Морозостойкая смазка
FROST-RESISTANT GREASE

Изобретение относится к смазочным материалам, в частности пластичным смазкам узлов трения колесных и гусеничных транспортных средств, и может быть использована в промышленном оборудовании, судовых механизмах различного назначения, работающих в интервале температур от минус 60°С (кратковременно от минус 65°С) до 150°С.
В настоящее время существующие пластичные смазки обеспечивают эксплуатацию техники только до температуры не ниже минус 50°С. Разработка пластичных смазок, обладающих улучшенными низкотемпературными характеристиками, при сохранении других эксплуатационных свойств на необходимом уровне, является актуальной задачей для обеспечения эксплуатации техники в условиях Арктики и Крайнего Севера при экстремальной температуре до минус 65°С.
Перед авторами стояла задача разработать антифрикционную многоцелевую морозостойкую пластичную смазку с улучшенными низкотемпературными характеристиками, в частности пусковые свойства при температуре до минус 65°С. при сохранении других эксплуатационных свойств на необходимом уровне, обеспеченную отечественными сырьевыми и производственными ресурсами и отвечающую следующим требованиям по основным показателям качества:
предел прочности на сдвиг при температуре 50°С, Па, - не менее 200;
-1
вязкость эффективная при минус 50°С и среднем градиенте скорости деформации 10 с, Па⋅с, - не более 1200;
пусковые свойства при минус 60°С:
страгивающий крутящий момент в шариковых подшипниках, Н⋅м, - не более 1;
установившийся крутящий момент в шариковых подшипниках, Н⋅м, - не более 0,1;
максимальный крутящий момент в роликовых подшипниках, Н⋅м, - не более 5;
к
критическая нагрузка (Р), Н - не менее 800;
с
нагрузка сваривания (Р), Н - не менее 2500;
испаряемость при 120°С, %, - не более 25;
коллоидная стабильность, % выделившегося масла, - не более 25;
коррозионное воздействие на металлы - выдерживает;
защитные свойства в камере с морской водой, коэффициент коррозионного поражения, % - не более 40.
При просмотре научно-технической и патентной информации были выявлены пластичные смазки, частично решающие поставленные задачи
Известна морозостойкая пластичная смазка ЦИАТИМ-201, предназначенная для смазывания малонагруженных узлов трения качения скольжения при температурах от минус 60°С до плюс 90°С и состоящая из следующих компонентов, мас.%:
Литиевое мыло стеариновой кислоты
11,0
Антиокислительная присадка дифениламин
0,3
Нефтяное масло
Остальное
(смазка ЦИАТИМ-201, ГОСТ 6267-74)
Недостатками данной пластичной смазки являются низкие противозадирные свойства при нагрузках свыше 1000 Н.
Известна также многоцелевая смазка Литол-24, работоспособная при температурах от минус 40°С до 120°С, имеющая следующий состав, мас.%:
Литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты
13,0
Антиокислительная присадка нафтам-2
0,7
Вязкостная присадка полиизобутилен П-20
4,0
Нефтяное масло
Остальное
(Литол-24, ГОСТ 21150-75)
Основным недостатком пластичной смазки Литол-24 является ее неработоспособность при температурах ниже минус 40°С.
Наиболее близкой к заявляемой пластичной смазке и взятой за прототип является пластичная смазка следующего состава, мас.%:
Литиевое мыло стеариновой и/или 12-оксистеариновой
10-13
кислоты
Высокодисперсный порошкообразный диселенид вольфрама
7-9
Ультрадисперсный порошкообразный политетрафторэтилен
1-3
Дифениламин
0,3-0,5
Нефтяное масло
Остальное
(РФ, патент №2291893, С10М 161/00)
Недостатком этой смазки является то, что ее пусковые свойства не обеспечивают запуск и работу машин при минус 60°С, это подтверждается при испытании на установке для оценки низкотемпературных свойств пластичных смазок по СТО 08151164-0123 и СТО 08151164-0124 «Определение пусковых свойств пластичных смазок при минус 60°С в шариковых и роликовых подшипниках», а также уступает по защитным свойствам.
Технический результат изобретения - повышение эффективности пластичной смазки за счет создания возможности улучшения пусковых и антифрикционных свойств техники с одновременным расширением области применения без снижения уровня реологических и физико-химических свойств.
