Способ увеличения температуры каплепадения пластичной литиевой комплексной смазки

Способ увеличения температуры каплепадения пластичной литиевой комплексной смазки

Реферат

Изобретение относится к пластичной литиевой комплексной смазке, предназначенной для смазывания узлов трения, работающих при высоких температурах - до 180°С (периодически кратковременно до 200°С).

Известно, что основным назначением смазывания является разделение движущихся относительно друг друга твердых поверхностей с целью сведения к минимуму трения и износа. В связи с чем, для этой цели часто применяют смазки. Выбор смазки определяется, как правило, конкретным применением.

Пластичные (консистентные) смазки являются одним из видов смазочных материалов, используемых в технике, и представляют коллоидные системы, состоящие из дисперсионной среды и дисперсной фазы загустителя в жидком смазочном материале. В зависимости от состава дисперсионной среды выделяют смазки на минеральных (нефтяных) и синтетических маслах. В зависимости от входящего в состав загустителя различают мыльные смазки, где в качестве загустителя применяют мыла жирных кислот и, прежде всего, 12-оксистеариновую кислоту, а также немыльные смазки, где в качестве загустителя используются модифицированные неорганические порошки или полимочевины. Обычно пластичные смазки содержат также другие компоненты (присадки), придающие им специальные свойства. Подходящие присадки включают один или более агентов, например, диалкилдитиофосфаты и диалкилтиокарбаматы металлов, производные сукцинимидов, фениламина, фенола, фосфорной и борной кислот и др.

Основными показателями, характеризующими эксплуатационные свойства смазок, являются природа и вязкость базового масла, тип загустителя, консистенция смазки, механическая стабильность, водостойкость и температура каплепадения, которая указывает на максимальную температуру эксплуатации в узлах трения.

Важно отметить, что температура каплепадения смазок не характеризует действительного предела температур, до которого смазка длительно сохраняет работоспособность. Для литиевых комплексных смазок верхний температурный предел их работоспособности определяется термостойкостью жидкой основы и физико-химическими свойствами мыльного каркаса.

Известен смазочный материал, содержащий соли лития [патент США №2274675, 1942], представляющий собой простую литиевую смазку.

Известна литиевая комплексная смазка [патент США №2417428, 1947] на основе литиевого мыла с загустителем.

Температура каплепадения у литиевых комплексных смазок выше, чем у простых литиевых из-за наличия загустителя и комплексообразователя и составляет 260°С и выше.

Существуют различные виды пластичных смазок для узлов трения.

Известны, например, антифрикционные смазки на основе нефтяных масел, в которых в качестве загустителя используются комплексные мыльные загустители: литиевые, кальциевые, алюминиевые, бариевые [Ищук Ю.Л. Технология пластичных смазок. - Киев: Наукова думка, 1986, с.59-65].

Известны, применяемые в области эксплуатации машин, пластичные смазки на основе дисперсной среды с использованием различных органических и неорганических загустителей [Синицын В.В. Подбор и применение пластичных смазок, «Химия», 1974, с.24-58].

Известны смазки для узлов трения на основе минерального и/или синтетического масла с добавлением мыльного загустителя [Синицын В.В. Подбор и применение пластичных смазок, «Химия», 1974, с.346-347].

Известна смазка на основе минеральных масел, загущенных литиевыми мылами оксистеариновой кислоты [а.с. СССР №362865, 1970].

Известна пластичная смазка на основе минерального масла, загущенного комплексным кальциевым и литиевым мылом жирных кислот с добавлением присадок [патент РФ, №216884, 1996].

Известна литиевая смазка [патент США №3988248, 1976], характеризующаяся повышенной устойчивостью к высоким температурам, обеспеченной включением в обычную смазку литиевого мыла 12-гидроксистеариновой кислоты и неорганического (щелочного) бората, причем тетраборат лития добавляют непосредственно в смесь, содержащую литиевое мыло гидроксижирной кислоты и смазку и нагревают до температуры 240°С, при этом результирующая смесь содержит от 5 до 20 весовых процентов литиевого мыла и от 0,1 до 3 весовых процентов тетрабората лития. Известная смазка обладает высокими температурами каплепадения (265-268°С).

Известен способ изготовления пластичной смазки [патент РФ №2114162, 1998], включающий приготовление смеси из нефтяных масел, загущенной литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты с добавлением присадок (диалкилдитиофосфата цинка и присадки на основе нитрованного масла). В качестве нефтяных масел в данном решении используется масло веретенное АУ и масло индустриальное И-40 или И-50.

