СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ СИНТЕТИЧЕСКОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО МАСЛА С ПОВЫШЕННОЙ ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТЬЮ ДЛЯ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
LUBRICATING COMPOSITION FOR SYNTHETIC HYDRAULIC OIL HAVING HIGH FIRE SAFETY FOR AVIATION EQUIPMENT

Изобретение относится к гидравлическим (рабочим) жидкостям, предназначенным для гидравлических систем авиационной техники, в частности к авиационному синтетическому гидравлическому маслу для гидросистем авиационной ракетной и наземной техники, позволяющих обезопасить работу и эксплуатацию гидравлических систем при высоких температурах (пониженная пожароопасность ввиду высокой температуры вспышки и воспламенения). Также существенно снижены потери от испарения, что дает возможность более стабильной работы механических частей, например, скорость срабатывания гидроприводов.
Данное авиационное гидравлическое масло относится к новейшему поколению гидравлических жидкостей для воздушных судов и ракет. Является лучшим компромиссным решением по низкотемпературным требованиям к сохранению текучести (до -55°С), огнестойкости для безопасной эксплуатации и смазывающей способности для предотвращения износа и задиров в широких температурных границах. Может применяться в гидросистемах, которые до этого работали на нефтяных жидкостях без замены резиновых уплотнений. Применяются также в автопилотах, тормозных механизмах и в качестве амортизационной жидкости. Дают возможность обезопасить работу и эксплуатацию при высоких температурах вспышки и воспламенения.
К обязательным требованиям, предъявляемым к рабочим жидкостям для гидравлических систем авиационной техники, относятся:
2
2
- хорошие вязкостно-температурные характеристики (вязкость при 50°С не менее 8 мм/с, при минус 60°С не более 5000 мм/с);
- стабильность вязкости при механодинамических нагрузках (вязкость жидкости не должна уменьшаться при прокачке насосом и дросселировании в золотниках под высоким давлением);
- пожаробезопасность в случае разгерметизации гидравлической системы в аварийных ситуациях (температура вспышки паров жидкости должна быть не ниже 170°С).
В гидравлических системах отечественных самолетов и вертолетов в качестве рабочей жидкости широко применяется гидравлическое масло АМГ-10 («Масло АМГ-10» ГОСТ 6794) на основе низкозастывающих минеральных углеводородов с добавлением вязкостной, антиокислительной и противоизносной присадок. Рекомендуемый диапазон рабочих температур от минус -60°С до + 125°С.
Однако указанное гидравлическое масло АМГ-10 имеет следующие недостатки:
2
- уменьшение вязкости при эксплуатации в гидравлических системах (до 30%) вследствие механохимической деструкции молекул вязкостной полимерной присадки, что существенно сокращает ресурс работы масла и снижает надежность работы гидроагрегатов. Например, ресурс работы масла АМГ-10 в гидросистемах самолетов ТУ-154 не превышает 600 часов вследствие уменьшения вязкости с 10 до 7 мм/с (Ю.Е.Раскин, Ю.И.Денисов, Е.М.Вижанков, Б.Г.Бедрик. Диагностика и контроль ресурса применения рабочих жидкостей в гидросистемах авиационной техники. «Контроль. Диагностика», №5, 2004, с.38-40);
- неудовлетворительная пожаробезопасность при нарушении герметичности гидросистемы под давлением вследствие низких значений температуры вспышки паров (93°С при рабочей температуре жидкости до 125°С);
- неудовлетворительная термоокислительная устойчивость при температурах выше 125°С.
2
Гидравлическое масло АМГ-10 имеет невысокую стойкость к воспламенению, характеризуемую относительно низкой температурой вспышки, находящейся на уровне 93°С. Кроме того, в связи с возросшими в новых летательных аппаратах перепадами давления в гидросистемах имеет место увеличение градиента скорости сдвига в объеме масла, что приводит к повышению механических нагрузок на полимерный модификатор вязкости и его деструкции: чем выше давление в гидросистеме, тем быстрее достигает вязкость масла при 50°С своего нижнего предела, равного 8 мм/с и являющегося критическим показателем для замены масла АМГ-10 полностью на свежее. Если раньше этот порог достигался за 1500 часов работы, то в современных гидросистемах он равен 100 часам и менее. Для современных и новых поколений самолетов необходимо гидравлическое масло с более высокими характеристиками по стойкости к воспламенению и механическим нагрузкам, но при этом оно должно быть взаимозаменяемым с маслом АМГ-10.
