Brevet FR2529227A1 — publié le 19831230

La présente invention concerne un fluide pour dispo- sitif d'entraînement Elle concerne plus particulièrement un tel fluide amélioré ayant un coefficient d'adhérence (dit ci- après coefficient de traction) élevé dans un large intervalle de températures. Un fluide pour dispositif d'entralnement est un flui- de devant être utilisé dans un entraînement par friction (un dispositif d'entrainement par friction utilisant un contact à roulement Y,tel qu'une transmission à variation continue in- dustrielle ou pour automobiles, ou une machine hydraulique; il doit avoir un coefficient de traction élevé, être stable vis-à-vis de la chaleur et de l'oxydation et être peu coûteux. Ces dernières années, on a observé une tendance croissante à la miniaturisation des dispositifs d'entra nement utilisant de tels fluides et à l'utilisation de ces dispositifs dans des conditions de vitesse élevée et de charge élevée Il était donc souhaitable de mettre au point un fluide d'entraine- ment ayant des performances très supérieures. Dans la conception d'un dispositif d'entra nement, on estime en général que la taille du dispositif est inverse- ment proportionnelle à la puissance 0,45 du coefficient de traction du lubrifiant, pourvu que le dispositif d'entraînement ait la même durée de service et le même rapport de puissance. Par conséquent, plus le coefficient de traction du lubrifiant est élevé, plus la taille et le poids du dispositif d'entratne- ment peuvent être réduits Dans cette conception, on utilise la valeur minimale du coefficient de traction dans l'interval- le de températures dans lequel le dispositif est utilisé; c'est-à-dire la valeur du coefficient de traction à la tempé- rature la plus élevée dans cet intervalle de températures, é- tant donné que lorsque la température augmente, la valeur du coefficient de traction diminue Par conséquent, un fluide d'entraînement ayant un coefficient de traction élevé même à haute température est souhaitable pour la miniaturisation et la réduction de poids des dispositifs d'entraînement. Du point de vue de l'utilisation de conditions de vitesse élevée et de charge élevée également, il était souhai- table de mettre au point un fluide ayant un coefficient de traction élevé même à haute température. Divers types de composés ont été proposés comme flui- des d'entraînement Des exemples en sont décrits par exemple dans les brevets japonais Nos 338/1971, 339/1971, 35763/1972, 42067/1973, 42068/1973 et 36105/1978 et dans les demandes de brevet Japonais mis à l'inspection publique N O S 43108/1980 et 40726/1980 Bien que ces composés aient tous un coefficient de traction élevé aux basses températures (de la température ambiante à 80 OC), ils présentent l'inconvénient qu'aux tempé- ratures élevées (de 80 à 140 OC) le coefficient de traction diminue, ou que bien que le coefficient de traction ne diminue pas, la viscosité soit élevée, ce qui conduit à une forte perte par brassage Ceci conduit à une réduction du rendement de la transmission d'énergie. Un des buts de l'invention est de fournir un fluide pour dispositif ç'entraînenmnt ayant un coefficient de trac- tion qui se modifie moins sur un large intervalle de tempéra- tures allant d'une basse température à une température élevée, et qui reste élevé même dans des conditions rigoureuses de vitesse et de charge. La présente invention concerne un fluide pour dispo- sitif d'entraînement contenant comme matière de base un compo- sé répondant à la formule générale ( 1): H R -C-R 2 (dans laquelle R 1 et R 2 sont tous deux O U 3 et R 3 est un groupe alcoyle en Cî à C 6, ou un composé répondant à la formule générale (II): (R 6) i (R 7)m | (dans laquelle R 4 à R 8 sont chacun un groupe alcoyle en C 1 à C 4, ou l'hydrogène, et 1, m