Известен состав и способ получения пластичной смазки [патент США №4560489, 1985] на основе нефтяного или синтетического масла, загущенного сверхщелочным сульфонатом кальция - карбонатом кальция, стабилизированным кальциевыми солями маслорастворимых сульфокислот, с добавлением тетрабората кальция и кальциевого мыла алифатической монокарбоновой кислоты C₁₂-C₂₄, преимущественно 12-гидроксистеариновой. Известная смазка характеризуется высокотемпературными и смазывающими свойствами и может быть использована в качестве многоцелевой антифрикционной смазки для узлов трения, работающих при очень высоких температурах.

Известен состав и способ получения пластичной смазки [патент РФ №2400535, 2005], включающий приготовление смеси из нефтяных масел, загущенной литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты с добавлением присадок.

Известна литиево-мыльная смазка [патент Великобритании №1518332, 1975] и способ ее получения, в котором к базовому маслу в качестве загустителя добавлено литиевое мыло 12-гидроксистеариновой кислоты и моно - или дилития борат. В известной смазке литиевое мыло составляет от 5 до 20 весовых процентов, и борат составляет от 0,1 до 3 весовых процентов. Известная смазка отличается высокой (221-278°С) температурой каплепадения, что позволяет использовать ее, например, в подшипниках колес автомобилей.

Известен [патент США №4600517], в котором описывается способ получения смазки, при котором достигается температура каплепадения только до 327°С (см. US 4600517, Таблицу 1, строка 14 и пример 3 описания).

Необходимо отметить, что в документах, известных из уровня техники, описывается технология и свойства смазок, которые не являются удовлетворительными, поскольку:

- обязательно требуется добавление комплексообразователя к смазке в процессе ее синтеза, что увеличивает продолжительность процесса производства и повышает его энергоемкость;

- не обеспечивается температура каплепадения выше 327°С, что в случае случайного перегрева смазки выше этой температуры может привести к вытеканию ее из узла трения, и в дальнейшем к его поломке, что в определенных случаях может значительно снизить надежность и долговечность механизма. Для создания смазочных материалов с высокими эксплуатационными характеристиками поиск оптимальных смазочных материалов с помощью основы - базового масла и загустителя, а также новых присадок является актуальным.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа увеличения температуры каплепадения пластичной литиевой комплексной смазки, обладающей более высокими характеристиками, выражающимися, прежде всего, в повышенной температуре каплепадения, и которую обеспечивает предлагаемая технология.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении надежности и ресурса эксплуатации узлов трения машин и механизмов путем обеспечения температуры каплепадения смазки от 330°С до 370°С.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата предложен способ увеличения температуры каплепадения пластичной литиевой комплексной смазки, включающий загущение базового масла литиевым мылом 12-гидроксистеариновой кислоты и добавление бората, характеризующийся тем, что вначале получают загущенную литиевым мылом 12-гидроксистеариновой кислоты смесь базового масла, представляющего собой минеральное индустриальное масло, или синтетическое масло, или смесь минерального и синтетического масел, имеющую при 40°С кинематическую вязкость от 5 до 600 сСт, с последующим добавлением три-2-этилгексилбората и диалкилдитиофосфат металла, после чего полученную смесь, температура которой не превышает 90°С, перемешивают до однородного состояния при следующем соотношении компонентов, вес.%:

литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты	8,0-20,0
три-2-этилгексилборат	2,0-3,2
диалкилдитиофосфат металла	0,5-2,0
базовое масло	остальное.

В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что в качестве диалкилдитиофосфата металла используют диалкилдитиофосфат цинка предпочтительно в количестве 2.0 вес.%.

В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что в качестве диалкилдитиофосфата металла используют диалкилдитиофосфат молибдена предпочтительно в количестве 2.0 вес.%.

В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что используют минеральные масла, предпочтительно имеющие при 40°С кинематическую вязкость от 51 до 75 сСт.

В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что в качестве минерального масла используют парафиновые масла.

В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что в качестве минерального масла используют ароматические масла.

В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что в качестве минерального масла используют нафтеновые масла предпочтительно с кинематической вязкостью при 40°С в интервале 20-25 сСт.

В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что в качестве синтетического масла используют полиальфаолефины предпочтительно с кинематической вязкостью при 40°С в интервале 550-600 сСт.

В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что в качестве синтетического масла используют полиизобутилены предпочтительно с молекулярной массой 2400 а.е.м.

