Антифризы

Антифриз — общее название для жидкостей, не замерзающих при низких температурах. Применяются в установках, работающих при низких температурах, для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, в качестве авиационных противообледенительных жидкостей и в качестве средства для очистки стекол. В качестве базовых жидкостей антифризов используются смеси этиленгликоля, пропиленгликоля, глицерина, одноатомных спиртов и других веществ с водой.

Различными производителями автомобилей и иной техники, а также национальными регулирующими органами установлено множество вариантов спецификаций для антифризов.

Широкую известность получила, в частности, спецификация TL 774, установленная фирмой Volkswagen для антифризов, используемых для конвейерной заливки в автомобили этой марки, а также их технического обслуживания. В соответствии с ней антифризы разделяются на пять категорий — C, F, G, H и J (иногда также упоминаются как G11, G12, G12+, G12++, G13 — эти обозначения, в отличие от приведённых ранее используемых во внутренней документации компании, являются более «маркетинговыми», в частности, упоминаются в пользовательских инструкциях к автомобилям). К каждой из категорий антифризов предъявляются специфические требования в отношении состава, цвета и характеристик, кроме того, спецификация содержит общие требования к качеству используемых в производстве антифризов компонентов — воды, этиленгликоля, глицерина и т. д., а также — указания в отношении методики проведения лабораторных исследований образцов антифризов на соответствие данной спецификации.

Данная спецификация изначально была предназначена сугубо для внутреннего использования компанией Volkswagen, но в России в силу исторических причин может использоваться для маркировки любых антифризов, вне зависимости от их отношения к продукции VW и наличия у них допуска этой фирмы, а её категории (обычно в виде G11, G12 и так далее) могут использоваться как общее «родовое» название всех антифризов со схожим составом (например, G11 — для антифризов с неорганическими ингибиторами коррозии; см. ниже).

Другими производителями автомобилей и иной техники используются свои спецификации для охлаждающих жидкостей, к примеру, General Motors GM 1899-M и GM 6038-М, Ford WSS-M97B44-D, Komatsu KES 07.892, Hyundai-KIA MS591-08, Renault 41-01-001/-S Type D, Mercedes-Benz 325.3 и т. д.

Стоит отметить, что действующие нормативы корпоративных спецификаций для охлаждающих жидкостей в большинстве случаев являются коммерческой тайной и в открытых источниках не публикуются (иногда происходят утечки устаревших версий корпоративных документов, например спецификации VW TL 774 в редакции от августа 2010 года) — проверить антифриз на соответствие им может лишь сама фирма, установившая данную спецификацию, причём проведение таких анализов на соответствие спецификации и выдача по их итогам допуска будет является для неё одним из существенных источников дохода. Получение допуска любого крупного производителя автомобилей — длительная, сложная и дорогостоящая процедура, полностью оплачиваемая производителем антифриза.

Наряду с этим действует целый ряд национальных стандартов в данной области — советский и российский ГОСТ 28084-89, американские стандарты ASTM D 3306, ASTM D 4656 (для легковых автомобилей и лёгких грузовиков) и ASTM D 4985, ASTM D 5345 (для тяжёлых условий эксплуатации, то есть большегрузного транспорта), британский BS 6580, французский AFNOR NFR 15-601 и другие.

Антифризы на основе одноатомных спиртов, солей и глицерина

Первые антифризы появились в начале XX века и готовились на основе метанола (метилового спирта) или этанола (этилового спирта) в смеси с водой. Ядовитость метанола и психоактивные свойства этанола, низкая температура кипения (65-82 °C) и, как следствие, высокая испаряемость одноатомных спиртов (что было большой проблемой в негерметизированных системах охлаждения тех лет, вызывая необходимость постоянного долива, к тому же пары спирта легко воспламенялись) и их коррозионное воздействие на ряд металлов и сплавов значительно сужали возможности их использования.