2
Указанный технический результат достигается тем, что известная морозостойкая смазка для узлов трения, содержащая основу низкотемпературное минеральное масло, загуститель - литиевое мыло стеариновой и/или 12-оксистеариновой кислоты, дифениламин, противоизносную и антифрикционную присадки, согласно изобретению дополнительно содержит кремнийорганическую жидкость, обеспечивающую в смеси с низкотемпературным нефтяным маслом вязкость при минус 40°С - не более 8500 мм/с, температуру застывания - не выше минус 65°С, и ингибитор коррозии, а в качестве противоизносной и антифрикционной присадок содержит фторопласт и диоксид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Литиевое мыло стеариновой и/или
12-оксистеариновой кислоты
10-20
Дифениламин
0,25-0,35
Фторопласт
4-6
Диоксид титана
4-6
Ингибитор коррозии
0,5-1,5
Смесь кремнийорганической жидкости и
низкотемпературного нефтяного масла, обеспечивающая
вязкость при минус 40°С - не более 8500 мм<sup>2</sup>/с,
температуру застывания - не выше минус 65°С
до 100
а также тем, что антифрикционная присадка дополнительно содержит дисульфид молибдена, взятый в соотношении 1:1 к диоксиду титана.
Основа смазки - дисперсионная среда - смесь кремнийорганической жидкости (синтетических полиалкилсилоксановых олигомеров) (СТО СМК.121.15) и низкотемпературного минерального масла.
Литиевое мыло стеариновой и/или 12-оксистеариновой кислоты (ТУ 38 101727-78), или приготовленное в процессе производства смазки, используемое в качестве загустителя при изготовлении литиевых пластичных смазок.
Дифениламин (ГОСТ 140-80) - антиокислительная присадка. Мелкие кристаллы или чешуйки от белого до светло-желтого или светло-коричневого цвета.
Фторопласт - Фторопласт-4 (Ф-4) - высокомолекулярный кристаллизованный полимер, обладающий высокой химической стойкостью и теплостойкостью, имеющий хорошие антифрикционные и диэлектрические качества, используется в качестве противоизносной присадки.
Диоксид титана - присадка антифрикционная - (ГОСТ 9808-84). Порошок белого цвета без посторонних механических включений, используется как универсальный пигмент при производстве промышленных покрытий и красок. На территории России производится в Крыму на предприятии "Крымский ТИТАН", г. Армянск.
Ингибитор коррозии - присадка антикоррозионная по СТО СМК.118.14. Используются такие ингибиторы коррозии, как МНЗ-1 (ТУ 38.401-501-58-236-99), Н-М-1 (ТУ 2478-005-48938796-2008) и ФМТ (ТУ 2453-003-4838796-2003), обладающие схожими свойствами и заменяющими друг друга. Они предназначены для защиты изделий от атмосферной и микробиологической коррозии при эксплуатации, хранении, консервации и транспортировке в различных климатических условиях (континентальных, морских, тропических, арктических). Используется также для защиты оборудования от стояночной коррозии и межоперационной консервации теплоэнергетического оборудования.
Применение ранее диоксида титана и его смеси с дисульфидом молибдена, фторопласта в пластичных смазках в результате анализа научно-технической и патентной информации не обнаружено. Использование смеси нефтяного и синтетического масел было только в смазках узкого назначения, к которым не предъявляют требования по антифрикционным, пусковым и низкотемпературным свойствам. ОКБ-122-7 - приборная смазка, загуститель - смесь церезина и Li мыла. ВНИИ НП-228 - гироскопическая смазка на кNa-загустителе, ЛДС-1 - смазка для электрических машин на Li-Zn-Pb-мыле (Синицын В.В. Пластичные смазки в СССР. - М.: Химия, 1984. 192 с.).
2
2
Основа - дисперсионная среда - смесь кремнийорганической жидкости и низкотемпературного минерального масла подобрана на основании проведенных испытаний таким образом, чтобы основными требованиями к которой были ее вязкость при 20°С не менее 40 мм/с, при минус 40°С - не более 8500 мм/с, температура застывания - не выше минус 65°С и испаряемость при 120°С за 1 час не более 25%. В зависимости от вязкости и температуры застывания компонентов основы это условие выполняется при соотношении кремнийорганической жидкости и низкотемпературного минерального масла от 3:1 до 1:1.
На основе дисперсионной среды, отвечающей именно таким условиям, получают смазки с необходимым уровнем низкотемпературных и смазывающих свойств.
