ПЛАСТИЧНАЯ СМАЗКА С ПОВЫШЕННОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТЬЮ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
HIGH-PERFORMANCE GREASE AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Изобретение относится к области нефтепереработки и нефтехимии, в частности к пластичным смазкам, предназначенным для использования в узлах трения машин и механизмов, работающих в широком интервале температур, в том числе и низкотемпературных, высоких нагрузок и скоростей, в контакте с агрессивными средами, например перегретым водяным паром, окислительными агентами и т.п.
Известно, что полимочевина как загуститель лучше всего загущает масла, состоящие полностью или частично из ароматических соединений (содержание загустителя 6-10%), а многие синтетические масла, например полисилоксаны, загущает только в большой концентрации (25-30%), а полиальфаолефины фактически не поддаются загущению (см. автореферат диссертации Борисенко Л.И, Львов, 1991 г. - «Рецептурно-технологические факторы и свойства смазок на производных мочевины»). Поэтому при разработке полимочевинных смазок с улучшенными реологическими свойствами, особенно на синтетических маслах, приходится использовать в их составе ароматические соединения или эфиры - как в чистом виде, так и в виде смесей. Добавление ароматических соединений в дисперсионные среды позволяет улучшить реологические свойства полимочевинных смазок: предел прочности при сдвиге, коллоидную стабильность, пенетрацию. В то же время использование таких соединений требует всестороннего изучения их свойств, т.к. многие из них, особенно тяжелые фракции, могут привести к нежелательному явлению - закоксовыванию смазки в узле трения и выходу подшипников из строя.
Наиболее близким аналогом заявляемой смазки является смазка, содержащая в качестве дисперсионной среды нефтяное или синтетическое масло и полимочевину, в которую для улучшения реологических свойств добавлен экстракт нефтяной в количестве 1-10% по отношению к маслу (дисперсионной среде). Смазку получают путем смешения нефтяных или синтетических масел с экстрактом нефтяным и добавления к ним аминов и изоцианатов при температуре 50-150°С (см. RU 2283859 C10M 115/08, 16.06.2005).
Недостатком этой смазки является то, что используемый ароматический компонент - экстракт нефтяной, улучшая в основном реологические свойства смазки, в то же время сужает температурный интервал ее использования, т.к. он застывает при температуре от минус 10°С до плюс 10°С, поэтому дальнейшее его увеличение (более 10%) в составе смазки приведет к дальнейшему снижению температуры использования в низкотемпературной области. Как правило, большинство используемых смазок имеет следующие температурные пределы применения: многоцелевые от минус 20°С (минус 40°С) до плюс 130°С (плюс 160°С); низкотемпературные от минус 50°С (минус 60°С) до плюс 100°С (плюс 120°С). С использованием экстракта нефтяного достичь таких температурных интервалов использования невозможно.
Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных свойств смазки.
Техническим результатом изобретения является улучшение противоизносных, антифрикционных свойств смазки в интервале температур от минус 50 до плюс 150°С, позволяющей использовать ее в качестве и многоцелевой, и низкотемпературной смазки с длительным сроком действия.
Указанный технический результат достигается заменой экстракта нефтяного в смазке-аналоге на полиалкилбензол при процентном содержании его в дисперсионной среде от 5 до 100%. Пластичная смазка на основе углеводородной дисперсионной среды и полимочевины содержит в качестве углеводородной дисперсионной среды полиалкилбензол или его смесь с нефтяным маслом при следующем соотношении компонентов, мас.%:
полимочевина
6-15
дисперсионная среда
остальное
при этом дисперсионная среда имеет состав, мас.%:
полиалкилбензол
5-100
нефтяное масло
0-95
Способ получения пластичной смазки включает добавление аминов и изоцианатов при температуре 50-150°С к дисперсионной среде, причем в качестве дисперсионной среды используют полиалкилбензол или его смесь с нефтяным маслом, полученную путем добавления полиалкилбензола к нефтяному маслу.
Загуститель - полимочевину изготавливают известным способом - путем реакции аминов и изоцианатов в расчетном соотношении.
Полиалкилбензол согласно ТУ 2414-040-04689375-95 представляет собой побочный продукт фтористо-водородного алкилирования бензола моноолефинами нормального строения С10-С14, содержащий в основном различные диалкилбензолы с примесью моноалкилбензолов и дифенилалканов. В качестве полиалкилбензола могут использовать полиалкилбензол ПАБ-С, полиалкилбензол ПАБ-Т.
