Концентрат-паста подвійного призначення для процесів механічної обробки металів

37362 Винахід відноситься до техніки мастильних матеріалів, зокрема: 1) до техніки мастильно-охолоджуючих технологічних рідин (МОТР) водно-емульсійного типу на основі рослинних мінеральних олив; 2) до техніки мастил для холодного штампування і прокатки металів на тій же основі. Відомим прототипом є винахід "Мастило для холодного штампування металів" і на основі води, мінеральної оливи і продукту конденсації синтетичних жирних кислот (СЖК) з триетаноламіном, визначається тим, що воно додатково містить гідрогенізовану термоущільнену рослинну оливу, триетаноламінове мило жирних кислот рослинних олив, бавовняну оливу; як СЖК мастило містить кислоти фракцій С10-С20, а як мінеральну оливу - циліндрову оливу при такому співвідношенні компонентів ( мас.%): Компоненти Мас.% гідрогенізована термоущільнена 20-27 рослинна олива триетаноламінове мило жирних 4-6 кислот рослинних олив продукт конденсації СЖК фракції 8-12 С10-С20 з триетаноламіном бавовняна олива 2-6 мінеральна олива циліндрова II 6-12 вода решта Даний винахід має деякі недоліки: 1. Стосовно деяких експлуатаційних характеристик слід відмітити недостатню навантажувальну здатність та протизношувану стійкість при питомих навантаженнях Р > 5,5×10-2 МПа, відповідно до площі контакту 0,7-1,5 см2 нормальних навантажень на один зразок, Ni > 4,5¸8,25 Н і при швидкості ковзання v = 0,125 м/с. 2. Ресурсо- і енергозберігаючі аспекти є несприятливими: а) виробництва гідрогенізованої термоущільненої оливи та продукту конденсації СЖК фракції С 10-С20 з триетаноламіном вимагають високих енерговитрат, а також застосування досить дорогого і дефіцитного триетаноламіна; б) стосовно використання рослинних олив взагалі, бавовняної, зокрема, слід підкреслити, що воно буде не раціональним, оскільки слід орієнтуватись на технічні оливи, які є доступними дешевими для України, а це далеко не всі рослинні оливи. 3. Вузька область використання (тільки для однієї операції металообробки) не є позитивним фактором для мастильних композицій такого типу, враховуючи велику поліфункціональність технологічних процесів металообробки із багаточисельною номенклатурою мастильних паст і рідин. В передбачуваному винаході "Концентрат-па- ста подвійного призначення для процесів механічної обробки металів": 1) як пластичне мастило для холодного штампування та прокатки металів; 2) як концентрат для приготування мастильно-охо- лоджувальної технологічної рідини (емульсії) для обробки металів містить: як дисперсійне середовище частково омилену (в межах 25¸50%) ріпакову та відпрацьовану нафтенову оливу, натрієве мило вищих жирних кислот (ВЖК), похідних від ріпакової оливи як згущувач і емульгатор, відрізняється тим, що концентрат-паста додатково містить: продукти часткового омилення (в межах 25¸50%) сульфідованої ріпакової оливи (з вмістом хімічно-зв'язаної сірки 4¸10 % мас.) водним розчином гідрооксиду натрію при такому співвідношенні компонентів в мас.%: Компоненти натрієве мило ВЖК і сульфідованих ВЖК, похідних від ріпакової оливи моно- і дигліцериди ВЖК, похідних від тих же олив відпрацьована нафтенова олива вода % мас. 38-43 30-35 15-17 решта Передбачались такі задачі і мета: 1. Розробка композиції концентрату-пасти, яка виконувала б роль номінально хоча б біфункціонального продукту для багаточисельних технологічних процесів металообробки (тобто для використання хоча б в двох технологічних процесах). Передбачались такі два процеси: а) безпосередньо, як власне мастило для холодного штампування металів; б) як змащувально-охолоджуюча технологічна рідина (МOТP) типу емульсола для інших процесів (різання, точіння, шліфування). МОТP готують шляхом реалізації ще однієї додаткової і найпростішої стадії приготування емульсії змішуванням з водою в необхідних співвідношеннях. 