ПЛАСТИЧНАЯ СМАЗКА
GREASE

Изобретение относится к пластичным смазкам, в частности к пластичным смазкам, предназначенным для смазывания узлов трения машин и механизмов, работающих в условиях высоких нагрузок и скоростей скольжения.
Основным назначением смазывания является разделение движущихся относительно друг друга твердых поверхностей с целью сведения к минимуму трения и износа. Наиболее часто применяемыми материалами для этой цели являются масла и смазки. Выбор смазки определяется большей частью конкретным применением.
Пластичные смазки в основном состоят из жидкого смазывающего вещества, например масла, загустителей и различных присадок. Базовое масло может быть как естественного, так и искусственного происхождения. Консистентные смазки предпочтительно содержат от 5 до 20 вес.% загустителя.
Одними из основных загустителей, используемых в пластичных смазках, являются литиевые мыла предпочтительно стеариновой и 12-гидрооксистеариновой кислот и соединения мочевины, которые содержат в своей молекулярной структуре функциональную группу мочевины (-NHCONH-). Эти соединения, как правило, включают моно-, ди- или полисоединения мочевины.
С целью придания смазкам определенных свойств (противоизносных, противозадирных, антиокислительных, противокоррозионных и др.) в пластичные смазки могут быть включены различные присадки в количествах, обычно используемых в этой области применения.
6
18
6
18
6
18
10
16
10
16
Известны смазочные композиционные материалы для тяжелонагруженных узлов трения, которые состоят из смазочной основы и функционального наполнителя - смесь наночастиц алмаза и графита (заявка WO 93/01261 (PCT/RU 91/00134)) и неионогенное поверхностно-активное вещество в виде раздельно взятых или в сочетании: амин синтетической жирной кислоты (C-C), амид синтетической жирной кислоты (C-C), сложный эфир синтетической жирной кислоты (C-C), эфир высшего первичного спирта (C-C), синтетическую жирную кислоту (C-C), которые создают на поверхностях трения тонкую экранирующую пленку, предотвращающую износ и уменьшающую силу трения между контактирующими деталями.
f
1
f
1
2
3
Наиболее близким к предлагаемому является смазочный композиционный материал, содержащий дисперсную присадку, в котором в качестве смазочной основы использованы нефтяные и синтетические масла, загуститель, отличающийся тем, что в качестве дисперсной присадки используют продукт, представляющий собой нанодисперсные частицы, модифицированные фторсодержащим олигомером с молекулярной массой 2000-5000 ед. и общей формулой R-R, где R - фторсодержащий радикал, R - концевая функциональная группа -OH; -NH; -COOH; -CF, при соотношении нанодисперсные частицы:олигомер = 100:1-1:100, при следующем соотношении компонентов, мас.%: дисперсная присадка 0,1-22, смазочная основа - остальное до 100 [Патент RU №2248389, МПК C10M 161/00; C10M 147/04; C10M 125/00; C10N 30/06; 2004 г.].
Такой смазочный композиционный материал обеспечивает высокую износостойкость узла трения и повышение эффективности смазки при эксплуатации в тяжелонагруженных узлах трения. Содержание присадки находится в диапазоне 0,1-22,0 мас.%.
К недостаткам прототипа следует отнести:
- сравнительно высокий коэффициент трения;
- недостаточную эффективность смазочной композиции в тяжелонагруженных узлах трения;
- высокое содержание нанодисперсных частиц в заявленном составе (до 22%).
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение противозадирных и антифрикционных свойств пластичной смазки.
2
4
n
2
3
Поставленная задача решается тем, что предлагаемая пластичная смазка, содержащая нефтяное масло и загуститель в качестве смазочной основы и дисперсную присадку, при этом в качестве дисперсной присадки содержит дисульфид молибдена и наночастицы ультрадисперсных алмазов (УДА), модифицированных фторсодержащим олигомером общей структурной формулы (CF)COF, где n=10-10, при соотношении ультрадисперсные алмазы:фторсодержащий олигомер 50:1-1:50 и дополнительно антиокислитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ультрадисперсные алмазы,
модифицированные указанным фторсодержащим
олигомером
0,1-12,0
Дисульфид молибдена
0,1-8,0
Антиокислитель
0,3-0,5
Загуститель
10,0-15,0
Нефтяное масло
остальное
2
Для предлагаемой пластичной смазки используют, например, нефтяные масла с температурой застывания от минус 60 до минус 45°C и кинематической вязкостью при 50°C от 5 до 12 мм/с, например, марок МВП, МС-8 и др.
В качестве загустителя используют полимочевинный загуститель [Данилов А.М. "Пластичные смазки на полимочевинах", М.: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, 1995 г.] или литиевое мыло стеариновой или 12-оксистеариновой кислоты.
2
Дисульфид молибдена MoS используют марки Molykote Microsize с размером частиц основной части 0,65-0,75 мкм, может быть использован высокодисперсный порошкообразный дисульфид молибдена иных марок.
