Пластичне мастило

Реферат: Винахід належить до антифрикційних пластичних мастил, призначених для змащування вузлів тертя промислового обладнання та транспортних засобів, що використовуються в широкому інтервалі температур і експлуатуються за умов високих навантажень та можливого впливу агресивних вологих середовищ. Пластичне мастило містить, мас. %: карбонат лужноземельного металу - 10-16, гідроксид лужноземельного металу - 8-15, стабілізатор поверхнево активні речовини, утворені після омилення гідроксидом лужноземельного металу рицинової олії (мила лужноземельного металу жирних насичених, ненасичених та оксикислот рицинової олії та гліцерин) 1,5-3,5, та нафтову оливу - до 100. Тех. результат: високі антиокиснювальні, об'ємно-механічні, низькотемпературні та змащувальні властивості. UA 114673 C2 (12) UA 114673 C2 UA 114673 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до антифрикційних пластичних мастил, призначених для змащування вузлів тертя промислового обладнання та транспортних засобів, що використовуються в широкому інтервалі температур і експлуатуються за умов високих навантажень та можливого впливу агресивних вологих середовищ. Відома низка низькотемпературних антифрикційних мастил на нафтових оливах, у яких як загусник використовуються натрієво-кальцієві мила жирних кислот тваринних жирів та олій [1]. Ці мастила прості у виготовленні, дешеві, характеризуються низкою позитивних властивостей, але мають вузький температурний інтервал застосування, не завжди відповідають постійно зростаючим вимогам сучасної техніки і не можуть застосовуватися в особливо жорстких умовах, коли можливі високі температури та навантаження у вузлі тертя і необхідний захист від корозійної дії вологого середовища. На пострадянському просторі у залізничному транспорті досі широко використовується мастило залізничне ЛЗ-ЦНИИ (ГОСТ 19791-74), яке містить нафтову оливу та натрієво-кальцієві мила жирних кислот рицинової олії, інгібітор окиснення та протизношувальну присадку [2]. Відоме мастило завдяки пакету присадок має достатні протизношувальні та антиокиснювальні характеристики і, як вказано в ГОСТ 19791-74, працездатне в температурному діапазоні від мінус 60 до 100 °C. Але за водостійкістю, захисними властивостями та верхньою температурною межею застосування відоме мастило не задовольняє вимогам сучасних специфікацій для антифрикційних високотемпературних мастил. Найближчим за складом до мастила, що заявляється, є антифрикційне мастило, описане у патенті України № 106326, С10М 113/00, С10М 123/00, яке містить нафтову оливу, карбонат лужноземельного металу, гідроксид лужноземельного металу і як стабілізатор містить поверхнево активні речовини, утворені після омилення гідроксидом лужноземельного металу жирів тваринного походження (мила лужноземельного металу насичених та ненасичених жирних кислот, гліцерин та фосфатиди) з таким співвідношенням компонентів, мас. %: карбонат лужноземельного металу 9-24 стабілізатор 10-36 гідроксид лужноземельного металу 2-10 нафтова олива до 100. Мастило відрізняється високими змащувальними і об'ємно-механічними показниками, володіє антикорозійними та антиокиснювальними властивостями, що дозволяє застосовувати його в умовах високих температур і навантажень, підвищеної вологості, але має недостатні низькотемпературні характеристики. Отже, задачею винаходу є розробка мастила для вузлів тертя промислового обладнання і транспортних засобів з розширеною температурною межею застосування (від мінус 60 до 150 °C) та збалансованими об'ємно-механічними, захисними, змащувальними і антиокиснювальними властивостями, що може застосовуватися у вологих агресивних середовищах. Поставлена задача вирішене створенням нового мастила, яке містить нафтову оливу, карбонат лужноземельного металу, гідроксид лужноземельного металу і стабілізатор, і відрізняється тим, що як стабілізатор містить поверхнево активні речовини, що утворюються після омилення гідроксидом лужноземельного металу рицинової олії (мила лужноземельного металу жирних насичених, ненасичених та оксикислот рицинової олії, а також гліцерин) за наступного співвідношення компонентів, % мас.: карбонат лужноземельного металу 10-16 мила лужноземельного металу жирних насичених ненасичених та оксикислот рицинової олії та гліцерин 8-15 гідроксид лужноземельного металу 1,5-3,5 нафтова олива до 100. Сукупність суттєвих ознак, які заявляються, дозволяє одержати пластичне мастило з високим рівнем об'ємно-механічних, змащувальних та захисних