ии —11,5 °C, а температуру кипения +197 °C.
Этиленгликоль это сильный пищевой яд, поэтому после контакта с антифризами необходимо тщательно мыть руки с мылом. Специальных мер по защите кожи и дыхательных путей при работе с ними не требуется, но допускать попадания их внутрь организма не следует.
С водой этиленгликоль образует эвтектический раствор, в котором температура кристаллизации составляющих его отдельных компонентов выше температуры смеси этих компонентов (рис. 41). Это свойство использовано при приготовлении автомобильных антифризов.
Рис. 41. Зависимость температуры замерзания охлаждающей жидкости от содержания моноэтиленгликоля
Выпускают антифризы в готовом к применению виде, а также в виде концентратов. Неразбавленный антифриз не применяется, так как температура его замерзания составляет всего лишь —13 °C. По мере разбавления водой температура замерзания антифриза понижается и достигает минимума (около —65 °C) при соотношении 2:1 (2 части концентрата и 1 часть воды).
В классических охлаждающих жидкостях защиту металлов от коррозии обеспечивают силикаты, бораты, нитриты, фосфаты и др. Их общее название — силикатсодержащие охлаждающие жидкости.
Одной из наиболее известных марок этой группы охлаждающих жидкостей является тосол — торговая марка антифриза, прототипом которой является итальянская охлаждающая жидкость, появившаяся в нашей стране после ввода в строй Волжского автомобильного завода. Это название было образовано из двух частей: «ТОС» — сокращенно технология органического синтеза (название отдела института, где была создана рецептура ОЖ), и «ОЛ» — по химической номенклатуре веществ это окончание показывает, что речь идет о спирте (этиленгликоль — это двухосновный спирт). Для примера: «этанОЛ — этиловый спирт». Со временем тосол приобрел нарицательное значение, став фактически синонимом слова «антифриз».
Основным нормативным документом, регламентирующим состав и свойства абстрактной охлаждающей жидкости, является ГОСТ 159—52 (табл. 31). На охлаждающие жидкости типа «тосол» распространяется действие ГОСТ 28084—89, который также регламентирует марки металлов и сорта резин, рекомендуемые для изготовления систем охлаждения двигателя автомобилей.
Табл. 31. Функциональные требования к автомобильным антифризам (ГОСТ 28084—89)
Антифриз должен соответствовать ряду требований, представленным в табл. 32, и обеспечивать следующие основные свойства:
— максимальный диапазон рабочих температур двигателя — от —65 °C до +135 °C;
— смазывание подшипника помпы водяного насоса для продления ее ресурса;
— защита сальника помпы и резинотехнических изделий системы охлаждения от высыхания, растрескивания и течей;
— отсутствие пенообразования за счет введения антипенных (антикавитационных) добавок;
— пассивация и защита металлических частей системы охлаждения от коррозии за счет наличия в составе антифрикционных присадок (ингибиторов коррозии);
— высокая теплопроводность и защита от возникновения перегретых («горячих») участков в системе охлаждения и образования накипи;
— безопасность пластика, резиновых деталей и лакокрасочных покрытий;
— длительное и надежное функционирование охлаждающей жидкости за счет наличия специальных стабилизаторов (например, на основе карбоксилат — комплекса).
Качество антифриза зависит от состава, качества и количества присадок, используемых при его изготовлении. Стандартный пакет присадок обычно не превышает 8 % объема антифриза (чаще всего около 2,5 %) и включает: ингибиторы коррозии, антинакипины, антивспенивающие и смазывающие составы (рис. 42).
Рис. 42. Примерный процентный состав антифриза:
2,5 % — функциональные присадки;
51,5 % — дистиллированная вода;
46 % — моноэтиленгликоль
Силикатсордержащие охлаждающие жидкости имеют ряд серьезных недостатков, таких как образование в процессе эксплуатации осадков, способных к забиванию узких каналов системы охлаждения. Кроме того, силикатные ингибиторы коррозии образуют на всей поверхности системы охлаждения защитный слой толщиной более 1000 Ангстрем, что ухудшает теплоотвод и увеличивает содержание абразивных частиц в системе охлаждения. Помимо этого, защитные свойства ингибиторов коррозии на основе силикатов имеют довольно ограниченный срок службы — около 1,5 лет.
Растворы этиленгликоля вызывают значительную коррозию конструкционных материалов системы охлаждения. Чтобы защитить детали системы охлаждения от коррозии, а попутно обеспечить теплоносителю ряд других полезных свойств — пониженную вспениваемость, антинакипиновые свойства и прочие — в водно — гликолевую смесь добавляют пакет специальных присадок, который и определяет основную часть эксплуатационных показателей залитого в систему антифриза.
В России наиболее распространены тосолы и антифризы на силикатной основе. Это определяется многолетним наследием ВАЗ и их относительно низкой стоимостью. Многие российские производители выпускают охлаждающие жидкости и по своим внутренним Техническим условиям (ТУ).