Известен состав смазочного масла для газовых турбин (патент РФ 2185423. 20.07.2002, бюл. №20) для применения в газотурбинных двигателях сверхзвуковой авиации следующего состава, мас.%:
Термостабильный диоктилсебацинат
10,5-15
2,6-ди-трет-бутилпаракрезол
0,5-3,0
Алкилированный дифениламин
0,2-0,5
Трикрезилфосфат или дифенилпаратрет-бутилфенилфосфат
1,0-3,0
Бензотриазол
0,005-0,1
Синтетическое поли-альфа-олефиновое масло
остальное
2
2
Однако указанный состав не может быть использован в качестве рабочей жидкости для гидравлических систем авиационной техники, так как не обеспечивает требований по вязкости при минусовых температурах - уже при минус 40°С вязкость 4000=5000 мм/с (необходимо при минус 60°С - не более 5000 мм/с), термоокислительной устойчивости при высоких температурах - кислотное число за 50 часов увеличивается с 0,01-0,08 мг КОН/г до 4,05-6,0 мг КОН/г (допускается не более 0,15 мг КОН/1г), вязкость увеличивается на 40-50% и образуется осадок в количестве 0,06-0,15 мас.%, что не допустимо для рабочих жидкостей для гидравлических систем авиационной техники.
2
2
2
2
Известна рабочая жидкость для гидравлических систем авиационной техники (патент RU 2275418 С1), где в качестве основы применяются, мас.%: доктилсебацинат 9,9-10,1, полиэтилсилоксановая жидкость с вязкостью 4-49 мм/с при 20°С 17-23, поли-альфа-олефины с вязкостью 1,7-2,0 мм/с при 100°С 25-32, поли-альфа-олефины с вязкостью 3,7-4,3 мм/с при 100°С до 100. Характеристики масла: кинематическая вязкость при минус 50°С 1540-3712 мм/с, исследование термоокислительной стабильности проводили при 135°С. Технический результат - улучшение вязкостных характеристик при минусовых температурах (до минус 60°С), повышение термоокислительной устойчивости.
2
2
Из RU 2347803, 27.02.2009 известна рабочая жидкость для гидравлических систем авиационной техники, содержащая 2,6-ди-трет-бутилпаракрезол, фенил-α-нафтиламин, трикрезил-фосфат, в качестве основы содержит диоктилсебацинат термостабильный, фракцию поли-альфа-олефинов с вязкостью 1,7-2,0 мм/с при 100°С и полиалкилсилоксановую жидкость с вязкостью 14-16 мм/с при 100°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2,6-ди-трет-бутилпаракрезол
0,3-0,5
фенил-α-нафтиламин
0,2-0,5
трикрезил-фосфат
1,0-3,0
диоктилсебацинат термостабильный
9,6-19,5
поли-альфа-олефины с вязкостью 1,7-2,0 мм<sup>2</sup>/с при 100°С
34,0-44,3
полиалкилсилоксановая жидкость с
вязкостью 14-16 мм<sup>2</sup>/с при 100°С
39,4-48,1
Технический результат - улучшение термоокислительной стабильности, вязкостных характеристик в области минусовых температур, повышение максимальной рабочей температуры эксплуатации.
Технической задачей заявленного изобретения является создание авиационного синтетического масла для гидросистем с повышенной взрыво- и пожаробезопасностью и возможностью использования его в гидросистемах более высокой мощности и при более высокой температуре при сохранении высоких эксплуатационных свойств.
