ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СУЛЬФИДИРОВАННОГО ЛИГНИНА В КАЧЕСТВЕ ПРОТИВОЗАДИРНОЙ ПРИСАДКИ В СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ ДЛЯ ТЯЖЕЛОНАГРУЖЕННЫХ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
APPLICATION OF SULPHIDED LIGNIN AS ANTI-SCUFF ADDITIVE IN LUBRICATING COMPOSITIONS FOR HEAVILY LOADED FRICTION UNITS

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и конкретно касается уменьшения износа боковой поверхности рельса и гребней колес подвижного состава в тяжелонагруженной паре трения колесо - рельс при прохождении поездом криволинейных участков пути.
Уменьшение износа рельсов и колес подвижного состава является важной задачей современного железнодорожного транспорта, наиболее приемлемое решение которой заключается в нанесении в зону контакта смазки [1]. Использование смазки не только увеличивает срок службы колес и рельсов, но и во многих случаях приводит к снижению расходов энергии на тягу поездов [2] и уменьшает шумовой эффект, возникающий при движении поезда в кривых [3].
Применяемые на железнодорожном транспорте смазки, как правило, представляют собой сложные композиции. Это обусловлено тем, что к используемым смазкам предъявляется широкий набор требований, которым не могут полностью отвечать индивидуальные соединения, обладающие смазывающим эффектом. В композициях необходимые качества смазки придает совокупность применяемых компонентов.
Для создания смазочных композиций, обладающих необходимыми свойствами, перспективным является введение в них отходов различных производств или простейших продуктов их переработки. Это делает смазки более доступными и дешевыми. Подобного типа смазки способствуют также решению экологических проблем.
Важным многотоннажным отходом лесохимических производств является лигнин [4], который представляет собой компонент древесины, сетчатый полимер, построенный из арилпропановых структурных звеньев. Хотя структура лигнина окончательно не установлена, большинство исследователей предполагает, что пространственная макромолекула лигнина имеет сферическую форму [5]. Сферическая форма молекул лигнина обеспечивает в смазках антифрикционный эффект, при этом молекулы лигнина выступают аналогами подшипников качения на наноуровне [6]. На основе лигнина разработана смазочная композиция для системы колесо - рельс [7].
Как правило, в смазочные композиции помимо антифрикционных компонентов вводят присадки, обладающие противоизносным и противозадирным действием [8]. Такие присадки представляют собой органические соединения, содержащие в своем составе хлор, серу или фосфор. Защитный эффект хлор- и серосодержащих присадок обусловлен образованием в зоне трения на поверхности металла пластичных хлоридов и сульфидов железа, которые снижают задир. Помимо индивидуальных хлорорганических соединений [9] в качестве противозадирной присадки запатентован хлорированный лигнин [10], содержащий 7-20% хлора (предпочтительно 7-14% хлора). Однако хлорорганические присадки образуют защитные пленки, которые быстро стираются с поверхности металла. Таким образом, защитное действие таких присадок проявляется только при постоянной подаче смазки.
Более эффективны в отношении противозадирного действия серосодержащие присадки, которые в условиях высоких нагрузок (противозадирное действие) образуют «толстые» пленки сульфидов железа с незначительной примесью оксидов и некоторое время обеспечивают защитный эффект даже после удаления смазки [11]. Данные, приведенные в патенте [12], показывают, что серосодержащие присадки могут быть получены из отходов производства, в частности, из отходов производства эпихлоргидрина.
В предлагаемом техническом решении приводятся данные по использованию в качестве противозадирной присадки сульфидированного лигнина, полученного из хлорированного лигнина способом, указанным в работе [13]. Исходный хлорированный лигнин содержал 5-14% хлора, полученный сульфидированный продукт - 9-28% серы.
Несмотря на то что хлорирование и последующее сульфидирование с использованием полисульфидов щелочных металлов является доступным способом переработки многотоннажного отхода лесохимии, это направление не получило должного развития ввиду ограниченности применения хлорированного и серосодержащего лигнинов. Поэтому расширение сфер применения сульфидированного лигнина является важной технической задачей. Использование сульфидированного лигнина по новому назначению, предлагаемому в данном техническом решении, позволит одновременно решить проблему износа в системе колесо - рельс.
Для введения в смазочные композиции порошок сульфидированного лигнина подвергают помолу для достижения размера частиц меньше 0,15 мм (просеивание через сито 0,145 мм). Защитный эффект сульфидированного лигнина был проверен в смазочной композиции, содержащей 10% серосодержащего лигнина (с содержанием серы 9; 14,5; 28%), 65% низкомолекулярного полиэтилена и 25% отработанного дизельного масла. При смешении компонентов получена достаточно устойчивая дисперсная система, защитный эффект которой был испытан на машине трения МИ-1М, включающей неподвижный ролик, моделирующий рельс, и подвижный ролик, моделирующий колесо. Величина износа определялась путем взвешивания очищенных от смазки роликов на аналитических весах с точностью до 0,001 г.
№ примера
Содержание серы в присадке
Продолжительность испытания, ч
Износ роликов, ч
подвижный
неподвижный
1
9
18
0,056
0,102
2
14,5
18
0,038
0,098
3
28
18
0,040
0,111
4
Без присадки
18
0,364
0,408
5
Без смазки
8
1,734
1,832
Таким образом, данные таблицы показывают, что сульфидированный лигнин, введенный в смазочную композицию, показывает противозадирный эффект.
Литература
1. Карпущенко Н.И. Смазка - единственный способ предупреждения износа // Путь и путевое хозяйство. 2000. №2. с.15-18.
2. Редькин В.И., Ладыгин О.И., Верхотуров В.К. Энергетическая эффективность лубрикации // Железнодорожный транспорт, 1999, №12, с.48-50.
3. Смазывание рельсов как средство уменьшения шума // Железные дороги мира, 2000, №7, с.64-66.
4. Боголицын К.Г., Лунин В.В., Косяков Д.С. и др. Физическая химия лигнина. М.: Академкнига, 2010, 490 с.
5. Боголицын К.Г., Лунин В.В., Косяков Д.С. и др. Физическая химия лигнина. Архангельск: Изд-во Архангельского гос. тех. ун-та, 2009, 489 с.
6. Головин Ю.И. Введение в нанотехнику. М.: Машиностроение, 2007, 496 с.
7. Пат. RU 2318013 (2008).
8. Кулиев A.M. Химия и технология присадок к маслам и топливам. Л.: Химия, 1985, 312 с.
9. Виноградова И.Э. Противоизносные присадки к маслам. М.: Химия, 1972, 272 с.
10. Пат. RU 2439138 (2012 г.).
11. Фукс И.Г. Добавки к пластическим смазкам. М.: Химия, 1982, 248 с.
12. Пат RU 2196807 (2003 г.).
13. Авт. свид. СССР 933669 (1982 г.).