СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2008 года по МПК C10M169/04 C10M101/00 C10M129/10 C10M143/06 C10M155/02 

Заявляемое техническое решение относится к составам смазочных материалов на основе растительных масел и может быть использовано в сельском хозяйстве, перерабатывающей и пищевой промышленности, водном транспорте для смазки узлов машин и механизмов с целью снижения экологической опасности.

Известно отечественное трансмиссионное масло ТМ-3-18 ГОСТ 23652-79, рекомендованное для тяжело нагруженных цилиндрических, конических и спирально-конических передач, выработанное из смеси дистиллятного и остаточного масел сернистых нефтей. Содержит противозадирную, противоизносную и антипенную присадки.

Недостатком трансмиссионного масла ТМ-3-18 являются низкие противоизносные и антифрикационные свойства, а также применение смазочных материалов на базе нефтепродуктов является экологически опасным.

С целью охраны окружающей среды при производстве смазочных материалов все большее применение находят растительные масла. В силу того, что рапсовое масло по себестоимости является самым дешевым по сравнению с другими, например подсолнечным, кукурузным и соевым маслом, его применение является предпочтительным.

Наиболее близким аналогом заявляемой смазочной композиции, выбранным за прототип, является смазочная композиция RU 2235759 С2, приоритет от 08.04.2003 г., которая содержит 5-10% стеариновой кислоты, 5-7% многофункциональной присадки А-22, 3-4% вязкостной добавки Литол-24, 0,002-0,005% противопенной присадки ПМС-200А и до 100% растительного масла. Смазочная композиция на основе рапсового масла обеспечивает эффективное ее использование в широком диапазоне температур во многих отраслях промышленности, однако вышеуказанная смазка имеет недостатки:

необходимость диспергирования вязкостной добавки Литол-24 ультразвуковыми волнами в объеме масла, что ведет к повышению стоимости технологии легирования присадками;

низкая седиментационная устойчивость, повышенная склонность к деструкции под воздействием механических сил и высоких температур консистентной смазки Литол-24, используемой в качестве вязкостной добавки и имеющей высокую молекулярную массу;

относительно невысокие противоизносные, противозадирные и антифрикционные свойства смазочной композиции;

повышенное кислотное число смазочной композиции из-за наличия стеариновой кислоты, используемой в качестве антиокислительной добавки;

относительно невысокие показатели термоокислительной стабильности смазочной композиции, так как отсутствуют антиокислительные присадки для трансмиссионных масел.

Задачей заявляемого технического решения является создание смазочной композиции на основе рапсового масла с улучшенными антиокислительными, противоизносными, антифрикционными, противозадирными и вязкостными свойствами, обеспечивающей повышение долговечности агрегатов трансмиссии, применение которой безопасно для окружающей среды.

Решение поставленной задачи достигается заменой большей части нефтяных минеральных масел группы ТМ-3-18 (ТАП-15В - ГОСТ 23652-79) смазочной композицией на основе рапсового масла, легированной присадками: Агидол-1, ПИБ-1000, ПМС-200А и Феном при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

- противопенная присадка ПМС-200А - 0,002...0,005;

- антиокислительная присадка Агидол-1 - 0,6...0,8;

- противоизносная и антифрикционная присадка Феном - 2...3;

- вязкостная присадка ПИБ-1000 - 5...6;

- минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 - 20...25;

- рапсовое масло - до 100.

Феном представляет собой кондиционер металла для механических трансмиссий, состоящий из поверхностно-активных веществ, антиоксидантов и композиций термостойких полимеров, и является присадкой, улучшающей противоизносные, антифрикционные и противозадирные свойства смазочной композиции (Балабанов В.И. и др. «Триботехнология в техническом сервисе машин», стр.127, Москва.: Изумруд, 2005). ПИБ-1000 - полиизобутилен низкомолекулярный (молекулярная масса 950-1050). Агидол-1 - присадка антиокислительная 4-метил-2.6-дитретичный бутилфенол. ПМС-200А - поли-митил силоксан.

Экспериментально установлены технико-экономическая и экологическая эффективность смазочной композиции в тракторных силовых передачах.

Первый этап экспериментальных исследований - увеличение термоокислительной стабильности смазочной композиции на основе рапсового масла.

