КОМПОЗИЦИЯ ПЕНОГАСИТЕЛЯ ДЛЯ СМАЗОЧНОГО МАСЛА И СПОСОБ ПЕНОУДАЛЕНИЯ С ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ANTIFOAMING AGENT COMPOSITION FOR LUBRICATING OIL AND METHOD OF REMOVING FOAM USING SAME

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к технологии пеноудаления смазочного масла, хранимого в емкости, например в масляном баке.
Уровень техники
Смазочное масло способно уменьшать трение между деталями и используется для обеспечения работы многих механических компонентов. Например, смазочное масло, используемое в коробке передач автомобиля (автомобильное трансмиссионное масло), помимо смазывания и охлаждения шестерен, используется также для контроля трения и гидравлического привода сцепления, работающего в масляной ванне. Однако увеличение количества воздушных пузырей в смазочном масле вызывает проблемы, такие как снижение эффективности охлаждения, колебания давления в гидросистеме и ускорение окислительного износа, и в конечном итоге может привести к отказу техники, например, коробки передач, и т.п. Поэтому смазочное масло обычно содержит пеногаситель. Кроме того, в условиях снижения вязкости смазочного масла в связи с экономией затрат на топливо, понижение вязкости смазочного масла приводит к повышению пенообразования, поэтому особое внимание следует уделять средствам пеногашения.
2
2
w
w
w
w
Как правило, в качестве пеногасителя для смазочного масла используются не описываемые здесь пеногасители на основе фтора, а обычные пеногасители на силиконовой основе, такие как полидиметилсилоксан; в частности, часто применяются пеногасители, динамическая вязкость которых при температуре 25°С составляет от 50000 до 1500000 мм/сек. Вне данного диапазона характеристики пеноудаления пеногасителей при высоких температурах становятся неудовлетворительными. Предпочтительный диапазон динамической вязкости составляет от 80000 до 1200000 мм/сек. Полидиметилсилоксановый компонент может быть использован как сам по себе, так и в сочетании с одним или несколькими его типами. Относительно объема смешиваемого вещества, Полидиметилсилоксановый компонент предпочтительно смешивают с базовым маслом в количестве от 1 до 50 миллионных долей по массе (ppm) от общей массы композиции. При концентрации смешиваемого компонента менее 1 ppm эффект пеноудаления может отсутствовать; при концентрации смешиваемого компонента более 50 ppm может не достигаться положительный эффект, соответствующий количеству смешиваемого вещества. Более предпочтительно, если количество смешиваемого компонента составляет от 3 до 30 ppm.
Именно поэтому были предложены пеногасители на основе фтора, обладающие высокой пеногасительной способностью. Например, фтор-модифицированные силиконы можно использовать для смазочных масел низкой вязкости, имеющих высокую растворяющую способность, так как они являются более не растворимыми в смазочном масле, чем используемые обычно пеногасители на силиконовой основе. Кроме того, фтор-модифицированные силиконы также обладают высокой пеногасительной способностью при высоких температурах. Однако фтор-модифицированные силиконы имеют большой удельный вес, и поэтому имеют тенденцию к отделению в резервуаре до его заполнения. Таким образом, даже несмотря на то, что существуют пеногасители на основе фтора, обладающие высокими потенциальными возможностями по пеногашению, поскольку применение некоторых из них является проблематичным с точки зрения стабильности при хранении, в настоящее время пеногасители на основе фтора не находят эффективного применения как пеногасители для смазочного масла.
В опубликованной патентной заявке Японии №60000086В предлагается способ, отличающийся от существующего способа смешивания пеногасителя на основе фтора со смазочным маслом. В частности, в опубликованной патентной заявке Японии №60000086В раскрывается пеногаситель, обладающий отличными характеристиками пеноудаления, содержащий фторсодержащее соединение, в котором фторированная С3-С20 алифатическая группа и высокоалифатическая группа с количеством атомов углерода 10 или более входят в состав одной и той же молекулы. Кроме того, в качестве способа применения данного пеногасителя, помимо способа смешивания со смазочным маслом, предлагается способ нанесения данного пеногасителя на кромку емкости. Преимущество последнего вышеуказанного способа заключается в том, что любые пузырьки воздуха, поднимающиеся на поверхность, рассеиваются, когда входят в контакт с поверхностью, на которую был нанесен пеногаситель (см. со стр.5, абзац 6 по стр.4, абзац 7).