В качестве антиокислительной добавки используют, например, дифениламин - ГОСТ 194-80, фенил-β-нафтиламин (Нафтам-2) - ГОСТ 39-79. Могут быть использованы иные аналогичные известные для этих целей вещества.
2
4
n
2
3
В качестве фторсодержащего олигомера общей структурной формулы (CF)COF, где n=10-10, используют ультрадисперсный порошкообразный политетрафторэтилен (ТУ 0257-001-02698192-94) - порошкообразный продукт белого цвета, без запаха, полученный термогазодинамическим способом из отходов производства фторопласта-4 (ГОСТ 10007-80), размер частиц 1±0,5 мкм.
В качестве наночастиц ультрадисперсных алмазов используют водную суспензию наноалмазов детонационного синтеза из смеси тринитротолуол-гексоген с размером частиц 4-6 нм, например, производства ФГУП «Комбинат» Электрохимприбор» по ТУ 95-98 Ж83-Р1229 - Продукт ультрадисперсный углеродсодержащий очищенный ПУУО-Вх:
содержание основного вещества в твердой фазе, % - 96,0;
содержание несгораемых примесей в твердой фазе, % - 2,2;
содержание окисляемых форм углерода в твердой фазе, % - 1,6;
содержание твердой фазы в водной суспензии - 13,3%.
Согласно современным представлениям очищенные УДА представляют собой материал, состоящий из частиц 4-6 нм, каждая из которых имеет алмазное ядро, покрытое внешней стабилизирующей оболочкой из углерод-кислородных функциональных групп, и очень сложную поверхностную структуру, и находятся в составе агрегатированных различным образом частиц. Такие частицы объединяются в кластеры размером 20-60 нм, которые в свою очередь образуют более крупные разрушаемые УЗИ агрегаты до нескольких сотен нанометров (Долматов В.Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза. Получение, свойства, применение. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003, 344 с.).
2
4
n
2
3
Модифицирование ультрадисперсных алмазов осуществляется путем их обработки дисперсией (10-20 мас.%) фторсодержащего олигомера общей структурной формулы (CF)COF, где n=10-10, в подходящем разбавителе (спирте, ацетоне и т.п.) с последующим удалением растворителя упариванием.
Для интенсификации процесса модифицирования ультрадисперсных алмазов целесообразно использование для интенсификации процесса ультразвукового процессора (например, УЗП-125). Время гомогенизации определяется составом композиционного материала и массой приготавливаемой партии и находится в диапазоне от 10-20 мин до 3-4 часов.
2
4
n
2
3
Отличием предлагаемого изобретения от прототипа является то, что в качестве наночастиц используют ультрадисперсные алмазы, модифицированные фторсодержащим олигомером общей структурной формулы (CF)COF, где n=10-10, при соотношении ультрадисперсные алмазы:фторсодержащий олигомер 50:1-1:50, и дополнительно дисперсная присадка содержит дисульфид молибдена. При заявленном количественном соотношении компонентов предлагаемая дисперсная присадка обеспечивает:
- увеличение износостойкости композиционного смазочного материала с модифицированными ультрадисперсными алмазами вследствие хемосорбции олигомерных молекул на поверхности контртела и образование устойчивого перенесенного слоя, состоящего из дисперсных частиц дисульфида молибдена, ультрадисперсного алмаза и частиц изнашивания ПТФЭ;
- увеличение гидролитической стабильности дисульфида молибдена к термоокислительной деструкции.
Заявленная совокупность существенных признаков предлагаемого состава ранее не была известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».
Ультрадисперсные алмазы (УДА), модифицированные фторсодержащим олигомером, в сочетании с загустителем - литиевым мылом стеариновой или 12-оксистеариновой кислоты или полимочевинным загустителем, нефтяным маслом и антиокислительной добавкой проявляет ранее неизвестные для нее свойства - антифрикционные, а в сочетании с дисульфидом молибдена проявляется синергетический эффект, обусловленный межмолекулярным взаимодействием компонентов смазочной композиции между собой. Технический результат заключается в неожиданно высоких противозадирных и антифрикционных свойствах предлагаемого состава, проявляющихся одновременно.
2
4
n
2
3
Обнаруженный авторами заявленного изобретения синергизм смазывающего действия системы дисульфид молибдена - ультрадисперсные алмазы (УДА), модифицированные фторсодержащим олигомером общей структурной формулы (CF)COF, где n=10-10, позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию «изобретательский уровень».
Предлагаемая пластичная смазка может быть приготовлена из известных материалов по общепринятой технологии приготовления пластичных смазок и использована в промышленности. Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявленной композиции критерию «промышленная применимость».
Заявляемую пластичную смазку готовят следующим способом.
2
4
n
f
1
f
f
f
2
3
Для осуществления заявляемого изобретения было приготовлено 5 составов по изобретению (примеры 1-5). Сравнительный состав - пример 6 (контрольный) - получали аналогично составам по изобретению, но с заменой заявляемого фторсодержащего олигомера общей структурной формулы (CF)COF, где n=10-10, на фторсодержащий олигомер согласно патенту №2248389 (прототип) с молекулярной массой 2000-5000 ед. и общей формулой R-R, или R-R, где R - фторсодержащий радикал вида:
2
2
n
2
2
n
1
2
3
или -[CF-CF]-[CF-CF]-, n=2-40, R - концевая функциональная группа -OH; -NH; -COOH; -CF, а также с исключением дисульфида молибдена.