Поставленная цель достигалась смешиванием рапсового масла с минеральным маслом группы ТМ-3-18, далее упоминается как смазочная композиция, с последующим легированием полученной смазочной композиции антиокислительной присадкой Агидол-1 (ТУ 38.5901237-90) в концентрации, рекомендуемой производителем. Стабильность проб масел определялась на приборе ДК НАМИ по ГОСТу 11063-78, условия проведения испытаний: время опыта - 20 ч при температуре 140°С. В эксперименте использовались следующие смазочные материалы:

- образец №1 (минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18);

- образец №2 (рапсовое масло);

- образец №3 (85% рапсовое масло + 15% минеральное группы ТМ-3-18);

- образец №4 (55% рапсовое масло + 45% минеральное группы ТМ-3-18);

- образец №5 (рапсовое масло + 0,7% Агидол-1);

- образец №6 (85% рапсовое масло + 15% минеральное группы ТМ-3-18 + 0,7% Агидол-1);

- образец №7 (55% рапсовое масло + 45% минеральное группы ТМ-3-18 + 0,7% Агидол-1);

- образец №8 (прототип).

Результаты опытов представлены в таблице 1.

Таблица 1Испытания на термоокислительную стабильностьОбразец маслаИзменение кинематической вязкости при 100°С, %Осадок в петролейном эфире, %150,052410,823210,44100,225240,44690,15730,038280,6

Анализ полученных экспериментальных данных подтверждает целесообразность использования минерального масла группы ТМ-3-18 и антиокислительной присадки Агидол в качестве добавок к рапсовому маслу. Так антиокислительные свойства смазочной композиции увеличиваются с повышением концентрации минерального масла и у образца №7 превосходят значения показателей масла ТМ-3-18.

Применяя метод оптимизации, был определен состав смазочной композиции (в таблицах - СК), соответствующий требованиям к показателям термоокислительной стабильности масел группы ТМ-3-18: 30% минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 + 0,7% Агидол-1 + рапсовое масло до 100%.

На следующем этапе исследований производилось легирование смазочной композиции присадками для агрегатов трансмиссий: металлоплакирующими (Римет-Т (ТУ 0257-025-12288779-00), Реном-Т (ТУ 0257-059-18948455-02) и МКФ-18 (ТУ 38.1011127-87)) и кондиционером металла (Феном (ТУ 0257-032-18948455-00)) с целью повышения антифрикционных, противозадирных и противоизносных свойств. Испытания проводились на машине трения 2070 СМТ-1 по схеме «ролик-ролик» с 15% проскальзыванием, позволяющей моделировать условия работы зубчатого зацепления для механических трансмиссий.

Условия проведения испытаний: длительность 3 часа; нагрузка 2000 Н; частота вращения 1000 мин^-1; объем масла V=150 мл; концентрация абразивных частиц (S=5600 см²/г) 0,25% мас.; материал роликов - сталь 25 ХГТ, твердость HRC=58...62.

Таблица 2Результаты сравнительных износных испытанийНаименование смазочного материала и присадкиМассовый износ образцов, мгМомент трения, Н·мТМ-3-1830,64Рапсовое масло39,24,4СК33,83,9прототип34,14СК+1% МКФ-1824,13,1СК+3% Реном-Т25,33,2СК+3% Римет-Т28,664,1СК+2% Феном20,12,8

На основании результатов износных испытаний была выявлена смазочная композиция, легированная присадкой Феном 2%, снижающая абразивное изнашивание на 34% и момент трения на 30% по сравнению с маслом ТМ-3-18.

Были проведены испытания на противозадирные свойства смазочной композиции, легированной присадками. Условия проведения испытаний на противозадирные свойства:

- машина трения 2070 СМТ-1; объем масла V=2 мл, нагрузка Р=2000 Н, частота вращения n=1000 об/мин.

Таблица 3Противозадирные свойства смазочных композицийИспытуемые маслаВремя до задира, сТМ-3-18765Рапсовое масло510СК633СК+1%МКФ-18735СК+3% Реном-Т695СК+3% Римет-Т680СК+2% Феном750прототип662

По полученным результатам опытов выбрана смазочная композиция с добавлением 2% Феном (ТУ 02570321894845500), которая проявляет лучшие противоизносные, антифрикционные и противозадирные свойства. Для улучшения вязкостно-температурной характеристики смазочной композиции ввели вязкостную присадку ПИБ-1000 (полиизобутилен низкомолекулярный ТУ 38.401-58-333-2004) в концентрации 4...8%.

