СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАСТИЧНОЙ СМАЗКИ Российский патент 2010 года по МПК C10M177/00 C10M117/04 C10M137/10 C10M133/12 C10M133/32 C10N40/02 

Изобретение относится к пластичным смазочным материалам и может быть использовано в подшипниках качения тяжелонагруженных узлов трения железнодорожного подвижного состава и узлах трения других механизмов и машин.

Известен способ изготовления пластичной смазки, приведенный в патенте RU №2102442, 20.01.1998, С10М 169/04, включающий приготовление смеси, содержащей следующие компоненты, мас.%: литиевое мыло стеариновой кислоты - 4-20; дисульфид молибдена - 0,1-3, продукт нитрованного масла АКОР-1 - 1,0, дифениламин - 1,0 и нефтяное масло до 100.

Недостатком данного способа является использование в качестве одного из компонентов смазки дисульфида молибдена, обладающего высокой стоимостью. К тому же, снижение концентрации дисульфида молибдена в смазке ведет к потере ее физико-химических свойств.

Наиболее близким к предложенному способу является способ изготовления пластичной смазки, приведенный в патенте RU №2114162, С10М 169/06, 27.06.1998, (Буксол), включающий приготовление смеси из нефтяных масел, загущенную литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты с добавлением присадки диалкилдитиофосфата цинка и присадки на основе нитрованного масла. В качестве нефтяных масел в данном решении используется масло веретенное АУ и масло индустриальное И-40 или И-50.

При этом использование указанных ингредиентов обеспечивает ресурс эксплуатации тяжелонагруженных узлов трения железнодорожного подвижного состава до пробегов, не превышающих 450 тыс.км. С учетом современных требований указанный ресурс следует отнести к недостатку данного технического решения.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности и ресурса эксплуатации тяжелонагруженных узлов трения железнодорожного подвижного состава до пробега 600 тыс.км за счет увеличения несущей способности и повышения стабильности физико-химических характеристик смазки по сравнению с ее прототипом.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления пластичной смазки, включающем приготовление смеси из нефтяных масел, загущенную литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты с добавлением присадки диалкилдитиофосфата цинка и присадки на основе нитрованного масла, дополнительно используют присадку фенил-2-нафтиламин, которую вводят при приготовлении смеси до введения присадки диалкилдитиофосфата цинка и присадки на основе нитрованного масла, а в качестве нефтяных масел используют масло веретенное АУ и масло авиационное селективной очистки МС-20 при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:

масло веретенное АУ - 34,5-38,5

масло авиационное селективной очистки МС-20 - 41,5-45,5

12-оксистеариновая кислота - 10,0-14,0

гидрат окиси лития технический - 1,6-2,3

присадка фенил-2-нафтиламина - 0,8-1,1

присадка диалкилдитиофосфат цинка - 3,7-4,3

присадка на основе нитрованного масла - 0,9-1,1,

причем присадку фенил-2-нафтиламин вводят в смесь до введения присадок диалкилдитиофосфат цинка и присадки на основе нитрованного масла.

В качестве присадки диалкилдитиофосфат цинка может быть использована присадка А-22.

В качестве присадки на основе нитрованного масла может быть использована присадка АКОР-1.

В качестве основы при изготовлении пластичной смазки в заявленном способе используются нефтяные масла - масло веретенное АУ и масло МС-20.

Масло веретенное АУ представляет собой минеральное масло, получаемое из малосернистых и сернистых и парафинистых нефтей с использованием процессов глубокой селективной очистки фенолом и депарафинизации.

Масло МС-20 - остаточное масло селективной очистки вырабатывается из малосернистых парафиновых и беспарафиновых нефтей. Относится к группе авиационных масел для поршневых двигателей самолетов. Характеризуется высокой вязкостью, хорошими смазывающими свойствами, отличной адгезией. При использовании масла МС-20 за границами интервала концентрации, равного 41,5-45,5%, вязкость ее смеси с веретенным маслом АУ уменьшается или увеличивается на величину, превышающую оптимальное значение вязкости 8,0±0,6 мм²/с при 100°С. При этом значении вязкости обеспечивается необходимый уровень антифрикционных, реологических свойств, механической и химической стабильности, необходимых для надежной длительной эксплуатации смазки в интервале температур окружающей среды от минус 60 до плюс 50°С. В связи с тем, что суммарный объем минеральной основы смазки составляет 80% снижение или превышение концентрации маловязкого компонента веретенное АУ (от 34,5 до 38,5%) приводит к аналогичному результату.

Кислота 12-оксистеариновая (12-ОСК) представляет собой оксикислоту, относящуюся к классу предельных (или насыщенных) жирных кислот и отличающуюся от стеариновой кислоты наличием гидроксильной группы ОН у 12-го атома углерода в цепи. 12-ОСК получают гидрированием касторового масла, которое затем омыляется раствором NaOH с последующим разложением полученных мыл соляной кислотой. Благодаря специфическому строению 12-ОСК, оксистеарат лития обладает высокой загущающей способностью, что обеспечивает высокие эксплуатационные свойства смазок на его основе.