et N sont chacun un nombre entier de 1 à 3). les Fig 1 et 2 sont des graphiques montrant la façon dont le coefficient de traction varie avec la température pour les produits obtenus dans les exemples et les exemples comparatifs. Des exemples particuliers des composés répondant à la formule générale (I) sont les suivants: (I-1) 1,1Didécalyléthane H I cC n H - CH 3 (I-2) 1,l-didécalylpropane H C 2 H 5 (I-3) l,l-didécalylbutane H 1 HH C 3 H 7 éthane H CH 3 (I-5) 1, 1-di( propane H C 2 H 5 Des exemples particuliers de composés représentés par la formule générale (Il) sont les suivants (I 1-1) 1- (H C 1 H I-)1 ldcay)-ccoeyéhn CH 3 /H H (Il-3) 1-( 2-déca 1 lyl)-1-( 4- CH 3 CH 3 %., -(D H ou CH 3 c D H (CH 3) ?- lH ou (.CH 3)2 CH 3 )",H C Ho e H ( 11-6) 1-méthyldécalyl-1-cyclohexyléthane CH i c 1 - (D H CH -(D CH 3 \ c H,,::D- CH 3 CHD Dll- ou Ces composés sont utilisés, seuls ou associés les uns aux autres, comme matière de base pour un fluide d'en- trainement par friction. Les composes répondant aux formules générales (I) et (II) peuvent se préparer de n'importe quelle manière appro- priée Par exemple, le 1,1didécalyléthane (formule (I-1) peut se préparer par diverses techniques telles qu'un procédé dans lequel on fait réagir du naphtalène et du paraldéhyde en pr 6- sence d'acide fluorhydrique comme catalyseur, puis on hydrogè- neet un procédé dans lequel on fait réagir du naphtalène et du l,ldichloréthane en présence de chlorure d'aluminium comme catalyseur, puis on hydrogène Dans les procéd 6 S ci-dessus, le nickel, le platine, le palladium, le rhodium, le ruthénium etc sont les catalyseurs d'hydrogénation préférés, en parti- culier le platine, dont l'utilisation permet d'obtenir de ma- nière pr 6 dominante le cycle de la décaline sous la forme cis. Le coefficient de traction de ce composé sous la forme cis est plus élevé que celui du compos 6 sous la forme trans On peut aussi pr 6 parer le l,ldi(bicyclohexyl)éthane (formule (I-4) par n'importe quel procédé approprié; on peut par exemple utili- ser les mêmes procéd 6 S que ceux décrits ci-dessus pour la pré- paration du l,l-didécalyléthane, excepté que l'on utilise du biph 6 nyle à la place du naphtalène. Comme procédé typique de préparation des composés r 6- pondant à la formule gén 6 rale (II), on peut indiquer un pro- cédé dans lequel on fait réagir de la tétraline ou du naphta- lène, ou un de leurs dérivés, et du styrène, ou un de ses dé- rivés, en présence d'un acide comme catalyseur, par exemple de l'acide sulfurique, on distille sous vide le produit de la r 6 action en fraction et on hydrogène catalytiquement une frac- tion déterminée à l'avance. Le composé répondant aux formules générales (I) ou (II) ainsi préparé peut 9 tre utilisé tel quel comme matière de base pour un fluide d'entrainement par friction, et il pos- sède un coefficient de traction supérieur qui varie moins sur un large intervalle de températures (de la température ambian- te à 140 OC) et présente une faible viscosité Comme les com- posés répondant aux formules générales (I) et (II) peuvent se préparer d'une manière relativement peu coûteuse par les pro- cédés décrits cidessus, les fluides de l'invention sont peu coûteux et avantageux du point de vue économique. Comme le fluide de ltinvention, tel que décrit ci- dessus, présente un coefficient de traction supérieur sur un intervalle allant des basses températures aux températures éle- vées,it contribue à la miniaturisation des dispositifs d'en- traînement En outre, le fluide de l'invention peut être utili- sé dans des conditions rigoureuses de vitesse élevée et de for- te charge En conséquence, le fluide de l'invention peut 9 tre largement utilisé dans diverses machines telles que des trans- missions à variation continue pour des voitures ou autres ap- pareils industriels et des machines hydrauliques. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés à titre d'illustration de l'invention. Le coefficient de traction est mesuré en utilisant une machine à deux cylindres Les deux cylindres sont de mêmes dimensions (diamètre: 60 millimètres; épaisseur: 6 milli- mètres) et sont en contact l'un avec l'autre suivant une géné- ratrice L'un tourne à une vitesse déterminée à l'avance ( 2000 tours par minute), l'autre à une vitesse également dé- terminée à l'avance, plus faible ( 1700 tours par minute) Une charge de 1373 N est appliquée sur la ligne de contact au moyen d'un ressert, et le couple est mesuré au moyen d'une jauge de contrainte et d'un dispositif de mesure du couple (couplemètre) A partir de la valeur du couple ainsi mesurée, on calcule le coefficient de traction Les deux cylindres sont en acier au carbone SCM-3, leur surface a été soumise à un traitement de polissage au moyen d'alumine ( 0,03 micron) La rugosité superficielle R Max est de 0,2 micron, et la pression herzienne au contact est de 7350 k Pa Cette mesure est effec- tuée en faisant passer la température de l'huile de la tempe- rature ambiante à 120-140 C en chauffant un réservoir d'hui- le au moyen d'un système de chauffage. EXEMPLE 1 On introduit un mélange de 2500 g de têtraline et de 500 g d'acide sulfurique concentré dans un ballon de verre de 5 1 et on abaisse la température dans le ballon à O C au moyen d'eau glacée Tout en agitant énergiquement le mélange, on fait couler lentement goutte à goutte 150 g de paraldéhyde sur une durée de 3 heures, puis on agite encore le mélange ob- tenu pendant 1 heure pour achever la réaction Au bout de ce temps, on arrête l'agitation et on laisse reposer le produit de la réaction pour séparer une couche d'huile On lave ensui- te la couche d'huile avec 1 litre de solution aqueuse 2 N d'hy- droxyde de sodium et 1 litre de saumure saturée (Na Cl), trois fois pour chacun, puis on la sèche sur sulfate de sodium anhy- dre On élimine ensuite par distillation la tétraline n'ayant pas réagi et on distille le résidu sous vide, ce qui fournit 600 g d'une fraction ayant un point d'ébullition de 165 à 172 C/0,15 mm de Hg L'analyse montre qu'il s'agit du 1,l-di- tétralyléthane. On introduit 50 Qnl de 1-l-di tétralyléthane dans un au- toclave de 1 litre, et, après addition de 50 g de nickel acti- vé comme catalyseur d'hydrogénation (catalyseur N-112 produit par la Nikki Kagaku Co, Ltd), on l'hydrogène sous une pression d'hydrogène de 4900 k Pa et à une température de réaction de C Après refroidissement, on filtre la solution réaction- nelle pour séparer le catalyseur On extrait la fraction légè- re, puis on l'analyse L'analyse confirme que le degré d'hy- drogènation est supérieur à 99,9 % (ce qui est également con- firme par analyse par Résonance Magnétique Nucléaire, RMN), et que le composé est le l,l-didécalyléthane L'indice de réfrac- tion, ND, est de 1,5176, la densité est de 0,97 ( 15/4 C) et la viscosité dynamique de 0,12 xl O-4 m /s ( 12 centistokes) a 1000 C. 252922 '7 Le coefficient de traction a été mesuré dans un intervalle de température de 40 à 120 C Les résultats sont donnés à la figure 1. EXEMPLE 2 Dans un ballon de verre de 3 litres, on introduit un mélange de 1000 g de tétraline et de 300 g d'acide sulfuri- que concentré, et on abaisse la température dans le ballon à 0 OC sur un bain de glace On ajoute lentement goutte à goutte au mélange 400 g de styrène sur une durée de 3 heures tout en agitant, et on continue à agiter le mélange obtenu pendant 1 heure pour achever la réaction Au bout de ce temps, on arré- te l'agitation et on laisse reposer le mélange réactionnel pour séparer une couche d'huile On lave la couche d'huile avec 500 ml d'une solution aqueuse 11 