2
5
10
8
13
Техническая задача достигается смазочной композицией авиационного синтетического гидравлического масла для гидросистем авиационной, ракетной и наземной техники, содержащей в качестве базовой основы поли-альфа-олефиновые углеводороды с кинематической вязкостью при 100°С от 1,5-6 мм/с и молекулярной массой от 260 до 560 г/моль, реологический концентрат NYCOPERF RA 655 на основе маловязких моноэфиров С-С-карбоновых кислот и С-С-спиртов, стабилизированных полиметакрилатом, и имеющий вязкость при 100°С от 1,6- 2,0 сСт и 120-130 сСт при -40°С и температуру застывания ниже -72°С, фенольную антиокислительную присадку, триизопропилфосфат в качестве противоизносной присадки, ингибитор коррозии 1,2,3-бензотриазол или производное толутриазола Иргамет 39, кремнийорганическую жидкость в качестве антипенной добавки и краситель, при следующем соотношении исходных компонентов в мас.%:
указанная базовая основа на основе
поли-альфа-олефиновых углеводородов
60,0-64,0
указанный реологический концентрат на основе
маловязких моноэфиров, стабилизированных
полиметакрилатом
35,0-38,0
фенольная антиокислительная присадка
0,3-1,0
триизопропилфосфат
0,5-2,0
указанный ингибитор коррозии
0,02-0,1
кремнийорганическая жидкость в качестве
антипенной добавки
0,03-0,08
краситель
0,0011-0,0013
2
2
В композиции авиационного синтетического гидравлического масла по изобретению в качестве поли-альфа-олефиновых углефодородов (поли-альфа-олефиновых углефодородов) используют ПАО с кинематической вязкостью при 100°С от 1,5-6 мм/с, предпочтительно от 1,7- 3,6 мм/с; с молекулярной массой от 260 до 560 г/моль, предпочтительно от 275 до 400 г/моль.
2
И в частности, в качестве таких поли-альфа-олефиновых углеводородов используют поли-альфа-олефиновые углеводороды ПАМ-2 (ТУ 2053-014-544 09843-2007) или NEXBASE 2002 BULK, имеющие кинематическую вязкость при 100°С от 1,6-1,8 мм/с, температуру застывания не выше - 66°С.
18
38
2
В композиции авиационного синтетического гидравлического масла по изобретению используют реологический концентрат NYCOPERF RA 655 NICO СА (Франция), представляющий собой маловязкий моноэфир CHO, стабилизированный полиметакрилатом небольшой молекулярной массы от 200 до 500 г/моль. Моноэфир синтезирован из кислот, содержащих 5-10 атомов углерода и спиртов, имеющих 8-13 атомов углерода, и обладает вязкостными свойствами при 100°С в пределах 1,6-2,0 сСт и при -40°С 120-130 сСт, и температурой застывания ниже минус 72°С. Загущающая присадка, улучшающая индекс вязкости до 310, обеспечивает пологость вязкостно-температурной зависимости реологического концентрата NYCOPERF RA 655.
В качестве фенольной антиокислительной присадки авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит, например, метилен-бис-дитретбутил-фенол марки МБ-1 или Ethanox 4702, или Ирганокс 1010 (пентаэритритол тетракис (3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил) пропионат).
В качестве противоизносной присадки авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит три-изо-пропилфосфат ТИПФ или Durad 150.
В качестве ингибитора коррозии авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит 1,2,3-бензотриазол или производные толутриазола Иргамет 39 (N,N-бис-(2-этилгексил)-4-метил-1Н-бензотриазол-1-метиламин).
В качестве антипенной добавки авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит кремнийорганическую жидкость, например, ПМС-200 (полиметилсилоксановая жидкость) или Synaflve AC или АmН 2 (сертификат фирмы Cognis, 2007).
В качестве красителя авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит, например, краситель жирорастворимый зеленый VERT AU CRAS W 7200 (сертификат фирмы Sensient, 2007).
В таблице 1 представлен конкретный пример состава смазочной композиции авиационного синтетического гидравлического масла по изобретению, иллюстрирующий, но не ограничивающий объем притязаний.
В таблицах 2-3 представлены свойства базовой смеси авиационного масла по изобретению, состоящей из базовых компонентов поли-альфа-олефиновых углеводородов (ПАОМ-2) и реологического концентрата NYCOPERF RA 655 (ТУ 0253-003-07548712-2010).
В таблице 4 представлены основные свойства авиационного синтетического гидравлического масла по изобретению.
Таблица 1.
№ п/п
Наименование компонентов
Нормативный документ
Содержание, мас.%
1
Базовая смесь из
ТУ 0253-003-07548712-2010
синтетических
углеводородов (БССУ) из:
а) базовой основы ПАОМ-2
ТУ 0253-014-54409843-2007
61,9688
63,0189
б) реологический концентрат
ТУ 0253-003-07548712-2010
36,5
36,0
NYCOPERF RA 655
2
Антиокислительная
ТУ 2425-436-05742686-2001
0,5
0,45
присадка:
метилен-бис-дитретбутил-
фенол(МБ-1)
3
Противоизносная присадка:
Опытное производство ОАО
0,93
0,45
три-изо-пропилфосфат
«Химпром»
(ТИПФ)
4
Ингибитор коррозии:
ТУ 6-09-1291-87
0,05
0,04
1,2,3-бензотриазол
5.
