МОТОРНОЕ МАСЛО
ENGINE OIL

Изобретение относится к смазочным составам, отличающимся содержанием в качестве компонентов смеси по меньшей мере двух видов ингредиентов, выбранных из основ, загустителей или добавок, в частности к составу универсального моторного масла, предназначенного для всесезонного применения, и может быть использовано в серийных и перспективных высокофорсированных турбонаддувных бензиновых и дизельных двигателях.
В процессе развития двигателестроения повышаются требования к эксплуатационным свойствам моторных масел. Не снижается потребность в минеральных (нефтяных) маслах, одновременно обеспечивающих надежный пуск непрогретого двигателя при температурах до минус 35°C и обладающих высоким уровнем эксплуатационных свойств на установившихся режимах работы двигателя. Уровень этих свойств обеспечивают входящие в состав масел зольные металлсодержащие детергенты, дисперсанты, ингибиторы окисления, а также низкозастывающие компоненты основы масла, обеспечивающие ему пологую вязкостно-температурную характеристику в соответствующем диапазоне температур [А.А.Гуреев, И.Г.Фукс, В.Л.Лашхи. Химмотология. - М: Химия, 1986 г., с.214-239]. Указанное обусловливает интенсивный поиск решений, направленных на одновременное улучшение вязкостно-температурных характеристик масел, с одной стороны, и повышение антиокислительных и антифрикционных свойств - с другой.
Перед авторами стояла задача разработать такое моторное масло, которое обладало бы характерным для масел класса вязкости 4з/14 и группы «Д» [ГОСТ 17479.1-85. Обозначение нефтепродуктов. Масла моторные] высоким уровнем эксплуатационных свойств с улучшенными антиокислительными, противоизносными и антифрикционными свойствами в условиях его высокотемпературного окисления и низких (до минус 45°C) температур применения без снижения моющих и противокоррозионных свойств.
При анализе патентной и научно-технической информации были выявлены технические решения, частично решающие поставленную задачу.
1
Известно моторное масло М-4з/6B, содержащее в % мас.:
маловязкое дистиллятное масло (веретенное АУ)
84,0-86,0
присадка ПМС «А»
7,0
или щелочной сульфонат кальция (присадка С-150)
5,0
алкилсалицилат кальция (присадка АСК)
0,5
диалкилдитиофосфат цинка (присадка ДФ-11)
2,2
алкилсукцинимид (присадка С-5А)
2,25
полиметилсилоксан (присадка ПМС-200А)
0,003
полиметакрилат марки "Д" (присадка ПМА "Д")
до 3,5
[Масла, вырабатываемые предприятиями Минхимнефтепрома СССР. - М: ЦНИИТЭнефтехим, 1986 г., с.8].
Это масло предназначено для применения в северных районах только в среднефорсированных бензиновых двигателях и обладает низкой температурой застывания (минус 42°C), что позволяет осуществлять пуск двигателя без предварительного прогрева при температуре окружающего воздуха до минус 30°C. Однако с увеличением степени форсирования двигателей из-за относительно малого щелочного числа масла (4 мг КОН/г в сравнении с 8-9 мг КОН/г у современных масел) наблюдается повышенное нагарообразование на поршнях двигателей.
Известен состав смазочного масла, содержащего в % мас.:
сера
0,01-0,3
фосфор
0,01-0,1
соль металла и органической кислоты, образующей 0,1-1,0% сульфатной золы
0,2-7,0
базовое минеральное масло с содержанием серы не более 0,1%
до 100
беззольный дисперсант типа алкенированного или алкилированного сукцинимида, используемый в количестве, соответствующем 0,01-3,0% азота,
металлсодержащий детергент типа щелочной или щелочноземельной соли алкилсалициловой кислоты с основным числом 10-350 мг КОН/г и соли щелочноземельного металла алкилфенольного производного со структурой основания Манниха, используемых в количестве, соответствующем 0,1-1,0% золы,
диалкилдитиофосфат цинка (0,01-0,1 в расчете на фосфор),
ингибитор окисления на фенольной и/или аминной основе [патент США №6569818, C10M 141/02 от 27.05.2003 г.].
Недостатком масла является относительно низкий уровень нейтрализующего запаса: щелочное число масла составляет менее 8 мг КОН/г, что приводит к повышенному нагарообразованию на поршнях двигателей.
Также известно моторное масло, состоящее из щелочного алкилсалицилата кальция, щелочного сульфоната кальция, диалкилдитиофосфата цинка, полиметакрилата, полиметилсилоксана, присадки, состоящей из продукта деструкции этиленпропиленового каучука и полиизобутилена, и минерального масла при следующем соотношении компонентов, мас.%:
щелочной алкилсалицилат кальция
3,6-7,9
щелочной сульфонат кальция
2,0-7,0
диалкилдитиофосфат цинка
1,6-2,0
полиметакрилат
1,8-6,0
полиметилсилоксан
0,003-0,005
присадка, состоящая из продукта деструкции
этиленпропиленового каучука
20-90% от общего количества присадки
и полиизобутилена
10-80% от общего количества присадки
минеральное масло
остальное
[патент РФ RU №2141508, С 10 М 143/00 1999 г.].
Недостатком моторного масла указанного состава является относительно низкий уровень его вязкостно-температурных свойств: при повышении его кинематической вязкости при 100°C до требований класса вязкости за счет использования более высоковязкой основы температура застывания масла повышается и его низкотемпературная прокачиваемость ухудшается, что не позволит обеспечить пуск двигателя при температуре минус 35°C.
