СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
FORECASTING METHOD OF THERMO-OXIDATIVE STABILITY OF LUBRICANT MATERIALS

Изобретение относится к технологии определения показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов.
Известен способ определения термоокислительной стабильности смазочных материалов, включающий нагревание смазочного материала в присутствии воздуха, перемешивание, фотометрирование и определение параметров процесса окисления (Патент РФ №2219530 C1, дата приоритета 11.04.2002, дата публикации 20.12.2003, авторы Ковальский Б.И. и др., RU).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является принятый в качестве прототипа способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов, при котором испытывают пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием постоянной массы минимум при трех температурах, выбранных в зависимости от базовой основы, назначения и группы эксплуатационных свойств, в течение времени, характеризующего одинаковую степень окисления, причем через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала и проводят оценку процесса окисления, причем для оценки процесса окисления определяют оптическую плотность, испаряемость и коэффициент термоокислительной стабильности, строят графические зависимости этих показателей от времени и трех выбранных температур испытания, определяют время достижения выбранных значений показателей термоокислительной стабильности от минимальной до максимальной величины при каждой температуре, определяют десятичный логарифм времени достижения выбранных значений показателей термоокислительной стабильности, строят графические зависимости десятичного логарифма времени достижения выбранных значений показателей термоокислительной стабильности от температуры испытания, а прогнозирование значений этих показателей при других температурах, отличных от принятых, осуществляют по значениям антилогарифмов времени достижения показателей термоокислительной стабильности для этих температур (Патент РФ №2649660, дата приоритета 03.05.2017, дата публикации 04.04.2018, авторы Ковальский Б.И. и др., RU, прототип).
Общим недостатком аналога и прототипа является невозможность прогнозирования значений показателей термоокислительной стабильности, включающих оптическую плотность, испаряемость и коэффициент термоокислительной стабильности в зависимости от времени испытания для любых температур.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание способа прогнозирования значений показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов в зависимости от времени испытания на основе данных, полученных минимум при трех значениях времени для выбранной температуры.
Для решения поставленной задачи предложен способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов, при котором испытывают нагретую пробу смазочного материала в присутствии воздуха с перемешиванием постоянной массы в течение времени, а через равные промежутки времени отбирают пробу окисленного смазочного материала и проводят оценку процесса окисления. Согласно изобретению, для прогнозирования значений показателей термоокислительной стабильности при увеличении времени испытания смазочного материала при выбранной температуре используют результаты, полученные минимум при трех одинаковых временных интервалах, вычисляют количество тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления, продуктами испарения и суммарную поглощенную тепловую энергию при термостатировании смазочного материала, количество тепловой энергии определяют произведением значения температуры на время испытания и значение показателя термоокислительной стабильности, вычисляют десятичный логарифм поглощенной тепловой энергии каждым показателем термоокислительной стабильности в течение минимум трех выбранных интервалов времени испытания, строят графические зависимости десятичного логарифма поглощенной тепловой энергии каждым показателем термоокислительной стабильности от десятичного логарифма времени испытания, по которым прогнозируют значения оптической плотности, испаряемости и коэффициента термоокислительной стабильности при увеличении временного интервала испытания.
ТОС
В качестве примера приведен способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности, предусматривающий испытание частично синтетического моторного масла Total Quartz 10W-40 SL/CF при четырех температурах: 190°С, 180°С, 170°С и 160°С, и определение оптической плотности D, испаряемости G и коэффициента термоокислительной стабильности П, причем при температурах 190 и 180°С испытания проводились до значения оптической плотности равной 0,5-0,6 ед, а при температурах 170 и 160°С испытания проводились в течение 30 часов и после каждых 10 часов испытания отбирались пробы окисленного масла для определения оптической плотности, испаряемости и коэффициента термоокислительной стабильности. Затем по полученным данным расчетным путем производилось прогнозирование показателей термоокислительной стабильности через 10 часов до 90 часов испытания для температуры 170°С и до 140 часов для температуры 160°С. Кроме того, испытания проб при температурах 170°С и 160°С продолжались в течение указанного времени (90 и 140 часов) для проверки сходимости экспериментальных и расчетных методов определения показателей термоокислительной стабильности.
На фиг. 1 представлены зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления от десятичного логарифма времени и температуры испытания частично синтетического моторного масла Total Quartz 10W-40 SL/CF: 1 - 190°C; 2 - 180°C; 3 - 170°C; 4 - 160°C.
На фиг. 2 - зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами испарения от десятичного логарифма времени и температуры испытания частично синтетического моторного масла Total Quartz 10W-40 SL/CF: 1 - 190°C; 2 - 180°C; 3 - 170°C; 4 - 160°C.
На фиг. 3 - зависимости десятичного логарифма суммарной тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения, характеризующей коэффициент термоокислительной стабильности, от десятичного логарифма времени и температуры испытания частично синтетического моторного масла Total Quartz 10W-40 SL/CF: 1 - 190°C; 2 - 180°C; 3 - 170°C; 4 - 160°C.
G
Для получения указанных графических зависимостей и реализации способа необходимо получить данные по оптической плотности, испаряемости и коэффициенту термоокислительной стабильности. Для этого пробы смазочного материала постоянной массы термостатируют при выбранных температурах с перемешиванием механической мешалкой с постоянной частотой вращения. Через равные промежутки времени, например 10 часов, пробу окисленного смазочного материала взвешивают, определяют массу испарившегося масла m и вычисляют коэффициент испаряемости К
где m - масса испарившегося смазочного материала за время окисления (10 часов), г; М - масса пробы смазочного материала до испытания, г.
