ПРИМЕНЕНИЕ КОНСИСТЕНТНЫХ СМАЗОК НА ОСНОВЕ КАЛЬЦИЕВОГО КОМПЛЕКСА И КОНСИСТЕНТНЫХ СМАЗОК НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСА СУЛЬФОНАТА КАЛЬЦИЯ ДЛЯ СМАЗКИ ПРОВОЛОЧНЫХ КАНАТОВ
APPLICATION OF GREASES BASED ON CALCIUM COMPLEX AND GREASES BASED ON CALCIUM SULFONATE COMPLEX FOR LUBRICATION OF WIRE ROPES

Настоящее изобретение относится к применению композиций консистентных смазок на основе кальциевого комплекса, содержащих воски (гибридные консистентные смазки на основе кальциевого комплекса) и композиций консистентных смазок на основе комплекса сульфоната кальция и/или композиций консистентных смазок на основе комплекса сульфоната кальция, содержащих воски (гибридные консистентные смазки на основе комплекса сульфоната кальция) в качестве смазок для проволочных канатов. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу изготовления проволочных канатов и к проволочным канатам, содержащим композицию консистентной смазки.
Вводная часть, предшествующий уровень техники и техническая задача
Характерная особенность консистентной смазки или композиции консистентной смазки, соответственно, состоит в том, что жидкий масляный компонент абсорбируется и удерживается загущающим компонентом. Пастообразное состояние консистентной смазки и ее свойство быть способной к намазыванию, пригодной для работы и легко деформируемой, наряду с ее адгезионными характеристиками, гарантирует, что консистентная смазка смазывает точку смазки, при этом на поверхностях, подверженных трению, наблюдается длительный смазочный эффект.
К числу наиболее важных реологических свойств консистентной смазки относятся: консистенция и соответствующий ей предел текучести, способность к предотвращению последующего отверждения и чрезмерного отделения масла при термических и механических нагрузках, а также стабильная характеристика вязкость/температура. Нередко является предпочтительным тиксотропное (истончение сдвига) и нестабильная реакция на сдвиг консистентной смазки. Чтобы создать консистентную смазку с высокой степенью использования в зависимости от требований к смазке и оборудованию, необходимо выполнить множество практических экспериментов.
Консистентные смазки обычно состоят из загущающего компонента, который равномерно распределен в базовом масле. Самые разнообразные материалы известны как базовые масла. В качестве загущающих компонентов используются органические и неорганические составы. Известно большое количество композиций консистентных смазок. К ним также относятся консистентные смазки на основе комплекса сульфоната кальция и консистентные смазки на основе кальциевого комплекса.
Консистентные смазки на основе комплекса сульфоната кальция содержат базовое масло и загуститель на основе сульфоната кальция, который получают из сверхосновного, в частности, аморфного сульфоната кальция, содержащего карбонат кальция, при этом в ходе реакции карбонат кальция переходит по меньшей мере частично в кальцифицированную структуру, предпочтительно, главным образом, применительно к весовой концентрации. Такие консистентные смазки на основе сверхосновного сульфоната кальция, содержащие кальцит подробно описаны, например, в европейском патенте № ЕР 0613940 В1.
Консистентные смазки на основе кальциевого комплекса содержат базовое масло и загуститель, который образуется из гидроксида кальция, жирной кислоты и комплексообразующего агента.
Проволочные канаты, иногда называемые стальными канатами, состоят из основных механических компонентов для передачи растягивающих усилий, в частности, при погрузке-разгрузке материалов в рыбной промышленности, горных работах и строительстве.
Проволочные канаты могут использоваться для статических задач, особенно, в виде вант или использоваться для передачи усилия в динамических вариантах применения, например в кранах, лифтах, канатных дорогах или подъемниках для горнолыжников. В частности, в динамических вариантах применения проволочные канаты постоянно подвергаются меняющимся нагрузкам и изнашиваются по истечении определенного периода использования, следовательно, требуется их периодическая замена. Помимо всего прочего, износ проволочных канатов характерен для отдельных элементов, трущихся напротив друг друга. Проволочные канаты, в частности, подверженные износу при трении, используются для динамических вариантов применения, поскольку они подвергаются постоянному изгибанию во время изменений направления движения и/или наматывания или сматывания.
Дальнейшая оптимизация срока службы проволочных канатов с помощью новых технологий скручивания канатов оказывается возможной только в определенных пределах, поскольку связана с улучшением качества стали, используемой для проволок. В последние десятилетия мало внимания уделялось выбору или созданию соответственно новых смазок и увеличению срока службы связанных с этим тяговых элементов. Смазка предназначена для уменьшения сил трения между отдельными элементами и/или прядями тягового элемента, а также для предотвращения коррозии и окисления при трении.
В настоящее время, наряду со смазками на основе битума, увеличилось производство тиксотропных смазок на основе сольватов, при этом реже используются мыльные консистентные смазки, и, главным образом, в данном случае консистентные смазки на основе литиевого мыла. Пример смазки для проволочного каната, содержащей твердые парафины и щелочной нафталинсульфонат для защиты от коррозии описан в патенте Германии № DE 1130103 В (соответствует патенту США № US 3125522 А).
В заявке на патент США № US 2014/0182261 А2 представлено множество существенно отличающихся смазок, предложенных для проволочных канатов, включая смазки на основе кальциевого комплекса, при этом отсутствуют гибридные смазки на основе кальциевого комплекса, смазки на основе комплекса сульфоната кальция или гибридные смазки на основе комплекса сульфоната кальция. Метод испытаний, рассматриваемый в параллельном патенте ЕР 2432859, очевидным образом демонстрирует, что данная защита в основном сосредоточена на неорганических твердых веществах, которые имеют твердость ниже, чем у металлического каната и которые используют в качестве смазки.
Целью использования смазки в соответствии с данным изобретением является обеспечение, насколько это возможно, следующего спектра свойств: превосходная характеристика вязкость/температура, хорошая способность к доставке, низкая температура хрупкости по методу Фрааса, превосходная защита от коррозии, даже с абсорбированной водой, хорошая совместимость с эластомерами, высокая температура каплеобразования, превосходная характеристика защиты от износа, хорошие характеристики при высоком давлении, низкое отложение масла, хорошая антиокислительная стабильность, хорошая адгезия, хорошая способность к буферизации рН, небольшая потеря консистенции из-за водопоглощения и превосходная устойчивость к сдвигу (по сравнению с тиксотропными смазками). Смазка также не должна содержать битум, также в вариантах реализации изобретения с низким содержанием ароматически связанных углеводородов или без них.