Таким образом, несмотря на то, что эффект пеноудаления может быть получен на короткий период времени с помощью пеногасителя на основе фтора, описанного в патентной публикации Японии №60000086В, с применением описанного метода (нанесения пеногасителя на кромку емкости), проблема заключается в том, что получить эффект пеноудаления на протяжении более продолжительного периода времени невозможно. Кроме того, несмотря на высокий эффект пеноудаления, в случае применения данного пеногасителя для текучей среды, как это имело место вплоть до настоящего момента, в течение длительного периода времени он опускается вниз вследствие своего веса, и поэтому считается, что поддержание эффекта пеноудаления на протяжении длительного периода времени будет лучше возможно с помощью композиции гелеобразной формы высокого класса Национального института смазочных материалов США (NLGI). Кроме того, если в пеногасителе в форме пасты используются твердые микрочастицы кремния, как указано в патентной публикации Японии №60000086В, данные частицы кремния представляют собой твердые посторонние тела, вызывающие абразивный износ, что оказывает отрицательный эффект на смазочные характеристики.
Еще одна проблема заключалась в том, что поскольку обычный пеногаситель смешивали со смазочным маслом заранее, количество пеноудаляющего компонента уменьшалось со временем в процессе эксплуатации вследствие задержания фильтрами. Кроме того, в автоматической коробке передач (автоматической трансмиссии (AT), бесступенчатой коробке передач (CVT)) циркулирование смазочного масла в корпусе обеспечивается гидронасосом, и существует возможность пенообразования во время этого процесса: такое пенообразование приводит к плохому смазыванию, что может привести к потере способности управлять устройством.
Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в создании технологии пеноудаления в смазочном масле, обеспечивающей высокую пеногасительную способность на протяжении длительного периода времени, использующей пеногаситель в виде композиции гелеобразной формы, составляющей твердый смазочный материал.
Раскрытие изобретения
Объектом данного изобретения является композиция пеногасителя в гелеобразной форме, относящаяся к классу 1 NLGI (в соответствии с классификацией, принятой Национальным институтом смазочных материалов, США) или тверже, и относится к способу пеноудаления в смазочном масле, отличающемуся тем, что он включает операцию нанесения указанной композиции пеногасителя на стенку контейнера для смазочного масла.
Согласно настоящему изобретению, за счет нанесения композиции пеногасителя в гелеобразной форме, относящейся к классу 1 NLGI или тверже, на внутреннюю стенку контейнера для смазочного масла происходит постепенное выделение пеноудаляющего компонента, за счет чего достигается положительный эффект, заключающийся в сохранении высокой пеногасительной способности композиции пеногасителя на протяжении длительного периода времени. Кроме того, согласно настоящему изобретению, пузырьки, выделяющиеся при пенообразовании в смазочном масле, входят в контакт с композицией пеногасителя, и пеноудаляющий компонент поступает в смазочное масло каждый раз, когда такой контакт происходит; в результате, достигается положительный эффект, заключающийся в том, что композиции пеногасителя, которые сами по себе не подходят для смешивания со смазочным маслом (например, такие как пеногасители на основе фтора, имеющие большой удельный вес и легко отделяющиеся) становятся применимыми. Кроме того, согласно настоящему изобретению, демонстрируется эффект пеноудаления, не ограничиваемый конкретными типами смазочного масла (например, эффект пеноудаления получается даже в случае смазочных масел с высокой растворяющей способностью и низкой вязкостью). Кроме того, согласно настоящему изобретению, достигается большая удерживающая сила, что предупреждает размягчение и каплеобразование при высокой температуре; в результате, достигается положительный эффект, заключающийся в том, что становится возможным сохранить устойчивую пеногасительную способность на протяжении длительного периода времени даже в условиях высоких температур окружающей среды. Кроме того, потеря пеногасителя вследствие захвата фильтрами может компенсироваться постепенным выделением пеноудаляющего компонента с внутренних стенок контейнера. Далее, такие проблемы, как плохая смазывающая способность или потеря возможности управления устройством, могут быть решены за счет выделения пеногасителя с внутренних стенок при пенообразовании, даже в автоматической коробке передач.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схема прибора, использовавшегося в практическом примере осуществления настоящего изобретения и в сравнительном примере.