В тот же период использовались также антифризы на основе глицерина (температура кипения 290 °C), которые состояли из 60-70 % раствора глицерина в воде. Они были безопасны в обращении и не вызывали коррозии, но из-за высокой вязкости вызывали проблемы с прокачиваемостью при низких температурах; иногда их разбавляли этиловым или метиловым спиртом с целью улучшения текучести. Так, в СССР в 1930-х годах использовался антифриз, состоявший из 42 % этанола (денатурированного), 15 % глицерина и воды, который замерзал при −32°С.

Антифриз на основе соли соляной кислоты — хлористого кальция (в виде раствора 1,5 кг на 1 л воды) — работал примерно до −20°С, но требовал от водителя очень внимательно следить за уровнем охлаждающей жидкости и контролировать её плотность ареометром, так как в открытой системе охлаждения вода выкипала, а оставшийся в растворе хлористый кальций выпадал в осадок и закупоривал трубочки радиатора.

Однако в целом эти ранние антифризы не обладали удовлетворительными качествами и со временем были вытеснены этиленгликолевыми антифризами, до сих пор являющимися наиболее распространёнными.

Этиленгликолевые антифризы

Свойство двухатомного спирта этиленгликоля предотвращать повреждение двигателя в мороз было известно очень давно: даже сравнительно небольшое количество этого вещества, добавленное к воде в системе охлаждения, не давало ей образовать сплошной ледяной монолит, разламывающий изнутри блок цилиндров и радиатор, вместо чего она замерзала в виде конгломерата мелких ледяных кристалликов, не обладающих разрушительным действием. Начиная же с определённой концентрации, смесь этиленгликоля с водой даже в мороз оставалась жидкой и текучей, что позволяло эксплуатировать технику в любых климатических условиях без трудоёмкой процедуры сливания воды из системы охлаждения при постановке на стоянку и её заправки горячей водой перед выездом. Однако практическое внедрение гликолевых антифризов тормозилось из-за высокой цены исходного сырья.

Первый коммерческий антифриз на основе этиленгликоля появился в 1926 году, а его массовое применение началось незадолго до Второй мировой войны, в первую очередь — для военной техники. В СССР в 1940-х годах использовался этиленгликолевый антифриз (низкозамерзающая смесь) марки В-2 с температурой выпадения кристаллов −40 °C, содержавший 55 % этиленгликоля и 45 % воды с добавкой декстрина в качестве противокоррозионной присадки, придававшей ему вид мутноватой жидкости жёлтого цвета. Широко известна военно-транспортная операция «Антифриз», в ходе которой в ноябре 1942 года было налажено снабжение антифризом советских войск на Сталинградском фронте.

Для двигателей тех лет, у которых блок цилиндров выполнялся как правило из чугуна, а радиатор — из латуни, вполне хватало простой смеси этиленгликоля с водой, которая в таких условиях и при соблюдении срока службы не обладала значительным коррозионным воздействием, тем более, что эксплуатация на антифризе как правило была сезонной — на лето в систему охлаждения заливалась вода. Правда, со временем из-за коррозионного воздействия этиленгликоля могла разрушаться пайка радиатора, выполненная свинцово-оловянным припоем, однако латунные радиаторы требовали периодического ремонта и при эксплуатации «на воде», так что это не составляло значительной проблемы; в некоторых антифризах, например советском по ГОСТ 159—52, проблема коррозионного разрушения пайки радиатора решалась введением в состав декстрина, защищавшего припой от коррозии.

Между тем, после Второй мировой войны в практику двигателестроения во всё возрастающей степени начали внедряться лёгкие сплавы. Так, в 1950-е годы получили широкое распространение алюминиевые головки блока, к началу 1960-х годов на некоторых моторах стали применяться алюминиевые блоки цилиндров (ГАЗ, Skoda, BMW, General Motors, Chrysler, AMC, Jaguar и др.), начали использоваться алюминиевые радиаторы, более лёгкие и дешёвые в производстве, чем латунные.