В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что используют предпочтительно смесь нафтенового масла с кинематической вязкостью при 40°С в интервале 20-25 сСт с полиизобутиленом с молекулярной массой 2400 а.е.м. в соотношении 5:1.

В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что в качестве синтетического масла используют кремнийорганические жидкости.

Увеличение температуры каплепадения, по сравнению с известными литиевыми смазками, достигается тщательным смешением базового масла, загущенного литиевым мылом 12-гидроксистеариновой кислоты с комплексообразующим агентом из класса органических боратов. В частности, триметил-, триэтил-, трипропил-, трибутил-, трициклогесил-, три-2-этилгексил-, трифенил-, тристеарилборатами и их изомерами. Предпочтительно использовать органические бораты, полученные из спиртов с относительно высокой температурой вспышки, в частности трибутилборат и, прежде всего, три-2-этилгексилборат.

В процессе проведения исследований выявлено, что при введении в смесь базового масла, загущенного литиевым мылом 12-гидроксистеариновой кислоты органического бората, в качестве которого используют три-2-этилгексилборат, оптимальная концентрация его составляет от 2,0 до 3,2 вес.%.

Введение в смесь в качестве органического бората три-2-этилгексилборат в количестве от 2,0 вес.% до 3,2 вес.% увеличивает температуру каплепадения до 370°С.

Введение же органического бората в количестве более 4 вес.% уже не дает прироста температуры каплепадения, и даже может оказывать отрицательное воздействие на некоторые физико-механические показатели смазки, например показатели коллоидной стабильности и пенетрации увеличиваются.

Кроме того, в процессе проведения исследований было выявлено, что добавление диалкилдитиофосфата металла в количестве от 0,5 до 2,0 вес.% в смесь базового масла, загущенного литиевым мылом 12-гидроксистеариновой кислоты с комплексообразующим агентом - органическим боратом увеличивает температуру каплепадения таким образом, что ее значения находятся в интервале от 330°С до 370°С.

Добавление в смесь диалкилдитиофосфата металла менее 0,5 вес.% не оказывает видимого эффекта на температуру каплепадения. Дальнейшее увеличение содержания диалкилдитиофосфата (более 2.0 вес.%) не приводит к видимым результатам увеличения температуры каплепадения, а может ухудшить физико-механические показатели, такие как коллоидная стабильность и пенетрация.

Достигаемый интервал температуры каплепадения смазки от 330°С до 370°С, обеспечивающий повышение надежности и ресурса эксплуатации узлов трения машин и механизмов, обусловлен синергетическим эффектом, который проявляется при указанном выше качественным и количественном соотношении компонентов, в частности, три-2-этилгексилбората и диалкилдитиофосфата металла в литиевой смазке.

Изобретение далее иллюстрируется примерами, которые не предназначены для того, чтобы каким-либо образом ограничивать ими объем настоящего изобретения.

Пример 1. Способ получения пластичной литиевой комплексной смазки

Способ осуществляют следующим образом.

Минеральное индустриальное масло И-40А (вязкость при 40°С 51-75 сСт), загущенные литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты в количестве 13,0 вес.% и три-2-этилгексилборат в количестве 2,9 вес.% и диалкилдитиофосфат цинка в количестве 2,0 вес.% загружают в аппарат (емкость) с мешалкой.

Далее всю смесь, температура которой не должна превышать 90°С, перемешивают в мешалке, имеющей ленточную, скребково-лопастную, спиральную, шнековую или рамную конфигурацию, до однородного состояния минут со скоростью вращения вала от 20 до 200 об/мин.

В результате получают пластичную литиевую комплексную смазку с температурой каплепадения от 350°С до 370°С, которую определяют по ГОСТ 6793-74 или ASTM D2265-06.

Полученная предлагаемым способом пластичная литиевая комплексная смазка с температурой каплепадения от 330°С до 370°С С позволяет повысить надежность и ресурс эксплуатации узлов трения машин и механизмов за счет увеличения максимальной рабочей температуры смазки до 180°С.

Для сравнения простые литиевые смазки имеют температуру каплепадения от 180°С до 215°С и соответствующую ей рабочую температуру смазки до 135°С.

Пример 2. Способ получения пластичной литиевой комплексной смазки

Повторяют способ по Примеру 1, заменяя то, что в аппарат (емкость) загружают синтетическое масло - низкомолекулярный полиизобутилен с молекулярной массой не выше 5000 а.е.м., загущают литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты в количестве 8,0 вес.% и трибутилборат в количестве 1,5 вес.% с диалкилдитиофосфатом цинка в количестве 0,5 вес.%.