Для обоснования состава дисперсионной среды в качестве примера были приготовлены модельные образцы литиевых смазок с различным соотношением кремнийорганической жидкости 132-24 (ГОСТ 10957-76) и нефтяного маловязкого низкотемпературного масла Веретенное АУ (ТУ 38.1011232-89) (табл. 1), у которых были определены смазывающие и низкотемпературные свойства (Таблица 2).
Результаты испытаний показывают, что наилучшими смазывающими свойствами обладают образцы №2 и 3 - с содержанием нефтяного масла от 25% до 50%, что указывает на синергетический эффект при данных соотношениях синтетического и нефтяного масел.
Смазку готовят обычным способом.
Дисперсионную среду загущают литиевым мылом стеариновой и/или 12-оксистеариновой кислоты.
Смесь нагревают до температуры 205-210°С в течение 2-3 часов. При достижении температуры 205-210°С обогрев и перемешивающее устройство отключают и смазку сливают. Охлажденная смазка с температурой ниже 130°С загружается в мешалку, куда подают последовательно, порциями, расчетное количество присадок фторопласта, диоксида титана, антикоррозионной присадки и дифениламина. Противоизносная присадка фторопласт представляет собой 50%-ую суспензию порошка политетрафторэтилена в дисперсионной среде (СТО СМК.123.15).
После ввода каждой порции компонента смесь перемешивают до достижения однородности, после чего обрабатывают на гомогенизаторе.
Для обоснования количественного содержания указанных выше компонентов, позволяющих получить заявляемый технический результат, было приготовлено 10 образцов морозостойких смазок, отличающихся процентным содержанием компонентов смазки. Составы образцов пластичных смазок приведены в табл. 3.
Все приготовленные образцы прошли испытания противоизносных, антифрикционных, реологических, а также низкотемпературных пусковых свойств (табл. 4). Противоизносные и противозадирные свойства смазок определяли на ЧШМ по ГОСТ 9490-75; эффективную вязкость, предел прочности при сдвиге и коллоидную стабильность определяли стандартными методами по ГОСТ 7163, ГОСТ 7143, ГОСТ 7142 соответственно, пусковые свойства при отрицательных температурах - по СТО 08151164-0123-2011 и СТО 08151164-0124-2011.
Как видно из табл. 4, заявляемый количественный состав морозостойкой пластичной смазки (образцы 2-4 и 7-9) подтверждает ее эффективность (столбцы 5-7 и 10-12). Показатели качества отвечают требованиям (столбец 3), предъявляемым к разрабатываемой смазке.
Был приготовлен опытно-промышленный образец смазки по рецептуре образца №3 табл. 3. При сравнении со смазками, имеющими ту же область применения, и с прототипом предлагаемая смазка превосходит известные пластичные смазки ЦИАТИМ-201, Литол-24 и прототип по всем показателям качества, как видно из данных табл. 5.
Так, критическая нагрузка возрастает до 1235 Н, нагрузка сваривания - до 2580 Н, Кроме того, предлагаемая смазка имеет лучшие пусковые свойства, а также хорошие низкотемпературные свойства. Результаты проведенных исследований противозадирных, противоизносных, реологических и физико-химических свойств пластичных смазок показывают, что по всем показателям качества предлагаемая морозостойкая пластичная смазка соответствует предъявляемым требованиям (представлены на с. 3 настоящего описания).
Изобретение может быть оперативно использовано в промышленных условиях, так как все его компоненты производятся на предприятиях Российской Федерации.
Использование совокупности известных компонентов (литиевое мыло стеариновой или 12-оксистеариновой кислоты и нефтяное масло, дифениламин) с предлагаемыми (дисперсионная среда - смесь нефтяного и синтетического масел, противоизносная присадка - фторопласт, антифрикционная присадка - диоксид титана и ингибитор коррозии) в заявленном количественном составе расширяет отечественную сырьевую базу производства пластичных смазок.
Применение изобретения позволит обеспечить запуск техники и ее надежную работу, сократить количество отказов техники в условиях Арктики и Крайнего Севера, увеличить ресурс работы узлов трения машин и механизмов за счет улучшения низкотемпературных, противоизносных и противозадирных свойств смазки без снижения уровня реологических и физико-химических свойств и улучшить антикоррозионные свойства смазки в условиях холода и морского климата.