Речь пойдёт о лабораторном сравнении смесей. Рецептуры для заправки двигателя и подтверждения допуска моторного масла эта работа не даёт.
1. Предмет и инженерный вывод
Что произойдёт, если добавить шинную пиролизную жидкость в готовое моторное масло? В этой работе её смешали со свежим Valvoline 5W-30, в котором уже есть полный пакет присадок. Приготовили смеси с 10, 30 и 50 мас.% шинной жидкости и сравнили состав, потерю массы при нагреве, динамическую вязкость и смачивание стали. А вот подробные испытания трения и износа провели только для трёх образцов: исходного моторного масла, чистой шинной жидкости и смеси 10/90. То есть по трибологии здесь нельзя выстроить полный ряд для всех приготовленных смесей.
У смеси с 10 мас.% добавки трение и износ в заданном контакте часто оказались близкими к исходному маслу. На этом можно было бы остановиться и сказать, что добавка почти ничего не меняет. Но другие измерения показывают, что меняет: начало потери массы сдвинулось с 208 до 100 °C, максимальное различие вязкости в температурной серии достигло 35%, содержание серы выросло. Поэтому сходство на трибометре ещё не отвечает на вопрос, как смесь поведёт себя в двигателе. Моторных испытаний, подтверждения для смеси класса 5W-30, допуска OEM и долговременного ресурса в работе нет.
2. Откуда получено сырьё и что действительно сделано в этой работе
Сначала разберёмся, что именно добавляли в масло. Жидкость получили раньше при периодическом пиролизе в неподвижном слое из шин коммерческих и муниципальных источников Кувейта. В §2.1, с. 3 авторы сообщают около 500 °C, загрузку 0,2 кг, насадку из оксида алюминия и около 45% выхода масла, со ссылкой [14] на Al-Salem 2020. Здесь это предыстория образца из разбираемой статьи: первичную работу о реакторе отдельно не проверяли и опыт не воспроизводили. Геометрия аппарата, расход инертного газа, размер частиц, нагрев и конденсационный баланс раскрыты недостаточно, чтобы по этому описанию проектировать установку.
В той же предыстории названы около 90% углеводородов диапазона C12–C20 и элементные массы предыдущего опыта. Но использовать их для расчёта выхода смазочного продукта мешает простая несогласованность. 45% от 200 г дают около 90 г масла, а перечисленные массы C, H, N и S этого масла в сумме составляют 94,73 г. Пока нет первичного баланса [14], выбрать удобную трактовку и тем самым «исправить» его нельзя.
Собственный опыт этой статьи начинается уже с приготовления смесей. Перегонка, гидроочистка и дополнительная сероочистка перед смешением не описаны. Значит, вместе с введением шинной жидкости разбавляется и готовый пакет присадок моторного масла; отдельной его корректировки авторы не приводят. Само трение проверяли на вполне конкретном стенде: 10 мл образца, неподвижный шар E52100 диаметром 9,5 мм, диск из нержавеющей стали диаметром 50 мм и дорожка диаметром 25 мм. При нагрузке 20 Н скорость доводили до 1500 об/мин, затем ступенчато снижали; весь тест занимал 4440 с, или 74 мин. Такая геометрия и программа объясняют, что именно сравнивали. Остальные условия, включая ультразвуковую подготовку, собраны в таблице методики.
