Мастильна композиція

Корисна модель належить до мастильних матеріалів, а саме - до складів для обробки пар тертя, та може використовуватись в машинобудуванні при експлуатації різноманітних машин та механізмів з метою подовження міжремонтного ресурсу, і, переважно, для запобігання зношуванню ходових коліс і рейок мостових кранів та в інших важконавантажених вузлах тертя типу «колесо-рейка». Відомо, що метою будь-якого змащувального матеріалу є запобігання безпосереднього контакту між поверхнями та їх локального зварювання з метою зменшення енерговитрат на зруйнування «містків зварювання» і зниження зносу, який відбувається у точках контакту поверхонь пар тертя. При відсутності безпосереднього контакту між металами сила тертя визначається опором зрушення змащувального матеріалу, площею контакту та навантаженням. Отже, тертя може бути зменшено шляхом правильного підбору мастила. Тверді мастильні матеріали [див. Калман Д. Смазки и родственные продукты. М., Химия, 1988, стор. 164-176.] на основі графіту, дисульфіду молібдену та ряду оксидів забезпечують зниження опору зсуву, тому що мають шарувату структуру, яка забезпечує утворення «дзеркал ковзання». Їх успішно використовують одночасно з мінеральними маслами для машин та механізмів і для забезпечення аварійного змащування протягом деякого часу. Однак у багатьох випадках додавати тверді мастильні матеріали до масла не бажано, тому що масла містять оптимально збалансований пакет присадок, а тверде мастило погіршує їх властивості. Внаслідок чого досягається прямо протилежний ефект, який виявляється у підвищеному зносі поверхонь пар тертя. В технічному рішенні за [авт. свід. СРСР №1766950, МПК6 С01М 107/30, опуб. 27.07.1987р.] описана антифрикційна паста, яка містить полімерну основу та добре відомі добавки, такі як дисульфід молібдену, алюмосилікати. Антифрикційні властивості пасти пояснюються не тільки тим, що до її складу входять згадані тверді добавки, але й тим, що вона в цілому працює як тверде мастило. Нанесена вручну на поверхню деталі, паста набуває необхідної твердості через 24-36 годин, а ресурс її роботи не більше 500км. Крім того, користуватися таким мастилом дуже незручно, тому що його неможливо виготовити заздалегідь та використовувати в експлуатаційних умовах. Найбільш близькою за технічною сутністю до рішення, що заявляється, є мастильна композиція, запропонована в [патенті України №63089, МПК7 F16N 15/02, опуб. 15.01.2004р., Бюл. №1, 2004р.] та обрана авторами за прототип. До складу відомої композиції входить матриця на основі кремнійорганічного полімеру (низькомолекулярний диметилсилоксановий каучук), що наповнена графітом, а також оксид цинку і фталціанін міді при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: диметилсилоксановий каучук 27-50 графіт 25-62 оксид цинку 8-15 фталціанін міді 3-10. Наведене мастило за рахунок спільної дії графіту і фталціаніну міді, які утворюють рівномірно розподілений шар на поверхні тертя, має в порівнянні з вищезгаданими мастилами досить високі антифрикційні властивості. До недоліків прототипу варто віднести наступні: - неможливість застосування для вузлів тертя типу «колесо - рейка», особливістю яких є високий питомий тиск, вплив атмосферних умов та значна шорсткість поверхонь тертя. - неможливість експлуатації в середовищах з підвищеним вмістом вологи; - висока вартість кінцевого продукту; - застосування екологічно шкідливих інгредієнтів (оксид цинку). Задачею запропонованої до реєстрації корисної моделі є створення дешевої універсальної мастильної композиції, яка має високі антифрикційні властивості, підвищену вологостійкість та стійкість зношення від втомленості у важких умовах експлуатації. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що мастильна композиція, яка включає полімерну матрицю, відповідно до корисної моделі, в якості полімерної матриці містить гуму загального призначення, розчинену в нафтовому маслі, і додатково - порошок природного мінералу при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: гума загального призначення 5-27 порошок природного мінералу 20-43 нафтове масло решта Як природний мінерал композиція містить дрібнодисперсний гіпс. Найважливіший компонент гуми - каучук належить до органічних полімерних матеріалів з високими адгезійними властивостями та широко використовується в якості антифриційних наповнювачів та присадок до мастила. При їх розчині в мастилі всі властивості останнього залишаються без змін, за виключенням в'язкості, яка збільшується. До складу гуми крім каучуку входять сірка, наповнювачі, пластифікатори, стабілізатори та інші речовини. В запропонованому технічному рішенні автори як основу мастильної композиції використовують технічну гуму загального призначення (шини, конвеєрні стрічки, ремні, побутові вироби), яку розчиняють в нафтовому мастилі і додають гіпс. Завдяки такому поєднанню утворюється своєрідна шпаклювальна паста, що заповнює всі заглиблення і вирівнює поверхні тертя. На такій підкладці формується суцільний твердомастильний шар, який ефективно запобігає зношенню і має можливість експлуатації машин і механізмів в середовищах з підвищеним вмістом вологи за рахунок утворення вологостійкої плівки. З часом мастильний матеріал внаслідок процесів випаровування, окислення, полімеризації та дії контактного тиску ущільнюється і твердіє. Тим самим утруднюється винос матеріалу із зони контакту і, відповідно, зменшуються його витрати, що дає можливість подовжити інтервал між нанесенням мастильної суміші. Отримані властивості мастильної композиції пояснюються тим, що до складу гуми входять такі матеріали як технічний вуглець (сажа), яка сприяє більш активній взаємодії мастила з металом. Зокрема, створюються умови для утворення карбідів заліза, що підвищує стійкість до зношення пар тертя. Крім цього, в умовах фрикційного контакту молекули сірки вступають в реакцію з металом поверхні тертя і утворюють сульфідний шар, що має знижений опір зсуву і тому суттєво зменшує коефіцієнт тертя. Сульфідні шари запобігають контакту металів і тим самим усувають адгезійний знос і заїдання. Сульфіди також підвищують пластичність поверхневих шарів металу, полегшують деформацію нерівностей та сприяють вигладжуванню поверхонь тертя. Графіт, який може входити до складу гуми, вдавлюється в пластифікований метал і краще утримується на його поверхні, створюючи захисну плівку та зменшуючи коефіцієнт тертя. Наявність у складі мастильної композиції дрібнодисперсного гіпсу - інертного мінерального наповнювача зміцнює мастильний шар на поверхні металу [див. Р.М. Матвеевский и др. Смазочные материалы. Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний. Справочник. М., Машиностроение, 1989, стор.150]. В зв'язку з тим, що твердість гіпсу за шкалою Мооса становить 1,5-2,0, він не чинить абразивної дії на поверхні тертя. Заявлені межі складових мастильної композиції визначені дослідним шляхом та охоплюють достатньо широку номенклатуру мастильних матеріалів відповідної консистенції і найбільш ефективних для даних умов експлуатації. Технологія виготовлення мастильної композиції включає теплову обробку гуми в нафтовому маслі з ретельним перемішуванням інгредієнтів та додаванням заданої кількості гіпсу. В залежності від кількості кожного з інгредієнтів у складі мастильної композиції, вона може бути як рідкою, так і твердою, та згідно до цього, може застосовуватись у відповідних парах тертя. Практика довела економічну доцільність використання заявленої композиції. Зокрема, в сортопрокатному цеху №2 заводу ім.Петровського (м.Дніпропетровськ), де напіврідкий матеріал наносять на бічні грані голівок підкранових рейок при вантажності кранів від 20т до 100т, витрати кранових коліс зменшились в 6-9 разів. Витрати матеріалу складає 0,3-0,7кг щомісяця на 100м підкранового шляху в залежності від інтенсивності експлуатації кранів. Випробування мастильної композиції в зубчастих муфтах, шарових шарнірах, різного типу напрямних ковзання, затискному механізмі намотувального барабана трубоелектрозварювального виробництва, в великогабаритних редукторах, у відкритих зубчастих передачах та в опорних вузлах залізничних вагонів засвідчили збільшення ресурсу пар тертя в 2-6 разів.