2
Смазку на основе литиевого мыла получают путем добавления к нефтяному маслу, содержащему модифицированные ультрадисперсные алмазы, стеариновой или 12-оксистеариновой кислоты LiOH·HO, нагревают смесь до 150°C, удаляют водяной пар и до охлаждения реакционной массы осуществляют нагрев до 220°C. Затем смазку охлаждают до 130°C и небольшими порциями замешивают высокодисперсный порошкообразный дисульфид молибдена и дифениламин. Охлаждают реакционную смесь до температуры окружающей среды при перемешивании, производят гомогенизацию с получением конечного продукта. Составы по примерам 2, 4 (по изобретению) и 6 (контрольный) приведены в таблице 1.
Таблица 1
Составы пластичных смазок
Наименование компонентов
Примеры по изобретению, мас.%
Контрольный, мас.%
1
2
3
4
5
6
1. Антиокислитель
- Дифениламин
0,4
0,5
0,3
0,3
0,5
- Фенил-β-нафтиламин
0,4
2. Дисульфид молибдена
5,0
8,0
4,0
0,1
5,0
-
3. Загуститель, в частности:
12,0
12,0
15,0
10,0
10,0
12,0
- литиевое мыло стеариновой кислоты
-
-
-
+
-
-
- литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты
+
-
-
-
-
+
- полимочевинный
-
+
+
-
+
-
4. Фторсодержащий олигомер
4,0
5,0
0,1
0,24
4,0
-
общей структурной формулы (C<sub>2</sub>F<sub>4</sub>)<sub>n</sub>COF, где n=10<sup>2</sup>-10<sup>3</sup>
+
+
+
+
+
-
R<sup>f</sup>-COOH: ПФПЭК (ММ=3000-5000)
-
-
-
-
-
0,1
5. Ультрадисперсные алмазы
3,0
0,1
5,0
12,0
7,0
5,0
Нефтяное масло
75,6
74,4
75,6
77,36
73,6
82,9
ВСЕГО, мас.%:
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
Смазки на основе полимочевины получают путем нагрева 4,4'-дифемилметандиизо-цианата в базовом масле, содержащем модифицированные ультрадисперсные алмазы, до 70°C с последующим добавлением октадециламина. Перед охлаждением смеси до 80°C ее нагревают до 150°C. Затем небольшими порциями замешивают высокодисперсный порошкообразный дисульфид молибдена и дифениламин. Охлаждают реакционную смесь до температуры окружающей среды при перемешивании, производят гомогенизацию с получением конечного продукта. Составы по примерам 1, 3 и 5 (по изобретению) приведены в таблице 1.
В контрольном примере 6 использовали продукт «Композиция ПФПЭК» (ТУ 2612-011-58949915-2006), представляющий собой раствор высокомолекулярной (ММ 3000-5000) перфторполиэфиркарбоновой кислоты (ПФПЭК) во фторорганических растворителях.
нар
вн
a
Каждый приготовленный состав пластичной смазки (примеры 1-6) подвергали испытаниям на машине трения СМТ-1 по схеме Вал-Втулка. Вал 40Х сырой, длиной 1=0,030 м, D=0,0356 м. Втулка 20ХН3А каленая, длиной l=0,025 м, D=0,0360 м, HRc32, с шероховатостью R=0,38. Число оборотов вала - 300 в минуту. Нагружение пары производили ступенчато через каждые 500N с замером момента трения после его стабилизации. Для каждого состава заявляемой пластичной смазки определяли следующие показатели:
- нагрузку задира;
- средний коэффициент трения.
Результаты испытаний заявляемых пластичных смазок для составов по примерам 1-6, приведены в таблице 2.
Анализ результатов проведенных испытаний позволяет сделать следующие выводы. Можно видеть, что во всех случаях использования составов по изобретению (примеры 1-5) позволяет получить существенное уменьшение коэффициента трения и увеличить нагрузку задира. Трибологические свойства составов по изобретению значительно превосходят трибологические свойства смазки, описанной в прототипе, и смазки, полученной по контрольному примеру 6.
Это свидетельствует о высоком качестве предлагаемой смазки, позволяющей обеспечить надежную работу данного узла трения даже при высоких нагрузках. Значительное повышение противозадирных и противоизносных свойств является следствием синергетического действия присадок, содержащихся в составах заявляемой смазки.
Заявляемая пластичная смазка обладает высокими антифрикционными и противозадирными характеристиками, что подтверждается результатами испытания на установке СМТ-1 при повышенной нагрузке. Высокие триботехнические свойства, достигаемые заявленной пластичной смазкой, позволяют расширить области ее применения и увеличить ресурс работы узлов трения машин и механизмов.