2
2
Известно масло, состоящее из щелочных алкилсалицилата и сульфоната кальция, диалкилдитиофосфата цинка, полиметакрилата марки «Д», полиметилсилоксана, гидрированного блок-сополимера бутадиена со стиролом, алкенилсукцинимида мочевины, высокомолекулярного основания Манниха, остаточного компонента с кинематической вязкостью 15-20 мм/c при 100°C и маловязкого дистиллятного масла с кинематической вязкостью 2-4 мм/c при 100°C при следующем соотношении компонентов, мас.%:
щелочной алкилсалицилат кальция
3,0-5,0
щелочной сульфонат кальция
0,5-1,5
диалкилдитиофосфат цинка
1,5-2,5
полиметакрилат марки «Д»
3,0-5,0
полиметилсилоксан
0,003-0,005
гидрированный блок-сополимер бутадиена со стиролом
1,5-2,0
алкенилсукцинимид мочевины
2,5-3,5
высокомолекулярное основание Манниха
2,0-2,5
остаточный компонент с кинематической вязкостью 15-20 мм<sup>2</sup>/с при 100°C
5,4-6,0
маловязкое дистиллятное масло с кинематической вязкостью 2-4 мм<sup>2</sup>/с при 100°C
остальное
[патент РФ RU №2182592, C 10 M 169/04 от 14.12.2000 г.].
Масло обладает недостаточным для применения в турбонаддувных двигателях уровнем антиокислительных свойств из-за малой ингибирующей эффективности диалкилдитиофосфата цинка в сочетании с алкенилсукцинимидом мочевины. Полиметакрилат марки «Д» в качестве единственного депрессора в загущенных маслах в больших концентрациях не эффективен, что отрицательно сказывается на низкотемпературных свойствах масла.
2
2
Наиболее близким по технической сущности к изобретению и взятым за прототип является универсальное всесезонное моторное масло на минеральной основе, содержащее маловязкое дистиллятное масло с кинематической вязкостью 2-4 мм/с при 100°C в смеси с остаточным компонентом с кинематической вязкостью 15-20 мм/с при той же температуре, щелочной алкилсалицилат кальция, щелочной сульфонат кальция, полиметакрилат марки "Д", полиметилсилоксан, гидрированный блок-сополимер бутадиена со стиролом, высокомолекулярное основание Манниха, концентрат смеси моно- и бис-алкилсукцинимидов в масле, модифицированный продукт алкилирования фенола хлорпарафинами, блок-сополимер окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина и спиртовой цинкдитиофосфат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
щелочной алкилсалицилат кальция
2,9-4,9
щелочной сульфонат кальция
0,5-1,5
полиметакрилат марки "Д"
1,5-2,5
полиметилсилоксан
0,003-0,005
гидрированный блок-сополимер бутадиена со стиролом
1,75-2,25
высокомолекулярное основание Манниха
2,0-3,0
концентрат смеси моно- и бис-алкилсукцинимидов в масле
2,5-3,5
модифицированный продукт алкилирования фенола хлорпарафинами
1,4-2,2
блок-сополимер окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина
0,015-0,025
спиртовой цинкдитиофосфат
0,6-1,6
остаточный компонент с кинематической вязкостью 15-20 мм<sup>2</sup>/с при 100°C
5,4-6,0
маловязкое дистиллятное масло с кинематической вязкостью 2-4 мм<sup>2</sup>/c при 100°C
остальное
(патент РФ №2232796, C 10 M 161/00 от 26.12.2002 г. - прототип).
Прототип обладает низким уровнем антиокислительных, противоизносных и антифрикционных свойств при применении в турбонаддувных бензиновых двигателях вследствие отсутствия синергизма действия спиртового цинкдитиофосфата как функционального антиоксиданта, одновременно обладающего противоизносносными свойствами, с концентратом смеси моно- и бис-алкилсукцинимидов в масле и модифицированным продуктом алкилирования фенола хлорпарафинами.
Технический результат изобретения - повышение эффективности моторного масла за счет улучшения его антиокислительных, противоизносных и антифрикционных свойств в условиях высокотемпературного каталитического окисления и низких температур применения без снижения моющих и противокоррозионных свойств масла. Кроме того, изобретение позволит расширить ассортимент универсальных всесезонных моторных масел, отвечающих требованиям классификационной марки М-4з/14Д.