Однако постепенно ситуация меняется. Происходит быстрый переход автопарка к автомобилям с современными форсированными двигателями, на которых в основном используются карбоксилатные антифризы, гарантирующие срок эксплуатации более 5 лет при пробеге свыше 250 000 км.
Карбоксилатные ингибиторы коррозии на основе органических кислот были разработаны в середине 90–х годов прошлого века. Исследования показали, что новые охлаждающие жидкости на основе карбоксилатных ингибиторов прекрасно защищают металлы и сплавы от коррозии, обладают высокой теплоемкостью и предохраняют систему охлаждения от кавитационных разрушений.
Если обобщить требования потребителя к современным антифризам, то они должны обладать следующими основными свойствами:
— большой теплоемкостью и хорошей теплопроводностью;
— высокой температурой кипения и теплотой испарения;
— низкой температурой кристаллизации;
— малым коэффициентом объемного расширения;
— подвижностью (вязкостью) в диапазоне температур от —70 °C до +1000 °C;
— термической стабильностью и отсутствием склонности к образованию отложений (накипи) в системе охлаждения;
— не вспениваться в процессе работы;
— быть безопасными в пожарном отношении, биологически и экологически нейтральными.
Одно из достоинств нового антифриза — он не образует защитного слоя на всех поверхностях системы охлаждения, поэтому узлы и детали остаются чистыми. Карбоксилатные ингибиторы концентрируются лишь там, где есть опасность возникновения коррозии, но даже в этом случае толщина защитного слоя не будет превышать 50 Ангстрем (сравните — 1000 Ангстрем у силикатных ингибиторов) (рис. 43).
Рис. 43. Схема защитного действия силикатного (слева) и карбоксилатного антифриза (справа)
Нельзя не сказать еще об одном достоинстве нового продукта — он обладает термоокислительной стабильностью в течение всего срока эксплуатации и не разрушает материалы уплотнений.
Современные зарубежные антифризы в основном соответствуют нормам ASTM (Американская ассоциация по испытанию материалов — общегосударственная система стандартов США) и SAE (Общество инженеров — механиков). Они регламентируют свойства антифризов, исходя из применяемой основы и условий эксплуатации. Например, для этиленгликолевых антифризов рекомендовано следующее применение:
ASTM D 3306 и ASTM D 4656 — для легковых автомобилей и малых грузовиков;
ASTM D 4985 и ASTM D 5345 — для двигателей, работающих в тяжелых условиях.
Кроме общих стандартов, многие производители 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 -12, G -11).
Одним из признаков качества антифриза является наличие официального допуска и соответствие одному из зарубежных стандартов. Например, американским — ASTM D 3306 и ASTM D 4556, бельгийскому — BT‑PS -606A, английскому — BS 6580, NATO S -759. Наличие на упаковке допусков BMW, DAF, Volvo, Mercedes‑Benz, VW, GM, Ford также указывает на изначально высокое качество охлаждающей жидкости.
Охлаждающая жидкость требует замены новым антифризом в следующих случаях:
— охлаждающая жидкость используется свыше рекомендованного срока (обычно 1…3 года), базовые присадки и добавки в ней утратили свои свойства;
— частое добавление в систему охлаждения обычной (недистиллированной) воды, что могло привести к увеличению накипи и нейтрализации функциональных присадок;
— приобретение подержанного автомобиля с пробегом, и отсутствие уверенности в качестве используемой в нем охлаждающей жидкости;
— наступление холодного времени года, а в двигателе используется обыкновенная вода.
Примерно оценить качество уже используемого, а также приготовленного к применению антифриза можно простыми способами. Например, при температуре окружающей среды около 20 °C проверить плотность с помощью обыкновенного ареометра (денсиметра) и по ней определить возможную температуру замерзания.
Денсиметр (лат. densus (densi) — плотный, густой и греч. metréô — измеряю) — прибор для измерения относительной плотности жидкостей и твердых тел (ареометр постоянного веса, шкала которого градуируется в единицах плотности).
Качественная охлаждающая жидкость должна иметь плотность не менее 1072 кг/м2, что должно обеспечить ее работоспособность до температуры —40 °C.
Водородный показатель (рН) антифриза можно оценить с помощью лакмусовой индикаторной бумаги (рис. 44).
Рис. 44. Определение водородного показателя охлаждающей жидкости при помощи индикаторной бумаги (показатель рН 8)
Окрашивание лакмусовой бумаги в розовый цвет указывает на значительное содержание кислоты (рН 1…5). Такой антифриз опасен для системы охлаждения вследствие проявления активных коррозионных свойств. Если ее цвет не изменяется, то рН 6…7, что указывает на возможность применения такой охлаждающей жидкости в летнее время (возможно в систему охлаждения залита обыкновенная вода). Зеленый цвет (рН 7…9) указывает на достаточно высокое качество антифриза, на нем можно эксплуатировать автомобиль (рис. 44). Синий (или фиолетовый) цвет лакмусовой бумаги объясняется высоким содержанием щелочи (рН 10…13), которая будет приводить к значительному образованию накипи и перегреву двигателя.