2
Предпочтительно использовать полиалкилбензол ПАБ-С, имеющий следующие характеристики: вязкость кинематическая при 100°С - 4,5 мм/с; температура вспышки в открытом тигле - 204°С; температура застывания - минус 52°С.
2
Полиалкилбензол ПАБ-Т имеет следующие характеристики: вязкость кинематическая при 100°С - 3,5 мм/с; температура вспышки в открытом тигле - не ниже 175°С; температура застывания - не выше минус 30°С.
В качестве нефтяных масел возможно использовать как остаточные, так и дистиллятные, например цилиндровые масла Ц-52, Ц-38, масло для прокатных станов П-40, авиационное масло МС-20, индустриальное масло И-50А, компрессорное масло КС-19, веретенное масло НЦ и другие масла, полученные из нефти.
Новизной предлагаемого технического решения является использование в составе вместо экстракта нефтяного полиалкилбензола, что позволяет улучшить противоизносные и антифрикционные свойства смазки с увеличением времени работы в узлах трения в широком температурном диапазоне от минус 50°С до плюс 150°С.
Пластичную смазку получают следующим образом. К нефтяным маслам добавляют полиалкилбензол или используют его индивидуально в количестве 5-100%. Затем в полученную дисперсионную среду добавляют расчетные количества аминов и изоцианатов при температуре 50-150°С.
2
Пластичная смазка, полученная таким образом, по отношению к прототипу имеет улучшенные показатели по износу, определяемому площадью изнашиваемого ролика в мм, и антифрикционным свойствам, определяемым косвенно по температуре в зоне трения. Трибологические свойства полученных образцов смазок по сравнению с прототипом определялись в МГТУ им. Н.Э.Баумана по запатентованной методике (см. а.с. №2378637) на машине трения Тимкена-Айшингера.
Отобранные по этой методике лучшие образцы (ПМО низкотемпературная с 100% полиалкилбензола, ПМО многоцелевая на минеральном масле с добавлением 50% полиалкилбензола и прототип (ПМО термостойкая) исследовались на долговечность на стенде «закрытый подшипник» в исследовательском центре Европейской подшипниковой компании (ООО «ИЦ ЕПК»).
Базой сравнения служит полимочевинная смазка, предлагаемая крупнейшей мировой компанией по производству подшипников SKF для данного узла трения. Марка смазки SKF LGHP2. По этой методике определяют срок службы смазки (долговечность в часах) до выхода подшипника из строя и температура в зоне трения (по мнению немецких исследователей, чем меньше температура в зоне трения, тем больше срок службы смазки в подшипнике (см. каталог фирмы Клюбер Лабрикейшн, С.18)).
Полученные трибологические характеристики лабораторных (см., табл.1) и стендовых (см. фиг.1) испытаний, подтвержденные опытным путем, не являются очевидными в свете известных теоретических представлений, особенно для низкотемпературной смазки на чистом полиалкилбензоле. Подтверждением синергизма заявляемой смазки (полиалкилбензол + полимочевина) является тот факт, что ни один из других используемых в настоящее время загустителей (мыльные - оксистеарат лития, комплексный кальциевый; неорганические - бентонит, аэросил) при загущении полиалкилбензола не дает композиции, выдерживающей испытания по методике МГТУ им. Н.Э.Баумана, а срок работы не стенде «закрытый подшипник» предлагаемой композиции ПМО низкотемпературной и ПМО многоцелевой превосходит многократно известные мыльные многоцелевые смазки: Литол-24 - 1000 час, ЦИАТИМ-201 - 170 час, ОКБ-122-7 - 310 час, ФИОЛ-2у - 480 час, ЛЗ-31 - 1650 час (см., тематический обзор «Пути повышения работоспособности пластичных смазок» М., ЦНИИТЭнефтехим, 1988 г.), в то время как предлагаемые составы, отработав более 2500 час, не утрачивают работоспособности.
Для иллюстрации предлагаемого технического решения готовят образцы пластичной смазки известным способом - путем реакции октадециламина, анилина и полиизоцианата в растворе дисперсионной среды. Для получения заявленной смазки подготавливают дисперсионную среду, для чего берут полиалкилбензол или добавляют его к маслу И-50А в расчетном количестве. При температуре 150°С добавляют к дисперсионной среде амины и изоцианаты в таком количестве, чтобы содержание загустителя - полимочевины в смазке составило 10 мас.%. Все образцы содержат одинаковое количество загустителя, чтобы эффект был проиллюстрирован более наглядно.