2
2
12
24
Указанный технический результат достигается тем, что известное моторное масло, содержащее в качестве базового масла маловязкое дистиллятное масло с кинематической вязкостью 2-4 мм/с при 100°C в смеси с остаточным компонентом с кинематической вязкостью 15-20 мм/с при той же температуре в соотношении (12-15):1, моющие присадки, полиметакрилат марки «Д», полиметилсилоксан, загущающую присадку, антиокислительные присадки, диспергирующую присадку, депрессорную присадку, блок-сополимер окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина согласно изобретению в качестве моющих присадок масло содержит смесь кальциевой соли алкил(C-C)салициловой кислоты с щелочным числом 50-300 мг КОН/г с кальциевой солью сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г, имеющей соотношение радиуса твердого ядра карбоната кальция в одной соли к радиусу твердого ядра карбоната кальция в другой соли в диапазоне 0,15-0,35, в качестве загущающей присадки - спиртовой дивинил-бензол-изопрен с молекулярной массой 15000-25000, в качестве антиокислительных присадок - фенил-α-нафтиламин и диалкилдитиофосфат цинка в расчете на содержание фосфора в готовом масле 0,08-0,12, в качестве диспергирующей присадки - беззольный алкенированный или алкилированный сукцинимид, используемый в масле в количестве, соответствующем 0,1-3,0% азота, в качестве депрессорной присадки - продукт полимеризации эфиров метакриловой кислоты и смеси жирных первичных спиртов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
смесь кальциевой соли алкил(C<sub>12</sub>-C<sub>24</sub>)салициловой кислоты с щелочным числом 50-300 мг КОН/г с кальциевой солью сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г, имеющая соотношение радиуса твердого ядра карбоната кальция в одной соли к радиусу твердого ядра карбоната кальция в другой соли в диапазоне 0,15-0,35
3,0-7,0
полиметакрилат марки "Д"
1,5-2,5
полиметилсилоксан
0,003-0,005
спиртовой дивинилбензол-изопрен с молекулярной массой 15000-25000
1,75-2,25
фенил-α-нафтиламин
0,1-0,5
диалкилдитиофосфат цинка в расчете на содержание фосфора в готовом масле 0,08-0,12
0,5-2,5
беззольный алкенированный или алкилированный сукцинимид, используемый в масле в количестве, соответствующем 0,1-3,0% азота
2,0-4,0
продукт полимеризации эфиров метакриловой кислоты и смеси жирных первичных спиртов
0,1-1,0
блок-сополимер окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина
0,01-0,05
базовое масло: смесь маловязкого дистиллятного масла с кинематической вязкостью 2-4 мм<sup>2</sup>/с при 100°C с остаточным компонентом с кинематической вязкостью 15-20 мм<sup>2</sup>/с при той же температуре в соотношении (12-15):1
остальное,
а также тем, что согласно изобретению в качестве базового масла содержит
2
полиальфаолефиновое масло с кинематической вязкостью 3-5 мм/с при 100°C
2
или продукт гидрокаталитических процессов с кинематической вязкостью 3-6 мм/с при той же температуре, и тем, что в качестве моющих присадок содержит
смесь кальциевой соли алкилфенольного производного с кальциевой солью сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г.
Ниже приведена характеристика компонентов, входящих в состав предлагаемого масла.
12
24
Кальциевая соль алкил(C-C)салициловой кислоты с щелочным числом 50-300 мг КОН/г (щелочной алкилсалицилат кальция) вырабатывается промышленностью под товарными марками Детерсол-50 (со щелочным числом 50 мг КОН/г), Детерсол-140 (со щелочным числом 140 мг КОН/г), Детерсол-180 (со щелочным числом 180 мг КОН/г), Детерсол-300 (со щелочным числом 300 мг КОН/г) по ТУ 38.601.1-13-88, ТУ 0257-017-48120848-2000, ТУ 38.601-13-079-94, ТУ 38.601-13-073-92. Применяется как моющая присадка, является коллоидным раствором кальциевой соли алкилсалициловой кислоты и мелкодисперсного карбоната кальция в минеральном масле. Содержание кальциевой соли алкилсалициловой кислоты в масле-растворителе находится в пределах 25-30%, а карбоната кальция - 6-9%.
Кальциевая соль сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г (щелочной сульфонат кальция) вырабатывается промышленностью под товарными марками С-150 (ТУ 38.101685-84), КНД (ТУ 38.1011283-89) со щелочным числом не менее 120 мг КОН/г, К-312 (ТУ 0257-114-40065452-2000), С-300 (ТУ 38.101444-76) со щелочным числом не менее 300 мг КОН/г, К-313 (ТУ 0257-016-40065462-01) со щелочным числом 390-400 мг КОН/г. Применяется как моющая присадка и является коллоидной дисперсией карбоната кальция в минеральном масле, стабилизированной сульфонатом кальция. Массовая доля сульфоната кальция составляет не менее 28%.
Применение в составе масла смеси указанных зольных присадок не только повышает моющие свойства, но вследствие подбора в солях определенного соотношения радиуса твердого ядра карбоната кальция в заявляемом диапазоне еще и повышает антифрикционные свойства моторного масла.
12
16
Полиметакрилат марки «Д» вырабатывается промышленностью под товарной маркой ПМА «Д» по ТУ 6-01-270-94. Присадка предназначена для улучшения низкотемпературных свойств масел и повышения их вязкости, представляет собой полимер эфиров метакриловой кислоты и смеси первичных спиртов C-C нормального строения, условная молекулярная масса которого составляет 12000-17000.
Полиметилсилоксан вырабатывается промышленностью под товарной маркой ПМС-200А по ОСТ 6-02-20-79. Присадка применяется для улучшения антипенных свойств масел и представляет собой смесь полимеров метилсилоксанов линейной и цилиндрической структуры с молекулярной массой в пределах 2500-3500. Массовая доля кремния в присадке составляет 36-39%.
Спиртовой дивинилбензол-изопрен с молекулярной массой 15000-25000 вырабатывается промышленностью за рубежом под товарной маркой Shellvis-260 и импортируется. Применяется как загущающая присадка.
Фенил-α-нафтиламин вырабатывается промышленностью под товарной маркой «Неозон А» по ТУ 6-14-202-74. Присадка является ингибитором окисления на фенольной и аминной основе и применяется для улучшения антиокислительных свойств масел. Является твердым веществом с температурами плавления 62-63°C, кипения - 224°C при 12 мм рт.ст., хорошо растворимым в этаноле, диэтиловом эфире, бензоле и других углеводородных растворителях.
Диалкилдитиофосфат цинка в расчете на содержание фосфора в готовом масле 0,08-0,12 вырабатывается промышленностью под товарными марками ДФ-11, ДФБ, ВНИИ НП-354, А-22, А-23 по ТУ 38.401-58-314-2002. Присадка предназначена для улучшения антиокислительных, антикоррозионных и противоизносных свойств масел и в своем составе содержит цинка не менее 10 мас.%.
Беззольный алкенированный или алкилированный сукцинимид, используемый в масле в количестве, соответствующем 0,1-3,0% азота, вырабатывается промышленностью под товарными марками С-5АБ (ТУ 38. 401-58-130-95), К-51 (ТУ 38.401-58-383-2007), С-5А (ТУ 38.101146-77). Применяется в качестве диспергирующей присадки со щелочным числом не менее 20 мг КОН/г. Может являться масляным раствором модифицированного бором алкилсукцинимида.