властивостей, а також розширеним температурним діапазоном застосування без застосування синтетичних дисперсійних середовищ. Запропоноване мастило виготовляється за технологією, що включає такі стадії: 1 UA 114673 C2 5 10 15 20 25 - омилення рицинової олії гідроксидом лужноземельного металу у середовищі нафтової оливи і вуглеводневому розчиннику; - взаємодія діоксиду вуглецю з гідроксидом лужноземельного металу у присутності промотору у середовищі нафтової оливи, мил жирних кислот, гліцерину і вуглеводневого розчинника з утворенням надлужного компоненту мастила; - термомеханічна обробка та гомогенізація мастила. Більшість компонентів, які використовуються для виготовлення запропонованого мастила, випускаються промисловістю за діючою нормативно-технічною документацією: - як промотор використовуються низькомолекулярні спирти - метанол, етанол, пропаноли чи бутаноли. - як джерело поверхнево-активних речовин застосовується рицинова олія технічна за ГОСТ 6757-73; - як вуглеводневий розчинник може використовуватись бензин фракції 80-120 °C за ТУ У 22340203.001-97; - як дисперсійне середовище використовується товарні залишкові оливи типу олива базова Славол за ТУ У 13932946.027-2001. Як буде показано нижче (див. табл. №№ 1,2), введення до складу мастила як стабілізатора поверхнево активних речовин, утворених після омилення гідроксидом лужноземельного металу рицинової олії разом з відомими компонентами при дотриманні запропонованого співвідношення всіх інгредієнтів дозволить одержати новий продукт, який характеризується покращеними низькотемпературними характеристиками і є працездатним за високих навантажень у вологих агресивних середовищах за температур експлуатації від мінус 60 до 150 °C. За описаною технологією з використанням товарних сировинних продуктів, відповідно до запропонованого винаходу, виготовлені зразки мастила, склад яких наведено у табл. 1. Таблиця 1 Склад розроблених мастил Вміст компонентів у зразках мастила, що пропонується, % мас. Зразок 1 Зразок 2 Зразок 3 13,0 15,4 10,0 Найменування компонентів Карбонат лужноземельного металу Мила лужноземельного металу жирних насичених, ненасичених та оксикислот рицинової олії та гліцерин Гідроксид лужноземельного металу Нафтова олива 30 35 10,4 8,0 15,0 2,0 решта 1,8 решта 3,2 решта Зразки мастила, що заявляється, випробувано у порівнянні з товарним мастилом ЛЗ ЦНИИ виробництва ВАТ "АЗМОЛ" та мастилом-прототипом, (за пат. України № 106326) такого складу, % мас.: карбонат лужноземельного металу 14,5 кальцієві мила жирних насичених та ненасичених кислот пташиного жиру, гліцерин та фосфатиди 17,5 гідроксид лужноземельного металу 2,5 нафтова олива до 100. Зразки мастил досліджено лабораторними методами згідно з діючими стандартами і випробувано на спеціальних стендах. Захисні властивості мастил визначали у динамічних умовах. Швидкість корозії металевих поверхонь підшипників кочення з мастилами вимірювали на стенді "Динакоротест" (Кваліфікаційний метод оцінки пластичних мастил, затверджений рішенням Держкомісії № 23/191 від 01.03.82 р.). В основі методики використано прямий метод вимірювання поляризаційного опору. 2 UA 114673 C2 5 10 15 20 25 30 Для характеристики механічної стабільності мастил використано модифікований метод ASTM D 1831 [3]. Після випробування на роликовому приладі Shell при 60 °C протягом 6 годин визначено межу міцності мастила на зсув згідно з ГОСТ 7143 і розраховано значення індексу руйнування (К) за формулою К = [(1-2)/ 2]·100, де 1, 2 - межа міцності мастила на зсув при 20 °C відповідно до і після випробувань. Крутний момент підшипників з мастилами вимірювали згідно з методикою ASTM D 1478 при мінус 40 °C. Для визначення термостабільності мастил використано ГОСТ 5734 "Смазки пластичные. Метод определения стабильности против окисления", але температуру проведення досліджень підвищили до 150 °C. Ця температура характеризує верхню температуру застосування високотемпературних мастил [4]. Оскільки у аналога за призначенням температура крапання нижча за 150 °C, то дослідити його термостабільність і порівняти з рештою мастил не є можливим. Основні характеристики мастил та результати їх випробувань на стендах надані у таблиці 2. Як видно з аналізу табл. 2, застосування як стабілізатора поверхнево активних речовин, що утворюються після омилення гідроксидом лужноземельного металу рицинової олії, разом з відомими компонентами, за дотримання запропонованого співвідношення інгредієнтів, дозволяє одержати новий продукт, який відрізняється