3. Приготовление и условия проверки
| Операция | Заданные условия и база | Что это позволяет утверждать | Локатор |
|---|---|---|---|
| Смешение | Шинная жидкость / моторное масло: 10/90, 30/70, 50/50 по массе | Не объёмные проценты и не доля масла относительно массы шин | §2.1, с. 3 |
| Ультразвук | Прямой зонд Misonix S-4000-010, 120 с, настройка мощности 20% | Физическая подготовка смеси; фактическая мощность в ваттах и удельная энергия не даны | §2.1, с. 3 |
| Наблюдение смеси | Фото до/после смешения и после 17 суток | Наблюдение внешнего вида в одной серии, не длительная складская стабильность | Рис. 1, с. 3 |
| TGA | Около 10 мг, тигель 70 мкл, 25–600 °C, 10 °C/мин, N₂ 50 мл/мин; до опыта продувка сухим воздухом 60 мин | Потеря массы при программном нагреве; не окислительная стойкость двигателя | §2.2, с. 4 |
| Реология | 10 мл; 5–60 °C при 5 с⁻¹; отдельно 1–100 с⁻¹ при 25, 50, 75 °C | Динамическая вязкость и поведение в этих пределах | §2.2, с. 4 |
| Смачивание | Полированная нержавеющая сталь 5 × 5 см; 25, 50, 75 °C | Контактный угол на выбранной поверхности | §2.2, с. 4 |
| Трибометр | 10 мл; неподвижный шар E52100 диаметром 9,5 мм, нержавеющий диск 50 мм, диаметр дорожки 25 мм | Конкретная пара трения, а не двигатель | §2.2, с. 4 |
| Нагрузка и скорость | 20 Н; указанное максимальное контактное напряжение 1300 МПа; 0–1500 об/мин | Граничное и смешанное смазывание в данном тесте | §2.2, с. 4; §3.4, с. 12 |
| Программа триботеста | Стабилизация 60 с, разгон до 1500 об/мин за 120 с, затем ступенчатое снижение скорости; каждая ступень 120 с; всего 4440 с | 74 мин на испытание; не ресурсный прогон | §2.2, с. 4 |
Авторы сообщают, что повторные тесты укладывались в 5% ошибки. При этом точного числа независимых повторов и полных исходных массивов в публикации нет, данные предлагаются по запросу. Поэтому это сообщение можно сохранить как характеристику авторских испытаний, но заново проверить разброс по самим измерениям в рамках карточки нельзя: этих массивов здесь нет.
4. Состав: сера растёт, а элементный анализ требует оговорок
В таблице элементного состава оставлены именно проценты из таблицы 1 статьи, без нормализации и редакционного исправления. Особенно важно, как получен кислород: авторы рассчитали его по разности, а не измерили напрямую. Содержание элементов выражено в процентах, а соотношения компонентов смесей заданы по массе.
| Образец | C, % | H, % | N, % | S, % | O по разности, % |
|---|---|---|---|---|---|
| Моторное масло | 50,385 | 16,746 | 0,065 | 0,310 | 32,49 |
| Шинная жидкость | 47,890 | 11,754 | 0,415 | 0,7165 | 39,22 |
| Смесь 10/90 | 50,465 | 16,885 | 0,075 | 0,342 | 32,23 |
| Смесь 30/70 | 51,575 | 14,740 | 0,165 | 0,390 | 33,13 |
| Смесь 50/50 | 50,965 | 13,209 | 0,215 | 0,424 | 35,18 |
Посмотрим сначала на серу в смеси 10/90. По таблице 1, с. 5 её на 0,032 процентного пункта больше, чем в моторном масле: это рост на 10,3% относительно исходных 0,310%. По сравнению с чистой шинной жидкостью серы меньше, но такой результат даёт само разбавление. Считать его сероочисткой нельзя.
Есть и вопрос к балансу смешения. Если просто сложить вклады исходных компонентов по их массе, для 10/90, 30/70 и 50/50 получатся 0,35065; 0,43195; 0,51325% S соответственно. В статье напечатаны меньшие значения: 0,342; 0,390; 0,424%. Для 50/50 расхождение достигает 0,08925 процентного пункта, или 17,4% от расчётного уровня. Это редакционная арифметическая проверка, которая показывает несовпадение. Объяснить его удалением серы нельзя: для этого не хватает данных о потерях, пробоотборе и неопределённости элементного анализа.
С углеродом возникает похожая трудность: в смеси 30/70 указаны 51,575% C, больше, чем в каждом из двух исходных компонентов. Кроме того, для шинной жидкости XRF в таблице 2, с. 6 даёт C 99,400% и S 0,5680%, тогда как в таблице 1 стоят C 47,890% и S 0,7165%. Свести эти результаты в один взаимозаменяемый набор нельзя. Для строки C в XRF не приведены ни спектральная линия, ни предел обнаружения. Это особенно существенно для кислорода по разности: большое остаточное число ещё не доказывает содержание кислородсодержащих соединений и не даёт надёжной основы для расчёта теплоты сгорания.