Продукт полимеризации эфиров метакриловой кислоты и смеси жирных первичных спиртов вырабатывается промышленностью под товарными марками ПМА«Д»-110, К-110 по ТУ 0257-037-40065452-03. Применяется в маслах в качестве депрессорной присадки полиметакрилатного типа. Молекулярная масса полимера - от 2800 до 3200.
Блок-сополимер окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина вырабатывается промышленностью под товарной маркой Дипроксамин-157 по ТУ 6-14-614-76. Присадка применяется для улучшения деэмульгирующих и антиокислительных свойств масел. Массовая доля азота - 0,5-0,55%, массовая доля золы - не более 0,5%.
2
Маловязкое дистиллятное масло с кинематической вязкостью 2-4 мм/с при 100°C вырабатывается промышленностью под товарной маркой веретенное АУ по ТУ 38.301-29-71-94 и ТУ 38.1011232-89. Применяется в качестве компонента базовых масел. Представляет собой высокоочищенное нефтяное масло, полученное из малосернистых парафинистых нефтей глубокой селективной очисткой и депарафинизацией, с кислотным числом - 0,05-0,07 мг КОН/г, зольностью сульфатной - 0,005%, температурой вспышки - 165°C и температурой застывания не выше минус 45°C.
2
Остаточный компонент с кинематической вязкостью 15-20 мм/с при 100°C вырабатывается промышленностью под товарной маркой МС-20 по ТУ 38.101265-88. Применяется в качестве компонента базовых масел. Представляет собой продукт селективной очистки сернистых нефтей с температурой застывания - минус 15°C, температурой вспышки - не менее 258°C, цветом на колориметре ЦНТ - 50 ед.
2
Полиальфаолефиновое масло с кинематической вязкостью 3-5 мм/с при 100°C вырабатывается промышленностью под маркой ПАОМ-4 по ТУ 0253-004-54409843-2004. Применяется в качестве компонента базовых масел и представляет собой продукт олигомеризации высших альфаолефинов.
2
Продукт гидрокаталитических процессов с кинематической вязкостью 3-6 мм/с при 100°C вырабатывается промышленностью под маркой изопарафинового масла VHVI-4 по ТУ 0253-026-00148599-2002. Применяется в качестве компонента основы гидравлических и моторных масел.
Кальциевая соль алкилфенольного производного (щелочной алкилфенолят кальция) вырабатывается промышленностью под товарными марками ВНИИ НП-714 (ТУ 0257-007-11246224-96), ВНИИ НП-7120 (ТУ 0257-008-11246224-93), ВНИИ НП-715 (ТУ 38.401734-89). Применяется в качестве моющей присадки, получаемой карбонатацией сульфидалкилфенолята кальция. Представляет собой коллоидную дисперсию карбоната кальция, стабилизированную сульфидалкилфенолятом кальция. Смесь кальциевой соли алкилфенольного производного с кальциевой солью сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г для предлагаемого масла готовят в соотношении солей между собой (3-5):1.
2
2
Заявляемую композицию моторного масла готовят по следующей технологии. Базовое масло по п.1 формулы изобретения готовят введением в соотношении (12-15):1 в предварительно разогретое до 110-120°C маловязкое дистиллятное масло с кинематической вязкостью 2-4 мм/с при 100°C остаточного компонента с кинематической вязкостью 15-20 мм/с при той же температуре и перемешивают эти компоненты в течение 3,5-4 ч до получения однородной массы по всему объему емкости.
2
В базовое масло по п.1 формулы изобретения или взятое по п.2 формулы изобретения, предварительно разогретое до 110-120°C, при перемешивании последовательно вводят загуститель - спиртовой дивинилбензол-изопрен с молекулярной массой 15000-25000 до получения требуемой вязкости (12,5 мм/с при 100°C) и депрессорные присадки до получения требуемой температуры застывания (минус 45°C). Затем при температуре 70-90°C в поток или смесь вводят оставшиеся присадки. Порядок введения присадок в потоке: моющие, диспергирующие, антиокислительные, деэмульгатор и антипенная. Перемешивание осуществляют в течение 3,5-4 ч до получения однородной массы по всему объему емкости. Однородность полученного моторного масла определяют по показателям кинематической вязкости при 100°C и щелочного числа.
2
2
2
2
Для обоснования заявляемого качественного и количественного состава моторного масла были приготовлены 30 опытных образцов (табл.1-3). В табл.1 представлен компонентный состав приготовленных опытных образцов моторного масла с использованием в качестве моющих присадок, взятых по п.1 и п.3 формулы изобретения, а в качестве базового масла - смеси маловязкого дистиллятного масла с кинематической вязкостью 2-4 мм/с при 100°C с остаточным компонентом с кинематической вязкостью 15-20 мм/c при той же температуре. В табл.2 представлен компонентный состав приготовленных опытных образцов моторного масла с использованием в качестве моющих присадок, взятых по п.1 и п.3 формулы изобретения, а в качестве базового масла - полиальфаолефинового масла с кинематической вязкостью 3-5 мм/с при 100°C, а в табл.3 - компонентный состав приготовленных опытных образцов моторного масла с использованием в качестве моющих присадок, взятых по п.1 и п.3 формулы изобретения, а в качестве базового масла - продукта гидрокаталитических процессов с кинематической вязкостью 3-6 мм/с при 100°C.