Сущность изобретения
Техническое решение задачи достигается посредством объекта независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты реализации изобретения являются объектом зависимых пунктов формулы изобретения или описываются ниже. Настоящее изобретение относится к применению композиции консистентной смазки в качестве смазки для проволочных канатов, при этом композиция консистентной смазки является:
(i) композицией гибридной консистентной смазки на основе комплекса сульфоната кальция, содержащей базовое масло, по меньшей мере одну сверхосновную кальциевую соль органической сульфоновой кислоты, по меньшей мере один комплексообразующий агент и карбонат кальция, имеющий кальцитовую структуру, или
(ii) композицией гибридной консистентной смазки на основе кальциевого комплекса, содержащей базовое масло, по меньшей мере одно кальциевое мыло по меньшей мере одной жирной кислоты, включающей жирную гидроксикислоту, и по меньшей мере один комплексообразующий агент, или
(iii) смесью (i) и (ii),
при этом композиция консистентной смазки согласно (i), (ii) и (iii) содержит в каждом случае 10-50 мас. % воска, и воск имеет в каждом случае температуру затвердевания выше 70°С,
при этом в качестве комплексообразующего агента используются по меньшей мере уксусная кислота, дикарбоновые кислоты или фосфорная кислота,
2
при этом базовое масло имеет кинематическую вязкость от 20 до 1000 мм/с при температуре 40°С.
Согласно одному варианту осуществления, в каждом случае содержится 20-35 мас. % воска с температурой затвердевания выше 70°С.
Согласно еще одному варианту осуществления, композиция консистентной смазки вводится в проволочный канат в процессе изготовления проволочного каната, предпочтительно, до свивания множества прядей и/или проволок для формирования проволочного каната.
Согласно еще одному варианту осуществления, композиция (i) гибридной консистентной смазки на основе комплекса сульфоната кальция содержит:
(a) 5-80 мас. %, в частности, 20-55 мас. % базового масла;
(b) 10-80 мас. % сульфоната кальция, в котором по меньшей мере частично присутствует карбонат кальция в кальцитовой форме;
(c) другую сульфоновую кислоту; и
(d) 10-50 мас. %, в частности, 20-35 мас. % воска,
и композиция консистентной смазки является сверхосновной.
Согласно еще одному варианту осуществления, композиция (i) гибридной консистентной смазки на основе комплекса сульфоната кальция содержит один или более следующих активаторов, или они были добавлены в композицию (i) гибридной консистентной смазки на основе комплекса сульфоната кальция в процессе ее производства:
i) 1-20 мас. % воды с С1-С4-спиртами;
ii) 1-20 мас. % С1-С4-спиртов, алкоксиалканолов и/или полиспиртов, таких как гликоли;
iii) 1-20 мас. % воды с гидроксикарбоновыми кислотами;
iv) 1-20 мас. % смесей, состоящих из i) и ii), или ii) и iii), или i), ii) и iii);
и в композиции консистентной смазки в процессе производства присутствуют активаторы и они, предпочтительно, удалены по меньшей мере частично посредством термической обработки.
2
3
3
Согласно еще одному варианту осуществления, кальциевая соль органической сульфоновой кислоты используется в качестве сверхосновной кальциевой соли органической сульфоновой кислоты, содержащей Са(ОН) и/или СаСО, предпочтительно преимущественно относительно массы CaCO.
Согласно еще одному варианту осуществления, композиция (ii) гибридной консистентной смазки на основе комплекса сульфоната кальция содержит:
(a) 40-90 мас. %, в частности, 60-80 мас. % базового масла;
(b) по меньшей мере одно кальциевое мыло жирной кислоты, включая жирную гидроксикислоту;
(c) по меньшей мере один комплексообразующий агент; и
(d) 10-50 мас. %, в частности, 20-35 мас. % воска.
Согласно одному варианту осуществления, композиция консистентной смазки также содержит один или более из следующих компонентов:
- присадки консистентной смазки;
- другие загустители, в частности,
другие металлические мыла С12-С36-карбоновых кислот, а также их гидроксикарбоновых кислот;
продукты конверсии гидроксидов металлов с фосфорной кислотой, уксусной кислотой, борной кислотой или дикарбоновой кислотой и/или их соли;
и/или
полимочевинный загуститель.
Согласно еще одному варианту осуществления, композиция консистентной смазки имеет значение пенетрации конусом от 200 до 260, предпочтительно, от 220 до 250 0,1 мм (при 25°С).
Согласно еще одному варианту осуществления, композиция (ii) гибридной консистентной смазки на основе кальциевого комплекса и/или композиция (i) гибридной консистентной смазки на основе комплекса сульфоната кальция вводятся в сердечник каната, и
композиция гибридной консистентной смазки на основе кальциевого комплекса и композиция (i) гибридной консистентной смазки на основе комплекса сульфоната кальция в каждом случае имеет значение пенетрации конусом от 400 до 475, предпочтительно, от 420 до 460 0,1 мм (при 25°С).
Также настоящее изобретение относится к способу нанесения вышеуказанной композиции консистентной смазки в качестве смазки для проволочных канатов путем нанесения на проволоки путем распыления, растекания, впрыскивания, нанесения покрытия окунанием, проточного покрытия, нанесения валиком или порошкового покрытия.
Согласно одному варианту осуществления способа нанесения, распыление осуществляют аэрозольным, безвоздушным или электростатическим образом.
Согласно еще одному варианту осуществления способа нанесения, проволочный канат содержит множество проволок, причем до объединения проволок и/или прядей на элементы проволочного каната наносят композицию консистентной смазки.
Настоящее изобретение также относится к проволочному канату, на который нанесена вышеупомянутая композиция консистентной смазки.
Проволочные канаты предпочтительно используются для лифтов, канатных дорог или подъемников для горнолыжников.
Воски являются материалами, которые при температуре 20°С и выше являются твердыми веществами и поддаются замешиванию; они могут быть от прозрачных до непрозрачных, но не являются стеклообразными и плавятся при температуре выше 40°С без разложения и имеют относительно низкую вязкость выше точки плавления.
