Смазочная композиция синтетического гидравлического масла с повышенной пожаробезопасностью для авиационной техники

Смазочная композиция синтетического гидравлического масла с повышенной пожаробезопасностью для авиационной техники

Реферат

Изобретение относится к гидравлическим (рабочим) жидкостям, предназначенным для гидравлических систем авиационной техники, в частности к авиационному синтетическому гидравлическому маслу для гидросистем авиационной ракетной и наземной техники, позволяющих обезопасить работу и эксплуатацию гидравлических систем при высоких температурах (пониженная пожароопасность ввиду высокой температуры вспышки и воспламенения). Также существенно снижены потери от испарения, что дает возможность более стабильной работы механических частей, например, скорость срабатывания гидроприводов.

Данное авиационное гидравлическое масло относится к новейшему поколению гидравлических жидкостей для воздушных судов и ракет. Является лучшим компромиссным решением по низкотемпературным требованиям к сохранению текучести (до -55°С), огнестойкости для безопасной эксплуатации и смазывающей способности для предотвращения износа и задиров в широких температурных границах. Может применяться в гидросистемах, которые до этого работали на нефтяных жидкостях без замены резиновых уплотнений. Применяются также в автопилотах, тормозных механизмах и в качестве амортизационной жидкости. Дают возможность обезопасить работу и эксплуатацию при высоких температурах вспышки и воспламенения.

К обязательным требованиям, предъявляемым к рабочим жидкостям для гидравлических систем авиационной техники, относятся:

- хорошие вязкостно-температурные характеристики (вязкость при 50°С не менее 8 мм²/с, при минус 60°С не более 5000 мм²/с);

- стабильность вязкости при механодинамических нагрузках (вязкость жидкости не должна уменьшаться при прокачке насосом и дросселировании в золотниках под высоким давлением);

- пожаробезопасность в случае разгерметизации гидравлической системы в аварийных ситуациях (температура вспышки паров жидкости должна быть не ниже 170°С).

В гидравлических системах отечественных самолетов и вертолетов в качестве рабочей жидкости широко применяется гидравлическое масло АМГ-10 («Масло АМГ-10» ГОСТ 6794) на основе низкозастывающих минеральных углеводородов с добавлением вязкостной, антиокислительной и противоизносной присадок. Рекомендуемый диапазон рабочих температур от минус -60°С до + 125°С.

Однако указанное гидравлическое масло АМГ-10 имеет следующие недостатки:

- уменьшение вязкости при эксплуатации в гидравлических системах (до 30%) вследствие механохимической деструкции молекул вязкостной полимерной присадки, что существенно сокращает ресурс работы масла и снижает надежность работы гидроагрегатов. Например, ресурс работы масла АМГ-10 в гидросистемах самолетов ТУ-154 не превышает 600 часов вследствие уменьшения вязкости с 10 до 7 мм²/с (Ю.Е.Раскин, Ю.И.Денисов, Е.М.Вижанков, Б.Г.Бедрик. Диагностика и контроль ресурса применения рабочих жидкостей в гидросистемах авиационной техники. «Контроль. Диагностика», №5, 2004, с.38-40);

- неудовлетворительная пожаробезопасность при нарушении герметичности гидросистемы под давлением вследствие низких значений температуры вспышки паров (93°С при рабочей температуре жидкости до 125°С);

- неудовлетворительная термоокислительная устойчивость при температурах выше 125°С.

Гидравлическое масло АМГ-10 имеет невысокую стойкость к воспламенению, характеризуемую относительно низкой температурой вспышки, находящейся на уровне 93°С. Кроме того, в связи с возросшими в новых летательных аппаратах перепадами давления в гидросистемах имеет место увеличение градиента скорости сдвига в объеме масла, что приводит к повышению механических нагрузок на полимерный модификатор вязкости и его деструкции: чем выше давление в гидросистеме, тем быстрее достигает вязкость масла при 50°С своего нижнего предела, равного 8 мм²/с и являющегося критическим показателем для замены масла АМГ-10 полностью на свежее. Если раньше этот порог достигался за 1500 часов работы, то в современных гидросистемах он равен 100 часам и менее. Для современных и новых поколений самолетов необходимо гидравлическое масло с более высокими характеристиками по стойкости к воспламенению и механическим нагрузкам, но при этом оно должно быть взаимозаменяемым с маслом АМГ-10.