Далее всю смесь, температура которой не должна превышать 90°С, перемешивают в емкости с мешалкой и качестве мешалки используют ленточную, скребково-лопастную, спиральную, шнековую или рамную, до однородного состояния в течение не менее 10 минут со скоростью вращения вала от 20 до 200 об/мин.

В результате получают пластичную литиевую комплексную смазку с температурой каплепадения от 290°С до 310°С, которую определяют по ГОСТ 6793-74.

Пример 3. Способ получения пластичной литиевой комплексной смазки

Повторяют способ по Примеру 1, заменяя то, что в аппарат (емкость) загружают нафтеновое масло Nynas T400 (вязкость при 40°С не менее 380 сСт), загущают литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты в количестве 10,0 вес.%, и трибутилборат в количестве 4,0 вес.% с диалкилдитиофосфатом цинка в количестве 0,5 вес.%.

Далее всю смесь, температура которой не должна превышать 90°С, перемешивают в емкости с мешалкой, в качестве мешалки используют ленточную, скребково-лопастную, спиральную, шнековую или рамную, до однородного состояния со скоростью вращения вала от 20 до 200 об/мин.

В результате получают пластичную литиевую комплексную смазку с температурой каплепадения от 300°С до 320°С, которую определяют по ГОСТ 6793-74.

Пример 4. Способ получения пластичной литиевой комплексной смазки

Повторяют способ по Примеру 1, заменяя то, что в аппарат (емкость) загружают гидравлическое масло АУ (вязкость при 40°С от 16 до 22 сСт), загущают литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты в количестве 20,0 вес.% и трициклогексилборат в количестве 2,0 вес.% с диалкилдитиофосфатом молибдена в количестве 1,5 вес.%.

Далее всю смесь, температура которой не должна превышать 90°С, перемешивают в емкости с мешалкой, в качестве мешалки используют ленточную, скребково-лопастную, спиральную, шнековую или рамную, до однородного состояния со скоростью вращения от 20 до 200 об/мин.

В результате получают пластичную литиевую комплексную смазку с температурой каплепадения от 290°С до 310°С, которую определяют по ГОСТ 6793-74.

Пример 5. Способ получения пластичной литиевой комплексной смазки

Повторяют способ по Примеру 1, заменяя то, что в аппарат (емкость) загружают синтетическое масло - полиальфаолефины с кинематической вязкостью при 40°С в интервале 550-600 сСт, загущенные литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты в количестве 8,0 вес.% и три-2-этилгексилборат в количестве 3,2 вес.% и диалкилдитиофосфат цинка в количестве 2,0 вес.%.

Далее всю смесь, температура которой не должна превышать 90°С, перемешивают в емкости и в качестве мешалки используют ленточную, скребково-лопастную, спиральную, шнековую или рамную, до однородного состояния со скоростью вращения вала от 20 до 200 об/мин.

В результате получают пластичную литиевую комплексную смазку с температурой каплепадения 370°С, которую определяют по ГОСТ 6793-74.

Пример 6. Способ получения пластичной литиевой комплексной смазки

Повторяют способ по Примеру 1, заменяя то, что в аппарат (емкость) загружают смесь минерального и синтетического масла - индустриальное масло И-20А (вязкость при 40°С 25-35 сСт) и полиальфаолефины с кинематической вязкостью при 40°С 10-22 сСт в соотношении 1:1, загущенные литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты в количестве 14,0 вес.%, трибутилборат в количестве 2.0 вес.% и диалкилдитиофосфат цинка в количестве 1,0 вес.%.

Далее всю смесь, температура которой не должна превышать 90°С, перемешивают в емкости с мешалкой и в качестве мешалки используют ленточную, скребково-лопастную, спиральную, шнековую или рамную, до однородного состояния со скоростью вращения от 20 до 200 об/мин.

В результате получают пластичную литиевую комплексную смазку с температурой каплепадения от 300°С до 320°С, которую определяют по ГОСТ 6793-74.

Пример 7. Способ получения пластичной литиевой комплексной смазки

Повторяют способ по Примеру 1, заменяя то, что в аппарат (емкость) загружают синтетическое кремнийорганическое масло ПМС 200, загущенные литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты в количестве 12,0 вес.%, триизопропилборат в количестве 3.0 вес.% и диалкилдитиофосфат молибдена в количестве 2,0 вес.%.