Нейтрализацию 12-ОСК (омыление) осуществляют водным раствором гидроокиси лития, который изготовляют путем смешивания порошка гидрата окиси лития с водой. Гидрат окиси лития (моногидрат) технический - едкая щелочь представляет собой белый кристаллический порошок.

Присадка фенил-2-нафтиламин - порошок или рассыпающиеся чешуйки от светло-серого до коричневого цвета толщиной 0,3-0,6 мм с температурой плавления Т_пл=105-108°С. При длительной эксплуатации узлов трения использование в смазке присадки фенил-2-нафтиламина в концентрациях ниже 0,8% мало эффективно и слабо препятствует накоплению продуктов окисления, которые вместе с продуктами износа отрицательно влияют на служебные характеристики, в том числе на антифрикционные, объемно-механические, реологические и защитные свойства смазки. В этом случае не обеспечивается требуемый ресурс работы подшипников качения, которыми оборудованы узлы трения. Введение в смазку присадки фенил-2-нафтиламина в концентрациях выше 1,1% не оказывает дальнейшего заметного влияния на антиокислительные свойства смазки и приводит к неоправданному удорожанию получаемой продукции.

В качестве присадки диалкилдитиофосфат цинка может быть использована товарная присадка А-22, которая представляет собой диалкилдитиофосфат цинка, модифицированный бором и содержит 85-100% активного вещества. Она обладает антиокислительным, противоизносным, антикоррозионным и антифракционным действием. При использовании присадки диалкилдитиофосфата цинка менее 3,7% не достигается необходимого для длительной эксплуатации смазки уровня антиокислительных, противоизносных и противозадирных свойств смазки, выражающихся в снижении критической нагрузки заедания и увеличении показателя износа, а более 4,3% приводит к разупрочнению структурного каркаса и увеличению отпрессовываемости минеральной основы, что отрицательно влияет на работоспособность смазки при высоких удельных нагрузках на подшипники в течение длительного периода времени эксплуатации.

В качестве присадки на основе нитрованного масла может быть использована присадка АКОР-1, которая изготавливается на основе нитрованных базовых масел марок М-8 или М-11 с добавлением при защелачивании 10±1% технического стеарина. Она вводится в смазочные масла для улучшения защитных свойств масел. Использование присадки в концентрациях 0,9-1,1% оптимально с точки зрения придания необходимых антикоррозионных и адгезионных свойств смазки. При концентрациях присадки АКОР-1 в количествах ниже 0,9% антикоррозионные и адгезионные свойства смазки снижаются. Содержание присадки в смазке в количествах выше 1,1% не оказывает влияния на достигнутый при оптимальных концентрациях уровень качества по этим показателям. В таблице приведены основные физико-механические свойства известных смазок и смазки, полученной заявленным способом.

№ Наименование показателя Смазка, полученная заявленным способом Буксол (прототип) Shell Canada Alvania EP-D Shell Nerita HV 1 Предел прочности на сдвиг, Па, при:           +50°С 400-700 300-700 230 410   +80°С не менее 150 не норм. 175 215 2 Вязкость эффективная, Па·с при градиенте скорости деформации D=10 c^-1 и при:           +20°С не менее 150 не норм. 170 150   -30°С не более 1400 не более 1300 1670 1430 3 Пенетрация при 25°С с перемешиванием 60 двойных тактов, мм ·10^-1 240-280 230-290 274 280 4 Температура каплепадения, °С не менее 180 не менее 180 182 178 5 Испаряемость при 100°С за 1 час, % не более 1,0 не более 1,5 0,7 0,75 6 Коллоидная стабильность отпрессованного масла, % 10-16 не более 18 6,5 (нагрузка 0,2 кг) 23,0 7 Массовая доля воды, % отсутствие отсутствие отсутствие следы 8 Массовая доля механических примесей, % отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие 9 Коррозионное воздействие на металлы при 100°С (сталь 40), латунь ЛСЦ40С выдерживает выдерживает выдерживает выдерживает 9 Механическая стабильность: не более 1300 не более 1800 680 1040 - исходный предел прочности на разрыв при 20°С, Па - предел прочности после разрушения при 20°С, Па не менее 400 400-850 416 710   - индекс разрушения, % не более 40 не норм. 39 32   - индекс тиксотропного восстановления, 1 сутки, % от -20 от -10 -4,5 +23 до +30 до +30         10 Трибологические характеристики на четырехшариковой машине трения при 25±5°С:           - критическая нагрузка, Рк, Н (кгс) не менее 823 (84) не менее 784 (80) 980 800   - диаметр пятна износа, Ди, при нагрузке 196 Н (20 кгс) за 1 час, мм не более 0,45 не более 0,50 0,52 0,30 11 Содержание водорастворимых кислот и щелочей, мг КОН/1 г ≤3,0 не более 5,0 0,9 0,15