Известен состав смазочного масла для газовых турбин (патент РФ 2185423. 20.07.2002, бюл. №20) для применения в газотурбинных двигателях сверхзвуковой авиации следующего состава, мас.%:

Термостабильный диоктилсебацинат	10,5-15
2,6-ди-трет-бутилпаракрезол	0,5-3,0
Алкилированный дифениламин	0,2-0,5
Трикрезилфосфат или дифенилпаратрет-бутилфенилфосфат	1,0-3,0
Бензотриазол	0,005-0,1
Синтетическое поли-альфа-олефиновое масло	остальное

Однако указанный состав не может быть использован в качестве рабочей жидкости для гидравлических систем авиационной техники, так как не обеспечивает требований по вязкости при минусовых температурах - уже при минус 40°С вязкость 4000=5000 мм²/с (необходимо при минус 60°С - не более 5000 мм²/с), термоокислительной устойчивости при высоких температурах - кислотное число за 50 часов увеличивается с 0,01-0,08 мг КОН/г до 4,05-6,0 мг КОН/г (допускается не более 0,15 мг КОН/1г), вязкость увеличивается на 40-50% и образуется осадок в количестве 0,06-0,15 мас.%, что не допустимо для рабочих жидкостей для гидравлических систем авиационной техники.

Известна рабочая жидкость для гидравлических систем авиационной техники (патент RU 2275418 С1), где в качестве основы применяются, мас.%: доктилсебацинат 9,9-10,1, полиэтилсилоксановая жидкость с вязкостью 4-49 мм²/с при 20°С 17-23, поли-альфа-олефины с вязкостью 1,7-2,0 мм²/с при 100°С 25-32, поли-альфа-олефины с вязкостью 3,7-4,3 мм²/с при 100°С до 100. Характеристики масла: кинематическая вязкость при минус 50°С 1540-3712 мм²/с, исследование термоокислительной стабильности проводили при 135°С. Технический результат - улучшение вязкостных характеристик при минусовых температурах (до минус 60°С), повышение термоокислительной устойчивости.

Из RU 2347803, 27.02.2009 известна рабочая жидкость для гидравлических систем авиационной техники, содержащая 2,6-ди-трет-бутилпаракрезол, фенил-α-нафтиламин, трикрезил-фосфат, в качестве основы содержит диоктилсебацинат термостабильный, фракцию поли-альфа-олефинов с вязкостью 1,7-2,0 мм²/с при 100°С и полиалкилсилоксановую жидкость с вязкостью 14-16 мм²/с при 100°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

2,6-ди-трет-бутилпаракрезол	0,3-0,5
фенил-α-нафтиламин	0,2-0,5
трикрезил-фосфат	1,0-3,0
диоктилсебацинат термостабильный	9,6-19,5
поли-альфа-олефины с вязкостью 1,7-2,0 мм2/с при 100°С	34,0-44,3
полиалкилсилоксановая жидкость с
вязкостью 14-16 мм2/с при 100°С	39,4-48,1

Технический результат - улучшение термоокислительной стабильности, вязкостных характеристик в области минусовых температур, повышение максимальной рабочей температуры эксплуатации.

Технической задачей заявленного изобретения является создание авиационного синтетического масла для гидросистем с повышенной взрыво- и пожаробезопасностью и возможностью использования его в гидросистемах более высокой мощности и при более высокой температуре при сохранении высоких эксплуатационных свойств.

Техническая задача достигается смазочной композицией авиационного синтетического гидравлического масла для гидросистем авиационной, ракетной и наземной техники, содержащей в качестве базовой основы поли-альфа-олефиновые углеводороды с кинематической вязкостью при 100°С от 1,5-6 мм²/с и молекулярной массой от 260 до 560 г/моль, реологический концентрат NYCOPERF RA 655 на основе маловязких моноэфиров С₅-С₁₀-карбоновых кислот и С₈-С₁₃-спиртов, стабилизированных полиметакрилатом, и имеющий вязкость при 100°С от 1,6- 2,0 сСт и 120-130 сСт при -40°С и температуру застывания ниже -72°С, фенольную антиокислительную присадку, триизопропилфосфат в качестве противоизносной присадки, ингибитор коррозии 1,2,3-бензотриазол или производное толутриазола Иргамет 39, кремнийорганическую жидкость в качестве антипенной добавки и краситель, при следующем соотношении исходных компонентов в мас.%:

указанная базовая основа на основе

поли-альфа-олефиновых углеводородов	60,0-64,0
указанный реологический концентрат на основе
маловязких моноэфиров, стабилизированных
полиметакрилатом	35,0-38,0
фенольная антиокислительная присадка	0,3-1,0
триизопропилфосфат	0,5-2,0
указанный ингибитор коррозии	0,02-0,1
кремнийорганическая жидкость в качестве
антипенной добавки	0,03-0,08
краситель	0,0011-0,0013

В композиции авиационного синтетического гидравлического масла по изобретению в качестве поли-альфа-олефиновых углефодородов (поли-альфа-олефиновых углефодородов) используют ПАО с кинематической вязкостью при 100°С от 1,5-6 мм²/с, предпочтительно от 1,7- 3,6 мм²/с; с молекулярной массой от 260 до 560 г/моль, предпочтительно от 275 до 400 г/моль.

