металлов и их сплавам, которые используются в системе охлаждения. Кстати, антикоррозионные присадки (или ингибиторы коррозии) начали вводить в антифризы на этапе использования в качестве основы этиленгликоля. Постепенно количество присадок расширялось, а их пакет совершенствовался. На сегодняшний день в состав охлаждающих жидкостей входят антикоррозионные, противопенные, стабилизирующие и другие присадки. Но больше всего внимания уделяется именно композициям антикоррозионных. Почему?

Замолвим слово о «Тосоле»

Появление охлаждающей жидкости «Тосол» повязано с Волжским автомобильным заводом, кстати, решение о строительстве которого в городе Тольятти было принято в 1966 году. Подготовка технического проекта была поручена итальянскому автомобильному концерну «Фиат». На него же возлагалось технологическое оснащение завода и обучение специалистов. Первым произведенным на заводе автомобилем стала модель ВАЗ-2101 «Жигули» (собрана и сошла с главного конвейера ВАЗа уже в 1970 году), за основу которой был взят FIAT-124. Тогда в системе охлаждения автомобилей FIAT циркулировал водно?гликолевый антифриз под названием «Парафлю».  Следовательно, и для наших «Жигулей» нужна была аналогичная жидкость. В то время отечественной промышленностью выпускался так называемый специалистами «антифриз по ГОСТ 159», имеющий ту же основу. Однако проведенные в Италии испытаний показали, что он не соответствует качеству «Парафлю»: высокая коррозионная активность, вспенивание, низкий запас щелочности. Поэтому перед химиками поставили задачу: разработать антифриз, не уступающий «Парафлю». На протяжении нескольких лет в Государственном Союзном НИИ органической химии и технологии создавалась новая рецептура охлаждающей жидкости. Наконец, в 1971 году был разработан и одобрен требуемый антифриз, получивший название «Тосол» («ТОС» — технология органического синтеза, «ол» — по химической номенклатуре веществ это окончание показывает, что речь идет о спирте), рекомендовавшийся для использования в автомобилях «Жигули».

Были созданы три охлаждающие жидкости:

  • «Тосол-АК» — антифриз?концентрат.
  • «Тосол-А40» — охлаждающая жидкость с температурой замерзания не выше минус 40°С.
  • «Тосол-А65» — охлаждающая жидкость с температурой замерзания не выше минус 65°С.

Позже появился антифриз «Тосол-АМ», где буква «М» означает «модернизированный».