Композиция консистентной смазки также упоминается ниже как смазка для канатов.
Подробное описание изобретения
Проволочные канаты, используемые в соответствии с изобретением, могут иметь очень разные варианты реализации. Они всегда состоят из множества проволок, которые в соответствии с предпочтительным вариантом реализации изобретения свиты в пряди и/или свиты таким образом, что множество прядей образуют проволочный канат.
Например, проволочный канат может содержать волоконный сердечник, выполненный из стали или пластика, вокруг которого пряди свиты с шестью проволоками в каждом случае, причем вокруг этого слоя проволок расположен дополнительный слой проволок и содержит 12 прядей, содержащих в каждом случае шесть проволок. Отдельные элементы могут содержать общую оболочку, например, выполненную из пластика. Наряду с проволоками и прядями могут также использоваться вкладки и волоконные вставки.
Проволочные канаты могут, например, содержать проволоку с сердечником или прядь с сердечником, а также вставку (также называемую «сердцевиной»). Волоконные вставки являются волокнами или твердыми полимерами, расположенными таким образом, чтобы они разделяли соседние пряди или проволоки в одних и тех же или наложенных слоях или заполняли незаполненные пространства каната. По существу, можно выделить три типа материалов вкладки: волокнистые вкладки, выполненные из натуральных волокон или синтетических волокон, и стальные вставки. Стальные вставки могут быть выполнены из одной или более проволочных прядей или в виде независимо свитого проволочного каната. Полимерные вкладки могут быть выполнены из твердого полимера цилиндрической формы с канавками или без них. Таким образом, проволочные канаты в соответствии с настоящим изобретением не обязательно состоят исключительно из стали, но вместо этого могут также дополнительно содержать синтетические или натуральные материалы.
Консистентная смазка, тип I. Консистентная смазка на основе комплекса сульфоната кальция и гибридная консистентная смазка на основе комплекса сульфоната кальция.
Для производства консистентных смазок на основе комплекса сульфоната кальция в базовое масло помещают сверхосновной сульфонат кальция. Может быть добавлен карбонат кальция, но необязательно. После тщательного перемешивания добавляют активатор(ы), в частности, при температуре 40-100°С. В зависимости от температуры, добавление сульфоновой кислоты приводит к некоторой задержке гелеобразования. Это также может иметь место при небольшом избыточном давлении, которое увеличивает скорость реакции. При достижении достаточного гелеобразования активатор(ы) нагревают выше температуры кипения для удаления смеси активаторов. При необходимости, консистенция консистентной смазки может быть дополнительно загущена также посредством добавления дополнительных вышеуказанных загустителей (см. выше в разделе «необязательные компоненты»).
Для оптимизации структуры мыла его нагревают до около 170-190°С, при этом температуру выдерживают в течение от 30 до 60 минут. После охлаждения до около 60-100°С могут быть добавлены присадки для снижения износа, улучшения стойкости к окислению, улучшения защиты от коррозии и т.д.
2
2
Базовое масло (А) главным образом используется в качестве дисперсионной среды, то есть в качестве жидкого носителя, в котором диспергированы твердые частицы. Базовое масло обычно состоит из органических жидкостей, которые химически неактивны в процессе производства или при использовании по назначению. Базовое масло предпочтительно имеет кинематическую вязкость от 20 до 1000 мм/с, предпочтительно от 100 до 500 мм/с (в каждом случае при температуре 40°С).
Базовое масло обычно является нелетучей при комнатной температуре органической жидкостью, которая также может содержать летучие компоненты, которые обычно отделяются после синтеза или рафинирования. Летучие компоненты определяются в данном случае как компоненты, которые кипят при температуре до около 100°С при атмосферном давлении, такие как вода или С1-С4 спирты. Предпочтительно базовое масло имеет температуру воспламенения более 180°С, в частности, более 200°С.
Примерами соответствующих органических жидкостей являются: алканы и циклоалканы, ароматические и циклоароматические соединения, которые также могут быть соответственно алкил- и/или алкенилзамещенными; эфиры, такие как диалкиловые эфиры; алкил-ариловые эфиры; циклоалкильные эфиры; алкильные циклоалкильные эфиры; алканолы, алкиленгликоли, полиалкиленгликоли и сложные эфиры этих гликолей; алкиловые эфиры алкиленгликолей и полиалкиленгликолей; силикатные эфиры, глицериды, эпоксидированные глицериды, алифатические и ароматические эфиры; и/или парафиновый шлам (неочищенные нефтяные фракции на основе парафина).
2
Также в качестве базовых масел подходят низкомолекулярные жидкие полимеры, которые обычно называют олигомерами. К ним относятся димеры, тримеры, тетрамеры, пентамеры и тому подобное. Конкретными примерами этой большой группы материалов в качестве олигомеров являются полиальфаолефины в среднем от 2 до 6 или более единиц С8-С13-альфаолефинов или определяются независимо их вязкостью от 2 до 100 мм/с (при 100°С). Другой важной группой является полиизобутилены в количестве от 200 до 4000 г/моль (среднечисленное значение).
С точки зрения доступности, стоимости и их свойств алкильные, циклоалкильные и арильные, а также алкиларильные углеводороды являются предпочтительным классом базовых масел. Жидкие нефтяные фракции являются другим предпочтительным классом базовых масел. Эти предпочтительные классы включают бензолы и алкилированные бензолы, нафталины и алкилнафталины, циклоалканы и алкилированные циклоалканы, циклоалкены и алкилированные циклоалкены, которые встречаются в нефтяных фракциях на основе нафтенов, и алканы, которые встречаются в нефтяных фракциях на основе парафинов.
Особенно предпочтительными в качестве дисперсных систем являются те, которые содержат по меньшей мере определенную долю минерального масла в качестве компонента дисперсионной среды.
Термин «сульфонат кальция» (В), в контексте данного документа в сочетании с консистентной смазкой на основе комплекса сульфоната кальция, обычно относится к тем сульфонатам, в которых су ль фоновая кислота (без противоиона металла) имеет молекулярную массу в диапазоне от 200 до 1400 г/моль, в частности, от 300 до 700 г/моль. Сульфонаты кальция обычно образуются in situ из смеси оксида кальция и/или гидроксида кальция, особенно предпочтительно гидроксида кальция, и сульфоновой кислоты, предпочтительно в растворе в летучем органическом растворителе, таком как вышеуказанные активаторы, и минерального масла.