И в частности, в качестве таких поли-альфа-олефиновых углеводородов используют поли-альфа-олефиновые углеводороды ПАМ-2 (ТУ 2053-014-544 09843-2007) или NEXBASE 2002 BULK, имеющие кинематическую вязкость при 100°С от 1,6-1,8 мм²/с, температуру застывания не выше - 66°С.

В композиции авиационного синтетического гидравлического масла по изобретению используют реологический концентрат NYCOPERF RA 655 NICO СА (Франция), представляющий собой маловязкий моноэфир C₁₈H₃₈O₂, стабилизированный полиметакрилатом небольшой молекулярной массы от 200 до 500 г/моль. Моноэфир синтезирован из кислот, содержащих 5-10 атомов углерода и спиртов, имеющих 8-13 атомов углерода, и обладает вязкостными свойствами при 100°С в пределах 1,6-2,0 сСт и при -40°С 120-130 сСт, и температурой застывания ниже минус 72°С. Загущающая присадка, улучшающая индекс вязкости до 310, обеспечивает пологость вязкостно-температурной зависимости реологического концентрата NYCOPERF RA 655.

В качестве фенольной антиокислительной присадки авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит, например, метилен-бис-дитретбутил-фенол марки МБ-1 или Ethanox 4702, или Ирганокс 1010 (пентаэритритол тетракис (3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил) пропионат).

В качестве противоизносной присадки авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит три-изо-пропилфосфат ТИПФ или Durad 150.

В качестве ингибитора коррозии авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит 1,2,3-бензотриазол или производные толутриазола Иргамет 39 (N,N-бис-(2-этилгексил)-4-метил-1Н-бензотриазол-1-метиламин).

В качестве антипенной добавки авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит кремнийорганическую жидкость, например, ПМС-200 (полиметилсилоксановая жидкость) или Synaflve AC или АmН 2 (сертификат фирмы Cognis, 2007).

В качестве красителя авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит, например, краситель жирорастворимый зеленый VERT AU CRAS W 7200 (сертификат фирмы Sensient, 2007).

В таблице 1 представлен конкретный пример состава смазочной композиции авиационного синтетического гидравлического масла по изобретению, иллюстрирующий, но не ограничивающий объем притязаний.

В таблицах 2-3 представлены свойства базовой смеси авиационного масла по изобретению, состоящей из базовых компонентов поли-альфа-олефиновых углеводородов (ПАОМ-2) и реологического концентрата NYCOPERF RA 655 (ТУ 0253-003-07548712-2010).

В таблице 4 представлены основные свойства авиационного синтетического гидравлического масла по изобретению.

Таблица 1.
№ п/п	Наименование компонентов	Нормативный документ	Содержание, мас.%
1	Базовая смесь из	ТУ 0253-003-07548712-2010
	синтетических
	углеводородов (БССУ) из:
	а) базовой основы ПАОМ-2	ТУ 0253-014-54409843-2007	61,9688	63,0189
	б) реологический концентрат	ТУ 0253-003-07548712-2010	36,5	36,0
	NYCOPERF RA 655
2	Антиокислительная	ТУ 2425-436-05742686-2001	0,5	0,45
	присадка:
	метилен-бис-дитретбутил-
	фенол(МБ-1)
3	Противоизносная присадка:	Опытное производство ОАО	0,93	0,45
	три-изо-пропилфосфат	«Химпром»
	(ТИПФ)
4	Ингибитор коррозии:	ТУ 6-09-1291-87	0,05	0,04
	1,2,3-бензотриазол
5.	Антипенная присадка:	ТУ 6-09-1291-87	0,05	0,04
	ПМС-200 (полиметил-
	силоксановая жидкость)
6	Краситель	Сертификат фирмы Sensient	0,0012	0,0011
	VERT AUCRASW 7200

Композицию авиационного гидравлического масла по изобретению готовят путем приготовления базовой смеси смешением базовой основы на основе поли-альфа-олефиновых углеводородов с реологическим концентратом и пакетом присадок при нагревании.

В реактор подают расчетное количество компонентов базовой смеси синтетических углеводородов (БССУ). Перемешивают, нагревают до 60-80°С до полной растворимости. При перемешивании далее загружают присадки, фильтруют.