Антипенная присадка:
ТУ 6-09-1291-87
0,05
0,04
ПМС-200 (полиметил-
силоксановая жидкость)
6
Краситель
Сертификат фирмы Sensient
0,0012
0,0011
VERT AUCRASW 7200
Композицию авиационного гидравлического масла по изобретению готовят путем приготовления базовой смеси смешением базовой основы на основе поли-альфа-олефиновых углеводородов с реологическим концентратом и пакетом присадок при нагревании.
В реактор подают расчетное количество компонентов базовой смеси синтетических углеводородов (БССУ). Перемешивают, нагревают до 60-80°С до полной растворимости. При перемешивании далее загружают присадки, фильтруют.
Таблица 2
Показатели качества базовой смеси синтетических углеводородов (БССУ)
№
Наименование показателя
Значения
Методы испытаний
1
Вязкость кинематическая, мм<sup>2</sup>/с, при
ГОСТ 33
температуре:
50°С, не менее
9,0
минус 50°С, не более
1250
минус 55°С, не более
2500
2
Температура застывания, °С, не выше
минус 60
ГОСТ 20287
3
Содержание воды,
ГОСТ 2477
%
отс.
ГОСТ 24614
ppm, не более
500
арбитражный
Таблица 3
Основные характеристики
№
Наименование показателя
Норма
Метод испытания
1
Вязкость кинематическая, мм<sup>2</sup>/с, при
ГОСТ 33
температуре:
50°С, не менее
9,0
минус 50°С, не более
1250
минус 55°С, не более
2500
2
Температура застывания, °С, не выше
минус 60
ГОСТ 20287
3
Индекс вязкости, не менее
300
ГОСТ 25371
4
Температура вспышки, определяемая в
ГОСТ 4333
открытом тигле, °С, не ниже
150
5
Кислотное число, мг КОН/г на 1 г масла,
ГОСТ 5985
не более
0,03
6
Содержание воды,
ГОСТ 2477
%
ОТС.
ГОСТ 24614
pmm, не более
500
арбитражный
Таблица 4
№
Наименование показателя
Норма
Метод испытания
1
Внешний вид
Прозрачная
визуальный
жидкость
сине-зеленоватого цвета
2
Кинематическая вязкость, мм<sup>2</sup>/с,
при температуре:
125°С, не менее
2,3
ГОСТ 33
50°С, не более
9,0
ГОСТ 33
минус 50°С, не более
1250
ASTM D 445
3
Температура застывания, °С, не выше
минус 65
ГОСТ 20287
(метод Б)
4
Температура вспышки, определяемая в
ГОСТ 4333
открытом тигле, °С, не ниже
150
5
Кислотное число, мг КОН/г на 1 г масла,
ГОСТ 5985
не более
0,03
6
Плотность при 20°С, г/см<sup>3</sup>, в пределах
0,825-0,940
ГОСТ 3900
ASTM D 4452
7
Чистота жидкости:
10,0
ГОСТ17216
класс чистоты, не более
6,0
NASA 1638
8
Коррозионная активность и устойчивость к окислению (168 час, 135±1°С):
выдерживает
ASTM D 4636
9
Температура воспламенения, °С не менее
170
ASTM D 92
10
Скорость распространения пламени, см/сек, не более
0,5
ASTM D 5306
Таким образом, как следует из приведенных данных, заявленная в качестве изобретения смазочная композиция авиационного синтетического гидравлического масла обладает высокими эксплуатационными свойствами с повышенными взрыво- и пожаробезопасностью за счет экспериментально подобранного сочетания базовой смеси (базовая основа на основе поли-альфа-олефиновых углеводородов в сочетании с реологическим концентратом на основе маловязких моноэфиров, стабилизированных полиметакрилатом) и подобранных добавок-присадок, оказывающих синергетическое действие в заявленном авиационном масле.
Получена новая высококачественная гидравлическая жидкость (авиационное синтетическое гидравлическое масло, предназначенное для применения в гидросистемах авиационной, ракетной и гидросистемах наземного оборудования) с высокими антикоррозионными требованиями.