Значение молекулярной массы полиизобутилена было выбрано на основании того, что смазочная композиция предназначается для замены трансмиссионного масла группы ТМ-3-18 и использования в агрегатах трансмиссий сельскохозяйственных тракторов, где удельные нагрузки составляют до 3000 МПа. Так при использовании полиизобутилена с высоким значением молекулярной массы до 30000 в процессе работы агрегатов трансмиссий в результате высоких удельных нагрузок и температурных вспышек в зоне трения происходит деструкция вязкостной присадки, сопровождающаяся уменьшением молекулярной массы и вязкости смазочного материала [см. А.М.Кулиев Химия и технология присадок к маслам и топливам]. Вязкости исследуемых смазочных композиций приведены в таблице 4.

Таблица 4Вязкости исследуемых смазочных композицийИспытуемые маслаКинематическая вязкость при 100°C, мм²/сТМ-3-1815Рапсовое масло8,6СК11,3СК+2% Феном11,5СК+2% Феном+4% ПИБ-100014,3СК+2% Феном+8% ПИБ-100018,2

Из таблицы 4, используя метод оптимизации, определили оптимальную концентрацию полиизобутилена, при которой смазочная композиция обладает лучшей вязкостно-температурной характеристикой: 0,7% Агидол-1 + 2% Феном + 20...25% минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 масло + 5,5% полиизобутилен + до 100% рапсовое.

С целью снижения пенообразования при использовании в агрегатах трансмиссии смазочную композицию легировали противопенной присадкой ПМС-200А (ОСТ 6-02-20-79) в концентрации 0,002...0,005%.

Полученную смазочную композицию проверили на соответствие требованиям для минерального масла группы ТМ-3-18 (таблица 5)

Таблица 5Сравнительная характеристика масел и смазочной композицииПоказателиПрототипТАП-15В (ТМ-3-18)Рапсовое маслоСмазочная композиция (полный состав)Вязкость:    кинематическая, мм²/с, при 100°С14,8158,315,4динамическая, Па·с, при - 15°С7516065105Температура, °С:    вспышки в открытом тигле245225260250застывания-22-20-18-20Массовая доля, %    механических примесей0,010,027нет0,012водынетследынетнетфосфора0,080,064нет0,02серы1,751,03нет0,3Испытание на коррозию пластинок из стали и меди в течение 3 ч при 100°СвыдерживаетвыдерживаетвыдерживаетвыдерживаетСтабильность на приборе ДК-НАМИ (140°С, 20 ч):    изменение кинематической вязкости при 100°С,%255415осадок в петролейном эфире, %0,70,050,820,04Зольность, %0,40,30,20,4Триботехнические характеристики на ЧШМ:    показатель износа (Д_и) при осевой нагрузке 392 Н (40 кгс) при (20±5)°С, в течение 1 ч, мм0,610,500,820,45Совместимость с резиной марки УИМ-1 (изменение объема), %8,058,816,78,1

Заявляемая смазочная композиция на основе натурального продукта, а именно рапсового масла, содержит в качестве добавки минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 и присадку Агидол-1, которые компенсируют невысокие показатели термоокислительной стабильности основы смазочной композиции - рапсового масла. Также в смазочную композицию входит присадка Феном для механических трансмиссий, увеличивающая антифрикционные, противоизносные и противозадирные свойства. Для увеличения вязкости смазочной композиции используется присадка ПИБ-1000, обладающая большей степенью стойкости к деструкции по сравнению с пластичной смазкой Литол-24, используемой в прототипе. Замена большей части масла, выработанного на основе нефтепродуктов, на смазочную композицию на основе рапсового масла безопасно для окружающей среды.

Использование: в сельском хозяйстве, перерабатывающей и пищевой промышленности, водном транспорте для смазки узлов машин и механизмов с целью снижения экологической опасности. Сущность: композиция содержит в мас.%: антипенную присадку ПМС-200А - 0,002-0,005, антиокислительную присадку Агидол-1 - 0,6-0,8, вязкостную присадку ПИБ-1000 - 5-6, противоизносную, противозадирную и антифрикционную присадку Феном - 2-3, минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 - 20-25, рапсовое масло - до 100. Технический результат - повышение термоокислительной стабильности, улучшение антифрикционных, противоизносных и противозадирных свойств. 5 табл.

Смазочная композиция на основе рапсового масла, содержащая противопенную присадку ПМС-200А, антиокислительную присадку, вязкостную присадку, противоизносную, противозадирную и антифрикционную присадку, отличающаяся тем, что дополнительно содержит минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18, в качестве антиокислительной присадки содержит Агидол-1, в качестве вязкостной присадки - ПИБ-1000, в качестве противоизносной, противозадирной и антифрикционной присадки - Феном при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ПМС-200А0,002-0,005Агидол-10,6-0,8Феном2-3ПИБ-10005-6минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-1820-25рапсовое маслодо 100