Поиск:
Автоlabs

15.01.2013 00:05

Как пачкается стекло, или Сравнительное тестирование автомобильных "незамерзаек"

Заметили ошибку? Выделите фрагмент текста и нажмите CTRL+ENTER!
 
To see or not to see? Этой адаптированной к автомобильной реальности фразой классика можно охарактеризовать терзания автовладельцев при выборе жидкости для стеклоомывателя. Сегодня мы попробуем выяснить, чем же стоит руководствоваться при выборе, и протестируем наиболее распространенные марки "незамерзаек", присутствующих на рынке.
 
Ветровое стекло автомобиля является столь "незаметным" компонентом машины, что мы обращаем на него внимание разве что во время неблагоприятных погодных условий. Дождь, брызги из-под колес, снег, пыль и грязь лишь "проявляют" его, ухудшая видимость. Летом даже сильный дождь не доставляет особых помех: взмах щетками стеклоочистителей   — и видимость восстановлена, дорога вновь хорошо различима, и проблема плохого обзора исчезает. Совершенно иная ситуация наблюдается зимой. Снег оседает крупными хлопьями, едущие впереди машины поднимают целую завесу талой воды, а щетки только размазывают полученную смесь. И тут на помощь приходит жидкость стеклоомывателя, разбавляя и растворяя снежно-грязевую смесь, смачивая поверхность стекла и щеток, облегчая их скольжение по стеклу. Но как правильно выбрать "незамерзайку"? Что учесть при покупке и, в конце-концов, какая из них на рынке лучшая?
 
 
На текущий момент в продаже имеется огромное количество спирто-водяных смесей, которые рассчитаны на работу в условиях низких температур. Диапазон заявляемых производителями характеристик внушает уважение: здесь имеются и "полузимние" варианты, рассчитанные на легкие заморозки, и "суперконцентраты", которые подошли бы даже в качестве стеклоомывателей для техники в арктической экспедиции –  указываемая производителем температура замерзания - 65 градусов по Цельсию.
 
Несмотря на постоянно нагнетаемую СМИ угрозу глобального потепления, жители нашего региона в прошлую зиму прочувствовали все прелести резко континентального климата, когда перепад температуры между августом и февралем составил более 70 градусов: от -35 до +39. Понятное дело, что в контексте данной статьи нас интересует именно максимальное понижение температуры и выбор конкретной модели стеклоомывателя в соответствии с ней.
 
Рассмотрим механизм загрязнения лобового стекла в зимнее время. Дорожное полотно всегда загрязнено технологическими жидкостями  — моторным маслом, бензином, дизтопливом, антифризом и другими. По отдельности все эти компоненты вполне прозрачны и, даже будучи нанесенными на стекло (в чистом виде), серьезных проблем для обзора не создадут. Поднимаясь же "водяной завесой" за едущим автомобилем, все они интенсивно перемешиваются турбулентными потоками воздуха и образуют водно-жировую эмульсию, которая и оседает на лобовом стекле. В отличие от ее компонентов, такая смесь по своему виду напоминает разбавленное молоко и является гораздо более непрозрачной для света. Попадая на стекло, эмульсия не расслаивается на отдельные компоненты, а продолжает перемешиваться прямо на нем, образуя маслянистую пленку, а также заполняя все микротрещины и дефекты поверхности. Чем более низкая температура окружающего воздуха, тем более стабильной получается эмульсия. В быту мы сталкиваемся с таким явлением, пытаясь отмыть жирную посуду холодной чистой водой, и также не преуспеваем. Если же добавить в воду моющее средство, наши попытки становятся более продуктивными, однако полного удаления жира так и не происходит. Гораздо более правильный вариант, позволяющий убрать все жиры с поверхности лобового стекла (или посуды) — добавить в воду обычный этиловый спирт. Сочетание спирта и моющего средства переводят эмульсию из крупнокапельной в мелкокапельную, а та уже легче смывается с поверхности. Более того, такой раствор сам эффективно смачивает стекло и образует на нем мыльную пленку в несколько мономолекулярных слоев, которая является прозрачной и совершенно не мешает обзору. Попадание же на пленку очередной капельки эмульсии не создает проблемы, поскольку мыльная пленка "не пропускает" жировой компонент непосредственно к стеклу, и тот легко смывается водой.
 
В зимний период наличие спирта в жидкости стеклоомывателя преследует и другую цель: оставить сам стеклоомыватель в жидком состоянии, ведь даже самый лучший мыльный раствор замерзнет при температуре чуть ниже нуля градусов.
 
Методика тестирования и поведение жидкостей на морозе. Как "разморозить" систему?
 