При длительной работе этиленгликоля в системе охлаждения происходит его окисление с образованием ряда органических кислот (преимущественно гликолевой, глиоксальной, муравьиной, щавелевой и уксусной), в результате чего происходит смещение кислотно-щелочного баланса охлаждающей жидкости в сторону повышения кислотности и увеличение её химической агрессивности, в особенности — по отношению к алюминиевым сплавам (органические кислоты растворяют пассивирующийслой на поверхности алюминия, что провоцирует его разрушение). Именно из-за этих свойств антифризов тех лет к середине 1960-х годов пришлось временно отказаться от использования алюминиевых блоков двигателей американским фирмам General Motors, Chrysler и AMC — при халатном отношении к обслуживанию автомобилей, характерном для США, длительная работа без замены антифриза приводила к серьёзному коррозионному повреждению таких двигателей и их преждевременному выходу из строя. В СССР в двигателях автомобилей ГАЗ, имевших алюминиевый блок цилиндров, использование этиленгликолевого антифриза по ГОСТ 159—52 рекомендовалось исключительно в зимний период, когда в этом имелась настоятельная надобность.

Для того, чтобы замедлить окисление этиленгликоля, нейтрализовать образующиеся при нём кислоты и предотвратить разрушение деталей двигателя, в антифриз стали добавлять ингибиторы коррозии, поддерживающие его слабую щелочную реакцию.

С неорганическими ингибиторами («традиционные»)

Первое поколение этиленгликолевых антифризов с ингибиторам коррозии содержало в своём составе неорганические соли («щелочные буферы») — силикаты, нитриты, нитраты, бораты, фосфаты и другие либо их смеси в различных пропорциях. При работе в системе охлаждения они образовывают на поверхности деталей двигателя слой отложений, устойчивый к воздействию этиленгликоля. Срок их службы невелик и составляет всего порядка 2-3 лет, причём значительно сокращается при работе двигателя с перегревом, а при превышении температуры в 105°С неорганические ингибиторы начинают быстро разрушаться. По истечению срока службы антифриза ингибиторы коррозии в его составе вырабатываются, защитный слой на поверхности деталей двигателя постепенно исчезает и начинается их коррозионное разрушение. Международное обозначение — IAT (Inorganic Acid Technology).

В настоящее время в данной категории доминируют силикатные антифризы, поскольку они, в частности, более эффективны для защиты алюминия, широко применяемого в современных двигателях. Содержание же нитритов, нитратов и боратов, а также иногда добавлявшихся в антифриз в качестве вспомогательных веществ аминов, стремятся, напротив, минимизировать или даже полностью исключить. В США и Японии популярны фосфатные ингибиторы, использование которых стараются, напротив, избегать в Европе, поскольку европейская вода имеет большую жёсткость и при реакции с фосфатными соединениями может вызывать появление отложений на горячих деталях двигателя, ухудшающих теплоотвод.

В СССР и впоследствии в СНГ наибольшее распространение получили антифризы, часто объединяемые под ставшим нарицательным названием «Тосол» — изначально это была марка боратно-нитритного антифриза, разработанного около 1971 года в НИИОХТ, но в настоящее время производителями может использоваться любая рецептура (даже ГОСТ 28084-89 «Жидкости охлаждающие низкозамерзающие», по которому выпускались «Тосол ОЖ-40» и «Тосол ОЖ-65», не определял конкретного состава пакета ингибиторов, а лишь нормировал его функциональные параметры, такие как коррозионное воздействие на различные металлы и сплавы). Ярко-голубой цвет, характерный для продуктов данного типа (для ОЖ-65 — красный), обусловлен не объективной необходимостью, а сугубо соображениями цветовой дифференциации технических жидкостей различных типов, облегчающей поиск течи. В процессе эксплуатации, как уже указывалось выше, цвет меняется сначала на зелёный, а затем — на жёлтый, после чего наступает обесцвечивание жидкости с потерей ею рабочих качеств (у оригинального «Тосола», современные продукты с таким названием могут иметь другие свойства).

