ПЛАСТИЧНАЯ СМАЗКА
GREASE LUBRICANT

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 друг относительно 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, загустителя 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 или 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, противоза-дирных, антиокислительных, противокоррозионных и др.) в пластичные смазки могут быть включены различные присадки в количествах, обычно используемых в этой области применения.
Среди большого ассортимента антиокислительных, антикоррозионных и противоизносных присадок наибольшее распространение имеют диалкилдитиофосфаты цинка, содержащие различные алкильные радикалы и обладающие различной термической стабильностью, которые являются многофункциональными присадками и проявляют высокие антиокислительные и антипиттинговые свойства [А.М.Кулиев Химия и технология присадок к маслам и топливам, М., Химия, 1985]. Диалкилдитиофосфаты являются хорошими ингибиторами окисления, но обладают недостаточными противозадирными и антифрикционными свойствами.
Для уменьшения износа узлов трения широко известен дисульфид молибдена в качестве добавки в смазочные материалы [Solid Lubricant Additives - Effect of Concentration and other Additives on Anti-Wear Performance, Bartz, Wear, 17 (1971), p.421-432].
Так, например, известны составы пластичных смазок, содержащих дисульфид молибдена в среде базового масла, дитиофосфат металла и целевые добавки [Патент RU №2181371, МПК С10М 141/10, 2002; Патент RU №2044762, МПК С10М 163/00, 1995].
Известно также применение дисульфида молибдена в сочетании с диалкилдитио-фосфатами цинка [Interrelations between Molybdenum Disulfide and Oil Solible Additives, Bartz, NLGI Spokesman, 1989].
Наиболее близкой к предлагаемой является пластичная смазка, содержащая нефтяное масло с загустителем - литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты, дисульфид молибдена, диалкилдитиофосфат цинка, антиокислитель и иные целевые добавки [Патент RU №2030451, МПК С10М 169/04, 1995].
Известные композиции пластичных смазок обладает хорошими триботехническими характеристиками, однако имеют недостаточно высокие антифрикционные и противозадирные свойства.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение противозадирных и антифрикционных свойств пластичной смазки.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемая пластичная смазка содержит дисульфид молибдена в среде нефтяного масла с загустителем и антиокислителем, при этом вместо дитиофосфата металла используют полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы
2
2
n
2
2
2
{[X(CFCF)CHO]P(S)S]}Zn, где Х=Н, Cl, F; n=2, 3, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Дисульфид молибдена
1,0-10,0
Полифторированный диалкилдитиофосфат цинка
1,0-5,0
Антиокислитель
0,3-0,5
Загуститель
10,0-15,0
Нефтяное масло
остальное
2
Для предлагаемой пластичной смазки используют нефтяные масла с температурой застывания от минус 60 до минус 45°С и кинематической вязкостью при 50°С от 5 до 12 мм/c, 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
2
n
2
2
2
Полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы {[X(CFCF)CHO]P(S)S]}Zn, где Х=Н, Cl, F; n=2, 3, получают взаимодействием полифторированных спиртов с пентасульфидом фосфора и оксидом цинка по реакции:
2
2
n
2
2
5
2
2
n
2
2
2
4X(CFCF)CHOH+PS=2[X(CFCF)CHO]P(S)SH+HS
2
2
n
2
2
2
2
n
2
2
2
2
2[X(CFCF)CHO]P(S)SH+ZnO={[X(CFCF)CHO]P(S)S]}Zn+HO.
2
2
n
2
2
2
Заявленный состав отличается от известного использованием полифторированного диалкилдитиофосфата цинка общей формулы {[X(CFCF)CHO]P(S)S]}Zn, где Х=Н, Cl, F; n=2, 3, и соотношением компонентов состава друг по отношению к другу. Заявленная совокупность существенных признаков предлагаемого состава ранее не была известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».
Полифторированный диалкилдитиофосфат цинка 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 обеспечивает высокие противозадирные и антифрикционные характеристики. В целом заявляемый состав обеспечивает проявление неожиданно высокого эффекта в отношении противозадирных и антифрикционных свойств композиции.