Приготовленные опытные образцы моторного масла прошли лабораторные испытания с оценкой их физико-химических свойств (табл.4-6). Определение физико-химических свойств проводили в соответствии со стандартизированными методиками: вязкость кинематическую при 100°C определяли по ГОСТ 33, индекс вязкости - по ГОСТ 24371, температуру застывания - по ГОСТ 20287, температуру вспышки в открытом тигле - по ГОСТ 4333, вязкость динамическую при температуре минус 25°C - по ASTM D 5293, вязкость динамическую при температуре минус 30°C - по ASTM D 4684, щелочное число - по ГОСТ 11362, зольность сульфатную - по ГОСТ 12417, коррозионность - по ГОСТ 20502. Антиокислительные свойства масла оценивали по показателю стабильности по индукционному периоду осадкообразования по ГОСТ 11063, а по приросту вязкости - на установке ИКМ-40 по ГОСТ 20457; противоизносные свойства - на четырехшариковой машине трения по ГОСТ 9490; антифрикционные свойства - на вибротрибометре CETR UMT-3.
Эффективность физико-химических свойств предлагаемого моторного масла по значениям показателей, полученным в результате проведенных лабораторных испытаний приготовленных опытных образцов, оценивали в сравнении со значениями аналогичных показателей для масла-прототипа (табл.4-6, столбец 14). Из результатов лабораторных испытаний, представленных в таблицах 4-6, видно, что количественный состав компонентов предлагаемого моторного масла отвечает эксплуатационным требованиям в соответствии с пределами, приведенными в формуле изобретения. А именно это образцы №№2-4, 7-9, 12-14, 17-19, 22-24, 27-29 в заявленных пределах по составу соответствуют требованиям, предъявляемым к маслам класса вязкости 4з/14. Кроме того, по противоизносным и антифрикционным свойствам (пункты 11 и 12 таблиц 4-6) образцы №№2-4, 7-9, 12-14, 17-19, 22-24, 27-29 превосходят масло-прототип.
12
24
Улучшение противоизносных и антифрикционных свойств предлагаемого моторного масла достигнуто в процессе исследования влияния соотношения радиуса твердого ядра карбоната кальция в смеси моющих присадок в маслах. Степень влияния соотношения радиуса твердого ядра карбоната кальция в диапазоне 0,15-0,35 в смеси кальциевой соли алкил(C-C) салициловой кислоты с щелочным числом 50-300 мг КОН/г с кальциевой солью сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г определяли в сопоставлении с маслом-прототипом путем испытаний опытных образцов масел на вибротрибометре (табл.7): чем меньше значение диаметра пятна износа и коэффициента трения, тем лучше соответстввенно противоизносные и антифрикционные свойства масла. Как видно из данных табл.7, заявляемый диапазон соотношения радиуса твердого ядра карбоната кальция в солях моющих присадок способствует улучшению противоизносных и антифрикционных свойств масла в сравнении с маслом-прототипом.
Для подтверждения соответствия заявляемой композиции моторного масла требованиям эксплуатационной группы «Д» образцы №№4, 8, 12, 18, 23, 28 и масло-прототип прошли испытания на моторных установках. В табл.8 представлены результаты оценки антиокислительных и противокоррозионных свойств этих образцов на установке ИКМ-40 по методу ГОСТ 20457, а в табл.9 - результаты оценки моющих, противоизносных и противокоррозионных свойств на установке ИМ-1 по методу ГОСТ 20303.
Результаты испытаний показали, что предлагаемый образец масла (образцы №№4, 8, 12, 18, 23, 28) превосходит масло-прототип по антиокислительным (пункт 1 табл.8) и противоизносным свойствам (пункты 7,8 табл.9) и не только сохраняет уровень, но и превосходит его по антикоррозионным (пункт 2 табл.8) и моющим свойствам (пункты 4,5 табл.9).
12
24
2
2
Заявленная совокупность признаков (качественный и количественный состав компонентов в моторном масле) позволяет сделать вывод, что предлагаемый состав масла значительно отличается от известного заменой новыми компонентами, а именно смесью кальциевой соли алкил(C-C)салициловой кислоты с щелочным числом 50-300 мг КОН/г с кальциевой солью сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г, имеющей соотношение радиуса твердого ядра карбоната кальция в одной соли к радиусу твердого ядра карбоната кальция в другой соли в диапазоне 0,15-0,35, спиртовым дивинилбензолом-изопреном с молекулярной массой 15000-25000, фенил-α-нафтиламином, диалкилдитиофосфатом цинка в расчете на содержание фосфора в готовом масле 0,08-0,12, беззольным алкенированным или алкилированным сукцинимидом, используемым в масле количестве, соответствующем 0,1-3,0% азота, продуктом полимеризации эфиров метакриловой кислоты и смеси жирных первичных спиртов, полиальфаолефиновым маслом с кинематической вязкостью 3-5 мм/с при 100°C или продуктом гидрокаталитических процессов с кинематической вязкостью 3-6 мм/с при 100°C, смесью кальциевой соли алкилфенольного производного с кальциевой солью сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г. Кроме того, известные компоненты применяются в ином процентном соотношении.
Эксплуатационные свойства предлагаемого масла улучшены за счет подбора эффективного сочетания ингибиторов окисления, дающего сверхсуммарный эффект, и соотношения радиуса твердого карбонатного ядра в моющих присадках (щелочных алкилсалицилате и сульфонате кальция) в заявленном диапазоне.
Применение изобретения позволит расширить ассортимент универсальных всесезонных моторных масел для высокофорсированных бензиновых двигателей и турбонаддувных дизелей с улучшенными антиокислительными, противоизносными и антифрикционными свойствами в условиях высокотемпературного окисления и низких (до минус 45°C) температур применения масла без снижения его моющих и противокоррозионных свойств.