Наряду с «Тосолом», в продажу поступал также «обычный» антифриз по ГОСТ 159—52 марок 40, 40М, 65 и 65М, имевший вид мутной жидкости жёлтого или оранжевого цвета и предназначенный главным образом для эксплуатации в двигателях грузовиков (применение в системе охлаждения легкового автомобиля считалось вынужденной мерой, на которую шли главным образом из-за дефицита «Тосола»). При более низкой, чем у «Тосола», стоимости, он имел худшие эксплуатационные качества, в частности — более низкую температуру кипения, и оказывал вредное воздействие на резиновые детали. В качестве ингибиторов коррозии в нём использовались декстрин (предотвращал разрушение свинцово-оловянного припоя в пайке радиатора, а также отчасти предохранял от коррозии алюминий и медь), динатрийфосфат (защищал чёрные металлы, медь и латунь) и молибденовокислый натрий (в антифризах с буквой «М» в обозначениях, оберегал цинковые и хромовые покрытия на деталях системы охлаждения). Кроме того, в нём, в отличие от «Тосола», отсутствовали противопенные присадки, из-за чего его залив в системы охлаждения в конвейерных условиях был затруднён (по использовавшейся на ВАЗе итальянской технологии автомобили отгружались потребителю полностью заправленные всеми техническими жидкостями).

Также по ТУ 113-07-02-88 выпускался этиленгликолевый антифриз марки «Лена» ОЖ-40 и ОЖ-65 ярко-зелёного цвета, в основном предназначенный для использования в военной технике, включая летательные аппараты и радиоэлектронную аппаратуру с жидкостным охлаждением, иногда поступал и в свободную продажу. В постперестроечные годы он какое-то время активно продвигался на рынке дзержинским «Капролактамом», но не выдержал конкуренции с многочисленными «клонами» «Тосола», хотя сам по себе бренд время от времени используется некоторыми производителями до сих пор.

Фирмой Volkswagen для силикатных антифризов установлена спецификация VW TL 774-C / G11, выпускающиеся в соответствии с ней антифризы имеют сине-зелёную окраску.

В США «традиционные» антифризы в основном фосфатные или фосфатно-силикатные, как правило зелёного цвета.

В азиатских странах, особенно Японии, силикатные антифризы не используются, зато популярны составы на основе фосфатов.

С органическими ингибиторами (карбоксилатные)

Этиленгликолевые антифризы с ингибиторами коррозии на основе неорганических солей вполне успешно использовались в течение трёх десятков лет — с 1960-х по 1990-е годы, пока начиная с середины 1990-х годов, ввиду ужесточения требований к экологичности и экономичности автотранспорта, не стали появляться двигатели с более жёстким температурным режимом, в которых антифризы старых типов имели очень низкий срок службы из-за ускоренного старения и разрушения пакета ингибиторов коррозии. Кроме того, совершенствование охлаждения двигателей привело к росту числа оборотов насоса системы охлаждения, вследствие чего стала появляться проблема кавитации, разрушающей крыльчатку насоса.

Специально для новых моторов были созданы так называемые карбоксилатные антифризы, в которых используются ингибиторы коррозии на основе металлических солей органических карбоновых кислот (карбоксилатов). Начиная с конца 1990-х годов ведущие производители автомобилей стали использовать карбоксилатные антифризы для заполнения системы охлаждения автомобилей на конвейере (например, VW — с 1997 года, спецификация VW TL 774-D / G12). Как правило, они маркируются ярко-красным красителем, реже — сиренево-фиолетовым (спецификация VW TL 774-F / G12+, используются этой фирмой с 2003 года). Международное обозначение — OAT (Organic Acid Technology).