Сульфонат кальция называют сверхосновным, поскольку он содержит в избытке карбонат кальция и/или гидроксид кальция. Гидроксид кальция также может быть предоставлен в виде оксида кальция. Фактический избыток против стехиометрии металла может значительно варьироваться, например, от 0,1 до около 30 или более молярных эквивалентов, в частности, более 0,5, чтобы установить значение общего щелочного числа (TBN).
Сверхосновной сульфонат кальция предпочтительно имеет TBN от 40 до 600, в частности от 200 до 600, измеренное в соответствии с ISO 3771.
В диспергирующей среде карбонат кальция присутствует в виде коллоидных частиц. Максимальный размер частиц предпочтительно составляет менее 5000 А. Наиболее предпочтительными являются средние размеры частиц менее 400 А, например в диапазоне от 20 до 300 А.
Дополнительные сульфоновые кислоты (С) могут быть растворимыми в масле, а также, возможно, одновременно растворимыми в воде. Предпочтительные сульфоновые кислоты имеют следующую структуру: сульфонатная группа связана с циклической или ароматической группой, причем циклическая или ароматическая группа дополнительно содержит одну или более линейных или разветвленных С1-С30-гидрокарбильных групп, предпочтительно одну или две С8-С18-гидрокарбильных групп. Примерами являются алкилбензолсульфоновые кислоты, такие как добановая кислота (додецилбензолсульфоновая кислота).
Эти сульфоновые кислоты или сульфонаты могут быть синтетическими или природными сульфонатами, так называемыми «сульфонатами красного дерева».
Термин «синтетические сульфонаты» относится к тем сульфонатам, которые получают синтетическим путем в результате сульфирования материалов. Синтетические сульфонаты включают алкилсульфонаты и алкил- или диалкиларилсульфонаты. Арильная группа может быть производной от бензола, толуола, фенилбензола, дифенилбензола, дифенилметана, этилбензола, изомеров ксилена или нафталина. Циклической группой может быть, например, циклогексан или гексагидронафталин.
Примером диалкиларилсульфонатов являются те, которые содержат алкильные группы, каждая из которых имеет от 8 до 18 атомов углерода. Они в первую очередь отличаются от предыдущих материалов, используемых для сульфирования, тем, что они имеют прямую цепь и содержат большое количество дизамещенного материала.
Другие сульфонаты, которые могут использоваться, включают, например, лигносульфонаты, моно- и поли-воскозамещенные нафталинсульфонаты, динонилнафталинсульфонаты, нафталиндисульфидсульфонаты, дицетилтиантренсульфонаты, дилаурил бета-нафтолсульфонаты, ненасыщенные парафин-восковые сульфонаты, гидроксизамещенные парафиновые восковые сульфонаты, циклоалифатические сульфонаты, такие как лаурилциклогексилсульфонаты и моно- или поли-воскозамещенные циклогексилсульфонаты.
Использование смеси воды и одного или более спиртов (включая гликоли), карбоновых кислот с короткой цепью (С1-С4) или соответствующих гидроксикарбоновых кислот наиболее эффективно для консистентных смазок на основе комплекса сульфоната кальция для превращения сверхосновных материалов из преимущественно аморфных в преимущественно кальцитовые структуры. Такие комбинации часто сокращают время, необходимое для выполнения процесса, и поэтому их называют активаторами (Е).
Подходящими спиртами являются алифатические, циклоалифатические и арилалифатические одно- или многоатомные спирты. Спирты, содержащие менее чем около 12 атомов углерода, являются особенно подходящими. Из соображений экономии и для обеспечения целесообразного осуществления способа предпочтительными являются низшие алканолы, такие как содержащие менее 8 атомов углерода. Примерами являются алканолы, такие как метанол, этанол, изопропанол, н-пропанол, изобутанол, трет-бутанол, н-пентанол и т.д.; циклоалкиловые спирты, такие как циклопентанол, циклогексанол, 4-метилциклогексанол, 2-циклогексилэтанол и циклопентилметанол; фенилалифатические алканолы, такие как бензиловый спирт, 2-фенилэтанол и коричный спирт; алкиленгликоли, имеющие до около 6 атомов углерода, и их моно-, ди- или три-С1-С6-алкиловые эфиры, такие как монометиловый эфир этиленгликоля, диэтиленгликоль, этиленгликоль, триметиленгликоль, гексаметиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,4-бутандиол, 1,4 циклогександиол, глицерин, бутилгликоль, бутилдигликоль, бутилтригликоль и пентаэритритол.
Наиболее эффективная комбинация состоит из смеси одного или более активаторов и воды при весовом отношении активатора(ов) к воде от около 1:0,05 до 1:24, предпочтительно от 1:2 до 1:6. Предпочтительно, по меньшей мере один низший алканол или гликоль присутствует в спиртовом компоненте этих водно-алканольных смесей.
Наиболее предпочтительно использовать небольшие количества летучего активатора, такого как вода или алифатический С1-С4-спирт, который является водорастворимым или легко поддающийся смешиванию с водой или диспергируемый в воде, предпочтительно изопропанол, и/или алкоксиалканол или гликоли (в частности, моно-, ди- или тригликоли), которые являются водорастворимыми или легко поддающимися смешиванию с водой или диспергируемые в воде, причем каждый из которых содержит от 2 до 20 атомов углерода, включая их простые моно-С1-С4-алкиловые эфиры, и смеси одного или более этих активаторов.
Консистентная смазка, тип II. Гибридные консистентные смазки на основе кальциевого комплекса
Обычно, при операции получения гибридных консистентных смазок на основе кальциевого комплекса базовое масло, жирную кислоту (включая жирные гидроксикислоты) и/или триглицериды помещают в контейнер и нагревают до около 80°С до тех пор, пока все компоненты не расплавятся.
2
Затем добавляют Са(ОН) и, необязательно, воду. Также добавляют комплексообразующие агенты. Чтобы началась реакция, температуру повышают до 100°С. После удаления реакционной воды реакционную смесь дополнительно нагревают, например, максимум до 270°С. После охлаждения до около 60-100°С добавляют смазочные присадки для уменьшения износа, улучшения стойкости к окислению, улучшения защиты от коррозии и т.д.
Базовое масло (а) может быть определено, как описано выше для базового масла (А).