Таблица 1
Состав образцов предлагаемой композиции моторного масла
№№ п/п
Наименование компонентов
Содержание, мас.%
Обр. №1
Обр. №2
Обр. №3
Обр. №4
Обр. №5
Обр. №6
Обр. №7
Обр. №8
Обр. №9
Обр. №10
1.
Смесь кальциевой соли алкил(C<sub>12</sub>-C<sub>24</sub>)салициловой кислоты с щелочным числом 50-300 мг КОН/г с кальциевой солью сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г, имеющая соотношение радиуса твердого ядра карбоната кальция в одной соли к радиусу твердого ядра карбоната кальция в другой соли в диапазоне 0,15-0,35
2,9
3,0
4,9
7,0
7,1
-
-
-
-
-
2.
Смесь кальциевой соли алкилфенольного производного с кальциевой солью сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г
-
-
-
-
-
2,9
3,0
4,9
7,0
7,1
3.
Полиметакрилат марки "Д"
1,4
1,5
2,0
2,5
2,6
1,4
1,5
2,0
2,5
2,6
4.
Полиметилсилоксан
0,002
0,003
0,0045
0,005
0,006
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
5.
Спиртовой дивинилбензол-изопрен с молекулярной массой 15000-25000
1,74
1,75
2,00
2,25
2,26
1,74
1,75
2,00
2,25
2,26
6.
Фенил-α-нафтиламин
0,09
0,10
0,30
0,50
0,51
0,09
0,10
0,30
0,50
0,51
7.
Диалкилдитиофосфат цинка в расчете на содержание фосфора в готовом масле 0,08-0,12
0,40
0,50
1,05
2,50
2,60
0,40
0,50
1,05
2,50
2,60
8.
Беззольный алкенированнын или алкилированный сукцинимид, используемый в масле количестве, соответствующем 0,1-3,0% азота
1,9
2,0
3,6
4,0
4,1
1,9
2,0
3,6
4,0
4,1
9.
Продукт полимеризации эфиров метакриловой кислоты и смеси жирных первичных спиртов
0,09
0,10
0,40
1,00
1,10
0.09
0,10
0,40
1,00
1,10
10.
Блок-сополимер окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина
0,009
0,010
0.020
0,050
0,051
0,009
0,010
0,020
0,050
0,051
11.
Смесь маловязкого дистиллятного масла с кинематической вязкостью 2-4 мм<sup>2</sup>/с при 100°C с остаточным компонентом с кинематической вязкостью 15-20 мм<sup>2</sup>/с при той же температуре в соотношении (12-15):1
91,47
91,04
85,73
80,19
79,67
91,47
91,04
85,73
80,19
79,67
Таблица 2
Состав образцов предлагаемой композиции моторного масла
№№ п/п
Наименование компонентов
Содержание, мас.%
Обр. №11
Обр. №12
Обр. №13
Обр. №14
Обр. №15
Обр. №16
Обр. №17
Обр. №18
Обр. №19
Обр. №20
1.
Смесь кальциевой соли алкил(C<sub>12</sub>-C<sub>24</sub>)салициловой кислоты с щелочным числом 50-300 мг КОН/г с кальциевой солью сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г, имеющая соотношение радиуса твердого ядра карбоната кальция в одной соли к радиусу твердого ядра карбоната кальция в другой соли в диапазоне 0,15-0,35
2,9
3,0
4,9
7,0
7,1
-
-
-
-
-
2.
Смесь кальциевой соли алкилфенольного производного с кальциевой солью сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г
-
-
-
-
-
2,9
3,0
4,9
7,0
7,1
3.
Полиметакрилат марки "Д"
1,4
1,5
2,0
2,5
2,6
1,4
1,5
2,0
2,5
2,6
4.
Полиметилсилоксан
0,002
0,003
0,0045
0,005
0,006
0,002
0,003
0,004
0.005
0,006
5.
Спиртовой дивинилбензол-изопрен с молекулярной массой 15000-25000
1,74
1,75
2,00
2,25
2,26
1,74
1,75
2,00
2,25
2,26
6.
Фенил-α-нафтиламин
0,09
0,10
0,30
0,50
0,51
0,09
0,10
0,30
0,50
0,51
7.
Диалкилдитиофосфат цинка в расчете на содержание фосфора в готовом масле 0,08-0,12
0,40
0,50
1,05
2,50
2,60
0,40
0,50
1,05
2,50
2,60
8.
Беззольный алкенированный или алкилированный сукцинимид, используемый в масле количестве, соответствующем 0,1-3,0% азота
1,9
2,0
3,6
4,0
4,1
1,9
2,0
3,6
4,0
4,1
9.
Продукт полимеризации эфиров метакриловой кислоты и смеси жирных первичных спиртов
0,09
0,10
0,40
1,00
1,10
0,09
0,10
0,40
1,00
1,10
10.
Блок-сополимер окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина
0,014
0,015
0,020
0,025
0,026
0,014
0,015
0,020
0,025
0,026
11.
Полиальфаолефиновое масло с кинематической вязкостью 3-5 мм<sup>2</sup>/с при 100°C
91,47
91,04
85,73
80,19
79,67
91,47
91,04
85,73
80,19
79,67
Таблица 3
Состав образцов предлагаемой композиции моторного масла
№№ п/п
Наименование компонентов
Содержание, мас.%
Обр. №21
Обр. №22
Обр. №23
Обр. №24
Обр. №25
Обр. №26
Обр. №27
Обр. №28
Обр. №29
Обр. №30
1.
Смесь кальциевой соли алкил(C<sub>12</sub>-С<sub>24</sub>)салициловой кислоты с щелочным числом 50-300 мг КОН/г с кальциевой солью сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г, имеющая соотношение радиуса твердого ядра карбоната кальция в одной соли к радиусу твердого ядра карбоната кальция в другой соли в диапазоне 0,15-0,35
2,9
3,0
4,9
7,0
7,1
-
-
-
-
-
2.
