ПЛАСТИЧНАЯ СМАЗКА
PLASTIC LUBRICANT

Изобретение относится к смазочным материалам, в частности к антифрикционным пластичным смазкам, и может быть использовано в качестве технологической смазки для узлов трения машин и механизмов, работающих в условиях высоких нагрузок и контакта с водой.
Известна пластичная смазка для тяжелонагруженных узлов трения качения (пат. РФ №2529461), содержащая комплексное кальциевое мыло стеариновой и уксусной кислот, созданное на основе стеариновой кислоты, уксусной кислоты и гидрата окиси кальция, графит мелкодисперсный, фенил-альфа-нафтиламин, ионол, с примененным в качестве синтетического углеводородного масла полиальфаолефинового масла при следующем соотношении компонентов в массовых долях: кислота стеариновая 7,0-16,0%; кислота уксусная 2,0-4,0%; гидрат окиси кальция 5,0-10,0%; графит мелкодисперсный 7,0-15,0%; фенил-альфа-нафтиламин 0,1-0,5%; ионол 0,3%; полиальфаолефиновое масло с вязкостью 23-28 сСт (при 100°С) 12,0-19,9%; сложный эфир пентаэритритового спирта и синтетических жирных кислот фракции С5-С9 - остальное.
Недостатком известной смазочной композиции является малый ресурс в тяжелонагруженных узлах трения, а также узлах трения, работающих в условиях повышенной влажности и контакта с водой, по причине ее низких антифрикционных и противозадирных свойств и высокой гигроскопичности, в том числе из-за наличия графита в составе, ввиду того, что при высоких контактных нагрузках слоистая структура графита измельчается и не способна создать на  поверхности трения плотный защитный адсорбционный слой. Графит способен впитывать влагу, что в сочетании с гидратом окиси кальция способствует ее накоплению и, как следствие, вымыванию из тяжелонагруженного узла трения.
Наиболее близкой является известная пластичная смазка, на основе минерального или синтетического масла и комплексного кальциевого мыла стеариновой и уксусной кислот, дополнительно содержащая глицерин и пропиленгликоль - 1,2 при следующем содержании компонентов, мас. %:
комплексное кальциевое мыло стеариновой
и уксусной кислот
4,5-15
глицерин
5-15
пропиленгликоль-1,2
20-50
минеральное или синтетическое масло
до 100
(Авторское свидетельство СССР №722233)
Недостатком этой пластичной смазки являются ее низкие антифрикционные и противозадирные свойства в условиях работы в тяжелонагруженных узлах трения (например, в подшипниковых узлах) машин и механизмов, в условиях эксплуатации при повышенной влажности или контакте с водой, а следовательно, низкий ресурс эксплуатации узла трения из-за развития коррозии, которой способствует глицерин, поглощающий воду из окружающей среды в больших количествах.
Техническая задача: увеличение ресурса работы узлов пар трения при высоких нагрузках и контакте с водой.
Техническим результатом изобретения является обеспечение высоких антифрикционных свойств смазки в условиях работы в тяжелонагруженных узлах трения машин и механизмов, в условиях повышенной влажности или контакта с водой.
Указанная задача решается тем, что пластичная смазка, содержащая минеральное масло, комплексное кальциевое мыло стеариновой и уксусной кислот, согласно изобретению, дополнительно содержит: полипарафенилен-терефталамид, диалкилдитиофосфат цинка при следующем содержании компонентов, мас. %:
комплексное кальциевое мыло стеариновой
и уксусной кислот
15-25
полипарафенилен-терефталамид
1,2-3,5
диалкилдитиофосфат цинка
0,1-2,5
минеральное масло
остальное
В качестве основы пластичной смазки, например, может быть использовано минеральное масло марки И-40 (по ГОСТ 20799-88). Кроме того, возможно использование масла минерального индустриального отработанного, группы МИО по ГОСТ 21046-2015, являющегося отходом производства, повторное применение которого будет способствовать улучшению экологии.
Комплексное кальциевое мыло стеариновой и уксусной кислот в пластичной смазке является загустителем [Чичинадзе А.В., Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А.В. Чичинадзе, Э.М. Берлинер, Э.Д. Браун и др.; под общ. Ред. А.В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение, 2003.- 576с. С. 412].
Диалкилдитиофосфат цинка, например марки ДФ-11, используют в соответствии с ТУ 38.5901254-90. Он наряду с улучшением противоизносных свойств масла эффективно ингибирует коррозию, т.е. улучшает антикоррозионные и антиокислительные свойства смазки.
Введение в смазку полипарафенилен-терефталамида, обладающего улучшенными характеристиками в сравнении с остальными антифрикционными и противозадирными присадками, придает узлам трения стойкость по отношению к абразивным и режущим воздействиям. Его введение снижает износ пар трения, увеличивает ресурс работы узлов пар трения при высоких нагрузках и при контакте с водой, сокращает расход смазочного материала (пластичной смазки) (М.С. Дориомедов, Рынок арамидного волокна: виды, свойства, применение // Электронный научный журнал «Труды ВИАМ» -2020 - №11 DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-11-48-59).
Полипарафенилен-терефталамид (пара-арамидное волокно) в сочетании с загустителем - комплексным кальциевым мылом стеариновой и уксусной кислот, маслом минеральным, диалкилдитиофосфатом цинка проявляет высокие антифрикционные и противозадирные характеристики, способствует улучшению реологических свойств пластичной смазки, обладает повышенной стойкостью к вымыванию водой при эксплуатации в условиях повышенной влажности и контакта с водой.