Следует заметить, что марка «Тосол» не
была зарегистрирована, благодаря чему ее
использовали и продолжают это делать
многие производители автомобильной хи?
мии. Сегодня иногда можно услышать мне?
ние, что «Тосол» ? это пережиток прошлого и
он не годится в наше время для автомобиль?
ных двигателей. Это не совсем справедливо.
Да, возможно, репутация данных жидкостей
была несколько подпорчена, когда называли
«Тосолами» то, что производилось «в гараж?
ных условиях». Но это были явно контрафак?
тные жидкости. Однозначно заявлять о пло?
хом качестве всех антифризов «Тосол» и о
непригодности их использования в двигате?
лях не следует. Ведь были и пока остаются
ответственные производители, которые ста?
раются не только поддержать, но и повысить
имидж марки «Тосол». Рецептура жидкостей постепенно проходит этапы совершенство?
вания, используются новые компоненты,
вплоть до того, что добавляются импортные
пакеты присадок известных зарубежных
фирм. Поэтому сегодня качественные и экс?
плутационные свойства многих «Тосолов»
сильно отличаются от первоначально разра?
ботанных жидкостей, также они могут су?
щественно разниться и между собой. В дан?
ный момент на рынке предлагаются даже
«Тосолы» с рекомендуемыми сроками заме?
ны 5 лет (!). Причем многие продукты реко?
мендуются для использования в системах
охлаждения отечественных и импортных ав?
томобилей, в которых применяются различ?
ные металлы и сплавы. Данные антифризы,
как и другие технические жидкости, «подтя?
гиваются» под требования времени. Сегодня
некоторые производители предлагают «Тосо?
лы», которые не уступают зарубежным ох?
лаждающим жидкостям и вполне могут кон?
курировать с ними.
Присадка присадке рознь…
Совершенствование двигателей и исполь?
зование новых металлов и сплавов привело
к существенному ужесточению требований
к охлаждающим жидкостям, что, главным
образом, выражается в увеличении срока их
службы, улучшении антикоррозионных
свойств антифризов, а также ограничении
таких компонентов, как фосфаты, бораты,
силикаты, нитриты, амины и нитраты. При?
чем все больше в последнее время произво?
дители автомобильной химии в качестве од?
ного из преимуществ своей продукции ука?
зывают на отсутствие в составе антифризов
перечисленных выше компонентов. Так по?
чему же пытаются ограничить их количес?
тво или вовсе отказаться от их использова?
ния? Дело в том, что данные компоненты,
выполняя в охлаждающей жидкости какую?
то определенную положительную функцию,
негативно сказываются на некоторых дру?
гих показателях антифриза. Так, фосфаты в
горячей воде вступают в реакцию с солями
кальция, что приводит к образованию не?
растворимых осадков. Призванные защи?
тить черные металлы (чугун, сталь) бораты
при нагревании вызывают интенсивную
коррозию алюминия и его сплавов, которые
сегодня используются практически всеми
автопроизводителями (по сравнению с тем
же чугуном и сталью они более подвержены
коррозии). Воспрепятствовать этому про?
цессу позволяют силикаты. Однако защит?
ные свойства ингибиторов коррозии на ос?
нове силикатов характеризуются достаточ?
но малым сроком службы. Кроме того, си?
ликаты способствуют образованию нерас?
творимых солей, что может усилить образо?
вание накипи, а также привести к ускорен?
ному износу подшипников водяной помпы.
Введение в пакет присадок стабилизаторов
силикатов предотвращает гелеобразование
и выпадение в осадок при повышенных тем?
пературах, но полностью не решает пробле?
му коррозионной защиты. Нитрит?нитраты,
взаимодействуя с аминами, образуют ток?
сичные соединения, причем некоторые из
них канцерогенны. Нитрит в традиционных
рецептурах обычно используют в качестве
ингибитора кавитационной коррозии. Поми?
мо выше сказанного недостатка, он также
довольно быстро расходуется: выполняя
свою защитную функцию, переходит в неак?
тивные формы. С другой стороны, увеличе?
ние его концентрации приводит к коррозии
алюминиевых сплавов и припоя.

Кому?то будет интересна следующая
информация. Сегодня для транспор?
тировки этиленгликоля в таре объе?
мом, превышающем 20 л, нужна ли?
цензия. Поскольку в концентрате ан?
тифриза содержание данного компо?
нента может достигать 98% то, соот?
ветственно, и на его перевозку нужно
разрешение. Однако, к примеру, что?
бы перевезти 200 л жидкости в боч?
ке, необходима лицензия, а если тех
же 200 л, но в канистрах объемом по
20 л ? разрешение не нужно. Объяс?
нить это можно тем, что в случае ава?
рии и попадания антифриза в окру?
жающую среду вред от 20 литров бу?
дет существенно ниже, чем от 200?
литровой бочки!

