Антифриз (от — против и — замерзать) — 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.
Автомобильные антифризы
Общая характеристика Антифризами чаще всего называют автомобильные охлаждающие жидкости с температурой замерзания ниже температуры замерзания воды («жидкости охлаждающие низкозамерзающие» по ГОСТ). Основная функция современных охлаждающих жидкостей - утилизация избытка тепла, вырабатываемого двигателем при сгорании воздушно-топливной смеси. Побочными функциями антифриза являются предотвращение повреждения деталей (ввиду коррозии, кавитации и разъедания эластомеров) и обеспечение нормальной работы системы охлаждения в зимних условиях (опционально). Антифризы имеют не только более низкую температуру замерзания (точнее — точку начала выпадения кристаллической фазы), но и значительно меньший коэффициент расширения при замерзании. Так, если вода при замерзании увеличивает объём на 9 %, то раствор 25 % этиленгликоля и 75 % воды — на 3,5 %, а раствор 40 % этиленгликоля и 60 % воды — только на 1,5 %, что безопасно практически для любых конструкционных материалов.
Состав и свойства Автомобильные антифризы состоят, как правило, из смеси воды (около половины состава) и этиленгликоля (реже — пропиленгликоля, который в отличие от этиленгликоля не токсичен, но стоит значительно дороже), а также пакета присадок, придающих антифризу антикоррозионные (ингибиторы коррозии), антикавитационные, антипенные и флуоресцентные (для облегчения поиска течи) свойства. Чистый этиленгликоль имеет сравнительно высокую температуру замерзания (−12,3°С), однако в смеси с водой образует так называемую эвтектику с температурой замерзания намного ниже, чем у составляющих смеси по отдельности, вплоть до −75°С (для смеси 25 % воды и 75 % этиленгликоля). Как при большем, так и при меньшем содержании воды смесь будет иметь более высокую температуру замерзания; на практике температуру замерзания доводят до требуемой путём разбавления смеси водой как более дешёвым компонентом, поэтому большинство товарных антифризов содержат более 25 % воды (типично от 35 до 50 %). Так, смесь с содержанием воды 35 % начинает кристаллизоваться примерно при −65°С, а 50 % — при −40°С.
Этиленгликоль, помимо понижения температуры замерзания, приводит к повышению температуры кипения охлаждающей жидкости, что является дополнительным преимуществом при эксплуатации автомобилей в тёплое время года. Также он обладает определёнными смазывающими свойствами. Однако при этом удельная теплоёмкость этиленгликолевого антифриза значительно ниже, чем у воды (на 15-20 %, в зависимости от конкретного состава), а вязкость — в 2-3 раза выше, что обуславливает худшую работу в качестве собственно охлаждающей жидкости. Многие автомобили старых выпусков с системой охлаждения, рассчитанной на воду, в тёплое время года могут перегреваться при использовании этиленгликолевых антифризов, поскольку в те годы их применение считалось допустимым только в зимний период, когда тепловая нагрузка на систему охлаждения ниже, а в летний период использовалась вода, на характеристики которой и рассчитана система охлаждения. Также многие антифризы (в частности, все этиленгликолевые) имеют намного больший коэффициент теплового расширения, чем вода, что делает необходимым использование герметизированной системы охлаждения с расширительным бачком, служащим для компенсации расширения антифриза при нагревании; на автомобилях старых выпусков с системой охлаждения без расширительного бачка «лишний» антифриз при нагревании будет выброшен через пароотводную трубку радиатора, а при остывании его уровень окажется ниже нормального. В целом, в местностях с тёплым безморозным климатом наиболее целесообразно применение в качестве охлаждающей жидкости мягкой или дистиллированной воды с ингибитором коррозии (в системах охлаждения, допускающих её использование).