Не всё сходится и между текстом и таблицей XRF. В тексте заявлено отсутствие неорганических компонентов, но таблица сообщает P 0,0601%, Ca 0,0131% и Br 0,0005%. Для Si стоит 0 при пределе обнаружения 0,01059%, то есть результат нельзя читать как доказанное полное отсутствие кремния. FTIR позволяет сравнить спектры, однако отдельные авторские отнесения химически спорны: лимонен и изопрен названы моноароматическими соединениями, а N–H отнесён к хлорангидридам. Поэтому эти отнесения здесь не приняты за установленный состав, а количественные доли конкретных веществ из спектра не выводятся.
5. Термогравиметрия: сходство основной потери массы не равно одинаковому началу
| Показатель | Моторное масло | Шинная жидкость | 10/90 | 30/70 | 50/50 |
|---|---|---|---|---|---|
| Потеря массы к концу фазы II, % | 96,6 | 98,1 | 97,0 | 97,1 | 97,7 |
| Начало: около 1% потери массы, °C | 208 | 61 | 100 | 71 | 63 |
| Температура 50% потери массы, °C | 326 | 211 | 311 | 303 | 281 |
| Температура максимальной скорости потери массы, °C | 340 | 233 | 327 | 328 | 324 |
Значения в таблице термогравиметрии взяты из таблицы 3 и рис. 4, с. 8; начало потери массы определено в §3.2, с. 7. Их смысл связан с указанной TGA-программой нагрева. Температуру вспышки и допустимую температуру длительной службы эта таблица не измеряет.
У смеси 10/90 середина потери массы сдвинулась вниз на 15 °C, а пик скорости на 13 °C. На их фоне разница в начале выглядит гораздо заметнее: 108 °C. Получается, главная часть кривой может быть похожей, а лёгкие компоненты образец начинает терять существенно раньше. Авторы называют это разложением, но по одной потере массы в N₂ нельзя отделить испарение от химического распада. Поэтому начало при 100 °C ещё не устанавливает безопасную длительную работу при 80 °C: испаряемость, окисление и отложения этой цифрой не проверены.
6. Вязкость, смачивание и трение
В исследованном диапазоне скоростей сдвига образцы вели себя приблизительно как ньютоновские жидкости. При этом сама шинная жидкость заметно менее вязкая, чем моторное масло. Для смесей 30/70 и 50/50 авторы в §3.3 описывают снижение динамической вязкости примерно на 60 и 80%. Это их текстовое обобщение: графики здесь не оцифрованы, и переносить эти проценты на любую температуру нельзя. Даже для 10/90 максимальное различие в температурном ряду составляет 35% (§3.3, текст с. 10; рис. 7, с. 11). Так что слова «вязкость не изменилась» скрыли бы существенную часть результата. А для классификации смеси не измерены необходимые показатели при 100 °C, HTHS и низкотемпературные CCS/MRV.
На полированной стали капли моторного масла и смеси 10/90 дали близкие контактные углы. У чистой шинной жидкости угол меньше: геометрически она лучше растекается по выбранной поверхности. Но сможет ли такой слой лучше нести нагрузку в контакте, из одной формы капли не видно. И полного тождества химии поверхности эти фотографии тоже не устанавливают.
| Условие | Сообщённое сравнение | Корректная граница вывода | Локатор |
|---|---|---|---|
| 25 °C, 1500 об/мин | COF моторного масла ниже чистой шинной жидкости на 25%, смеси 10/90 на 11% | Проценты сохранены в направлении сравнения авторов; это не снижение трения от добавки | §3.4, текст с. 12; рис. 9, с. 13 |
| 50 °C, 1500 об/мин | COF смеси 10/90 ниже шинной жидкости на 32%, моторного масла на 14% | Локальное преимущество в одном режиме | §3.4, текст с. 12; рис. 9, с. 13 |
| 75 °C, 1500 об/мин | Моторное масло и 10/90 имеют одинаковый COF, на 36% ниже шинной жидкости | Нет универсального превосходства смеси | §3.4, текст с. 12; рис. 9, с. 13 |
| Износ шара при 25 °C | Диаметры пятна: 295 мкм у моторного масла, 300 мкм у 10/90, 345 мкм у шинной жидкости | Диаметр не равен объёму износа | Рис. 10–11 и текст, с. 13–14 |
| Объём износа при 25 °C | У моторного масла ниже смеси на 7%, чистой шинной жидкости на 47% | Объём рассчитан по геометрии шарового сегмента, не взвешен | §3.4, с. 13–14 |
| След на диске | Глубина менее 100 нм при всех проверенных температурах | Оценка профилометром для данной пары и длительности | §3.4, рис. 12, с. 15 |
В таблице трения есть два разных способа говорить об износе: диаметр пятна и объём. Объём здесь не взвешивали, его получили расчётом, приняв изношенную часть шара за шаровой сегмент. Высота сегмента h = r − √(r² − d²/4), его объём V = πh(3d²/4 + h²)/6. Здесь r = 4,75 мм, радиус шара; d = 0,295 / 0,300 / 0,345 мм, округлённые диаметры пятен для моторного масла, смеси 10/90 и шинной жидкости соответственно. При таких единицах h получается в мм, V в мм³. Это геометрическое допущение и арифметика по опубликованным размерам, а не отдельное новое измерение износа.