Мы задались целью узнать, насколько соответствуют заявленные температуры замерзания зимних стеклоомывателей реальным показателям. Методика тестирования оказалась довольно простой, хотя и не лишенной некоторых недостатков. Исследуемая жидкость помещалась в плоскодонную тонкостенную термонейтральную (с нулевым коэффициентом теплового расширения) колбу, а затем опускалась в емкость с жидким азотом при постоянном помешивании. Контроль точки замерзания производился визуально по образованию кристаллической взвеси и при постоянном термометрическом мониторинге опущенным в колбу датчиком. Для определения точки замерзания после образования взвеси колба продолжала перемешиваться вне азотной бани, а термодатчик находился в жидкой части образца. Смысл такой манипуляции заключался в том, что при таянии замерзшей части спирто-водяной смеси происходит стабилизация температуры на определенном уровне, поскольку на разрушение кристаллической решетки тратится подводимая извне энергия. Опять же, приводя аналог из бытовой жизни, вспомним так называемую ледяную баню, представляющую собой смесь воды и льда и сохраняющую температуру 0 градусов по Цельсию до полного таяния льда или до полного замерзания воды. В случае водно-спиртовых смесей, которые не являются чистыми веществами, такая методика применима лишь ограниченно, поскольку из смеси кристаллизуется в первую очередь тот компонент, который замерзает при более высоких температурах (то есть вода). Однако нас не интересует замерзание спиртовой части, ведь проблема разбрызгивания стеклоомывателя возникает именно на стадии кристаллизации воды из смеси, поэтому данное допущение вполне имеет право на жизнь.
 
Физическое отступление. Почему смесь замерзает при более высокой температуре?
 
Многие автолюбители задаются вопросом, почему стеклоомыватель замерзает в первую очередь в патрубках системы и форсунках омывателя на капоте. Это прямо следует из разности температур испарения и температур замерзания компонентов водно-спиртовой смеси. Представим себе, что в систему залита смесь спирт/вода 50:50, а температура на улице близка к точке начала кристаллизации. На морозе происходит подача жидкости в патрубки и форсунки омывателя, она разбрызгивается на стекло и остается в системе. После выключения двигателя остаточное тепло от него передается на капот, где происходит избирательное испарение компонентов смеси через жиклеры.
 
 
Напомним, что температура кипения воды составляет 100 градусов, а чистого этанола — около 70 градусов. Спирт, таким образом, является более летучей жидкостью и при одинаковой температуре окружающего воздуха будет испаряться быстрее воды. Итак, жидкость подогревается остаточным теплом двигателя, спирт испаряется быстрее воды, и через несколько часов мы получим в форсунках смесь состава спирт/вода, к примеру, 40:60. Эта смесь будет замерзать уже при более высокой температуре, и даже при сохранении постоянной температуры на улице вода из смеси кристаллизуется и "забьет" форсунки. Какой же выход из этой ситуации? Ответ очень прост: нужно предварительно заливать смесь с большим содержанием спирта, чтобы при вышеописанных процессах и через несколько часов соотношение спирт/вода оставалось более чем 50:50. Еще более упрощая ситуацию, можно рекомендовать заливать смесь, рассчитанную на температуру замерзания на 5-7-10 градусов ниже ожидаемой температуры воздуха, или перед сильными морозами долить в бачок спиртовой концентрат и немного "прокачать" систему.
 
Как «разморозить» систему?
 
Предположим, что жидкость в жиклерах все-таки замерзла. Что же сделать в этом случае? Рекомендации некоторых автомобилистов заключаются в ожидании потепления, доливке кипятка в бачок стеклоомывателя, мойке стекла "из форточки бутылкой" и прочих, столь же "приемлемых" способах. Проблема в том, что форсунки омывателя и патрубки системы это никак не разморозит, а долитый кипяток на морозе может привести к трещине бака стеклоомывателя и вызвать необходимость его замены. Лить концентрат омывателя из "форточки бутылкой" способен не каждый, а уж на ходу тем более. Весны же при грязном лобовом стекле дождутся не все. Самой разумной рекомендацией стоит считать перегонку машины в отапливаемый гараж или на подземную стоянку, где в течение пары часов патрубки системы размерзнутся, и их проходимость восстановится. Стоимость такого решения — несколько оплаченных часов парковки, стоимость же ремонта в случае аварии из-за плохой видимости или, тем более, стоимость жизни водителя и пассажиров вообще обсуждать не стоит. Вторым логичным вариантом кажется локальный прогрев патрубков по их ходу от бака стеклоомывателя к форсункам. Греют их обычно теплой водой, но к успеху это приводит не всегда: выход патрубков из бачка обычно расположен в нижней части подкапотного пространства, и доступ к нему сильно затруднен.
 