2. Підвищення експлуатаційних характеристик нової мастильної композиції на обох технологічних операціях (процесах) її використання. Поставлені завдання досягаються шляхом використання ряду нових матеріалів для одержання даної мастильної пасти і деяких технологічних прийомів її приготування. З матеріалами, що використовуються, готують суміш таких компонентів: Компоненти Олива ріпакова Сульфідована ріпакова олива з вмістом хімічно-зв'язаної сульфідної % мас. 20¸60 60¸20 37362 сірки чи полісульфідної в межах 4¸10% мас. Відпрацьована індустріальна олива (тільки відстояна або профільтрована) типу 1-20 А або 130 А 20 Технологічні особливості одержання концентрату-пасти зводяться до того, що таку суміш піддають обробці водним розчином гідроксиду натрію (NаOH)з метою часткового омилення (приблизно на третину), тригліцериців (складних ефірів), ріпакової і сульфідованої ріпакової оливи у складі суміші з перетворенням їх на продукт, який являє собою суміш ряду моно-гліцеридів і натрієвих солей вищих насичених і ненасичених сполук, які мають своє призначення: - жирних кислот складу С15¸С22 (позначені R, R¢, R¢¢…) ряду сполук, одержаних в перебігу омилення: Своє призначення, а саме: моно- і дигліцеридів ріпакової і сульфідованої ріпакової оливи: натрієві солі вищих жирних кислот ВЖК (мила): де: R, R', R" - вуглеводневі радикали, в т.ч. і сульфідовані (насичені і ненасичені) складу С16 - С22 вищих карбонових кислот, похідних від тригліцеридів ріпакової і сульфідованої ріпакової оливи: Названу суміш інтенсивно перемішують в реакторі з мішалкою в турбулентному режимі (критерій Ре 5600) і одночасно нагрівають до 70-75° С і потім вносять порціями 30% водний розчин NаОН в кількості 3,7-5,2 кг в 8,63-12,1 л води на протязі однієї години. Після цього нагріту готову пасту ви- вантажують насосом або самопливом з реактора (доки вона є напіврідкою, малоконсистентною), а при охолодженні до 20°С вона стає висококонсистентною. Сульфідовану ріпакову оливу одержують шляхом реакції сульфідування за відомою технологією. Отже, одержана за описаною вище технологією концентрат-паста складається з таких компонентів: 37362 Компоненти натрієві мила на основі ВЖК і сульфідованих ВЖК моно- і дигліцериди, похідні від ріпакової і сульфідованої оливи відпрацьоване індустріальне мастило (типу 1-20 А) вода % мас. 38-43 30-35 15-18 решта (10) Роль наведених компонентів в одержаній ласті: 1. Натрієві мила на основі ВЖК виконують подвійну роль: а) з одного боку, антифрикційних згущувачів, що важливо з точки зору покращення експлуатаційних характеристик, в першу чергу, пластичного мастила для холодного штампування, витягування, тощо, а також і МОТР; б) з другого, - роль досить якісного емульгатора для приготування емульсії МОТР на основі даної пасти. Слід підкреслити, що в більшості МОТР, що вже запатентовані, пропонується застосовувати додаткові емульгатори, частіше всього неіоногенні поверхнево-активні речовини (ПАВ). 2. Моно- і дигліцериди ВЖК, одержані в перебігу часткового омилення ріпакової оливи - основний мастильний компонент, дисперсійне середовище і регулятор необхідної і достатньої консистенції пасти як пластичного мастила (створюють задовільну температуру каплепадання). 3. Регенерована індустріальна олива - мастильний компонент, забезпечує утворення важливої примежевої плівки в зоні тертя. 4. Сульфідні і дисульфідні фрагменти вуглеводневих радикалів ВЖК, як в складі моно- і дигліцеридів ВЖК, так і в складі натрієвого мила слід розглядати як протизношувану присадку. Технологія отримання концентрат-пасти і мастильно-охолоджуючої технологічної рідини (МОТР) Приклад 1. В реактор з мішалкою і регулятором температурного режиму завантажують: - ріпакової оливи - 20 кг, - сульфідованої ріпакової оливи з вмістом сірки 6% мас. (РОС-6) - 6,7 кг; - індустріальної оливи, відпрацьованої і добре відстояної, типу 1-30 А - 7,0 кг. Нагрівають при перемішуванні (500 об/хв) до 70-75°С вносять порціями на протязі однієї години 6,0 кг 30% водного розчину гідроксиду натрію. Продовжують цей процес ще 0,5 год і вивантажують. Приклад 2. В описаний реактор завантажують: - ріпакової оливи - 15 кг, - сульфідованої ріпакової оливи з вмістом сірки 8% мас. (РОС-8) - 3,6 кг, відпрацьованої і добре відстояної оливи 1-20 А - 5,2 кг, за тих же умов вносять 4,1 кг 30% водного розчину гідроксиду натрію; через 0,5 год процес зупиняють і вивантажують одержаний концентрат-пасту. Приклад 3. 