2
2
n
2
2
2
Обнаруженный авторами заявленного изобретения синергизм смазывающего действия системы дисульфид молибдена - полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы {[X(CFCF)CHO]P(S)S]}Zn, где Х=Н, Cl, F; n=2, 3, позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения требованию «изобретательский уровень».
Предлагаемая пластичная смазка может быть приготовлена из известных материалов по общепринятой технологии приготовления пластичных смазок.
Заявляемую пластичную смазку готовят следующим способом:
2
2
n
2
2
2
Полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы {[X(CFCF)CHO]P(S)S]}Zn, где Х=Н, Cl, F; n=2, 3, получают взаимодействием полифторированных спиртов с пентасульфидом фосфора и оксидом цинка.
2
2
n
2
2
2
Пример получения полифторированного диалкилдитиофосфата цинка {[X(CFCF)CHO]P(S)S]}Zn (где n=2, Х=Н).
3
2
5
2
В 4-горлую колбу вместимостью 2 дм, снабженную мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой, загружают 190 г PS (0,86 моль) и при перемешивании прибавляют 800 г (3,45 моль) 1,1,5-тригидрооктафторпентанол-1 за 1,5 ч, поддерживая температуру реакции около 60-75°С. Смесь перемешивают при 110-115°С в течение около 2 часов при продувании азота до прекращения выделения HS и растворения пятисернистого фосфора. После охлаждения реакционной массы добавляют 70 г (0,86 моль) ZnO, смесь при перемешивании нагревают до 120°С до растворения оксида цинка. Смесь охлаждают и получают 890 г (90%) целевого продукта, который используют для изготовления составов по изобретению.
2
2
n
2
2
2
Пример получения полифторированного диалкилдитиофосфата цинка {[X(CFCF)CHO]P(S)S]}Zn (где n=3, Х=Н).
3
2
5
2
В 4-горлую колбу вместимостью 2 дм, снабженную мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой, загружают 15 г PS (0,068 моль) и при перемешивании прибавляют 90 г (0,27 моль) 1,1,7-тригидрододекафторгептанол-1 за 1,5 ч, поддерживая температуру реакции около 60-75°С. Смесь перемешивают при 110-115°С в течение около 2 часов при продувании азота до прекращения выделения HS и растворения пятисернистого фосфора. После охлаждения реакционной массы добавляют 5,5 г (0,068 моль) ZnO, смесь при перемешивании нагревают до 120°С до растворения оксида цинка. Смесь охлаждают и получают 92 г (90%) целевого продукта, который используют для изготовления составов по изобретению.
2
2
n
2
2
2
Соединения {[X(CFCF)CHO]P(S)S]}Zn, где Х=Cl, F; n=2, 3, получают по аналогичной методике.
Для осуществления заявляемого изобретения было приготовлено 6 образцов, отличающихся процентным содержанием компонентов, а именно: состав 1 - при оптимальном соотношении компонентов с использованием полимочевинного загустителя, состав 2 - при оптимальном соотношении компонентов с использованием загустителя на основе литиевого мыла, составы 3 и 6 - при граничных значениях компонентов с использованием полимочевинного загустителя, составы 4 и 5 - при граничных значениях компонентов с использованием загустителя на основе литиевого мыла.
2
Смазку на основе литиевого мыла получают путем добавления к нефтяному маслу стеариновой или 12-оксистеариновой кислоты LiOH·HO, нагревают смесь до 150°С, удаляют водяной пар и до охлаждения реакционной массы осуществляют нагрев до 220°С.
2
2
n
2
2
2
Затем смазку охлаждают до 130°С и небольшими порциями замешивают высокодисперсный порошкообразный дисульфид молибдена и полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы {[X(CFCF)CHO]P(S)S]}Zn и дифениламин или фенил-β-нафтиламин. Охлаждают реакционную смесь до температуры окружающей среды при перемешивании, производят гомогенизацию с получением конечного продукта. Составы по примерам 2, 4 и 5 (по изобретению) приведены в таблице 1.