Кальциевое мыло является кальциевой солью одной или более насыщенных или ненасыщенных монокарбоновых кислот, содержащих от 10 до 36 атомов углерода, необязательно замещенных, в частности, содержащих от 12 до 22 атомов углерода, особенно предпочтительно, соответствующих гидроксикарбоновых кислот. Подходящими карбоновыми кислотами являются, например, лауриновая кислота, миристиновая кислота, пальмитиновая кислота, олеиновая кислота, стеариновая кислота или бегеновая кислота и, предпочтительно, 12-гидроксистеариновая кислота. Для достижения лучшей дисперсии вместо группы свободных кислот, соответствующих эфиров низших спиртов также может использоваться омыление, например, соответствующие триглицериды и метил-, этил-, пропил-, изопропил- или втор-бутиловые эфиры кислоты/гидроксикислоты.
Примерами комплексообразующих агентов (с) являются С1-С6-карбоновые кислоты, С6-С1-ди- и/или трикарбоновые кислоты, бензойная кислота, борные кислоты и их соли, фосфорные кислоты и их соли, в частности соли кальция, а также соли лития, натрия или калия. Также подходят смеси двух или более из этих компонентов. В частности, подходящие комплексообразующие агенты описаны ниже.
В низших алифатических карбоновых кислотах присутствуют С1-С6-карбоновые кислоты. Примерами кислот данного класса являются муравьиная кислота, уксусная кислота, пропионовая кислота, масляная кислота, валериановая кислота, изовалериановая кислота, изомасляная кислота, каприловая кислота, хлоруксусная кислота, дихлоруксусная кислота, трихлоруксусная кислота и т.п. Наиболее подходят: муравьиная кислота, уксусная кислота и пропионовая кислота являются предпочтительными, причем уксусная кислота и пропионовая кислота являются наиболее подходящими. Также подходят ангидриды этих кислот, так что в соответствии с изобретением термин «кислота» относится к кислоте как таковой, а также ее ангидриду.
6
10
4
10
18
4
9
16
4
10
18
4
Также подходящими являются гидроксибензойные кислоты, такие как пара-гидроксибензойная кислота, салициловые кислоты, 2-гидрокси-4-гексилбензойная кислота, мета-гидроксибензойная кислота, 2,5-дигидроксибензойная кислота (гентизиновая кислота), 2,6-дигидроксибензойная кислота (гамма-рециловая кислота) или 4-гидрокси-4-метоксибензойная кислота. В частности, наиболее подходящими дикарбоновыми кислотами являются: адипиновая кислота (CHO), себациновая кислота (CHO), азелаиновая кислота (СНО) и/или 3-трет-бутиладипиновая кислота (СНО).
2
2
3
3
Борная кислота или бороновые кислоты также являются подходящими комплексообразующими агентами. К ним относятся бороновые кислоты, такие как алкил-В(ОН); или арил-В(ОН), борная кислота (т.е. НВО), тетраборная кислота, метаборная кислота и сложные эфиры этих борных или бороновых кислот, соответственно. Примеры боратов, которые могут использоваться, включают метабораты, дибораты, тетрабораты или ортобораты, такие как ортоборат кальция или тетраборат лития.
2
5
2
5
Фосфорные кислоты и их соли также являются подходящими комплексообразующими агентами. К ним относятся различные алкил- и арилфосфиновые кислоты, а также фосфонистые кислоты. Наиболее подходят фосфорные кислоты, полученные преобразованием низших алканолов или ненасыщенных углеводородов, таких как полиизобутены с оксидами фосфора и сульфидами фосфора, такими как РО и PS. Подходящими фосфатами являются: дигидрофосфат, гидрофосфат или пирофосфат щелочного металла (предпочтительно лития) и щелочноземельного металла (предпочтительно кальция).
Таким образом, комплексообразующими агентами в контексте данного изобретения являются, например:
- кальциевая соль насыщенной или ненасыщенной монокарбоновой кислоты или гидроксикарбоновых кислот, содержащих от 2 до 8, предпочтительно, от 2 до 4 атомов углерода, или дикарбоновой кислоты, содержащей от 2 до 16, предпочтительно, от 2 до 12 атомов углерода, в каждом случае необязательно замещенных и/или
- кальциевая соль или литиевая соль борной кислоты и/или натриевая или кальциевая соль фосфорной кислоты и/или
- уксусная кислота или ее соли, такие как ацетат кальция.
Воск может быть добавлен во время или после приготовления мыл(а).
Необязательно, в качестве дополнительных загустителей также могут быть использованы бентониты, такие как монтмориллонит (ионы натрия которого возможно замещены ионами аммония полностью или частично), алюмосиликаты, глиноземы, кремнезем (например, аэросил) или другие ди- и полимочевины.
Для приготовления базовой смазки или, в частности, в качестве добавки на втором этапе позже могут быть добавлены бентониты, алюмосиликаты, глиноземы, кремнезем и/или растворимые в масле полимеры. В качестве добавки могут быть добавлены ди- и полимочевины.
Дополнительные нижеупомянутые компоненты могут быть добавлены как к консистентной смазке на основе комплекса сульфоната кальция, так и к гибридной консистентной смазке на основе кальциевого комплекса.
В качестве дополнительных загустителей могут использоваться С10-С36 карбоновые кислоты и их гидроксикарбоновые кислоты, а также их сложные эфиры (например, с метанолом или глицерином в качестве моно-, ди- или триглицеридов).
В соответствии с дополнительным вариантом реализации смазки для канатов в соответствии с изобретением содержат воски. В данной заявке они упоминаются как гибридные смазки. В частности, воски являются углеводородными восками, такими как парафиновые воски, изопарафиновые воски (микровоски), полиолефиновые воски, такие как РЕ-воски или РР-воски, FT-воски, GTL-воски и т.д., канделильский воск, озокерит или полиамидные воски. Другой группой восков являются воски на основе сложных эфиров, такие как карнаубский воск, канделильский воск, монтанные воски или воски на спиртовой основе, такие как шеллачные воски.
В группу природных восков входят озокерит и монтанный воск (ископаемые воски), канделильский воск и карнаубский воск (растительный воск) или шеллачные воски (животный воск). В группу синтетических восков входят полиамидные воски (полимерный воск) или GTL- или FT-воски, соответственно.