Карбоксилатные ингибиторы не образуют защитного слоя по всей поверхности системы, а адсорбируются лишь в очагах возникновения коррозии с образованием защитных слоев толщиной не более 0,1 микрона. Карбоксилатный антифриз имеет больший срок службы (более 5 лет) и лучше защищает металлы от коррозии и кавитации. При этом карбоксилатный антифриз обладает более высокой текучестью, что при малейшей негерметичности системы охлаждения приводит к возникновению течи. Кроме того, при заправке им системы охлаждения, в которой ранее работал антифриз с неорганическими ингибиторами, он сначала растворяет остающийся на деталях двигателя защитный слой, что приводит к нерациональному расходованию содержащихся в нём соединений органических кислот и значительному сокращению срока службы, а в отдельных случаях может приводить к накоплению в системе охлаждения мелкодисперсной взвеси, резко снижающей противопенные и противокавитационные свойства карбоксилатного антифриза.

Из-за этого применение карбоксилатных антифризов рекомендуется главным образом в новых автомобилях, система охлаждения которых изначально с завода была заправлена антифризом данного типа. Переход с антифриза предыдущего поколения на карбоксилатный требует тщательной промывки системы охлаждения водой и полной замены старых уплотнений и шлангов, могущих вызвать течь охлаждающей жидкости. Смешивание антифризов различных типов категорически не рекомендуется.

Гибридные

Содержат в своём составе как соли карбоновых кислот, так и неорганические соли — обычно силикаты, нитриты или фосфаты. Такие антифризы дешевле карбоксилатных, но и хуже их по характеристикам (срок службы — 3-5 лет). Могут маркироваться красителем любого цвета — зачастую используется жёлто-оранжевая гамма, но нередки и другие варианты, например синевато-зелёный цвет, по примеру гибридных антифризов фирмы BASF, или розовый, как у гибридного антифриза Toyota SLLC. Международное обозначение — HOAT (Hybrid Organic Acid Technology) либо Hybrid.

Lobrid («лобридные», «биполярная технология»)

Последнее на данный момент поколение антифризов на этиленгликолевой основе, содержат в своём составе органические ингибиторы коррозии в сочетании с соединениями кремния, обеспечивающими дополнительную защиту от коррозии алюминиевых сплавов (то есть, фактически, тоже являются гибридными). Имеют повышенную температуру кипения (до 135° C), что позволяет использовать их в наиболее теплонагруженных современных двигателях. Считается, что срок службы таких антифризов может достигать 10 лет или до 200 тыс. км (то есть заводская заправка системы охлаждения считается «пожизненной», на весь срок службы автомобиля), однако многие эксперты считают это рекламным ходом производителей и рекомендуют заменять антифриз не реже чем раз в 5 лет. Используются фирмой VW для конвейерной заливки с 2008 года (спецификация VW TL 774-G / G12++). Окрашиваются обычно в ярко-красный или сиреневый цвет. Общепринятого международного наименования не имеют, производителями обозначаются как Lobrid (Low hybrid) или SOAT (Silicon enhanced Organic Acid Technology).

Пропиленгликолевые антифризы

Вместо этиленгликолевой основы в них используется менее ядовитый (может вызывать раздражение кожи и слизистых, но для жизни не опасен) и более экологически чистый пропиленгликоль в сочетании с пакетом органических ингибиторов коррозии. По своим эксплуатационным качествам аналогичны этиленгликолевым последнего поколения. Окрашиваются обычно в жёлтый или оранжевый цвет.

Иногда ошибочно указывается, что фирмой VW для пропиленгилколевых антифризов введена спецификация VW TL 774-J / G13. На самом деле это не соответствует действительности, спецификация TL 774-J касается этиленгликолевого антифриза с добавлением 20 % глицерина.

Смешивание антифризов различных типов

В целом, смешивания антифризов различных типов и даже одного типа разных марок следует избегать, поскольку взаимодействие содержащихся в них присадок может привести к существенному снижению характеристик или уменьшению срока службы жидкости.