Далее всю смесь, температура которой не должна превышать 90°С, перемешивают в емкости с мешалкой и в качестве мешалки используют ленточную, скребково-лопастную, спиральную, шнековую или рамную, до однородного состояния со скоростью вращения от 20 до 200 об/мин.

В результате получают пластичную литиевую комплексную смазку с температурой каплепадения от 290°С до 310°С, которую определяют по ГОСТ 6793-74.

Пример 8. Способ получения пластичной литиевой комплексной смазки

Повторяют способ по Примеру 1, заменяя то, что в аппарат (емкость) загружают трансформаторное масло Novoil Т-1500У (вязкость при 40°С не более 11 сСт), загущенное литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты в количестве 20,0 вес.%, трибутилборат в количестве 3.0 вес.% и диалкилдитиофосфат молибдена в количестве 2,0 вес.%.

Далее всю смесь, температура которой не должна превышать 90°С, перемешивают в емкости с мешалкой и в качестве мешалки используют ленточную, скребково-лопастную, спиральную, шнековую или рамную, до однородного состояния со скоростью вращения вала от 20 до 200 об/мин.

В результате получают пластичную литиевую комплексную смазку с температурой каплепадения от 315°С до 335°С, которую определяют по ГОСТ 6793-74.

Пример 9. Способ получения пластичной литиевой комплексной смазки

Повторяют способ по Примеру 1, заменяя то, что в аппарат (емкость) загружают смесь минерального и синтетического масла - нафтеновое масло Nynas T22 (вязкость при 40°С 20-25 сСт) и полиизобутилен с молекулярной массой 2400 а.е.м. в соотношении 5:1, загущенные литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты в количестве 16,0% вес., три-2-этилгексилборат в количестве 2.0% вес. и диалкилдитиофосфат цинка в количестве 2,0 вес.%.

Далее всю смесь, температура которой не должна превышать 90°С, перемешивают в емкости с мешалкой и в качестве мешалки используют ленточную, скребково-лопастную, спиральную, шнековую или рамную, до однородного состояния со скоростью вращения вала от 20 до 200 об/мин.

В результате получают пластичную литиевую комплексную смазку с температурой каплепадения от 330°С до 350°С, которую определяют по ГОСТ 6793-74.

Таким образом, пластичная литиевая комплексная смазка, получение которой продемонстрировано в примерах наилучшего варианта выполнения изобретения, имеет высокий показатель температуры каплепадения (330°С до 370°С), и верхний рабочий температурный предел 180°С (периодически кратковременно до 200°С) свидетельствует о ее способности оставаться в узле трения и не вытекать при высоких температурах.

1. Способ увеличения температуры каплепадения пластичной литиевой комплексной смазки, включающий загущение базового масла литиевым мылом 12-гидроксистеариновой кислоты и добавление бората, отличающийся тем, что вначале получают загущенную литиевым мылом 12-гидроксистеариновой кислоты смесь базового масла, представляющего собой минеральное индустриальное масло, или синтетическое масло, или смесь минерального и синтетического масел, имеющую при 40°С кинематическую вязкость от 5 до 600 сСт, с последующим добавлением три-2-этилгексилбората и диалкилдитиофосфата металла, после чего полученную смесь, температура которой не превышает 90°С, перемешивают до однородного состояния, при следующем соотношении компонентов, вес.%:

литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты	8,0-20,0
три-2-этилгексилборат	2,0-3,2
диалкилдитиофосфат металла	0,5-2,0
базовое масло	остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве диалкилдитиофосфата металла используют диалкилдитиофосфат цинка, предпочтительно в количестве 2,0 вес.%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве диалкилдитиофосфата металла используют диалкилдитиофосфат молибдена предпочтительно в количестве 2,0 вес.%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют минеральные масла, предпочтительно имеющие при 40°С кинематическую вязкость от 51 до 75 сСт.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве минерального масла используют парафиновые масла.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве минерального масла используют ароматические масла.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве минерального масла используют нафтеновые масла, предпочтительно с кинематической вязкостью при 40°С в интервале 20-25 сСт.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве синтетических масел используют полиальфаолефины, предпочтительно с кинематической вязкостью при 40°С в интервале 550-600 сСт.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве синтетических масел используют полиизобутилены, предпочтительно с молекулярной массой 2400 а.е.м.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют предпочтительно смесь нафтенового масла с кинематической вязкостью при 40°С в интервале 20-25 сСт с полиизобутиленом с молекулярной массой 2400 а.е.м. в соотношении 5:1.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, в качестве синтетических масел используют кремнийорганические жидкости.