Осуществление изобретения
При ознакомлении с приведенным ниже подробным описанием настоящего изобретения следует иметь в виду, что данное изобретение никоим образом не ограничивается приведенными конкретными способами применения и может быть использовано во многих других областях, которые могут быть выбраны по желанию. Следует отметить, что, хотя далее композиция пеногасителя на основе фтора рассматривается в качестве примера, поскольку она обладает высокими пеногасительными характеристиками, не имеется никаких ограничений на этот счет, и настоящее изобретение может быть применено и к другим композициям пеногасителя, например, к композициям пеногасителя на силиконовой основе.
Данный практический пример осуществления относится к композиции пеногасителя гелеобразной формы, которая представляет собой композицию класса 1 NLGI, или тверже, для нанесения на внутреннюю стенку контейнера для смазочного масла. Кроме того, он демонстрирует способ пеноудаления в смазочном масле, отличающийся тем, что в нем используется указанная композиция пеногасителя. Такая композиция пеногасителя обязательно содержит "пеноудаляющий компонент" и "базовое масло", и может также содержать "загущающий агент". Однако эти термины относятся лишь к функциональности и не обязательно подразумевают наличие химически различных компонентов. В частности, например, если какой-либо компонент функционирует и как пеноудаляющий компонент, и как базовое масло, такой компонент представляет собой и пеноудаляющий компонент, и базовое масло. Сначала мы опишем композицию пеногасителя (компоненты и свойства), которая используется в качестве активного компонента, а затем рассмотрим способ его применения.
Компоненты композиции пеногасителя на основе фтора
Хотя композиция пеногасителя согласно настоящему изобретению не ограничивается лишь композицией пеногасителя на основе фтора, мы рассмотрим именно композицию пеногасителя на основе фтора. Композиция пеногасителя на основе фтора содержит компонент (пеноудаляющий компонент), содержащий атом фтора. Примеры пеноудаляющих компонентов, которые могут быть использованы, включают частично или полностью фторированные алканы (например, перфторалканы), частично или полностью фторированные алкиловые простые эфиры (например, перфторалкильные простые эфиры), фтор-модифицированные силиконы (фторокремнийорганические масла), или перфторалкил-содержащие олигомеры и перфторалкильные этиленоксидные аддукты. Ниже описывается консистентная смазка на основе фтора в качестве предпочтительной композиции пеногасителя на основе фтора.
Консистентная смазка на основе фтора
Консистентная смазка на основе фтора в соответствии с предпочтительным примером осуществления представляет собой композицию гелеобразной формы, содержащую базовое масло и загущающий агент (который может содержать добавки), и указывает на то, что в смазочном масле используется композиция, содержащая фтор, по меньшей мере, в части базового масла, загущающего агента и/или добавок. В качестве консистентной смазки на основе фтора предпочтительной является консистентная смазка, базовое масло которой является фторсодержащим; в качестве примера, можно упомянуть способ, в котором базовое масло представляет собой пеноудаляющий компонент (т.е. фторсодержащее масло (органический растворитель на основе фтора) вышеупомянутого пеноудаляющего компонента, например, перфторполиэфир (перфторполиэфирное масло), перфторалкильный простой эфир (перфторалкильное масло), низший полимер хлортрифторэтилена (хлортрифторэтиленовое масло), или фтор-модифицированный силикон), или способ, в котором загущающий агент представляет собой пеноудаляющий компонент (например, политетрафторэтилен (ПТФЭ)). Данную консистентную смазку получают путем соответствующего изменения класса NLGI посредством введения свободно выбираемого количества загущающего агента (например, такого как трикальций фосфат) или добавки к базовому маслу на основе фтора (фторсодержащему маслу), или посредством корректировки класса NLGI путем добавки загущающего агента на основе фтора или добавки в свободно выбираемое базовое масло. Кроме того, в качестве примера можно упомянуть консистентную смазку на основе кальций-фосфатного фторсодержащего масла, раскрытую в Сборнике трудов, представленном на посвященном вопросам нефтепродуктов дискуссионном форуме (Sekiyu Seihin Toron Kai), 2009 P107-110 "Термостойкая консистентная смазка с использованием трикальций фосфата в качестве загущающего агента". Из таких консистентных смазок, фосфат-кальциевое фторсодержащее масло, описанное выше, в частности консистентная смазка, в которой фторсодержащее масло используется в качестве базового масла, и трикальций фосфат в качестве загущающего агента, является особенно подходящей.