d'hydroxyde de so Q&im et 50 Cml de sau tura saturé, trois fois pour cnacune, puis cn la sèche sur sulfate de soduim anfydre On élimine oar distillation la tetraline n'ayant pas réagi et cn distille le résidu sous vide On obtient 750 g d'une fraction ayant un point d'é- bullition de 148 C/0,227 xl O 2 Pa L'analyse montre que la frac- tion est un mélange de l-( 1-tétralyl)-l-phényléthane et de 1- ( 2-tétrahyl)-l-phényléthane. Dans un autoclave de 1 litre, on introduit 500 ml de la fraction cidessus et, après addition de 50 g de nickel activé comme catalyseur d'hydrogénation (Nom commercial: Cata- lyseur N-113, fabriqué par Nikki Kagaku Co Ltd), on l'hydro- gène sous une pression d'hydrogène de 4900 K Pa et à une tem- pérature de réaction de 200 C pendant 4 heures. Après refroidissement, on filtre la solution réac- tionnelle pour séparer le catalyseur On sépare ensuite une fraction légère du filtrat obtenu par rectification, et on l'a- nalyse L'analyse montre que le degré d'hydrogénation est su- périeur à 99,9 %, et confirme que la fraction légère est un mé- lange de l-(l-décalyl)-l-cyclohexyléthane et de 1-( 2-décalyl)- 1-cyclohexyléthane La densité du mélange est de 0,94 ( 15/4 C), la viscosité dynamique est de 0,042 xl O 104 m /s ( 100 C) et l'in- dice de réfraction n D est de 1,5025 On mesure le coefficient de traction dans un intervalle de températures de 30 à 120 C. Les résultats sont donnés à la figure 2. EXEMPLE 3 De la même manière que dans l'exemple 2, excepté qu'on utilise 550 g de p rène, on obtient 800 g d'une fraction ayant un point d'ébulli- tion de 180-190 C/ 1,2 x 10 Pa L'analyse montre que la frac- tion est un mélange de l-(l-tétralyl)-l-(p-tert-butyl)phényl) éthane et de 1-( 2-tétra yl)-l-(p-(tert-butyl)phényl)éthane. On soumet ensuite la fraction à un traitement d'hydro- g 6 nation et d'extraction de la même manière que dans l'exemple 2 Le produit ainsi obtenu est un mélange de l-(l-décalyl)-l- ( 4-(tert-butyl)cyclohexyl)éthane et de 1-( 2-décalyl)-l-( 4-(tert- butyl)cyclohexyl)éthane La densité du mélange est de 0,92 ( 15/4 C), la viscosité dynamique est de 0,1 x 10-4 m 2/s( 100 C) et l'indice de réfraction, n D * est de 1,4998 On mesure le coefficient de traction du produit dans un intervalle de 40 à C Les résultats sont donnés à la figure 2. EXEMPLE 4 On suit le même mode opératoire que dans l'exemple 2, excepté que l'on utilise 1000 g de diméthylnaphtalène (un mé- lange de diméthylnaphtalène fabriqué par Wako Junyaku Co,Ltd) a la place de la tétraline, et l'on obtient un mélange de 1- (l-diméthyl-décalyl)-l-cyclohexyléthane et de 1-( 2-diméthyl- décalyl)-l-cyclohexyléthane La densité du mélange est de,O 93 ( 15/4 C) la viscosité dynamique est de 0,056 x 10-4 m 2/sà 100 C et l'indice de réfraction n D est de 1,5007 On mesure le coef- ficient de traction du produit dans un intervalle de tempéra- tures de 40 à 140 C Les résultats obtenus sont donnés à la figure 2. EXEMPLE 5 On suit le même mode opératoire que dans l'exemple 2, excepté qu'on utilise à la place de la têtraline un mélange de 500 g ddméthylnaphtalène et de 500 g de P-méthylnaphtalène, et l'on obtient un mélange de l-(l-méthyldécalyl)-l-cyclohexyl- éthane et de 1-( 2-méthyldécalyl)-l-cyclohexyléthane La densi- té du mélange est de 0,94 ( 15/4 C), la viscosité dynamique de 0,058 x 10-4 m 2 /s à 100 C, et l'indice de réfraction n D O de 1,5069 Le coefficient de traction du produit est mesuré sur un intervalle de températures de 40 a 130 C Les résultats sont donnés à la figure 2. EXEMPLE COMPARATIF 1 Dans un ballon de verre de 3 litres, on introduit un mélange de 1 000 g d' f-méthylstyrène, 50 g de kaolin acide et 50 g d'éthylène glycol, et on les fait réagir en agitant a 140 C pendant 2 heures On élimine le catalyseur de la so- lution réactionnelle