 
Если же стеклоомыватель замерз и в бачке, то согреть весь его объем снаружи можно будет только десятками литров горячей воды, которая зальет все вокруг и потом опять замерзнет. Проливка патрубков водой в области капота может вообще привести к появлению микротрещин на лакокрасочном покрытии и сильному снижению его стойкости.
 
 
Горячая (а лучше просто теплая) вода поможет убрать лед из бачка, но при этом нужно организовать несколько циклов долива/слива из бака, чтобы он прогрелся равномерно. Трубку подачи воды рекомендуют завести непосредственно к уровню замерзшей смеси в бачок. Пытаться при этом прокачать жидкость из бака путем включения насоса стеклоомывателя тоже не стоит — можно запросто "спалить" его моторчик.
 
"Из чего же?..» Состав "незамерзаек" и логика производителей
 
Химия стеклоомывающих жидкостей. Главными требованиями, предъявляемыми к производителям жидкостей, являются следующие: 1) жидкость должна эффективно удалять грязь со стекла автомобиля; 2) жидкость не должна замерзать при температуре выше заявленной производителем; 3) жидкость не должна быть токсичной для потребителя; 4) жидкость не должна быть пригодной для употребления внутрь. Руководствуясь этими основными принципами, производители формируют смеси, в которые, соответственно, входят: 1) поверхностно-активные вещества; 2) различные спирты и антифризные присадки; 3) спиртовые смеси, не содержащие метанол; 4) денатурирующие присадки. Основные вопросы к производителям возникают по пунктам 2, 3 и 4. Добавки поверхностно-активных веществ (моющих средств), как правило, проводятся в нужных пропорциях и не являются токсичными, поэтому при всех исследованиях и получениях гигиенических сертификатов по данным компонентам проблем не возникает. Попробуем разобраться с остальными пунктами. Денатурирующие присадки добавляются в жидкости-стеклоомыватели для придания им неприятного вкуса (чаще сильногорького, потому что горький вкус ощущается человеком при низких концентрациях добавленного вещества) и служат своеобразной "защитой от дурака", препятствуя употреблению стеклоомывателя в качестве алкогольного напитка. Многие производители добавляют в качестве денатурирующего компонента диэтилфталат. Теперь перейдем к главному компоненту "незамерзайки" - спирту или смеси спиртов. Использование спиртов экономически оправданно, поскольку в промышленности метанол, этанол, изопропанол и некоторые другие спирты широко используются и даже являются побочными продуктами производств. Применяют для стеклоомывателей всего три спирта: метанол, этанол и изопропанол. Все более "тяжелые" спирты дороже, замерзают при более высоких температурах и при низких температурах образуют очень вязкие жидкости.
 
Таблица 1. Сравнительная характеристика основных свойств используемых для производства стеклоомывателей спиртов.

 
Метанол
Этанол
Изопропанол
Температура кипения, ᵒC
64.7
78.4
82.4
Температура плавления (замерзания), ᵒC
- 97
- 114.3
- 89.5
Использование в промышленности, стоимость
Химсинтез, $270 за тонну
Пищевая промышленность, химсинтез, около $560 за тонну
Химсинтез, около $1300 за тонну
Токсичность для человека
Чрезвычайно высокая
Умеренная
Высокая
Разовая смертельная доза, г
30-40
500-600
70-90

Если рассматривать только экономические показатели, то наиболее выгодный для производителя спирт — метанол. И действительно, недобросовестные предприятия (этим грешат в основном частные фирмы-производители, причем в большинстве — российские) нет-нет, да и добавят метанол в стеклоомыватель. Естественно, сбывается такой продукт по демпинговой цене, и пытающиеся сэкономить потребители клюют на наживку, становясь впоследствии клиентами токсикологов и офтальмологов: метанол оказывает прямое токсическое действие на глазной нерв, и суммарная доза в 10-25 мл гарантированно ведет к необратимой слепоте на оба глаза. Понятно, что однократно залитый метанольный стеклоомыватель вряд ли приведет к таким драматическим последствиям, но профессиональные водители, использующие в сезон до 5-7 литров концентрата в неделю, входят в группу высокого риска по получению отравления метанолом. Изопропанол до недавнего времени в Беларуси (а в России это теперь основной компонент "незамерзаек") также применяли, однако после выхода постановления Министерства здравоохранения в мае 2009 года он был запрещен к использованию. Запрет этот продержался два года — уже в 2011-ом  данное постановление было отменено.


       Опубликовать в twitter.com   Опубликовать в своем блоге livejournal.com