СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF PREDICTING INDICES OF THERMO-OXIDATIVE STABILITY OF LUBRICANTS

Изобретение относится к технологии определения показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов.
Известен способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, включающий нагревание смазочного материала в присутствии воздуха, перемешивание, фотометрирование и определение параметров процесса окисления (Патент РФ №2219530 С1, дата приоритета 11.04.2002, дата публикации 20.12.2003, авторы Ковальский В.И. и др. RU).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является принятый в качестве прототипа способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, при котором испытывают пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием, постоянного объема при оптимальной температуре, выбранной в зависимости от базовой основы смазочного материала и группы эксплуатационных свойств, в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления, через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала, определяют фотометрированием коэффициент поглощения светового потока, вязкость исходного и окисленного смазочного материала и проводят оценку процесса окисления, причем испытания смазочного материала проводят как минимум при трех температурах ниже критической, определяют относительную вязкость как отношение вязкости окисленного смазочного материала к вязкости исходного, а термоокислительную стабильность определяют по показателю отношения коэффициента поглощения светового потока к относительной вязкости, строят графическую зависимость показателя термоокислительной стабильности от коэффициента поглощения светового потока, по которой определяют однородность состава продуктов окисления и температурную область работоспособности исследуемого смазочного материала (Патент РФ №2334976 С1, дата приоритета 26.12.2006, дата публикации 27.09.2008, авторы Ковальский Б.И. и др., RU, прототип).
Общим недостатком аналога и прототипа является невозможность прогнозировать показатели термоокислительной стабильности, включающие оптическую плотность, испаряемость и коэффициент термоокислительной стабильности при любых температурах ниже критической.
Задачей изобретения является создание способа прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов при любых температурах, на основе известных данных этих показателей, полученных при трех выбранных температурах.
Для решения поставленной задачи предложен способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов, при котором испытывают пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием постоянной массы минимум при трех температурах, выбранных в зависимости от базовой основы, назначения и группы эксплуатационных свойств, в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления, причем через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала и проводят оценку процесса окисления. Согласно изобретению для оценки процесса окисления определяют оптическую плотность, испаряемость и коэффициент термоокислительной стабильности, строят графические зависимости этих показателей от времени и трех выбранных температур испытания, определяют время достижения выбранных значений показателей термоокислительной стабильности от минимальной до максимальной величины при каждой температуре, определяют десятичный логарифм времени достижения выбранных значений показателей термоокислительной стабильности, строят графические зависимости десятичного логарифма времени достижения выбранных значений показателей термоокислительной стабильности от температуры испытания, а прогнозирование этих показателей при других температурах, отличных от принятых, осуществляют по значениям антилогарифмов времени достижения показателей термоокислительной стабильности для этих температур.
На фиг. 1а представлены зависимости оптической плотности от времени и температуры окисления: 1 - 200°C; 2 - 190°C; 3 - 180°C; 4 - 170°C; на фиг. 1б - зависимости десятичного логарифма времени достижения принятых значений оптической плотности от температуры испытания частично синтетического моторного масла Mobil 10W-40 SJ/CF: 1 - D=0,1; 2 - D=0,2; 3 - D=0,3; 4 - D=0,4; 5 - D=0,5; 6 - D=0,6; 7 - D=0,7.
На фиг. 2а - зависимости испаряемости от времени и температуры испытания: 1 - 200°C; 2 - 190°C; 3 - 180°C; 4 - 170°C; на фиг. 2б - зависимости десятичного логарифма времени достижения принятых значений испаряемости от температуры испытания частично синтетического моторного масла Mobil 10W-40 SJ/CF: 1 - G=2 г; 2 - G=3 г; 3 - G=4 г; 4 - G=5 г; 5 - G=6 г; 6 - G=7 г; 7 - G=8 г.
ТОС
ТОС
ТОС
ТОС
ТОС
ТОС
ТОС
На фиг. 3а - зависимости коэффициента термоокислительной стабильности от времени и температуры испытания: 1 - 200°C; 2 - 190°C; 3 - 180°C; 4 - 170°C; на фиг. 3б - зависимости десятичного логарифма времени достижения принятых значений коэффициента термоокислительной стабильности от температуры испытания частично синтетического моторного масла Mobil 10W-40 SJ/CF: 1 - П=0,1; 2 - П=0,2; 3 - П=0,3; 4 - П=0,4; 5 - П=0,5; 6 - П=0,6; 7 - П=0,7.
На фиг. 4а - зависимости оптической плотности от времени и температуры окисления: 1 - 180°C; 2 - 170°C; 3 - 160°C; на фиг. 4б - зависимости десятичного логарифма времени достижения принятых значений оптической плотности от температуры испытания минерального моторного масла Tavota Castle 10W-30 SL: 1 - D=0,1; 2 - D=0,2; 3 - D=0,3; 4 - D=0,4; 5 - D=0,5.
На фиг. 5a - зависимости испаряемости от времени и температуры испытания: 1 - 180°C; 2 - 170°C; 3 - 160°C; на фиг. 5б - зависимости десятичного логарифма времени достижения принятых значений испаряемости от температуры испытания минерального моторного масла Tavota Castle 10W-30 SL: 1 - G=1 г; 2 - G=2 г; 3 - G=3 г; 4 - G=4 г; 5 - G=5 г; 6 - G=6 г; 7 - G=7 г; 8 - G=8 г.