Свойства композиции пеногасителя
Консистентная смазка класса 1 NLGI или более высокой твердости (до класса 4, хотя никаких верхних пределов практически не установлено), используемая в композиции пеногасителя в гелеобразной форме в соответствии с настоящим вариантом осуществления, является подходящей; более предпочтительными могут являться консистентные смазки классов 2 или 3. Если класс NLGI смазки меньше 0, можно предположить, что данная смазка будет стекать вниз по истечении определенного длительного периода времени, что является нежелательным. Способ определения подходящего класса NLGI изложен в документе JIS K2220.
2
2
Не существует практических ограничений относительно формы композиции гелеобразной формы; это может быть, например, консистентная смазка, крем или мазь. Например, если композиция гелеобразной формы представляет собой консистентную смазку, динамическая вязкость базового масла может составлять от 5 до 60 мм/сек при 100°С, предпочтительно в диапазоне от 10 до 50 мм/сек. Динамическую вязкость при температуре 100°С можно определить по методике, изложенной в документе JIS K2283. Можно предположить, что если динамическая вязкость становится слишком низкой, возможна тенденция к выделению масла из смазки, что уменьшает удержание пеноудаляющего компонента, усиливает разложение композиции пеногасителя, с последующим снижением или потерей эффекта пеноудаления. С другой стороны, если динамическая вязкость композиции слишком высока, можно предположить, что пеноудаляющий компонент может плохо диспергироваться в масле, в результате чего он не сможет работать как пеногаситель.
Способ использования
Способ использования согласно настоящему варианту осуществления включает в себя операцию нанесения указанной композиции пеногасителя в форме геля на внутреннюю стенку контейнера для смазочного масла. В частности, он отличается от обычного способа использования, заключающегося в добавлении пеногасителя к смазочному маслу. Однако его можно скомбинировать с обычным способом добавления пеногасителя к смазочному материалу (в данном случае, если пенообразование повышается вследствие неэффективности пеногасителя в результате его задержки фильтрами и т.п., и такое пенообразование подавляется за счет выделения пеноудаляющего компонента в масло из композиции пеногасителя, который был использован в гелеобразной форме). Ниже мы рассмотрим сначала пример использования указанного выше способа, а затем будет описана вышеупомянутая операция данного способа.
Случай применения к контейнеру
Не существует каких-либо ограничений по контейнерам, к которым может быть применен данный способ; в качестве примера можно указать коробки передач автомобилей или мотоциклов (например, ручные коробки передач, автоматические коробки передач или коробки передач электромобилей); в частности, данный вариант способа может быть применен к коробкам передач автоматической трансмиссии или бесступенчатым коробкам передач. В коробках передач для автоматической трансмиссии или бесступенчатой коробки передач пенообразование происходит, когда циркуляция смазочного масла внутри емкости осуществляется с помощью гидронасоса, но с помощью данного варианта способа применения такие проблемы, как плохое смазывание или потеря управляемости устройства, можно предотвратить.
Случай применения к смазочному маслу
Нет никаких конкретных ограничений относительно смазочного масла, к которому может быть применен данный вариант рассматриваемого способа. Например, в качестве базового масла для смазочного масла можно упомянуть минеральные масла, называемые высокоочищенными базовыми маслами, синтетические масла или их смеси (например, базовые масла групп 1, 2, 3, 4 или 5 категории базовых масел классификации АНИ (Американского нефтяного института), как по отдельности, так и виде смесей). Кроме того, нет никаких конкретных ограничений по содержанию базового масла в смазочном масле, оно может составлять, например, по меньшей мере, 60% по весу, предпочтительно, по меньшей мере, 70% по весу, более предпочтительно, по меньшей мере, 80% по весу, и еще более предпочтительно, по меньшей мере, 90% по весу.