Отбирают часть окисленной пробы для фотометрирования и определения оптической плотности D
где 300 - показания фотометра при незаполненной кювете, мкА; П - показания фотометра при заполненной кювете окисленным маслом, мкА.
G
ТОС
По данным D и К вычислялся коэффициент термоокислительной стабильности П
При термостатировании смазочных материалов часть тепловой энергии поглощается продуктами окисления, изменяя оптическую плотность, а часть - продуктами испарения, изменяя массу испарившегося смазочного материала, поэтому количество тепловой энергии Q, поглощенной продуктами окисления и испарения предлагается определить произведением:
- для оптической плотности
где Т - температура термостатирования, °С; t - время испытания, ч; D - оптическая плотность за время t, ед;
- для испаряемости
где G - испаряемость масла, г;
- для коэффициента термоокислительной стабильности
D
G
Результаты испытания и вычисления показателей термоокислительной стабильности сведены в таблицу и представлены зависимостями: lgQ=ƒ(lgt,T) (фиг. 1); lgQ=ƒ(lgt,T) (фиг. 2) и  (фиг. 3).
На фиг. 1 представлены зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления от десятичного логарифма времени и температуры испытания исследуемого моторного масла. При температуре 190°С (кривая 1) масло испытывалось 40 часов, а при температуре 180°С - 60 часов (кривая 2). Данные зависимости описываются линейными уравнениями для температур:
Для температур 170°С (кривая 3) и 160°С (кривая 4) исследуемое масло испытывалось вначале 30 часов, при этом анализ производился через 10 часов. По результатам трех значений десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления построены графические зависимости от десятичного логарифма времени, которые описываются линейными уравнениями для температур:
D
По формулам 9 и 10 рассчитаны значения lgQ для времени испытания исследуемого масла при температуре 170°С до 90 часов испытания (lgt=1,954) и температурах 160°С до 140 часов (lgt=2,146) с увеличением времени на 10 часов и отбором проб масел для анализа.
Например, при температуре 160°С необходимо определить значение оптической плотности за время испытания 50 часов (lgt=1,7) используя формулу (10) или фиг. 1. Вначале определяется десятичный логарифм тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления
D
так как Q=T⋅t⋅D и антилогарифм 2,673 составляет 470,98, а так как 470,98=T⋅t⋅D=160⋅50⋅D, то D=470,98/8000=0,059 ед.
Сравнивая с экспериментальными данными (см. табл.), при времени испытания 50 часов оптическая плотность составила 0,06. Относительная погрешность составила 1,66%.
Дальнейшие испытания исследуемого масла при температурах 170 и 160°С показали, что экспериментальные данные ложились на прямые 3 и 4.
Аналогичным образом построены зависимости десятичного логарифма тепловой энергии, поглощенной продуктами испарения (фиг. 2) от десятичного логарифма времени испытания. Данные зависимости описываются линейными уравнениями для температур:
G
По формулам 14 и 15 рассчитаны значения lgQ для времени испытания исследуемого масла при температурах 170 и 160°С. Например, при температуре 160°С необходимо определить значение испаряемости за время испытания 50 часов (lgt=1,7), используя формулу (15) или фиг. 2. Определяется десятичный логарифм тепловой энергии, поглощенной продуктами испарения
G
так как Q=T⋅t⋅G=4,2545, а антилогарифм 4,2545 составляет 17968, а так как 17968=T⋅t⋅G=160⋅50⋅G, то G=17968/8000=2,246 г.
Сравнивая с экспериментальными данными (см. табл.), при времени испытания 50 часов испаряемость составила 2,2316 г. Относительная погрешность составила 0,64%.
Аналогичным образом построены зависимости десятичного логарифма суммарной тепловой энергии, поглощенной продуктами окисления и испарения от десятичного логарифма времени испытания (фиг. 3). Данные зависимости описываются линейными уравнениями для температур:
ТОС
По формулам 19 и 20 рассчитаны значения  для времени испытания исследуемого масла при температурах 170 и 160°С. Например, при температуре 160°С необходимо определить значение коэффициента термоокислительной стабильности П за время испытания 50 часов (lgt=1,7) используя формулу (20) или фиг. 3, определяется десятичный логарифм суммарной тепловой энергии, поглощенной продуктами окислении и испарения
ТОС
ТОС
ТОС
так как  и антилогарифм 2,85 составляет 707,95, а так как 707,95=T⋅t⋅П=160⋅50⋅П, то П=707,95/8000=0,0885 ед.
ТОС
ТОС
Сравнивая расчетные данные коэффициента термоокислительной стабильности П=0,0885 ед с экспериментальными (см. табл.) П=0,0927 ед, установили, что относительная погрешность составила 4,5%.
ТОС
Используя уравнения 7-20, можно прогнозировать значения показателей термоокислительной стабильности D, G и П для любого времени испытания, используя зависимости, полученные при трех диапазонах времени испытания.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет снизить трудоемкость определения показателей термоокислительной стабильности в широком интервале времени более чем в два раза и промышленно применимо.
При этом технический результат, достигаемый при реализации способа прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов, заключается в снижении трудоемкости за счет сокращения времени испытания при выбранной температуре в связи с возможностью использования результатов, полученных при трех одинаковых временных интервалах, и возможности прогнозирования с получением значений показателей расчетным методом.
Способ прогнозирования показателей термоокислительной стабильности смазочных материалов