Смазочная композиция

Смазочная композиция

Реферат

Заявляемое техническое решение относится к составам смазочных материалов на основе растительных масел и может быть использовано в сельском хозяйстве, перерабатывающей и пищевой промышленности, водном транспорте для смазки узлов машин и механизмов с целью снижения экологической опасности.

Известно отечественное трансмиссионное масло ТМ-3-18 ГОСТ 23652-79, рекомендованное для тяжело нагруженных цилиндрических, конических и спирально-конических передач, выработанное из смеси дистиллятного и остаточного масел сернистых нефтей. Содержит противозадирную, противоизносную и антипенную присадки.

Недостатком трансмиссионного масла ТМ-3-18 являются низкие противоизносные и антифрикационные свойства, а также применение смазочных материалов на базе нефтепродуктов является экологически опасным.

С целью охраны окружающей среды при производстве смазочных материалов все большее применение находят растительные масла. В силу того, что рапсовое масло по себестоимости является самым дешевым по сравнению с другими, например подсолнечным, кукурузным и соевым маслом, его применение является предпочтительным.

Наиболее близким аналогом заявляемой смазочной композиции, выбранным за прототип, является смазочная композиция RU 2235759 С2, приоритет от 08.04.2003 г., которая содержит 5-10% стеариновой кислоты, 5-7% многофункциональной присадки А-22, 3-4% вязкостной добавки Литол-24, 0,002-0,005% противопенной присадки ПМС-200А и до 100% растительного масла. Смазочная композиция на основе рапсового масла обеспечивает эффективное ее использование в широком диапазоне температур во многих отраслях промышленности, однако вышеуказанная смазка имеет недостатки:

необходимость диспергирования вязкостной добавки Литол-24 ультразвуковыми волнами в объеме масла, что ведет к повышению стоимости технологии легирования присадками;

низкая седиментационная устойчивость, повышенная склонность к деструкции под воздействием механических сил и высоких температур консистентной смазки Литол-24, используемой в качестве вязкостной добавки и имеющей высокую молекулярную массу;

относительно невысокие противоизносные, противозадирные и антифрикционные свойства смазочной композиции;

повышенное кислотное число смазочной композиции из-за наличия стеариновой кислоты, используемой в качестве антиокислительной добавки;

относительно невысокие показатели термоокислительной стабильности смазочной композиции, так как отсутствуют антиокислительные присадки для трансмиссионных масел.

Задачей заявляемого технического решения является создание смазочной композиции на основе рапсового масла с улучшенными антиокислительными, противоизносными, антифрикционными, противозадирными и вязкостными свойствами, обеспечивающей повышение долговечности агрегатов трансмиссии, применение которой безопасно для окружающей среды.

Решение поставленной задачи достигается заменой большей части нефтяных минеральных масел группы ТМ-3-18 (ТАП-15В - ГОСТ 23652-79) смазочной композицией на основе рапсового масла, легированной присадками: Агидол-1, ПИБ-1000, ПМС-200А и Феном при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

- противопенная присадка ПМС-200А - 0,002...0,005;

- антиокислительная присадка Агидол-1 - 0,6...0,8;

- противоизносная и антифрикционная присадка Феном - 2...3;

- вязкостная присадка ПИБ-1000 - 5...6;

- минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 - 20...25;

- рапсовое масло - до 100.

Феном представляет собой кондиционер металла для механических трансмиссий, состоящий из поверхностно-активных веществ, антиоксидантов и композиций термостойких полимеров, и является присадкой, улучшающей противоизносные, антифрикционные и противозадирные свойства смазочной композиции (Балабанов В.И. и др. «Триботехнология в техническом сервисе машин», стр.127, Москва.: Изумруд, 2005). ПИБ-1000 - полиизобутилен низкомолекулярный (молекулярная масса 950-1050). Агидол-1 - присадка антиокислительная 4-метил-2.6-дитретичный бутилфенол. ПМС-200А - поли-митил силоксан.

Экспериментально установлены технико-экономическая и экологическая эффективность смазочной композиции в тракторных силовых передачах.

Первый этап экспериментальных исследований - увеличение термоокислительной стабильности смазочной композиции на основе рапсового масла.