Операция нанесения
Операция нанесения согласно рассматриваемому способу осуществления настоящего способа заключается в нанесении композиции пеногасителя на внутреннюю стенку контейнера для смазочного масла (например, его боковую стенку или какой-либо элемент, такой как, например, трубку сапуна или указатель давления масла, установленный выше уровня масла в контейнере). Соответственно, композицию пеногасителя наносят на поверхность на уровне масла или над ним. В этом случае предполагается, что пеноудаление не является необходимым, если только не начнет происходить пенообразование смазочного масла. Другими словами, при пенообразовании уровень смазочного масла повышается, и пена входит в контакт с нанесенной композицией пеногасителя, в результате чего пеноудаляющий компонент смешивается со смазочным маслом. Такая система дает возможность предотвратить смывание пеноудаляющего компонента с внутренней поверхности стенки контейнера в течение короткого периода времени в результате продолжающегося контакта смазочного масла с пеноудаляющим компонентом. Следует отметить, что нет конкретных ограничений относительно способа нанесения композиции пеногасителя на стенку контейнера, которое может осуществляться, например, путем нанесения покрытия или распылением.
Примеры
Несмотря на то, что настоящее изобретение описывается ниже со ссылкой примеры и сравнительные примеры, оно не ограничивается данными примерами.
Пример 1
2
Приблизительно 0,03 г консистентной смазки (на основе фосфат-кальциевого фторсодержащего масла, белого цвета, класс 2 NLGI, динамическая вязкость базового масла (при 100°С) 40 мм/сек), содержащей перфторполиэфир в качестве композиции пеногасителя на основе фтора, было нанесено на внутреннюю поверхность тестового контейнера описанным ниже методом. Базовое масло консистентной смазки, использовавшееся в данном случае, представляет собой пентафторэтиловый эфир, а в качестве загущающего агента использовался трикальций фосфат.
Сравнительный пример 1
Приблизительно 0,03 г композиции пеногасителя, представляющего собой высоковакуумную силиконовую консистентную смазку производства компании Dow Coming Inc., было нанесено на внутреннюю поверхность тестового контейнера описанным ниже методом. Класс NLGI данной композиции был 0.
Сравнительный пример 2
2
Приблизительно 0,03 г композиции пеногасителя, представляющего собой SH 200-100000 сСт совместного производства компаний Toray и Dow Coming Inc., было нанесено на внутреннюю поверхность тестового контейнера описанным ниже методом (пример использования крайне высоковязкого силиконового масла). Динамическая вязкость данного состава при температуре 25°С составляла 100000 мм/сек.
Тест по пеноудалению
Тест на пенообразование проводился с использованием оборудования, показанного на фиг.1. Оценка интенсивности пенообразования с помощью гомогенизатора (20) проводилась следующим методом.
Используемое оборудование
Гомогенизатор (20): IKA Labortechnik Ultra-Turaax T25
Вал генератора (22): S-25N-25F (производства той же самой компании, что и указанный выше гомогенизатор)
Цилиндры (24): выполнены из стекла, высота от 20 до 160 мм (каждый 1 мм), градуированные, внутренний диаметр 36 мм, толщина 2 мм, высота 200 мм
Нагреватель (26): нагреватель достаточной электрической мощности для нагрева введенного в вышеуказанные цилиндры (24) масла до температуры 140°С
Термопара (28): обеспечивающая возможность измерения температуры в диапазоне от 80°С до 140°С с интервалом 10°С
Эталонное масло
В качестве эталонного смазочного масла использовалось смазочное масло марки Shell ATF для автоматической трансмиссии производства компании Showa Shell Sekiyu Ltd., без пеногасителя.
Подготовка к проведению измерений
1. Было взято по 62,5 мл образцов, подготовленных в соответствии с Примером 1, Сравнительным примером 1 или Сравнительным примером 2 (55 мм по градуированной шкале).