Потребовались новые рецептуры антиф?
ризов, в которых бы данные компоненты за?
менялись другими веществами. Так, многи?
ми зарубежными производителями были
предложены композиции присадок, создан?
ные по безсиликаткой технологии. Главным
образом развитие пошло по пути использо?
вания в качестве ингибиторов коррозии со?
лей органических кислот (карбоксилатные
жидкости). Карбоксилатные антифризы дос?
таточно хорошо предотвращают коррозию
различных металлов, а также обеспечивают
высокотемпературную защиту алюминие?
вых сплавов. К преимуществам данных ан?
тифризов можно отнести и длительный срок
службы. Данные охлаждающие жидкости не
образовывают грубого защитного слоя на
поверхностях системы охлаждения (таким
образом, повышая теплообмен между дви?
гателем и системой), что было характерно
для антифризов традиционных рецептур.
Карбоксилатные ингибиторы израсходуются
только в случае возникновения очагов кор?
розии, но даже при этом толщина образую?
щихся защитных слоев не превышает 0,1
микрона. Это обеспечивает их малый расход
и длительный ресурс охлаждающей жидкос?
ти. Естественно, что, помимо ингибиторов
коррозии, в карбоксилатные жидкости вво?
дят другие присадки для достижения других
требуемых свойств (например, антипенные).
Несмотря на широкий перечень преиму?
ществ антифризов с карбоксилатными ин?
гибиторами коррозии, есть у них и недос?
татки. Так, они не совместимы с охлаждаю?
щими жидкостями, содержащими силикат?
ные ингибиторы коррозии.
Карбоксилатные антифризы ? это не пос?
леднее ноу?хау в охлаждающих жидкостях.
Сегодня некоторые производители предла?
гают совершенно иной подход к совершенс?
твованию данной продукции: выпуск антиф?
ризов по новой технологии на основе орга?
нических кислот (ОК). Особенностью данных
жидкостей является то, что они не требуют
использования в классическом понимании
ингибиторов коррозии (добавок). В их качес?
тве выступает сама основа антифриза ? ор?
ганические кислоты (это позволяет еще
больше продлить интервалы замены и уве?
личить срок службы жидкости). Они не сме?
шиваются с охлаждающими жидкостями на
основе этиленгликоля, не содержат нитри?
тов, боратов, силикатов (т.е. по отсутствию
солей сродни антифризам с допуском G12),
менее ядовиты и опасны для человека и ок?
ружающей среды. Еще один важный мо?
мент. Антифризы на основе ОК пока окра?
шиваются только в желтый цвет (!).
Исходя из рецептуры, охлаждающие
жидкости сегодня условно можно поде?
лить на следующие группы:
? базовые (не выдвигаются жесткие тре?
бования к содержанию нитритов и др. ком?
понентов);
? безнитритные (силикатные);
? безсиликатные (карбоксилатные);
? на основе ОК (ингибиторы коррозии в
классическом понимании отсутствуют).
Большинство предлагаемых сегодня на
украинском рынке продуктов относятся к
двум группам: безнитритные и безсиликат?
ные (срок службы первых ? около 3?х лет,
вторых ? 4?5). Если говорить о «Тосоле», то,
в принципе, его можно отнести к первой
группе: базовой (срок службы около 2 лет).
Однако, как говорилось ранее, состав мно?
гих антифризов «Тосол» существенно изме?
нился. Поэтому вполне вероятно, что неко?
торые из этих жидкостей могут быть отне?
сены и к последующим двум группам.
Кратко о стандартах
и допусках
В отличие, например, от моторных ма?
сел, классифицирующихся по API, ACEA и
т.д., каких?то единых требований и обозна?
чений у антифризов нет. Многие государс?
тва устанавливают свои нормы качества
для охлаждающих жидкостей, а автопроиз?
водители признают их или предлагают
свои. Если антифризы прошли проверки и
тесты на соответствие требованиям стан?
дартов и/или производителей, им присваи?
ваются соответствующие допуски.