Некоторые антифризы могут быть принципиально несовместимы друг с другом — так, VW/Audi категорически не рекомендует смешивать друг с другом антифризы, соответствующие спецификациям VW G11 и G12, в то время как антифризы спецификаций G11 и G12+, G12++ и G13 считаются взаимно совместимыми. Однако следует понимать, что речь идёт лишь о возможности кратковременного смешивания без возникновения немедленных серьёзных негативных последствий — например, при доливке антифриза другой марки в случае течи из системы охлаждения при недоступности рекомендованного.

Так, по данным того же VW, смесь антифриза спецификации G13 с антифризами G12+, G12 или G11 хотя формально и пригодна для использования (то есть не наносит непосредственного вреда автомобилю), но не обладает достаточными антикоррозийными свойствами и её использование не рекомендуется. По данным той же фирмы, антифриз G12+ для автомобилей Porsche (N 052 774 F1) несовместим с антифризами для других марок автомобилей концерна и не должен использоваться в них, так как содержит другие противопенные добавки.

В рамках одного типа антифризы, допущенные VW для использования в автомобилях этой марки, могут смешиваться без каких-либо ограничений и снижения характеристик (например, G11 с G11, G12 c G12; не следует, однако, путать наличие у конкретной марки антифриза допуска какого-либо производителя автомобилей и заявление производителя антифриза о соответствии требованиям такого допуска). Точно так же считается допустимым любым образом смешивать антифризы одного типа, выпущенные различными производителями на основе концентратов фирмы BASF и имеющие официальное разрешение этой фирмы на право использования в своём обозначении торговой марки Glysantin, например оригинальный Glysantin G30 и его аналог Comma Xstream G30.

По общему для технических жидкостей правилу, смесь антифризов различных категорий должна рассматриваться как аналогичная по свойствам антифризу, имеющему наиболее низкую категорию среди смешиваемых (то есть, к примеру, смесь антифризов, соответствующих спецификациям G11, G12+ и G12++, должна рассматриваться как аналогичная антифризу низшей среди них спецификации, то есть G11). Однако на практике никто не поручится за допустимость длительной эксплуатации автомобиля на полученной в результате смеси и её свойства в качестве охлаждающей жидкости. После такого вынужденного смешивания антифризов различных типов или марок рекомендуется при первой возможности заменить получившуюся смесь на чистый заводской антифриз.

Иногда в качестве наиболее безопасного варианта рекомендуется при отсутствии антифриза той же марки долить в систему воду, желательно дистиллированную, а затем — при первой возможности полностью сменить всю охлаждающую жидкость.

Смена типа антифриза требует тщательной промывки всей системы охлаждения, причём существуют различные рекомендации относительно процедуры промывки, в особенности чётко сформулированные для многолитражных двигателей грузовиков и тяжёлой техники. Так, по технической документации фирмы MAN промывка проводится в два этапа — сначала в течение 1-2 минут 60 % раствором концентрата нового антифриза, затем — его же 10 % раствором, после чего в систему заливается рабочая жидкость — 50 % раствор концентрата. Компания Caterpillar требует обязательной промывки системы при замене антифриза, сначала водой, затем фирменным очистителем систем охлаждения, затем снова водой «на холодную», после этого — многократно водой с запуском и прогревом двигателя до 50-60°С, вплоть до полной очистки системы, о чём говорит сливаемая из неё совершенно чистая вода; при особо сильном загрязнении рекомендуется снятие патрубков с очисткой их вручную. Сервисный бюллетень № 3666132 компании Cummins рекомендует промывку системы охлаждения при обнаружении в ней загрязнений и смене типа охлаждающей жидкости, при этом двигатель прогревается до открытия термостата, после чего охлаждающая жидкость сливается, система охлаждения заполняется специальным чистящим средством и очищается работой на холостых оборотах в течение 30 минут; после этого система промывается чистой водой, также при работе двигателя на холостых оборотах в течение 15 минут, кроме того рекомендуется вручную очистить патрубки от гелей и других осадков