2. Оборудование было установлено так, как показано на рисунке.
3. Согласовывались положения гомогенизатора (20). В частности, положения отверстий на валах согласовывались с положениями от 50 до 60 мм цилиндров (24) (поверхность масла от 65 до 66 мм при комнатной температуре). В данный момент расстояние от конца вала до дна контейнера составляло приблизительно 20 мм.
4. Производилось вращение гомогенизатора (20) со скоростью 8000 об/мин и нагрев масла нагревателями до требуемой температуры измерения.
Метод нанесения композиции пеногасителя
Тестовое устройство устанавливали в положение на перемешивающем валу (внешнем), и затем производилось нанесение композиции пеногасителя при инжекторе в положении от 90 до 95 мм (объем при пенообразовании эталонного масла составлял 117 мм, то есть вышеуказанное положение выбирали таким образом, чтобы обеспечить возможность пеногашения).
Последовательность измерений
1. Регистрировали положение уровня масла (до перемешивания) при температуре измерения (120°С), при остановленном гомогенизаторе (20).
2. Производилось вращение гомогенизатора (20) со скоростью 8000 об/мин, и устанавливали нагреватель на температуру измерений.
3. По достижении температуры измерений начинали вращение гомогенизатора (20) со скоростью 20000 об/мин.
4. После перемешивания в течение 1 мин при вращающемся гомогенизаторе (20) производилось измерение уровня масла и уровня пены (уровень масла после перемешивания в течение 1 мин). Вычисляли количество пены (мм) путем вычитания значения "уровень масла перед перемешиванием" из значения "уровень масла после перемешивания".
Результаты испытаний
Результаты испытаний представлены в таблице 1.
Таблица 1
Пример 1
Сравнительный пример 1
Сравнительный пример 2
Уровень масла до перемешивания
71 мм
69 мм
70 мм
Нанесение
Спустя 1 мин после перемешивания
Уровень масла
91 мм
127 мм
118 мм
Количество пены
20 мм
58 мм
48 мм
Без перемешивания
Спустя 1 мин после перемешивания
Уровень масла
118 мм
115 мм
118 мм
Количество пены
47 мм
46 мм
48 мм
Степень увеличения/уменьшения количества пены
-57%
+26%
±0%
В примере 1, при наблюдении за внутренней окружностью цилиндра, использовавшегося при проведении теста на пенообразование, было обнаружено, что при контакте образующейся пены с композицией пеногасителя происходило обеспенивание, после чего пенообразование не происходило. Кроме того, было выявлено, что эффект пеноудаления сохранялся даже спустя 1 мин после начала теста. Было сделано предположение, что продолжение отличного эффекта пеноудаления в течение длительного периода времени было обусловлено тем, что при контакте композиции пеногасителя с пузырьками воздуха пузырьки частично лопались без сколько-нибудь значительного возмущения масла, и концентрация перфторполиэфира в масле, обеспечивающего эффект пеноудаления, оставалась достаточной для пеноудаления.
И наоборот, в сравнительном примере 1, даже несмотря на то, что возникающие пузырьки воздуха вступали в контакт с композицией пеногасителя, пенообразование все равно продолжалось, и эффект пеноудаления не наблюдался. Спустя 1 мин после начала теста количество образующейся пены фактически увеличилось по сравнению с ситуацией, когда производилось нанесение композиции пеногасителя; иными словами, наблюдался эффект, который можно назвать эффектом пенообразования; таким образом, было обнаружено, что наблюдавшийся эффект был прямо противоположным цели настоящего изобретения.
Кроме того, в сравнительном примере 2, было отмечено, что степень уменьшения/увеличения пенообразования была одинаковой, независимо от того, наносилась композиция пеногасителя, или не наносилась; таким образом, было обнаружено, что композиция пеногасителя не демонстрировала эффекта пеноудаления.
Таким образом, было установлено, что композиция пеногасителя, предлагаемая настоящим изобретением, при ее нанесении на внутреннюю поверхность контейнера над уровнем масла, обеспечивает крайне высокий положительный эффект удаления образующейся пены по сравнению с композицией пеногасителя сравнительного примера 1 и сравнительного примера 2.