Воски имеют температуру затвердевания более 70°С, в частности, более 110°С или, в качестве альтернативного варианта, более 140°С (измерено, например, в соответствии с DIN ISO 2207).
В композиции консистентной смазки воски составляют от 10 до 50 мас. %, в частности от 20 до 35 мас. %.
Можно использовать два или более воска, причем одна фракция воска имеет вышеуказанную температуру затвердевания, при этом другая фракция воска имеет температуру затвердевания, которая по меньшей мере на 10°С ниже, предпочтительно, по меньшей мере на 20°С.
Предпочтительно, температура каплеобразования смазки превышает 325°С в соответствии с DIN ISO 2176.
Композиции в соответствии с изобретением необязательно содержат в качестве добавок дополнительные смазочные присадки. Обычными присадками в контексте изобретения являются антиоксиданты, противоизносные агенты, антикоррозионные средства, детергенты, красители, улучшители смазывающей способности, присадки, улучшающие вязкость, присадки, снижающие трение, присадки для высокого давления и твердые смазочные материалы.
Примеры смазочных присадок включают:
- антиоксиданты, такие как аминные соединения (например, алкиламины или 1-фениламинонафталин), ароматические амины, например, фенилнафтиламин или дифениламин, фенольные соединения (например, 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол), антиоксиданты серы;
- добавки для высокого давления, такие как органические соединения хлора, серы и/или фосфора или органические соединения висмута;
- адгезивные активные вещества, такие как С2-С6-полиолы, полигликоли, жирные кислоты, сложные эфиры жирных кислот или животные или растительные масла;
- антикоррозионные средства, такие как нефтяной сульфонат, динонилнафталин сульфонат, сложные эфиры сорбита, саркозин, сукцинимид, производные жирных кислот или имидазолин,
- дезактиваторы металлов, такие как бензотриазол и его производные, меркапто-тиадиазол или нитрит натрия;
- улучшители вязкости, такие как полиметилакрилат, полиизобутилен, поли-альфа-олефины, такие как олиго-дека-1-ен, олигосополимеры (сополимеры этилена и пропилена) и полистиролы.
2
m
n
2
- противоизносные присадки и присадки, понижающие трение, такие как соединения молибдена, такие как органо-молибденовые комплексы (ОМС), ди-алкилдитиофосфаты молибдена, ди-алкилдитиокарбаматы молибдена или ди-алкилдитиокарбаматы сульфида молибдена, в частности ди-н-бутилдитиакарбамат молибдена и ди-алкилдитиокарбамата дисульфида молибдена (MoOS(диалкилкарбамат), где m = от 0 до 3 и n = от 4 до 1), металл (такой как цинк) или дитиокарбамат аммония;
- присадки, понижающие трение, такие как функциональные полимеры, например, олеиламиды, органические соединения на основе простых полиэфиров и амидов, такие как простой эфир алкила (полиэтиленгликоля, тетрадециленгликоля), сложные эфиры алкил- и/или арилфосфорной кислоты, сложные эфиры фосфоновой кислоты и сложные эфиры тиофосфорной кислоты;
- добавки для защиты от светового и ультрафиолетового излучения.
Кроме того, консистентные смазки в соответствии с изобретением могут содержать обычные присадки к смазочным материалам для защиты от коррозии и окисления, а также для защиты от воздействий металлов, действующих в качестве хелатных соединений, поглотителей радикалов, защиты от ультрафиолетового излучения, формирователей реакционных слоев и т.п.
В качестве твердых смазок могут использоваться, например, полимерные порошки, такие как полиамиды, полиимиды или ПТФЭ (политетрафторэтилен), графит, оксиды металлов, нитрид бора, сульфиды металлов, такие как дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама или смешанные сульфиды на основе вольфрама, молибдена, висмута и цинка, соли щелочных и щелочноземельных металлов, такие как карбонат кальция, фосфаты натрия и кальция. Твердые смазки можно разделить на следующие группы: соединения со слоисто-решетчатой структурой, такие как дисульфид молибдена и дисульфид вольфрама, графит, гексагональный нитрид бора и некоторые галогениды металлов, оксидные и гидроксидные соединения переходных и щелочноземельных металлов или их карбонаты или фосфаты, соответственно; мягкие металлы и/или пластмассы. Требуемые полезные смазочные свойства также могут быть достигнуты путем использования лигносульфонатов, без необходимости использования твердых смазок. Во многих случаях можно полностью обойтись без них или по меньшей мере существенно минимизировать их использование.
Смазка для канатов на основе гибридных комплексных мыл сульфоната кальция содержит по меньшей мере следующие компоненты:
В каждом случае числовые значения составляют до 100 мас. %.
Смазка для канатов на основе комплексных мыл сульфоната кальция или гибридных комплексных мыл сульфоната кальция содержит по меньшей мере следующие компоненты:
В каждом случае числовые значения составляют до 100 мас. %.
Конкретным аспектом смазок для канатов в соответствии с изобретением является яркий внешний вид, поскольку нет необходимости использовать битум или черные твердые смазки для достижения требуемых свойств.
Обычными способами нанесения смазки для канатов на проволку являются распыление (аэрозольным, безвоздушным или даже электростатическим способом), покрытие, впрыскивание, иммерсионное покрытие, проточное покрытие, нанесение валиком, порошковое покрытие и т.п. Консистенция композиции может быть адаптирована для соответствующего способа нанесения.
При изготовлении проволочного каната из множества проволок, предпочтительно, до объединения проволок и/или прядей на элементы наносят смазку для каната, используемую в соответствии с изобретением. Смазку для канатов можно также использовать для повторного смазывания.
Предпочтительно, чтобы отдельные натяжные элементы перемещались мимо стационарного распылительного устройства. Таким образом, даже на очень длинные натяжные элементы может быть нанесена композиция консистентной смазки с помощью простого способа в условиях ограниченного доступного пространства. В данном случае натяжные элементы, такие как металлические проволоки, могут сматывать непрерывно с помощью намоточного механизма с барабана, мимо стационарного распылительного устройства, а затем формировать в гибкий и выполненный с возможностью перенаправления натяжной элемент, который, в свою очередь, наматывается на приемный барабан.
Смазки для канатов в соответствии с изобретением, необязательно, после разбавления или в разбавленном виде или при нагревании, могут также использоваться для пропитки сердечников канатов, например, сердечников канатов, выполненных из каната из сизальской пеньки, и введения в смазку для канатов в соответствии с изобретением. Проволочный сердечник затем используют также для повторного смазывания из внутреннего резервуара.