Поставленная цель достигалась смешиванием рапсового масла с минеральным маслом группы ТМ-3-18, далее упоминается как смазочная композиция, с последующим легированием полученной смазочной композиции антиокислительной присадкой Агидол-1 (ТУ 38.5901237-90) в концентрации, рекомендуемой производителем. Стабильность проб масел определялась на приборе ДК НАМИ по ГОСТу 11063-78, условия проведения испытаний: время опыта - 20 ч при температуре 140°С. В эксперименте использовались следующие смазочные материалы:

- образец №1 (минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18);

- образец №2 (рапсовое масло);

- образец №3 (85% рапсовое масло + 15% минеральное группы ТМ-3-18);

- образец №4 (55% рапсовое масло + 45% минеральное группы ТМ-3-18);

- образец №5 (рапсовое масло + 0,7% Агидол-1);

- образец №6 (85% рапсовое масло + 15% минеральное группы ТМ-3-18 + 0,7% Агидол-1);

- образец №7 (55% рапсовое масло + 45% минеральное группы ТМ-3-18 + 0,7% Агидол-1);

- образец №8 (прототип).

Результаты опытов представлены в таблице 1.

Таблица 1
Испытания на термоокислительную стабильность
Образец масла	Изменение кинематической вязкости при 100°С, %	Осадок в петролейном эфире, %
1	5	0,05
2	41	0,82
3	21	0,4
4	10	0,22
5	24	0,44
6	9	0,15
7	3	0,03
8	28	0,6

Анализ полученных экспериментальных данных подтверждает целесообразность использования минерального масла группы ТМ-3-18 и антиокислительной присадки Агидол в качестве добавок к рапсовому маслу. Так антиокислительные свойства смазочной композиции увеличиваются с повышением концентрации минерального масла и у образца №7 превосходят значения показателей масла ТМ-3-18.

Применяя метод оптимизации, был определен состав смазочной композиции (в таблицах - СК), соответствующий требованиям к показателям термоокислительной стабильности масел группы ТМ-3-18: 30% минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 + 0,7% Агидол-1 + рапсовое масло до 100%.

На следующем этапе исследований производилось легирование смазочной композиции присадками для агрегатов трансмиссий: металлоплакирующими (Римет-Т (ТУ 0257-025-12288779-00), Реном-Т (ТУ 0257-059-18948455-02) и МКФ-18 (ТУ 38.1011127-87)) и кондиционером металла (Феном (ТУ 0257-032-18948455-00)) с целью повышения антифрикционных, противозадирных и противоизносных свойств. Испытания проводились на машине трения 2070 СМТ-1 по схеме «ролик-ролик» с 15% проскальзыванием, позволяющей моделировать условия работы зубчатого зацепления для механических трансмиссий.

Условия проведения испытаний: длительность 3 часа; нагрузка 2000 Н; частота вращения 1000 мин^-1; объем масла V=150 мл; концентрация абразивных частиц (S=5600 см²/г) 0,25% мас.; материал роликов - сталь 25 ХГТ, твердость HRC=58...62.

Таблица 2
Результаты сравнительных износных испытаний
Наименование смазочного материала и присадки	Массовый износ образцов, мг	Момент трения, Н·м
ТМ-3-18	30,6	4
Рапсовое масло	39,2	4,4
СК	33,8	3,9
прототип	34,1	4
СК+1% МКФ-18	24,1	3,1
СК+3% Реном-Т	25,3	3,2
СК+3% Римет-Т	28,66	4,1
СК+2% Феном	20,1	2,8

На основании результатов износных испытаний была выявлена смазочная композиция, легированная присадкой Феном 2%, снижающая абразивное изнашивание на 34% и момент трения на 30% по сравнению с маслом ТМ-3-18.

Были проведены испытания на противозадирные свойства смазочной композиции, легированной присадками. Условия проведения испытаний на противозадирные свойства:

- машина трения 2070 СМТ-1; объем масла V=2 мл, нагрузка Р=2000 Н, частота вращения n=1000 об/мин.

Таблица 3
Противозадирные свойства смазочных композиций
Испытуемые масла	Время до задира, с
ТМ-3-18	765
Рапсовое масло	510
СК	633
СК+1%МКФ-18	735
СК+3% Реном-Т	695
СК+3% Римет-Т	680
СК+2% Феном	750
прототип	662

По полученным результатам опытов выбрана смазочная композиция с добавлением 2% Феном (ТУ 02570321894845500), которая проявляет лучшие противоизносные, антифрикционные и противозадирные свойства. Для улучшения вязкостно-температурной характеристики смазочной композиции ввели вязкостную присадку ПИБ-1000 (полиизобутилен низкомолекулярный ТУ 38.401-58-333-2004) в концентрации 4...8%.