Смазки на основе полимочевины получают путем нагрева 4,4'-дифемилметандиизо-цианата в базовом масле до 70°C с последующим добавлением октадециламина. Перед охлаждением смеси до 80°С ее нагревают до 150°С. Затем небольшими порциями замешивают высокодисперсный порошкообразный дисульфид молибдена и полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы
2
2
n
2
2
2
{[X(CFCF)CHO]P(S)S]}Zn и дифениламин или фенил-β-нафтиламин. Охлаждают реакционную смесь до температуры окружающей среды при перемешивании, производят гомогенизацию с получением конечного продукта. Составы по примерам 1, 3 и 6 (по изобретению) приведены в таблице 1.
Сравнительный образец - пример 7 (контрольный) моделировали в соответствии с обычным содержанием дисульфида молибдена и диалкилдитиофосфата цинка [Interrelations between Molybdenum Disulfide and Oil Solible Additives, Bartz, NLGI Spokesman, 1989]. В сравнительной смазке (контрольный пример) использовали диалкилдитиофосфат цинка (ДФ-11), представляющий собой 50%-ный раствор диалкилдитиофосфата цинка, полученный на основе изобутилового и 2-этилгексилового спиртов в минеральном масле, ГОСТ 24216-80. Смазку по примеру №7 готовили аналогично составам по примерам 2, 4 и 5.
нар
вн
Каждый состав пластичной смазки (примеры 1-7) 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 1=0,025 м, D=0,0360 м, HRc 32. 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 1-7 приведены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты испытаний образцов пластичных смазок в сравнении с контрольным примером
Показатели качества
Образцы
1
2
3
4
5
6
7
Противозадирные свойства
Нагрузка задира, Н
4000
4100
3600
3550
4300
4350
3000
Антифрикционные свойства
Средний коэффициент трения
0,084
0,086
0,089
0,089
0,078
0,074
0,11
Анализ результатов проведенных испытаний позволяет сделать следующие выводы: во всех примерах по изобретению (примеры 1-6) замена диалкилдитиофосфата цинка на его полифторированный аналог общей формулы
2
2
n
2
2
2
{[X(CFCF)CHO]P(S)S]}Zn, где Х=Н, Cl, F; n=2, 3, в сочетании с дисульфидом молибдена приводит к существенному уменьшению коэффициента трения и увеличению нагрузки задира и значительно превосходит известную смазку по трибологическим характеристикам;
предлагаемая смазка обладает более высокими антифрикционными и противозадирными характеристиками, что подтверждается результатами испытания на установке СМТ-1 при повышенной нагрузке. Заявляемая смазка имеет высокие триботехнические свойства, что приводит к расширению области применения и увеличению ресурса работы узлов трения машин и механизмов.
Таблица 1
Составы пластичных смазок
Наименование компонентов
Примеры по изобретению, масс.%
Контрольный, масс.%
1
2
3
4
5
6
7
1. Антиокислитель
- Дифениламин
0,4
-
0,3
-
0,5
-
0,5
-Фенил-β-нафтиламин
-
0,4
-
0,3
-
0,5
-
2. Дисульфид молибдена
4,0
4,0
1,0
1,0
10,0
10,0
4,0
3. Загуститель, в частности:
12,0
12,0
15,0
15,0
10,0
10,0
12,0
- литиевое мыло стеариновой кислоты
-
-
-
-
+
-
-
-литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты
-
+
-
+
-
-
+
-полимочевинный
+
-
+
-
-
+
-
4. Полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы {[X(CF<sub>2</sub>CF<sub>2</sub>)<sub>n</sub>CH<sub>2</sub>O]<sub>2</sub>P(S)S]}<sub>2</sub>Zn, в частности:
2,0
2,0
5,0
5,0
1,0
1,0
-
-Х=Н; n=2
-
-
+
-
-
-
-
-Х=Н; n=3
-
-
-
+
-
-
-
-Х=Cl; n=2
+
-
-
-
-
-
-
-Х=Cl; n=3
-
+
-
-
-
-
-
-Х=F; n=2
-
-
-
-
+
-
-
-Х=F; n=3
-
-
-
-
-
+
-
5. Диалкилдитиофосфат цинка ДФ-11
-
-
-
-
-
-
1,0
Нефтяное масло
81,60
81,60
78,70
78,70
78,50
78,50
82,5
ВСЕГО, масс.%:
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00