ТОС
ТОС
ТОС
ТОС
ТОС
ТОС
На фиг. 6a - зависимости коэффициента термоокислительной стабильности от времени и температуры испытания: 1 - 180°C; 2 - 170°C; 3 - 160°C; на фиг. 6б - зависимости десятичного логарифма времени достижения принятых значений коэффициента термоокислительной стабильности от температуры испытания минерального моторного масла Tavota Castle 10W-30 SL: 1 - П=0,1; 2 - П=0,2; 3 - П=0,3; 4 - П=0,4; 5 - П=0,5; 6 - П=0,6.
ТОС
G
Способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности предусматривает испытания смазочных материалов при трех температурах, определение показателей термоокислительной стабильности, таких как оптическая плотность D, испаряемость G и коэффициент термоокислительной стабильности П, и по этим данным вычисляются значения этих показателей при других температурах. Поэтому для реализации способа необходимо получить зависимости оптической плотности, испаряемости и коэффициента термоокислительной стабильности от времени и принятых температур испытания. Для этого пробы смазочного материала постоянной массы термостатируют при одной из выбранных температур, например 180°C, с перемешиванием механической мешалкой с постоянной частотой вращения. Через равные промежутки времени пробу окисленного смазочного материала взвешивают, определяют массу испарившегося масла (испаряемость) G, определяют коэффициент испаряемости K
где G - масса испарившегося смазочного материала за время окисления, г; M - масса смазочного материала до испытания, г.
Затем отбирается часть окисленной пробы для фотометрирования и определения оптической плотности D:
0
где ϕ - световой поток, падающий на поверхность смазочного масла в кювете; ϕ - световой поток, прошедший через слой окисленного масла в кювете.
G
По данным D и K определяют коэффициент термоокислительной стабильности:
ТОС
ТОС
ТОС
ТОС
Испытания смазочного материала продолжают до достижения показателя оптической плотности значения, равного 0,6-0,7. Данный смазочный материал испытывают по этой технологии при двух других выбранных температурах, например 170 и 160°C. По полученным данным показателей D, G и П строят графические зависимости от времени и температуры испытания (фиг. 1а-6а). Данные зависимости используют для определения времени достижения оптической плотности D и коэффициента термоокислительной стабильности значений, равных 0,1; 0,2; 0,3 и т.д., а испаряемости - значений, равных 1; 2; 3 и т.д. г (на графиках горизонтальные штриховые линии). По данным времени достижения указанных значений оптической плотности, испаряемости и коэффициента термоокислительной стабильности определяют их десятичные логарифмы, строят графические зависимости десятичного логарифма времени достижения принятых значений показателей термоокислительной стабильности (D, G, П) от температуры испытания, по которым прогнозируют значения показателей термоокислительной стабильности при других температурах. Например, для определения значений оптической плотности, испаряемости и коэффициента термоокислительной стабильности частично синтетического моторного масла Mobil 10W-40 SJ/CF при температуре 160°C было выбрано четыре температуры термостатирования - 200°C, 190°C, 180°C и 170°C. Для этих температур определили значения D, G и Пи результаты записали в таблицу 1. Затем построили графические зависимости показателей D, G и П от времени и температуры испытания (фиг. 1а-3а), а также графические зависимости десятичного логарифма времени достижения принятых показателей от температуры испытания (фиг. 1б-3б). После этого определили ординаты десятичного логарифма на оси ординат при температуре 160°C, вычислили антилогарифм этих значений, на фиг. 1а-3а отложили эти значения на горизонтальных штриховых линиях (кривые 5 на фиг. 1а-3а) и на оси ординат определили искомые значения оптической плотности, испаряемости и коэффициента термоокислительной стабильности при температуре 160°C. Аналогичные действия проведены при испытании минерального моторного масла Tavota Castle 10W-30 SL при выбранных температурах 180°C, 170°C и 160°C для нахождения значений показателей термоокислительной стабильности при температурах 190 и 150°C (кривые 4 и 5 на фиг. 4а-6а). Результаты данных испытаний отражены в таблице 2 и на фиг. 4 - 6.
ТОС
ТОС
На фиг. 1а, 2а, 3а построены экспериментальные зависимости показателей термоокислительной стабильности D, G, П от времени и температур испытания 200°C, 190°C, 180°C и 170°C (кривые 1-4) для частично синтетического моторного масла Mobil 10W-40 SJ/CF с целью доказательства, что десятичный логарифм времени достижения установленных значений, например D и П, равных 0,1; 0,2; 0,3 и т.д., или испаряемости G, равной 2 г, 3 г, 4 г и т.д., от температуры испытания изменяется по линейной зависимости (фиг. 1б-3б). Для того чтобы получить зависимость, например, оптической плотности от времени при температуре 160°C без проведения эксперимента используют графические зависимости lgt=f(T) (фиг. 1б) и уже для температуры 160°C (данные на ординате) определяют антилогарифм времени достижения значений D, например 0,1; 0,2; 0,3 и на штриховых линиях на фиг. 1а откладывают время и строят графическую зависимость D=f(t) для температуры 160°C (кривая 5). Таким образом, можно прогнозировать изменение оптической плотности, испаряемости и коэффициента термоокислительной стабильности для температур ниже или выше температур, при которых проводились экспериментальные исследования.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить информативность способа, снизить трудоемкость определения показателей термоокислительной стабильности в широком диапазоне температур, определить температурную область работоспособности смазочных материалов и промышленно применимо.