Часто товарный антифриз разных марок готовится на основе концентратов одного и того же крупного транснационального производителя, например компании Arteco (совместное предприятие Chevron и Total) - антифризы Havoline, Total, Shell, Coolstream и др. - и BASF - антифризы Glysantin, Mobil, BMW и др., в результате чего на рынке представлено очень много сходных по составу и свойствам продуктов под разными торговыми наименованиями, имеющих различный уровень цены и качества.
Формы выпуска Антифризы поступают в продажу как в готовом к работе в системе охлаждения виде, так и в форме концентрата, который потребителю необходимо разбавить водой, желательно — дистиллированной или деионизированной. Использование концентрата антифриза значительно упрощает логистику, поскольку объём транспортируемой от производства до места реализации жидкости уменьшается примерно вдвое, однако менее удобно для конечного пользователя, а также создаёт возможность загрязнения продукта в процессе разбавления, снижающего его качества. Также выпускаются жидкости, предназначенные для продления срока службы антифриза (Coolant Extender), которые представляют собой концентрированный раствор присадок в этиленгликоле, который при добавлении к находящемуся в системе охлаждения антифризу восстанавливает его свойства за счёт восполнения потери присадок и этиленгликоля в ходе эксплуатации, продлевая срок его службы на 1-2 года (как правило, работают только с антифризами той же фирмы-изготовителя; например, в СССР выпускалась жидкость «Отара», предназначенная для продления ресурса антифриза «Тосол-АМ40»).
Естественный вид большинства антифризов — прозрачная бесцветная жидкость (исключение составляли некоторые ныне не выпускающиеся антифризы с пакетом присадок на основе декстрина, сами по себе имевшие грязно-желтый цвет). Однако в современные антифризы добавляют красители, придающие им тот или иной цвет, который не имеет отношения к их эксплуатационным свойствам и является предметом договоренности производителя и потребителя. Часто один и тот же антифриз окрашивают в разные цвета для разных потребителей (например, поставляемый на сборочные конвейеры разных заводов — для быстрой идентификации партий). Во многих случаях цвет антифриза может изменяться при эксплуатации в зависимости от сохранности пакета присадок, в этих случаях изменение цвета сигнализирует о непригодности антифриза для дальнейшего использования (более конкретная информация должна содержаться в спецификации изготовителя; так, для антифриза марки «Тосол ОЖ-40» изменение цвета с изначального (до заливки) синего на сине-зелёный или зелёный не является браковочным признаком, а лишь говорит о том, что он какое-то время проработал в системе охлаждения и находится в нормальном рабочем состоянии; о непригодности антифриза данного типа к дальнейшей работе говорит лишь смена его цвета на жёлтый и, далее, обесцвечивание).
Опасность для человека
Все охлаждающие жидкости на основе этиленгликоля очень ядовиты при приёме внутрь (летальная доза для чистого этиленгликоля — примерно 2 мл/кг массы тела для взрослого). При отравлении гликолевый антифриз воздействует на центральную нервную систему, вызывая потерю координации, слабость, рвоту. Первые симптомы отравления этиленгликолем схожи с алкогольным отравлением, однако через 20-30 минут они сменяются потерей сознания и судорогами; при тяжёлом отравлении в отсутствие лечения смерть наступает через 13-20 дней. Лечение аналогично лечению отравления метанолом. Поскольку этиленгликолевые ОЖ сладкие на вкус, наиболее подвержены риску отравления дети и домашние животные. В США, например, на территории нескольких штатов обязали производителей добавлять в антифриз горькие вкусовые добавки. Особую опасность представляют также пары антифриза, например — поступающие в салон при наличии течи в радиаторе отопительной установки или её кране и способные вызвать хроническое отравление. При таком хроническом ингаляционном отравлении наблюдается раздражение глаз и верхних дыхательных путей, вялость, сонливость. Опасности для жизни ингаляционное отравление обычно не представляет, лечение — общеукрепляющая терапия (витамины, глюкоза внутривенно и т. п.).
Национальные и корпоративные стандарты 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.
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 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