Экспериментальная часть
А. Используемые смазки для канатов. Коммерческие продукты и продукты согласно настоящему изобретению
А.1 Смазка для канатов на основе комплексного мыла сульфоната кальция (Ca-Sul-X)
Базовое масло предварительно смешивали с сульфонатом кальция и нагревали до 80°С.
Затем при постоянном перемешивании добавляли вместе взятые водопроводную воду и бутилгликоль; после тщательного перемешивания добавляли при перемешивании добановую кислоту (поддерживая температуру 80°С). Произошла задержка гелеобразования.
3
По прошествии около 1 часа температуру повышали до 105°С и добавляли гидроксид кальция, а затем 12-гидроксистеариновую кислоту. После ожидания в течение 15 минут порциями добавляли уксусную кислоту. Такую же операцию проводили с фосфорной кислотой. Затем нагревали в течение 30 минут до 175-180°С, а затем охлаждали. При температуре около 60°С добавляли СаСО.
Консистентную смазку гомогенизировали с использованием трехвальцовой мельницы.
A.2 Смазки для канатов на основе гибридного комплекса сульфоната кальция и воскового мыла (гибрид Ca-Sul-X)
К 50 мас. % Ca-Sul-X добавляли 25 мас. % Brightstock BS 150 и нагревали до 80°С при перемешивании в сосуде для консистентной смазки. Затем порциями добавляли парафиновый воск (25 мас. %) с температурой затвердевания 70°С. После равномерного смешивания охлаждали до около 60°С. Затем осуществляли гомогенизацию с помощью трехвальцовой мельницы.
A.3 Гидридная Ca-X смазка для канатов на основе комплексного кальциевого мыла
Пример комплексного кальциевого мыла
2
Базовое масло предварительно смешивали с перемешанными жирными кислотами и околопочечным жиром, затем нагревали до 80°С. Затем добавляли водную суспензию Са(ОН). Кроме того, затем добавляли водный раствор тринатрийфосфата, декагидрата тетрабората натрия и ацетата кальция. При этом температуру постепенно повышали до 250°С со временем выдержки около 30 мин. После охлаждения до около 60°С консистентную смазку (Са-Х) гомогенизировали с помощью трехвальцовой мельницы.
К 45 мас. % Са-Х добавляли 25 мас. % Brightstock BS 150 и нагревали до 80°С при перемешивании в сосуде для консистентной смазки. Затем порциями добавляли парафиновый воск с температурой затвердевания 70°С. После равномерного перемешивания охлаждали до около 60°С и добавляли 5 мас. % антикоррозийной присадки (нейтральный сульфонат кальция). Затем осуществляли гомогенизацию с помощью трехвальцовой мельницы.
Следующая смазка для канатов на основе комплексного мыла сульфоната кальция (класс консистенции NLGI 000) может использоваться для пропитки сердечников из сизальской пеньки.
А.4 Используемые коммерческие продукты
ANTICORIT ERC 7540 EU от FUCHS, Мангейм, Германия (ANTICORIT ERC 7540 EU является продуктом на основе базового масла на восковой основе с добавками для улучшения защиты от коррозии и снижения износа)
ELASKON SK 21-04 от Elaskon, Дрезден, Германия (смазка для канатов на восковой основе)
ELASKON 20 ВВ 94 от Elaskon, Дрезден, Германия (смазка для канатов на восковой основе)
NYROSTEN Т55 от Nyrosteti, Гельдерн, Германия (смазка для канатов на восковой основе)
RENOLIT LC-WP 2 от FUCHS, Мангейм, Германия - литий/кальций 12-гидроксистеарат с антикоррозийной присадкой
RENOLIT CA-FG 50 от FUCHS, Мангейм, Германия - кальций 12-гидроксистеарат без антикоррозийной присадки
Elaskon SK-U от Elaskon, Дрезден, Германия (смазка для канатов на восковой основе)
Elaskon SK-CE от Elaskon, Дрезден, Германия (смазка для канатов на восковой основе)
Berucoat AK 376 от Beechem, Хаген, Германия - ПТФЭ паста на водной основе с органическим связующим веществом
Macromelt от Henkel, Дюссельдорф, Германия
Bio Grease MP 2 от INTERFLON, Росендал, Нидерланды - ПТФЭ-функционализированная литиевая мыльная смазка с противоизносной присадкой, содержащей фосфор.
OKS 450 от OKS Spezialschmierstoffe, Майзах-Гернлинден, Германия, синтетическое масло, содержащее ZnDTP с Мо и в качестве противоизносной присадки и сульфонат кальция в качестве антикоррозионной присадки.
B.1 Определение сдвиговой вязкости консистентных смазок с использованием ротационного вискозиметра в соответствии с DIN 51810
С помощью шпателя на пластину наносили достаточное количество консистентной смазки без пузырьков. После соединения измерительной системы с конусом/пластиной удаляли излишки консистентной смазки. Сдвиговую вязкость консистентной смазки определяли путем измерения крутящего момента как функции скорости вращения при постоянной температуре. Напряжение сдвига и скорость сдвига вычисляли на основе крутящего момента и скорости вращения. Использовали вискозиметр типа конус/пластина от Anton Paar, причем он работал со следующими параметрами: диапазон температур 30-100°С, скорость нагрева 1°С/мин, диаметр конуса 50 мм, угол конуса 1° и скорость сдвига 500 1/с. Были исследованы ANTICORIT ERC 7540 EU, ELASKON SK 21-04 и ELASKON 20 BB 94 и продукт Ca-Sul-X в соответствии с изобретением.
Были определены значительно улучшенные характеристики вязкости/температуры по сравнению со смазками для канатов на основе масла и воска. Смазки в соответствии с изобретением имеют кривые вязкости/температуры с требуемым плоским профилем, см. Фиг. 1.