Смесь кальциевой соли алкилфенольного производного с кальциевой солью сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г
-
-
-
-
-
2,9
3,0
4,9
7,0
7,1
3.
Полиметакрилат марки "Д"
1,4
1,5
2,0
2,5
2,6
1,4
1,5
2,0
2,5
2,6
4.
Полиметилсилоксан
0,002
0,003
0,0045
0,005
0,006
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
5.
Спиртовой дивинилбензол-изопрен с молекулярной массой 15000-25000
1,74
1,75
2,00
2,25
2,26
1,74
1,75
2,00
2,25
2,26
6.
Фенил-α-нафтиламин
0,09
0,10
0,30
0,50
0,51
0,09
0,10
0,30
0,50
0,51
7.
Диалкилдитиофосфат цинка в расчете на содержание фосфора в готовом масле 0,08-0,12
0,40
0,50
1,05
2,50
2,60
0,40
0,50
1,05
2,50
2,60
8.
Беззольный алкенированный или алкилированный сукцинимид, используемый в масле количестве, соответствующем 0,1-3,0% азота
1,9
2,0
3,6
4,0
4,1
1,9
2,0
3,6
4,0
4,1
9.
Продукт полимеризации эфиров метакриловой кислоты и смеси жирных первичных спиртов
0,09
0,10
0,40
1,00
1,10
0,09
0,10
0,40
1,00
1,10
10.
Блок-сополимер окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина
0,014
0,015
0,020
0,025
0,026
0,014
0,015
0,020
0,025
0,026
11.
Продукт гидрокаталитических процессов с кинематической вязкостью 3-6 мм<sup>2</sup>/с при 100°C
91,47
91,04
85,73
80,19
79,67
91,47
91,04
85,73
80,19
79,67
Таблица 4
Результаты испытания образцов масла и масла-прототипа
№ п/п
Наименование показателей
Норма на показатель
Обр. №1
Обр. №2
Обр. №3
Обр. №4
Обр. №5
Обр. №6
Обр. №7
Обр. №8
Обр. №9
Обр. №10
Масло-прототип
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1.
Вязкость кинематическая при 100°C, мм<sup>2</sup>/c
12.5-14,5
13,15
13,5
14,0
14,4
15,2
13,10
13,2
14,0
14,3
15,0
14,25
2.
Индекс вязкости
не менее 120
148
146
144
142
135
147
145
144
141
138
140
3.
Температура застывания, °C
не выше минус 45
-53
-50
-48
-45
-41
-52
-51
-48
-46
-41
-48
4.
Температура вспышки в открытом тигле, °C
не ниже 190
175
190
192
194
195
177
191
193
194
196
190
5.
Вязкость динамическая при температуре минус 25°C, мПа·с
не более 7000
3900
5100
5400
5700
6350
3920
5150
5500
5900
6150
5600
6.
Вязкость динамическая при температуре минус 30°C, мПа·с
не более 60000
23200
25100
25300
27200
29000
23100
25300
25200
27400
29200
28400
7.
Щелочное число, мг КОН/г
не менее 8,5
6,8
9,1
9,5
10,9
12,3
6,9
9,2
9,6
10,8
12,1
9.3
8.
Зольность сульфатная, %
не более 1,8
1,07
1,10
1,23
1,50
1,84
1,05
1,11
1,29
1,40
1,64
1,25
9.
Коррозионность на пластинах из свинца, г/мм<sup>2</sup>
Отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
10.
Стабильность по ИПО в течение 50 ч.: прирост вязкости масла при 100°C, %
не норм.
68
70
72
78
82
66
71
74
79
80
67
11
Показатель износа на ЧМТ-1, мм
не норм.
0,38
0,38
0,36
0,37
0,46
0,36
0,37
0,38
0,39
0.44
0,39
12
Коэффициент трения на вибротрибометре CETR UMT-3
не норм.
0,18
0,16
0,14
0,15
0,17
0,19
0,17
0,16
0,15
0,17
0,17
Таблица 5
Результаты испытания образцов масла и масла-прототипа
№ п/п
Наименование показателей
Норма на показатель
Обр. №11
Обр. №12
Обр. №13
Обр. №14
Обр. №15
Обр. №16
Обр. №17
Обр. №18
Обр. №19
Обр. №20
Масло-прототип
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1.
Вязкость кинематическая при 100°C, мм<sup>2</sup>/с
12,5-14,5
13,04
13,35
14,20
14,34
15,23
13,12
13,21
14,25
14,36
15,08
14,25
2.
Индекс вязкости
не менее 120
151
148
146
143
137
153
147
146
141
140
140
3.
Температура застывания, °C
не выше минус 45
-52
-51
-47
-46
-43
-53
-52
-49
-47
-44
-48
4.
Температура вспышки в открытом тигле, °C
не ниже 190
225
220
212
204
202
220
218
214
208
204
190
5.
Вязкость динамическая при температуре минус 25°C, мПа·с
не более 7000
4100
4700
4950
5200
5350
4150
4600
4850
5100
5250
5600
6.
Вязкость динамическая при температуре минус 30°C, мПа·с
не более 60000
21200
23200
24650
26200
28200
22200
23800
23350
25200
27400
28400
7.
Щелочное число, мг КОН/г
не менее 8,5
6,8
9,1
9,5
10,9
12,3
6,9
9,2
9,6
10,8
12,1
9,3
8.
Зольность сульфатная, %
не более 1,8
1,07
1,10
1,23
1,50
1,84
1,05
1,11
1,29
1,40
1,64
1,25
9.
