Brevet FR2657088A1 — publié le 19910719

HUILE LUBRIFIANTE HYDRO-SYNTHET IQUE. L'invention concerne une huile lubrifiante hydro-synthétique pour transmissions mécaniques tels qu engrenages, paliers à roulement ou paliers lisses et notamment pour bogies de trains à grande vitesse, ainsi que pour compresseurs, moteurs et circuits hydrauliques. Depuis une vingtaine d'années, le développement des chemins de fer présente dans tous les domaines un aspect spectaculaire. Après plus d'un siècle d'existence de ce moyen de transport, les progrès dans les domaines de la vitesse et du confort se sont multipliés. Aujourd'hui encore, une partie importante des communications des pays aussi bien industrialisés qu en voie de développement, passe par les artères ferroviaires. Le Japon, la France, l'Allemagne, l'italie ont créé de nouvelles lignes de transport économique à grande vitesse de 11 ordre de 300 km/h ou même plus, surtout destinées aux voyageurs sur des distances de 600 à 1000 km. Participer à la lubrification de tels transports a donc constitué un objectif prioritaire pour la demanderesse qui s'est engagée dans le challenge lancé par la SNCF (Société Nationale des Chemins de Fer Français) pour lubrifier les essieux ou bogies du train à grande vitesse dit "TGV ATLANTIQUE". Les niveaux de vitesse atteints par les trains à grande vitesse ainsi que les puissances mises en oeuvre amènent des niveaux de température en continu qui justifient un relèvement de l'ensemble des performances des lubrifiants actuellement utilisés qui sont généralement des huiles minérales traditionnelles dopées extrême pression pour transmissions mécaniques de véhicules moteurs s'apparentant aux lubrifiants pour engrenages industriels ou aux huiles pour transmissions automobiles. Il est donc devenu nécessaire d'améliorer, par rapport aux formules classiques d'huiles minérales traditionnelles, conjointement les propriétés anti-usure/extrême pression, liées à la longévité des organes mécaniques en contact, et la stabilité thermique et à l'oxydation, liées à la longévité au vieillissement de l'huile, afin de permettre un espacement des vidanges tout en maintenant la miscibilité avec les huiles traditionnelles. Il est connu jusqu a ce jour d'utiliser, pour la lubrification des pieces mécaniques, des associations d'huiles minérales (éventuellement complétées par des additifs extrême pression) ou de lubrifiants naturels, et en particulier des polybutenes de poids moléculaire élevé. Cependant, de telles associations ne répondent pas nécessairement aux spécifications techniques exigées actuellement, notamment pour les niveaux élevés de vitesse et de puissance utilisés. Au cours de ses recherches, la demanderesse a découvert que l'association d'une base minérale hydro-synthétique ou hydrocraquée particuliere avec une base de type polyisobutene répondant à certains criteres de viscosité et une additivation extrême pression permettait d'atteindre les spécifications requises en matiere de lubrifiants pour engrenages et roulements de bogies de TGV. Cette association comprend a) une base hydrocraquée, qu'on appellera ci-apres "BHK", présentant un indice de viscosité d'environ 120 à 135, une stabilité à l'oxydation à 950C dans l'essai ASTM-D 943-76 (TOST) ou NFT 60 150 d'environ 8000 à 10 000 heures pour un indice d'acide de 2 mg KOH/g, une volatilité NOACK inférieure ou égale à 22%, mesurée suivant la méthode NFT 60.161 et une viscosité à 400C comprise entre 7 et 46 mm2/s, b) un polyisobutene de viscosité comprise entre 100 et 1000 mm2/s à 1000C et c) une additivation extrême pression constituée par un mélange de dopes multifonctionnels. La base hydrocraquée est une base fabriquée par BP FRANCE, obtenue par distillation atmosphérique de pétrole brut, suivie d'une distillation sous vide du résidu et enfin d'un hydrocraquage sous 150 bars d'hydrogène à environ 4000C sur lit fixe en présence de catalyseurs métalliques. Cette base hydrocraquée présente un indice de viscosité naturel élevé, ce qui signifie que la rhéologie du produit dans les conditions extrêmes de température est améliorée par moindre variation de la viscosité. Elle présente également une excellente stabilité naturelle à l'oxydation ainsi qu'une faible volatilité liée à l'étroitesse des coupes distillatoires comparées aux coupes d'huiles conventionnelles. Grâce à l'excellente stabilité à l'oxydation de la base BHK, les lubrifiants formulés avec cette base vieillissent deux à quatre fois moins vite que ceux formulés avec les huiles conventionnelles. La base de type polyisobutène ou P.I.B. est obtenue par polymérisation en phase liquide d'un mélange d'oléfines à 4 atomes de carbone riches en isobutène et exemptes de doubles liaisons conjuguées. La formule développée du P.I.B. est la suivante n étant le degré de polymérisation. La base polyisobutène utilisée est également fabriquée par la Société BP FRANCE par un procédé conduisant à la polymérisation préférentielle de l'isobutène, le butène linéaire intervenant comme limiteur de chaîne. La demanderesse a sélectionné un polyisobutène de poids moléculaire moyen adapté qui permet l'obtention d'un compromis satisfaisant sur le plan viscosité du produit entre l'évaporation des fractions les plus légères et le vieillissement qui conduisent à un épaississement et le cisaillement mécanique éventuel qui conduit à l'effet inverse. Quant à l'additivation extrême pression, il s'agit de préférence d'un mélange de dopes multifonctionnels antiusure, antioxydant, antirouille, sans