покращеними низькотемпературними характеристиками, підвищеною стабільністю до окиснення тависокими змащувальними (антизадирними та протизношувальними) властивостями. За рівнем показників колоїдної та механічної стабільностей, водозмивності та захисних властивостей в умовах підвищеної вологості нове мастило знаходиться на рівні прототипу та значно переважає аналог за призначенням. Протизношувальні властивості (за величиною діаметра плями зношування Dз) заявленого мастила аналогічні рівню прототипу. Але за антизадирними характеристиками (величина навантаження зварювання Рз) нове мастило переважає прототип. Дані табл. 2 свідчать, що запропоноване мастило є термостабільним і за приростом кислотного числа при високих температурах (150 °C), має значно кращі антиокиснювальні властивості у порівнянні як з відомим товарним мастилом ЛЗ ЦНИИ, яке втрачає ознаки пластичності за температури 150 °C, так і з прототипом. Таблиця 2 Характеристики мастил Найменування показників, одиниця виміру 1 Температура крапання, °C Пенетрація при 25 °C, -4 м·10 60 подв. тактів Колоїдна стабільність, % виділеної оливи Механічна стабільність (роликовий прилад Shell). Індекс руйнування, (К), % Водозмивність, 79 °C, 1 год., % Крутний момент при 40 °C, Нм: - пусковий - сталий Мастило Мастило, що пропонується Мастило за залізничне Метод пат. ЛЗЦНИИ випробування України Зразок 1 Зразок 2 Зразок 3 (ГОСТ 19791106326 74) 2 3 4 5 6 7 ASTM D566 140 295 >350 >350 322 ASTM D217 248 270 288 275 295 ГОСТ 7142 17,8 1,2 2,6 1,45 3,1 79 8 10 -5 12 93,0 3,75 3,14 4,0 2,95 0,37 0,09 0,50 0,09 0,17 0,07 ASTM D1831 ASTM D1264 ASTM D1478 4,85 0,11 3 Мастило замерзає UA 114673 C2 Продовження таблиці 2 1 Змащувальні властивості на чотирикульковій машині тертя: Dз, мм (398 Η) Рз,Η Приріст кислотного числа (150 °C, 6 год.,), мг КОН/г Захисні властивості в динамічних умовах. Швидкість корозії, м/рік 5 10 15 20 25 2 3 4 5 6 7 0,74 2450 0,46 3685 0,45 4381 0,43 4640 0,54 3685 3,2 2,1 1,5 2,5 ГОСТ 9490, ASTMD 2596 ГОСТ 5734 Визначити Стенд неможливо. "Динакоротест" Вимивається водою -4 1,5·10 1,7·10 -4 -4 1,2·10 -4 2,2·10 Стендові випробування на вимірювання крутного моменту при низьких температурах (мінус 40 °C) показали, що нове мастило значно перевершує аналог за показником пускового моменту. Оскільки згідно з ГОСТ 19791-74 нижня температурна межа застосування мастила ЛЗ ЦНИИ сягає мінус 60 °C, то одержані результати підтверджують придатність нового мастила для використання як універсального у вузлах тертя різноманітних механізмів за цієї температури. В цілому, враховуючи результати досліджень термостабільності, запропоноване мастило має бути працездатним у температурному інтервалі від мінус 60 до 150 °C. Отже, результати випробування запропонованого мастила показують, що воно може застосовуватися як високоефективне антифрикційне мастило як при високих, так і при низьких температурах, в умовах високих навантажень у вологих середовищах. Узагальнюючи отримані результати, можна констатувати, що поставлена технічна задача досягнута. Запропоновані мастильні композиції суттєво переважають відомі рішення за прототипом, а оптимальне співвідношення запропонованих складів нового мастила забезпечує технологічність виготовлення та його високі техніко-економічні показники в процесі експлуатації. Джерела інформації: 1. Ищук Ю.Л. Технология пластичных смазок. - Киев: Наукова думка, 1986. 2. Справочник. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. М, "ТЕХИНФОРМ", 1999. 3. Железный Л.В., Мартинюк М.А., Папейкин А.А., Курбатова М.В., Любинин И.А. Определение механической стабильности высокотемпературных антифрикционных смазок //Мир нефтепродуктов. - 2007. - № 5. - с. 34-36. 4. Samman N. High temperature greases /N. Samman //NLGI Spokesman. - 2007. - V. 70, No. 11. - P. 14-23. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 Пластичне мастило, яке містить нафтову оливу, карбонат лужноземельного металу, гідроксид лужноземельного металу і стабілізатор, яке відрізняється тим, що як стабілізатор містить поверхнево активні речовини, утворені після омилення гідроксидом лужноземельного металу рицинової олії (мила лужноземельного металу жирних насичених, ненасичених та оксикислот рицинової олії та гліцерин), за наступного співвідношення компонентів, мас. %: карбонат лужноземельного металу 10-16 стабілізатор 8-15 гідроксид лужноземельного металу 1,5-3,5 нафтова олива до 100. 35 Комп’ютерна верстка М. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4