Таблица 2
Показатели качества базовой смеси синтетических углеводородов (БССУ)
№	Наименование показателя	Значения	Методы испытаний
1	Вязкость кинематическая, мм2/с, при		ГОСТ 33
	температуре:
	50°С, не менее	9,0
	минус 50°С, не более	1250
	минус 55°С, не более	2500
2	Температура застывания, °С, не выше	минус 60	ГОСТ 20287
3	Содержание воды,		ГОСТ 2477
	%	отс.	ГОСТ 24614
	ppm, не более	500	арбитражный

Таблица 3
Основные характеристики
№	Наименование показателя	Норма	Метод испытания
1	Вязкость кинематическая, мм2/с, при		ГОСТ 33
	температуре:
	50°С, не менее	9,0
	минус 50°С, не более	1250
	минус 55°С, не более	2500
2	Температура застывания, °С, не выше	минус 60	ГОСТ 20287
3	Индекс вязкости, не менее	300	ГОСТ 25371
4	Температура вспышки, определяемая в		ГОСТ 4333
	открытом тигле, °С, не ниже	150
5	Кислотное число, мг КОН/г на 1 г масла,		ГОСТ 5985
	не более	0,03
6	Содержание воды,		ГОСТ 2477
	%	ОТС.	ГОСТ 24614
	pmm, не более	500	арбитражный

Таблица 4
№	Наименование показателя	Норма	Метод испытания
1	Внешний вид	Прозрачная	визуальный
		жидкость
		сине-зеленоватого цвета
2	Кинематическая вязкость, мм2/с,
	при температуре:
	125°С, не менее	2,3	ГОСТ 33
	50°С, не более	9,0	ГОСТ 33
	минус 50°С, не более	1250	ASTM D 445
3	Температура застывания, °С, не выше	минус 65	ГОСТ 20287
			(метод Б)
4	Температура вспышки, определяемая в		ГОСТ 4333
	открытом тигле, °С, не ниже	150
5	Кислотное число, мг КОН/г на 1 г масла,		ГОСТ 5985
	не более	0,03
6	Плотность при 20°С, г/см3, в пределах	0,825-0,940	ГОСТ 3900
			ASTM D 4452
7	Чистота жидкости:	10,0	ГОСТ17216
	класс чистоты, не более	6,0	NASA 1638
8	Коррозионная активность и устойчивость к окислению (168 час, 135±1°С):	выдерживает	ASTM D 4636
9	Температура воспламенения, °С не менее	170	ASTM D 92
10	Скорость распространения пламени, см/сек, не более	0,5	ASTM D 5306

Таким образом, как следует из приведенных данных, заявленная в качестве изобретения смазочная композиция авиационного синтетического гидравлического масла обладает высокими эксплуатационными свойствами с повышенными взрыво- и пожаробезопасностью за счет экспериментально подобранного сочетания базовой смеси (базовая основа на основе поли-альфа-олефиновых углеводородов в сочетании с реологическим концентратом на основе маловязких моноэфиров, стабилизированных полиметакрилатом) и подобранных добавок-присадок, оказывающих синергетическое действие в заявленном авиационном масле.

Получена новая высококачественная гидравлическая жидкость (авиационное синтетическое гидравлическое масло, предназначенное для применения в гидросистемах авиационной, ракетной и гидросистемах наземного оборудования) с высокими антикоррозионными требованиями.

Смазочная композиция авиационного синтетического гидравлического масла для гидросистем авиационной, ракетной и наземной техники, содержащая в качестве базовой основы поли-альфа-олефиновые углеводороды с кинематической вязкостью при 100°С от 1,5-6 мм²/с и молекулярной массой от 260 до 560 г/моль, реологический концентрат NYCOPERF RA 655, на основе маловязких моноэфиров С₅-С₁₀-карбоновых кислот и C₈-C₁₃-спиртов, стабилизированных полиметакрилатом, и имеющий вязкость при 100°C от 1,6-2,0 сСт и 120-130 сСт при -40°С и температуру застывания ниже -72°С, фенольную антиокислительную присадку, триизопропилфосфат в качестве противоизносной присадки, ингибитор коррозии 1,2,3-бензотриазол или производное толутриазола Иргамет 39, кремнийорганическую жидкость в качестве антипенной добавки и краситель при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%:

указанная базовая основа на основе
поли-альфа-олефиновых углеводородов	60,0-64,0
указанный реологический концентрат на основе
маловязких моноэфиров, стабилизированных	35,0-38,0
полиметакрилатом
фенольная антиокислительная присадка	0,3-1,0
триизопропилфосфат	0,5-2,0
указанный ингибитор коррозии	0,02-0,1
кремнийорганическая жидкость в качестве
антипенной добавки	0,03-0,08
краситель	0,0011-0,0013