cendre, du type phosphore-soufre, convenant également pour la constitution des huiles hydrauliques, des huiles pour compresseurs, pour engrenages, transmissions et turbines, imposant à la fois des performances "extrême pression" et de longévité au vieillissement. Cette additivation extrême pression permet de préserver la persistance du film d'huile afin d'éviter le grippage et de fonctionner à température supérieure à 1000 C. Par réaction chimique à chaud, elle crée de manière classique des sulfures et des phosphures qui réagissent comme lubrifiants solides de complément créés "in situ". Le mélange lubrifiant selon l'invention comprend avantageusement 20 à 65% en poids de base hydrocraquée (BHK), 30 à 75% en poids de polyisobutène (PIB), et 0,1 à 5% en poids d'additivation extrême pression. Un lubrifiant particulièrement approprié pour l'application particulière envisagée, c'est-à-dire la lubrification des bogies de trains à grande vitesse, est constitué par une association de 40% en poids de BHK, 58% en poids de PIB et 2% en poids d'additivation extrême pression qui lui confère une excellente stabilité thermique, une excellente résistance à 1 l'oxydation, une faible volatilité associée en service à une légère augmentation favorable de la viscosité, une propriété d'élasticité et d'absorption des pointes de charge mécaniques, une très bonne compatibilité avec les huiles minérales et un coût compétitif comparé à celui des huiles de synthèse concurrentes. De plus, grâce à sa longévité au vieillissement accrue, ce lubrifiant permet un espacement des vidanges pouvant atteindre jusqu'à trois fois la périodicité normalement admise aujourd'hui. Les principales caractéristiques physico-chimiques de l'association BllK/PIB/additifs EP selon l'invention sont indiquées dans le tableau suivant. TABLEAU Caractéristiques Unités Méthode Point d'éclair en vase ouvert C NFT 60 118 > #220 Point d'écoulement C NFT 60 105 #-18 Viscosité cinématique à 400C mm /s NFT 60 100 #220 - Viscosité à la température 2 maxi de fonctionnement mm/s #12 Indice de viscosité NFT 60 136 > #100 Stabilité thermique et à l'oxydation à 1300C au lieu de 950C ASTM D 2893 Augmentation viscosité à 1000C % # 10 Insolubles hexane mg/100 ml V. huile mini 40 V. émulsion 3 Temps minutes et EP 4 billes anti-usure lh/40 kg mm ASTM-D 2266 # 0,45 Palier FZG à /16,6 m/s (vitesse au diamètre primitif) à 1200C au lieu de 900C Palier DIN 51 345 > #12 L'huile lubrifiante hydro-synthétique selon l'invention conçue pour engrenages et roulements de bogies de trains à grande vitesse peut également être utilisée pour la lubrification des paliers à roulements ou paliers lisses de toutes tailles ainsi que des compresseurs, des circuits hydrauliques voire même des moteurs. REVENDICATIONS 1. Huile lubrifiante hydro-synthétique caractérisée par le fait qu'elle comprend, en association, a) une base hydrocraquée obtenue par distillation atmosphérique de pétrole brut, suivie d'une distillation sous vide du résidu et d'un hydrocraquage sous 150 bars d'hydrogène à environ 4000C sur lit fixe en présence de catalyseurs métalliques, ayant un indice de viscosité d'environ 120 à 135, une volatilité NOACK inférieure ou égale à 22%, mesurée suivant la méthode NFT 60 161, une viscosité à 2 400C comprise entre 7 et 46 mm /s et une stabilité à l'oxydation à 950C suivant la norme ASTM-D 943-76 (TOST) ou NFT 60 150 comprise entre environ 8000 et 10 000 heures, b) un polyisobutène obtenu par polymérisation en phase liquide d'un mélange d'oléfines à 4 atomes de carbone riches en isobutène et exemptes de double liaisons conjuguées, ayant une viscosité comprise 2 entre 100 et 1000 mm /s à 1000C et c) une additivation extrême pression constituée par un mélange de dopes multifonctionnels. 2. Huile lubrifiante hydro-synthétique selon la revendication I, caractérisée par le fait qu'elle comprend 20 à 65% en poids de base hydrocraquée, 30 à 75% en poids de polyisobutène et 0,1 à 5% en poids d'une additivation extrême pression. 3. Huile lubrifiante hydro-synthétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'elle comprend 40% en poids de base hydrocraquée, 58% en poids de polyisobutène et 2% en poids d'une additivation extrême pression. 4. Huile lubrifiante hydro-synthétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'elle possède les propriétés physico-chimiques suivantes - Point d'éclair en vase ouvert > 2200C - Point d'écoulement c-18 C 2 - Viscosité cinématique à 400C 6220 mm 2 - Viscosité à la température maximale de fonctionnement #12 mm - Indice de viscosité > 100 - Stabilité thermique et à l'oxydation à 1300C augmentation viscosité à 1000C C10% insolubles hexane - Désémulsion (820C) Volume d'huile minimum 40 ml/ml/min Volume d'émulsion 3 ml/ml/min Temps - Propriétés anti-usure et EP 4 billes anti-usure (1 heure/40 kg) # #0,45 mm - Palier FZG à une vitesse au diamètre primitif de 16,6 m/seconde et à 1200C 212. 5. Huile lubrifiante hydro-synthétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que l'additivation extrême pression est un mélange de dopes multifonctionnel du type phosphore-soufre. 6. Huile lubrifiante hydro-synthétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour son application à la lubrification des engrenages et paliers à roulement ou paliers lisses, des compresseurs, circuits hydrauliques ou moteurs. 7. Huile lubrifiante hydro-synthétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour son application à la lubrification des roulements de bogies de trains à grande vitesse.