Характеристики сырьевых компонентов следующие:
Масло И-50А:
2
- вязкость кинематическая при 50°С - 95 мм/с;
- температура вспышки в открытом тигле - 242°C;
- температура застывания - минус 16°C.
Остаточный компонент (остаточное нефтяное масло):
2
- вязкость кинематическая при 100°С - 20 мм/с;
- температура вспышки в открытом тигле - 250°С;
- температура застывания - минус 15°С.
ПАБ-С:
2
- вязкость кинематическая при 50°C - 13-14 мм/с;
- температура вспышки в открытом тигле - 204°C;
- температура застывания - минус 52°C.
Октадециламин:
- температура плавления - 37-45°C;
- содержание аминных групп - 5,5-6,6%.
Анилин:
- температура кипения - 184°C;
- содержание аминных групп - 5,5-6,6%.
Полиизоцианат:
- содержание изоцианатных групп - 29-34 мас.%;
- температура плавления минус 10°C.
Состав и характеристика полученных смазок при различных соотношениях компонентов дисперсионной среды представлены в табл.1. Рабочими считались композиции, имеющие предел прочности при 50°С более 100 Па (при пределе прочности меньше 100 Па смазки вытекают из подшипника).
Таблица 1
Компонент
1
2
3
4
5
6 (прототип)
Дисперсионная среда
90
90
90
90
90
Полимочевина
10
10
10
10
10
Состав дисперсионной среды, мас.%:
Масло И-50А
97
95
50
25
0
-
Остаточный компонент
-
-
-
-
-
95
Экстракт нефтяной
-
-
-
-
-
5
Полиалкилбензол
3
5
50
75
100
-
Предел прочности при сдвиге, Па, при температуре 50°C
80
120
410
430
460
440
Температура каплепадения, °C
187
203
226
233
244
240
Как видно из таблицы 1, замена ароматического компонента, улучшающего реологические свойства смазок, - экстракта нефтяного на полиалкилбензол фактически не изменяет указанные свойства смазок, а трибологические характеристики (см., табл.2) изменяются существенно. Образец №1 не проходит из-за низкого предела прочности. В таблице 2 представлены результаты испытаний на машине трения Тимкена-Айшингера образцов смазок №№1-6 из таблицы 1.
Таблица 2
Смазка, образец
Площадь износа, мм<sup>2</sup>
Температура в зоне трения, °C
1
Не испытывалась
2
6,4
55
3
5,3
47
4
4.8
44
5
4,4
39
6 (прототип)
9,0
60
Импортная смазка
10,1
62
SKF LGHP2
Как видно из таблицы 2, предлагаемые образцы превосходят по трибологическим характеристикам смазку прототип в 1,5-2,0 раза по износу, а температура саморазогрева в зоне трения при добавлении полиалкилбензола снижается с 60°С до 39°С.
Образцы №3 (ПМО многоцелевая), №5 (ПМО низкотемпературная) и №6 (прототип - ПМО термостойкая) были испытаны на стенде «закрытый подшипник» по сравнению с импортной полимочевинной смазкой SKF LGHP2. Результаты промежуточных испытаний представлены на графике. При наработке 2500 часов температура саморазогрева в этих условиях испытаний составляла 53°C - у образца №5, 58°C - у указанной в таблице 2 импортной смазки, 61°C у образца №3 и 68°C у прототипа. Более низкая температура в зоне трения у заявленных образцов, чем у прототипа, позволяет прогнозировать большую долговечность их при эксплуатационных испытаниях, а для образца №5 (ПМО низкотемпературной) большую долговечность, чем у той же импортной смазки.
Таким образом, предлагаемый состав смазки позволяет улучшить ее эксплуатационные свойства, что подтверждают данные проведенных испытаний, например, увеличить противоизносные свойства в 1,5-2,0 раза по сравнению с прототипом, а также увеличить антифрикционные свойства смазки в интервале температур от минус 50 до плюс 150°C.
Выявленные преимущества предлагаемого состава полученной смазки перед прототипом, а также известной импортной смазкой, открывает широкие перспективы ее использования как в качестве многоцелевой, так и в качестве низкотемпературной смазки с длительным сроком действия.