4,0 кг приготовленої концентрат-пасти змішують з 96 л зм'якшеної до твердості 1,5- 3,5 м-екв/л і нагрітої до 50-60°С води. Перемішують на протязі однієї години при 400-600 об/хв. Отримують 4,0% (мас.) емульсію, мастильно-охо- лоджувальну технологічну рідину (МОТР), як правило емульсію 3-10% мас., причому можна використовувати і не підготовлену воду з твердістю більше 3,5 м-екв/л (до 7,5¸8,0 м-екв/л). Випробувані експлуатаційні показники як самої концентрату-пасти, так і приготовленої на її основі МОТР. Технологічні властивості: стійкість ріжучого інструмента та пристроїв для холодного штампування, прокатки, витягування тощо. Продуктивність процесів обробки, якість обробленої поверхні, відсутність підгорянь, оплавлень в зоні обробки тощо - на рівні і вище вимог ряду найважливіших технологічних процесів (різання сталей, включаючи тяжкі режими, точіння, тонке розточування, різьбонарізання, шліфування, фрезерування, свердлення, холодне штампування, прокатка, протягування тощо). Економічна ефективність використання, в тому числі і замість однієї (наприклад, "Ера") чи декількох, які раніше використовувались, МОТР (Аквол-10М, Аквол-11, Аквол-14 і інші). Відповідність сучасним гігієнічним вимогам - відсутність подразнюючої дії на шкіру і на слизові оболонки. Відсутність кородуючої дії на устаткування і матеріал, що обробляється (сталь, чавун, мідь, свинець, бронза, латунь тощо). Захисна (антикорозійна) дія при міжопераційному зберіганні виробів (деталей). Відсутність інтенсивного ціноутворення, диму, туману, аерозолів при експлуатації. Задовільна фільтрованість та відсутність осадів і відкладань, що утруднює перемішування металообробних частин, які рухаються. Стабільність при зберіганні і транспортуванні, в тому числі і при низьких температурах (до -15°С). Задовільні миючі властивості. Задовільна мікробіологічна стійкість і великий строк служби водної емульсії (МОТР). Стабільність експлуатаційних властивостей МОТР в перебігу використання (стійкість до "виснаження"). Легкість приготування робочої емульсії (в межах 3-10% мас.) в слабко зм'якшеній воді (1,57 м-екв/л) і при температурі 40-50°С. Найважливіші фізико-хімічні характеристики концентрату-пасти: - Температура краплепадання, °С – 82 - 95. - Максимальна температура використання, оС - 105 -125. - Гідролітична стійкість - задовільна. - Протизношувані і протизадирні властивості – добрі (на чотирикульовій машині тертя ЧКМТ, плями зносу d = 0,45-0,55 мм). 37362 - Густина при 20°С, кг/м3 - 1000 - 1200. - В'язкість кінематична при 50°C, мм2/C - 70- 120 - Кислотне число, мг КОН/г - 4,0 - 6,0. - Вміст сірки зв'язаної хімічно, % мас. - 1,5 - 4,0. - Вміст води, % мас. - 8 - 10%. Найважливіші характеристики емульсії МОТР: - Вимоги до води для приготування МОТР - бажано використовувати зм'якшеної до 1,5 - 3,5 м-екв/л води, але можливо використання і не зм'якшеної води. - Маслянисті відокремлення, см3 - відповідає вимогам. - Випробування на корозійну стійкість з: освинцьованої сталі (ТУ 14-1-708-73); міді МОк або МІк (ГОСТ 859-78); чорних металів - витримують. - Концентрація водної емульсії МОТР - 3-10%. - рН - 7,5-9,5. - Схильність до піноутворення, см3 - 350-400. Джерела інформації: 1. Гилик В.Г., В'язовська С.С., Мовторич B.C. і інші. Мастило для холодного штампування металів. Патент України № 94032468 (5 С 10 М 1/06). Офіційний бюлетень Держпатенту України, № 1, 1996 p. 2. МОТР "Укринол-1”, ТУ 38101197-82.