B.2 Определение пенетрации конусом в соответствии с DIN 51580 или DIN ISO 2137, соответственно
Свободный от пузырьков и прозрачный расплавленный образец выливали в испытательный цилиндр и охлаждали при заданных условиях. С помощью пенетрометра определяли глубину пенетрации испытательного конуса (общая масса 150 г) под нагрузкой и разгруженного в течение времени испытания 5 секунд при постоянной температуре. В данном случае наряду с гибридной Са-Х гибридная Ca-Sul-X и, в частности, Ca-Sul-X, имели лучшие характеристики консистенции и температуры по сравнению со смазкой для канатов на основе масла/воска (Elaskon 21/04), как показано на Фиг. 2. В данном случае также желательно, чтобы при повышении температуры как можно меньше увеличивались значения пенетрации конусом, но, по меньшей мере увеличение происходило только при более высоких температурах. На Фиг. 3 наглядно проиллюстрирована значительно лучшая устойчивость к сдвигу по сравнению со смазками для канатов на основе масла/воска. Измерение температурной зависимости устойчивости к сдвигу проводилось в соответствии с DIN 51 580 (Фиг. 3) и в соответствии с DIN ISO 2137 (Фиг. 2 и 3).
В.3 Определение температуры хрупкости по Фраасу (DIN EN 12593)
Битумный слой, нанесенный на лист, охлаждали на 1°С в минуту и в каждом случае испытывали на изгиб через 1 минуту. Температура хрупкости по Фраасу является температурой в градусах Цельсия, при которой во время изгиба в определенных экспериментальных условиях битумный слой разрушается или растрескивается.
Значительно лучшая характеристика при низких температурах по сравнению со смазками для канатов на основе масла/воска показана в следующей таблице.
В.4. Испытания в солевом тумане в соответствии с DIN EN ISO 9227
Образец для испытаний из холоднокатаной стали размером 15×10 см погружали в раствор 30% смазки для канатов и растворителя и оставляли подвешенным для испарения растворителя на неметаллическом материале (например, синтетических волокнах, хлопчатобумажных волокнах или другом изоляционном материале). Держатели для образцов также были изготовлены из прочного неметаллического материала. Четыре образца помещали в камере в 4 квадрантах под углом 20° (±5°) к вертикали. Температура испытания составляла 35°С, объем распыления - 1,5 (±0,5) мл/ч, а концентрация распыляемого раствора - 50 (±5) г/л NaCl.
Получали сопоставимую антикоррозионную характеристику по сравнению с традиционными составами смазок для канатов на основе масла и воска.
В отличие от ANTICORIT ERC 7540 EU и гибридной Са-Х, Ca-Sul-X и гибридная Ca-Sul-X не содержали дополнительных антикоррозионных присадок.
B.5 Испытание консистентных смазок на антикоррозионные свойства. Метод SKF-Emcor (DIN 51802)
-1
Консистентную смазку испытывали с добавлением воды в самоустанавливающихся шарикоподшипниках. После заданного цикла с определенным временем пробега при скорости вращения 80 мин без нагрева и нагрузки и с определенным временем простоя дорожки качения наружных колец испытуемых подшипников проверяли на коррозию.
Наблюдали сопоставимую, а в некоторых случаях и лучшую защиту от коррозии по сравнению с традиционными составами смазок для канатов на основе масла/воска.
B.6 Трибологическое испытание в устройстве для измерения поступательных колебаний (DIN 51834)
Испытуемые образцы, помещенные в камеру для испытания устройства для измерения поступательных колебаний и смоченные смазкой, подвергали механической нагрузке при заданном нормальном усилии с заданной частотой испытаний и заданным путем колебаний. Силы трения измеряли непрерывно.
Наблюдали существенно лучшую несущую способность при более высоких давлениях для продукта Ca-Sul-X по сравнению с Elaskon SK21/04, Elaskon 20 ВВ 94 и Anticorrit ERC 7540 EU, см. Фиг. 4.
B.7 Испытание смазок. Испытание в четырехшариковой машине
Определение нагрузки сваривания консистентных смазок в соответствии с DIN 51350/4
Консистентную смазку испытывали в четырехшариковой системе, состоящей из вращающегося шарика, который скользит на трех шариках одинакового размера под выбираемыми испытательными нагрузками. Испытательную нагрузку постепенно увеличивали до тех пор, пока не произошло сваривание четырехшариковой системы.
Для Ca-Sul-X была значительно более высокая несущая способность.
B.8 Испытания смазок. Испытание в четырехшариковой машине (определение показателей износа для консистентных смазок в соответствии с DIN 51350/5)
Чтобы определить противоизносные свойства, было проведено испытание на усталость при определенной нагрузке, а затем был измерен и усреднен диаметр сферического сегмента трех неподвижных шариков.
Для гибридной Ca-Sul-X и гибридной Са-Х по сравнению с коммерчески доступными композициями смазки для канатов наблюдалась хорошая характеристика защиты от износа.
B.9 Испытание на адгезию между пластинами (внутрифирменный метод испытания)
Образец смазки для каната наносили с помощью трафарета в пластинчатом реометре и нагревали до 80°С. После достижения температуры с помощью шпателя отбирали избыточное количество образца. После охлаждения до 40°С трафарет удаляли, при этом верхнюю пластину опускали повторно на образец растворенной смазки до тех пор, пока не был достигнут заданный зазор. После этого с помощью предварительно заданной программы верхнюю пластину медленно погружали в образец смазки перед тем, как резко вынуть его из образца после достижения заданного расстояния от нижней пластины до верхней пластины. Была измерена сила, необходимая для вытягивания верхней пластины из смазочной композиции. Было обнаружено, что смазочная композиция на основе гибридной Са-Х и Ca-Sul-X имеет значительно лучшую адгезию, чем обычные смазки на основе масла/воска (см. Фиг. 5). Адгезия имеет особенно важное значение для смазок для канатов, поскольку консистентная смазка должна «удерживаться» в канате.
B.10 Испытание на усталость на канате (тест Отто)
Петлю каната, содержащую соответствующую консистентную смазку, подлежащую испытанию, направляли через систему роликов и перемещали по роликам с помощью маятникового движения. При одной и той же нагрузке в каждом случае было выполнено 1,2 миллиона перегибов. Канат оценивали в соответствии с количеством подсчитанных обрывов проволоки, образования ржавчины и теста белой бумаги. Для теста белой бумаги используют бумагу, расположенную под испытательным устройством, при котором определяют количество или число частиц, падающих на бумагу. Шкала оценки для теста белой бумаги и образования коррозии выглядит следующим образом: 0 - нет, 1 - вряд ли, 2 - мало, 3 - много и 4 - очень много частиц или коррозии.