Коррозионность на пластинах из свинца, г/мм<sup>2</sup>
Отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
10.
Стабильность по ИПО в течение 50 ч.: прирост вязкости масла при 100°C, %
не норм.
52
54
57
61
63
51
55
56
59
61
67
11
Показатель износа на ЧМТ-1, мм
не норм.
0,40
0,41
0,38
0,37
0,40
0,42
0,43
0,38
0,37
0,37
0,39
12
Коэффициент трения на вибротрибометре CETR UMT-3
не норм.
0,19
0,17
0,16
0,15
0,15
0,18
0,17
0,17
0,16
0,15
0,17
Таблица 6
Результаты испытания образцов масла и масла-прототипа
№ п/п
Наименование показателей
Норма на показатель
Обр. №21
Обр. №22
Обр. №23
Обр. №24
Обр. №25
Обр. №26
Обр. №27
Обр. №28
Обр. №29
Обр. №30
Масло-прототип
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1.
Вязкость кинематическая при 100°C, мм<sup>2</sup>/c
12,5-14,5
13,00
13,25
14,10
14,25
15,32
13,08
13,11
14,12
14,33
15,18
14,25
2.
Индекс вязкости
не менее 120
160
155
152
149
147
163
157
155
151
148
140
3.
Температура застывания, °C
не выше минус 45
-50
-49
-48
-48
-47
-53
-51
-50
-49
-46
-48
4.
Температура вспышки в открытом тигле, °C
не ниже 190
215
210
206
204
200
218
214
211
208
206
190
5.
Вязкость динамическая при температуре минус 25°C, мПа·с
не более 7000
4350
4700
4850
5300
5550
4150
4600
4850
5100
5950
5600
6.
Вязкость динамическая при температуре минус 30°C, мПа·с
не более 60000
21200
23200
25650
28200
32400
22200
23400
26650
28100
31600
28400
7.
Щелочное число, мг КОН/г
не менее 8,5
6,8
9,1
9,5
10,9
12,3
6,9
9.2
9,6
10,8
12.1
9,3
8.
Зольность сульфатная, %
не более 1,8
1,07
1,10
1,23
1,50
1,84
1,05
1,11
1.29
1.40
1,64
1,25
9.
Коррозионность на пластинах из свинца, г/мм<sup>2</sup>
Отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
отс.
10.
Стабильность по ИПО в течение 50 ч.: прирост вязкости масла при 100°C, %
не норм.
56
58
61
63
66
55
57
60
64
67
67
11
Показатель износа на ЧМТ-1, мм
не норм.
0,41
0,40
0,38
0,38
0,39
0,42
0,41
0,39
0,38
0,37
0,39
12
Коэффициент трения на вибротрибометре CETR UMT-3
не норм.
0,18
0,16
0,15
0,15
0,14
0,18
0,17
0,16
0,15
0,15
0,17
Таблица 7
Влияние соотношения радиуса твердого ядра карбоната кальция в солях моющих присадок* на антифрикционные и противоизносные свойства масла, их содержащих, при испытании на вибротрибометре CETR UMT-3
Наименование показателей
Значения показателей при соотношении радиуса ядра
0,14
0,15
0,25
0,35
0,36
0,38 (измерено в масле-прототипе)
Коэффициент трения
0,19
0,16
0,14
0,15
0,21
0,23
Диаметр пятна износа, мм
0,56
0,44
0,39
0,41
0,49
0,51
<sup>*</sup> Смесь кальциевой соли алкил(C<sub>12</sub>-C<sub>24</sub>)салициловой кислоты с щелочным числом 50-300 мг КОН/г с кальциевой солью сульфонатного производного с щелочным числом 120-400 мг КОН/г, имеющая в солях соотношение радиуса твердого ядра карбоната кальция в диапазоне 0,15 -0,35.
Таблица 8
Результаты испытаний на установке ИКМ-40
Наименование показателей
Норма по методу для группы "Д"
Результаты испытаний
предлагаемое масло
масло-прототип
Обр. №4
Обр. №8
Обр. №12
Обр. №18
Обр. №23
Обр. №28
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1. Оценка антиокислительных свойств: прирост вязкости, %
не более 50
21
24
26
22
23
25
27
2. Потеря массы комплекта шатунных вкладышей, мг
не более 25
22
22
20
19
21
20
23
Таблица 9
Результаты испытаний масел на установке ИМ-1
№№ п/п
Наименование показателей
Норма для масел группы «Д», не более
Результаты испытаний
предлагаемое масло
масло-прототип
образец №4
образец №8
образец №12
образец №18
образец №23
образец №28
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
Подвижность компрессионных колец, балл
0
0
0
0
0
0
0
0
2
Загрязненность всех поршневых канавок, балл
9,0
6,9
6,8
6,8
6,9
6,8
6,6
7,0
- в том числе первой, балл
5,0
4,5
4,3
4,2
4,6
4,7
4,0
5,0
3
Загрязненность юбки поршня, балл
1,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
4
Суммарная загрязненность наружной поверхности поршня, балл
10,5
7,4
7,3
7,3
7,4
7,3
7,1
7,5
5
Загрязненность внутренней поверхности поршня, балл
7,0
6,2
6,3
6,1
6,2
6,4
6,2
6,3
6
Общая загрязненность поршня, балл
17,5
13,6
13,6
13,4
13,6
13,7
13,3
13,8
7
Износ комплекта поршневых колец, мг
1200
1150
1180
1165
1195
1174
1166
1200
8
Износ комплекта вкладышей, мг
150
90
110
105
124
113
126
140
9
Видимая коррозия (оценка визуальная)
отсутствие
отсутствие
отсутствие
отсутствие
отсутствие
отсутствие
отсутствие
отсутствие