Значение молекулярной массы полиизобутилена было выбрано на основании того, что смазочная композиция предназначается для замены трансмиссионного масла группы ТМ-3-18 и использования в агрегатах трансмиссий сельскохозяйственных тракторов, где удельные нагрузки составляют до 3000 МПа. Так при использовании полиизобутилена с высоким значением молекулярной массы до 30000 в процессе работы агрегатов трансмиссий в результате высоких удельных нагрузок и температурных вспышек в зоне трения происходит деструкция вязкостной присадки, сопровождающаяся уменьшением молекулярной массы и вязкости смазочного материала [см. А.М.Кулиев Химия и технология присадок к маслам и топливам]. Вязкости исследуемых смазочных композиций приведены в таблице 4.

Таблица 4
Вязкости исследуемых смазочных композиций
Испытуемые масла	Кинематическая вязкость при 100°C, мм2/с
ТМ-3-18	15
Рапсовое масло	8,6
СК	11,3
СК+2% Феном	11,5
СК+2% Феном+4% ПИБ-1000	14,3
СК+2% Феном+8% ПИБ-1000	18,2

Из таблицы 4, используя метод оптимизации, определили оптимальную концентрацию полиизобутилена, при которой смазочная композиция обладает лучшей вязкостно-температурной характеристикой: 0,7% Агидол-1 + 2% Феном + 20...25% минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 масло + 5,5% полиизобутилен + до 100% рапсовое.

С целью снижения пенообразования при использовании в агрегатах трансмиссии смазочную композицию легировали противопенной присадкой ПМС-200А (ОСТ 6-02-20-79) в концентрации 0,002...0,005%.

Полученную смазочную композицию проверили на соответствие требованиям для минерального масла группы ТМ-3-18 (таблица 5)

Таблица 5
Сравнительная характеристика масел и смазочной композиции
Показатели	Прототип	ТАП-15В (ТМ-3-18)	Рапсовое масло	Смазочная композиция (полный состав)
Вязкость:
кинематическая, мм2/с, при 100°С	14,8	15	8,3	15,4
динамическая, Па·с, при - 15°С	75	160	65	105
Температура, °С:
вспышки в открытом тигле	245	225	260	250
застывания	-22	-20	-18	-20
Массовая доля, %
механических примесей	0,01	0,027	нет	0,012
воды	нет	следы	нет	нет
фосфора	0,08	0,064	нет	0,02
серы	1,75	1,03	нет	0,3
Испытание на коррозию пластинок из стали и меди в течение 3 ч при 100°С	выдерживает	выдерживает	выдерживает	выдерживает
Стабильность на приборе ДК-НАМИ (140°С, 20 ч):
изменение кинематической вязкости при 100°С,%	25	5	41	5
осадок в петролейном эфире, %	0,7	0,05	0,82	0,04
Зольность, %	0,4	0,3	0,2	0,4
Триботехнические характеристики на ЧШМ:
показатель износа (Ди) при осевой нагрузке 392 Н (40 кгс) при (20±5)°С, в течение 1 ч, мм	0,61	0,50	0,82	0,45
Совместимость с резиной марки УИМ-1 (изменение объема), %	8,05	8,81	6,7	8,1

Заявляемая смазочная композиция на основе натурального продукта, а именно рапсового масла, содержит в качестве добавки минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 и присадку Агидол-1, которые компенсируют невысокие показатели термоокислительной стабильности основы смазочной композиции - рапсового масла. Также в смазочную композицию входит присадка Феном для механических трансмиссий, увеличивающая антифрикционные, противоизносные и противозадирные свойства. Для увеличения вязкости смазочной композиции используется присадка ПИБ-1000, обладающая большей степенью стойкости к деструкции по сравнению с пластичной смазкой Литол-24, используемой в прототипе. Замена большей части масла, выработанного на основе нефтепродуктов, на смазочную композицию на основе рапсового масла безопасно для окружающей среды.

Смазочная композиция на основе рапсового масла, содержащая противопенную присадку ПМС-200А, антиокислительную присадку, вязкостную присадку, противоизносную, противозадирную и антифрикционную присадку, отличающаяся тем, что дополнительно содержит минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18, в качестве антиокислительной присадки содержит Агидол-1, в качестве вязкостной присадки - ПИБ-1000, в качестве противоизносной, противозадирной и антифрикционной присадки - Феном при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ПМС-200А	0,002-0,005
Агидол-1	0,6-0,8
Феном	2-3
ПИБ-1000	5-6
минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18	20-25
рапсовое масло	до 100