Проверка этой формулы для радиуса 4,75 мм даёт около 0,00007829; 0,00008373; 0,00014647 мм³ соответственно. По этим округлённым диаметрам объём у моторного масла меньше, чем у смеси, примерно на 6,50%, а по сравнению с шинной жидкостью на 46,55%. Результат согласуется с округлёнными авторскими 7 и 47%. Тем самым проверена связь размеров и рассчитанных объёмов, но точность самого эксперимента от такого пересчёта не увеличилась.
7. Статистика и ограничения переноса
Авторы также построили полиномиальную модель второго порядка, связывающую COF со скоростью 0–1500 об/мин, температурой 25–75 °C и долей шинной жидкости. Здесь важно помнить, на чём держится гладкая расчётная поверхность: испытаны составы 0, 10 и 100%, а промежутки между ними заполнены моделью, не измеренным рядом смесей. В таблице 4, с. 16 указаны R² 0,9376, скорректированный R² 0,9360 и прогнозный R² 0,9341. По таблице 5, с. 17 основные факторы значимы, а взаимодействие температуры и доли жидкости BC незначимо (p = 0,9275). Высокое R² описывает согласие внутри этой стендовой серии. Ресурс двигателя, перенос результата между партиями масла и оптимальность ровно 10% из него не следуют.
По той же причине авторское «≤10%» шире фактически описанного опыта. Ненулевая смесь с долей ниже 10% в методике не указана: наблюдения относятся к 10%, а меньшие дозировки отдельно не проверены. С промышленным масштабированием похожая ситуация. Оно обсуждается как возможность, но ни промышленная установка смешения, ни длительная эксплуатация в работе не показаны.
8. Границы применения
Что остаётся за пределами этого сравнения, если всё-таки думать об автомобиле? В работе нет независимых партий шинной жидкости и достаточной проверки воспроизводимости элементного анализа и баланса смешения. Не закрыты вопросы воды и частиц, кислотного числа, испаряемости, окислительной стойкости, коррозии, совместимости с уплотнениями и сохранности пакета присадок. Всё это нельзя заменить близким пятном износа в одном контакте. Соответствующих моторных тестов и подтверждения требуемых спецификаций для автомобильного применения также нет.
Экологические и экономические преимущества авторы обсуждают качественно. В статье не представлены LCA, расчёт себестоимости, подтверждённая экономия или промышленная производительность. Глобальные оценки количества шин и масел в §3.6 взяты из других ссылок, причём их масштабы вызывают вопросы. Поэтому здесь они не превращены ни в собственные результаты исследования, ни в основу экономического прогноза.
Смесь 10/90 остаётся интересным исследовательским кандидатом для дальнейшей разработки. У неё есть конкретные, проверенные на стенде результаты: при выбранных условиях износ близок к исходному маслу. Но рядом с этим стоит столь же конкретная более ранняя потеря массы и изменение других свойств. Именно эту связку и стоит вынести из работы, не подменяя её обещанием полноценной замены моторного масла без изменения свойств.
Использованная информация
Abdullah A. Alazemi, Abdullah F. Alajmi, Sultan M. Al-Salem. Viable Use of Tire Pyrolysis Oil as an Additive to Conventional Motor Oil: A Tribological and Physical Study. Lubricants. 2025. 13(2). статья 64. DOI: 10.3390/lubricants13020064.
Статья опубликована 3 февраля 2025 года, 20 страниц.