Примерами национальных стандартов
м о г у т п о с л у ж и т ь A S T M D
3306/4340/4985/5345, SAE J1034 (США), BS
6580: 1992 (Великобритания), ONORM
V5123 (Австрия), JASO M325 и JIS K2234
(Япония), AFNOR NF R 15?601 (Франция),
FVV Heft R443 (Германия), CUNA NC956 16
(Италия) и т.д., допусков автопроизводите?
лей ? VW?TL 774 A/B/C (G11)/D (G12)/F (G12
Plus), MB 325.0/325.2, MAN?324 (N, NF,
SNF), Volvo?1286083, Opel?B 040 0068/B 040
0240, BMW? N60069.0. и мн.др.
Самые популярные стандарты и допус?
ки на антифризы ? ASTM, BS и VW G11,
G12, G12 Plus.
ASTM регламентируют свойства концен?
тратов и антифризов, исходя из их основы
(этиленгликоля или пропиленгликоля) и ус?
ловий эксплуатации. Например, этиленгли?
колевых охлаждающих жидкостей ASTM D
3306 и ASTM D 4656 ? для легковых автомо?
билей, микроавтобусов и легких грузови?
ков, ASTM D 4985 и ASTM D 5345 ? для дви?
гателей, работающих в тяжелых условиях
(длительно эксплуатируемых в режимах,
близких к максимальной мощности, на вне?
дорожной технике, больших грузовиках и
т.п.). Эти документы часто запрещают вво?
дить или ограничивают в антифризе инги?
биторы коррозии, содержащие нитриты,
нитраты, амины, фосфаты, силикаты. Нап?
ример, стандарт ASTM D4985 рассматрива?
ет требования к низкосиликатным охлажда?
ющим жидкостям на основе этиленгликоля,
предназначенным для эксплуатации в сис?
темах охлаждения грузового транспорта.
Если говорить о BS 6580, то данный
стандарт в основном обозначает охлажда?
ющие жидкости, относящиеся к базовой
группе (в нее входят антифризы, имеющие
допуск MAN 324 N, MB 325.2, VW TL 774 A
и др.). Однако часто он указывается и для
антифризов, не имеющих в своем составе
нитритов, аминов, фосфатов (безнитрат?
ная группа) и характеризующихся улуч?
шенными эксплуатационными показателя?
ми и большим периодом роботы.
Антифриз VW G11 (VW TL 774С) ? для ав?
томобилей до 1996 год выпуска. Не содер?
жит нитритов, фосфатов, боратов, аминов
и относится к безнитритной группе. Кстати,
к ней же могут быть отнесены охлаждаю?
щие жидкости, имеющие допуск MAN 324
NF, MB 325.0, Opel/GM B 040 0240, Renault
Typ C, BMW N 30069.0.
В отличие от этих антифризов, жидкость
VW G12 (VW TL 774D) не содержат еще и
силикатов, что усиливает антикоррозион?
ные свойства и позволяет менять антиф?
риз раз в 4?5 лет. Рассчитан антифриз на
автомобили 1996?2001 годов выпуска. Не
рекомендуется смешивать с G11. Жидкос?
ти VW G12 числятся в безсиликатной груп?
пе, в которую также входят антифризы со
спецификациями MAN 324 SNF, MB 325.3,
Opel/GM B 040 1065, Renault Typ D и др.
Антифриз с допуском VW G12 Plus (VW
TL 774F) предназначен для автомобилей с
2001 года выпуска. Не содержат нитритов,
фосфатов, боратов, аминов и силикатов
(относится к безсиликатной группе). До?
пускается его смешивание с антифризами
по BS, G11 и G12.
Смешивание
Сегодня все еще часто поднимается воп?
рос возможности смешивания антифри?
зов. Тем более, когда говорится о том, что
производитель это допускает. Основа ан?
тифризов, этиленгликоль, смешивается
без проблем. Сложнее с присадками, в час?
тности, ингибиторами коррозии. Они быва?
ют щелочного (основного), нейтрального и
кислотного типа. Если один производитель
использует в антифризе, например, инги?
биторы кислотного типа, а другой ? щелоч?
ного, то при их контакте выпадет осадок
(кислота и щелочь дают воду и соль).
Более безопасны при смешивании ан?
тифризы с допуском VW TL 774F (G12 Plus),
содержащие ингибиторы коррозии, сов?
местимые с антикоррозионными присадка?
ми основного и кислотного типа. Но даже
они не дают полной гарантии того, что не
будет проблем. В первую очередь, это каса?
ется некоторых продуктов отечественного
производства, поскольку применяемые в
них присадки могут быть не совместимы
даже с охлаждающими жидкостями, имею?
щими допуск G12 Plus. Ведь последние рас?
считаны на возможность смешивания с ан?
тифризами, отвечающими стандартным по
составу требованиям (зарубежным).
Следующее, на что следует обратить вни?
мание, ? это обязательное разбавление кон?
центрата антифриза водой перед тем, как ис?
пользовать его в качестве охлаждающей
жидкости. Некоторые и сегодня умудряются
залить концентрат в двигатель и в лучшем
случае потом добавить воду. Во?первых, при
использовании в охлаждающей системе чис?
того концентрата возможно высокое пенооб?
разование, обусловленное активной реакци?
ей щелочи с накипью. Во?вторых, концентрат
может замерзнуть уже при температуре ?
12°С. В?третьих, он не обладает такой тепло?
емкостью, как готовая охлаждающая жид?
кость, следовательно, не может обеспечить
нормального теплового режима двигателя.
Поэтому концентрат для приготовления ра?
бочего раствора необходимо разбавить водой
в соответствии с таблицей смешивания, ука?
занной на этикетке продукта. Вода для раз?
бавления должна быть чистой и нежесткой.
Иногда производитель допускает использова?
ние для этой цели водопроводной воды. Но
все же лучше воспользоваться дистиллиро?
ванной водой, очищенной от различных при?
месей. Это предотвратит образование накипи
и осадков в системе охлаждения. Если нет та?
кой возможности, то сначала нужно пригото?
вить небольшую порцию жидкости и дать
немного отстоятся. Образование осадка или
помутнение жидкости недопустимы.
В зависимости от соотношения концен?
трат?вода, можно получить готовый антиф?
риз с различной температурой замерзания.
Оптимальная пропорция ? 1:1. Если в ох?
лаждающей жидкости более 70% концен?
трата, снижается ее теплоемкость, а менее
30% ? падает эффективность присадок.
Подготовил Юрий Стороженко
За помощь в подготовке материала
благодарим Марину Лукинюк
(научно?консультационный центр
«Дисма», www.disma.com.ua)