Полипарафенилен-терефталамид за счет двойных межатомных связей способен улучшить стойкость пластичной смазки к вымыванию водой, улучшить адгезию к поверхностям трения и снизить газопроницаемость. Улучшение адгезионных свойств пластичной смазки, положительно влияет на антифрикционные свойства смазки и стойкость к вымыванию водой.
Смазка, содержащая полипарафенилен-терефталамид, представляет собой однородное мазеобразное вещество от светло- до темно-коричневого цвета с рабочим диапазоном температур смазки от -30°C до +180°C. Массовая доля воды в смазке составляет не более 0,1%, а массовая доля механических примесей - не более 0,05%. В таблице 1 приведены примеры рецептур составов смазок.
Таблица 1 Составы образцов пластичной смазки
Компонент
Варианты составов образцов новой смазки для определения свойств, %
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
Комплексное кальциевое мыло стеариновой и уксусной кислот
15,0
17,5
20,0
22,5
25,0
4,5
15,0
Диалкилдитиофосфат цинка
0,1
0,7
1,3
1,9
2,5
-
-
Полипарафенилен-терефталамид
1,2
1,8
2,35
2,9
3,5
-
-
Масло минеральное
80,4
70,05
72,35
68,36
64,32
42,41
37,78
Глицерин
-
-
-
-
-
10,68
9,44
Пропиленгликоль-1,2
-
-
-
-
-
42,41
37,78
Составы образцов заявляемой смазки испытаны стандартными методами и сравнены с составом пластичной смазки - прототипом.
Результаты испытаний композиций заявляемой пластичной смазки в сравнении с прототипом приведены в таблице 2.
Таблица 2 Свойства испытанных составов пластичных смазок
Наименование показателя
Варианты составов заявляемой смазки
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
Пенетрация при 25°С по ГОСТ 5346-78, единиц
190
195
200
210
220
325
330
Температура каплепадения по ГОСТ 32394-2013, °С
230
236
241
245
250
200
205
Коррозионное воздействие на металлы по ГОСТ 2917-76
выдерживает
выдерживает
выдерживает
выдерживает
выдерживает
выдерживает
выдерживает
Массовая доля свободной щелочи в пересчете на NaOH, %, по ГОСТ 6707
0,06
0,06
0,8
0,08
0,06
0,12
0,11
Нагрузка сваривания (P<sub>c</sub>), кгс
184
193
194
198
204
162
171
Критическая нагрузка (Р<sub>к)</sub>, кгс
91
95
103
126
128
85
89
Индекс задира (Из), кгс
71
74
76
79
80
43
49
Потеря массы за счет вымывания водой по ГОСТ ISO 11009-2013
25
28
18
24
21
39
37
Коллоидная стабильность ГОСТ 7142-74, %
7,3
7,5
7,6
7,8
8,0
7,3
7,5
Эффективная вязкость по ГОСТ 7163-84, Па⋅с
1920
1883
1971
2020
2180
1300
1500
По результатам испытаний (табл.2) можно сделать следующие выводы:
Пенетрация, характеризующая степень густоты смазки при 25°С, определяющая возможность замерзания смазки в зимний период, составила от 190 до 220 единиц в сравнении с прототипом.
Температура каплепадения - определялась в соответствии с ГОСТ 32394-2013 и составила от 230 до 250°С.
Коррозионное воздействие на металлы, определенное в соответствии с испытаниями, проведенными по ГОСТ 2917-76, выдерживает.
Массовая доля свободной щелочи в пересчете на NaOH, %, характеризующая структуру пластичной смазки и ее эксплуатационные свойства, определялась испытаниями, проведенными по ГОСТ 6707-76.
Смазывающие свойства пластичной смазки определялись на четырехшариковой машине трения:
c
нагрузка сваривания (P) по ГОСТ 9490-75составила от 184 до 204 кгс;
к
критическая нагрузка (Р) по ГОСТ 9490-75 - от 91 до 128 кгс;
индекс задира - от 71 до 80 кгс.
Стойкость к вымыванию водой определялась в соответствии с испытаниями, проведенными по ГОСТ ISO 11009-2013. Потеря массы за счет вымывания водой составила: от 18 до 28%.
Коллоидная стабильность выделившегося масла - определялась испытаниями проведенными по ГОСТ 7142-74 и составила от 7,3 до 8,0%.
Эффективная вязкость, количественно характеризующая течение смазочного материала после приложения усилия и зависящая от скорости его деформации, определялась испытаниями, проведенными по ГОСТ 7163-84, и составила от 1883 до 2180 Па⋅с.
Данные таблицы 2 показывают, что предложенный состав пластичной смазки при заявленном соотношении компонентов обеспечивает высокий комплекс физико-химических свойств в сравнении с прототипом по коллоидной стабильности, температуре каплепадения, а главное, по триботехническим характеристикам (нагрузка сваривания, критическая нагрузка, индекс задира) и стойкости к вымыванию водой.
Заявленная совокупность существенных признаков предлагаемого состава ранее не была известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».
Таким образом, за счет введения в состав пластичной смазки полипарафенилен-терефталамида, обладающего улучшенными характеристиками по сравнению с известными присадками, за счет особенностей строения микроструктуры, в сочетании с другими компонентами смазки способен улучшить стойкость пластичной смазки к вымыванию водой, улучшить адгезию к поверхностям трения и снизить газопроницаемость смазки, что позволит увеличить ресурс работы узлов пар трения при высоких нагрузках и контакте с водой.