par filtration Puis on élimine par dis- tillation 1 ' -méthylstyrène et l'éthylène glycol n'ayant pas réagi et l'on obtient 900 g d'une fraction ayant un-point d'é- bullition de 125-130 C/0 027 xl O Pa L'analyse par R et chrcnategra- phie en phase gazeuse confinrme que la fraction ets un mélange de 95 % dls- nrthyl-styrene dimère linéaire et de 5 % d'l-méthylstyrène dimère cyeliqoue. On soumet la fraction à une hydrogénation et A un post-traitement de la même manière que dans l'exemple 1 et l'on obtient un fluide pour dispositif d'entraînement princi- palement composé de 2,4-bicyclohexyl-2-méthylpentane L'indice de réfraction, N O D, du fluide ainsi formé est de 1,4902, sa densité est de 0,90 ( 15/4 C), sa viscosité dynamique est de 0,037 x 10 '4 m 2/s (à 100 C), et son indice de viscosité de 16. Le coefficient de traction est mesuré dans l'intervalle de tem- pératures de 25 OC à 100 C Les résultats sont donnés à la Fig l. On constate à l'examen de la Fig 1 que le coeffi- cient de traction du fluide à température élevée est faible par rapport à celui du fluide de la présente invention. EXEMPLE COMPARATIF 2 On mesure le coefficient de traction du fluide prépa- ré dans l'Exemple Comparatif 1 sur l'intervalle de températures de 30 à 120 C La Fig 2 donne les résultats obtenus. REVENDICATIONS 1 Fluide pour dispositif d'entra nement, caracté- risé en ce qulil contient comme matière de base un composé ré- pondant à la formule générale (I): H R 1 Ci_ R 2 R 3 (dans laquelle R 1 et R 2 sont chacun ou et R 3 est un groupe alcoyle en(C 1 à C 6 r ou un composé répondant à la formule générale (II): (R 6)t (R 7)m 4 (R 8)n H 15 C H R 5 (dans laquelle R 4 à R 8 sont chacun un groupe alcoyle en C 1 à C 4, ou l'hydrogène, et 4 m et N sont chacun un nombre entier de 1 à 3). 2 Fluide suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le composé répondant à la formule générale (I) est le l,l-didécalyléthane de formule: H CH 3 3 Fluide suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le composé répondant à la formule générale (I 1) est le l,l- didécalylpropane de formule: H 4 Fluide suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le composé répondant à la formule générale (I) est le l,l-didécalylbutane de formule: H I C H C 3 H 7 Fluide suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le composé répondant à la formule générale (I) est le l,1-di(bicyclohexyl)éthane de formule: H 3 6 Fluide suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le composé répondant à la formule générale (I) est le l,1-di(bicyclohexyl)propane de formule: H 1 I C 2 H 5 7 Fluide suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le composé répondant à la formule générale (I) est le 1-( 2-décalyl)-lcyclohexyléthane de formule: CH (:re H 5 H H IH H 8 Fluide suivant la revendication i, caractérisé en ce que le composé répondant à la formule générale (II) est le 11 (l-d 6 calyl) -lcyclohexyléthane de formule: CH 3 Hk 9 -Fluide suivant la revendication 1, caract 6 risé en ce que le composé répondant â_ la formule géné rale (II) est le ( 2-déca-yl) 1-( 4-tert-butyl'cyclohexyl)-56thanie de formule: CH 3 H 'çH C(CH 3)3 Fluide suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le comiposé répondant à la formule générale (II) est le 1-(l-décalyl) -l-( 4 (tert-butyl)cyclohexyl) -6thanie de for- mule: CH H C C(CH 3)3 LH H il Fluide suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le composé répondant à la formule générale (II) est le 1-diméthyld&calyl-1cyclohexylé 6thane de formule: CH 3 CH 3 CH, j H -C-(o H (CH 3)2, CH 3 Ho H O (CH 3 ^ CH c.3 CH 3 H 12 Fluide suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le composé répondant à la formule générale (II) est le l-méthyldécalyl-lcyclohexyléthane de formule: CH 3 CH 31 ou H CH 3 CH 3 H