Как видно из приведенной выше таблицы, смазка, полученная заявленным способом, характеризуется комплексом физико-химических свойств, соответствующих высоким требованиям качества, а по некоторым из них превосходит отечественный прототип и зарубежные аналоги. К их числу следует отнести такие важные показатели, влияющие на работоспособность смазки в течение длительного периода эксплуатации, как «коллоидная стабильность», «механическая стабильность» и трибологические характеристики смазки, что позволяет повысить надежность и долговечность работы трущихся деталей даже в экстремальных условиях эксплуатации.

Способ изготовления пластичной смазки для тяжелонагруженных узлов трения машин и механизмов осуществляют следующим образом.

В мешалку с обогревом загружают на омыление 1-ю порцию (1/2 расчетного количества) масел веретенного АУ и МС-20 по отдельности или их смесь в соответствующей пропорции. Осуществляют перемешивание и нагревают смесь до температуры 80-90°С. Для замера температуры при изготовлении может быть использован электронно-автоматический потенциометр, например МР-64. Далее мелкими порциями (во избежание образования нерасплавленного продукта на дне) в мешалку загружают 12-ОСК. В результате подъема температуры до 95-96°С с непрерывным перемешиванием происходит плавление кислоты и образуется водно-масляная дисперсия.

В отдельной емкости приготавливают водный раствор гидрата окиси лития, смешивая порошок сухого гидрата окиси лития с водой (в соотношении 5:1) при температуре 80-90°С. Гидрат окиси лития должен раствориться в воде полностью.

Подготовленный раствор гидрата окиси лития загружают в мешалку. С момента загрузки раствора гидроокиси лития начинается процесс нейтрализации диспергированных в масле кислот (омыление). Ведут омыление при температуре 90-110°С до стабилизации содержания свободной щелочи в мыле.

Термомеханическое диспергирование загустителя осуществляют путем интенсивного нагрева смеси при температурах 110-195°С в течение 12-13 часов с промежуточными загрузками 2-й и 3-й порции смеси масел.

При достижении температуры 195-196°С в течение 1,5-2 часов осуществляется термообработка смеси.

Далее расплав сливают в оборотную тару. Охлаждают массу до 160-170°С, вводят присадку фенил-2-нафтиламина и осуществляют перемешивание с циркуляцией. Затем охлаждают массу до температуры 110-120°С и одновременно вводят присадку диалкилдитиофосфата цинка (А-22) и присадку на основе нитрованного масла (АКОР-1) или их смесь, осуществляя перемешивание.

После охлаждения смазки до температуры 60-65°С осуществляют ее окончательную обработку, например на вакуумно-гомогенизирующей установке серии «ВМГ Корума», проводя гомогенизацию, фильтрацию и деаэрацию смазки.

Таким образом, использование смазки, полученной заявленным способом, позволяет предотвратить износ трущихся деталей, в том числе подшипников, работающих в условиях высоких скоростей вращения и длительных пробегов.

Предлагаемая смазка обладает повышенными, по сравнению с известными для тяжелонагруженных узлов трения смазками, высокими противоизносными, противозадирными и антикоррозионными свойствами, обеспечивая надежную и эффективную работу узлов деталей в широком диапазоне рабочих температур от минус 60 до плюс 120°С и позволяет увеличить межремонтный пробег узлов трения до 600 тыс.км.

Использование: в подшипниках качения тяжелонагруженных узлов трения железнодорожного подвижного состава и узлах трения других механизмов и машин. Сущность: в смесь нефтяных масел - масла веретенного АУ и масла авиационного селективной очистки МС-20, загущенную литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты, вводят присадку фенил-2-нафтиламин, а затем присадку диалкилдитиофосфат цинка и присадку на основе нитрованного масла. Смазка содержит в мас.%: масло веретенное АУ 34,5-38,5; масло авиационное селективной очистки МС-20 41,5-45,5; 12-оксистеариновая кислота 10-14; гидрат окиси лития технический 1,6-2,3; фенил-2-нафтиламин - 0,8-1,1; диалкилдитиофосфат цинка - 3,7-4,3; присадка на основе нитрованного масла 0,9-1,1. Предпочтительно, в качестве диалкилдитиофосфата цинка используют присадку А-22 и в качестве присадки на основе нитрованного масла используют присадку АКОР-1. Технический результат - повышение надежности и ресурса эксплуатации тяжелонагруженных узлов трения железнодорожного подвижного состава до пробега 600 тыс.км. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ изготовления пластичной смазки, включающий приготовление смеси из масел, загущенную литиевым мылом 12-оксистеариновой кислоты с добавлением присадки диалкилдитиофосфата цинка, присадки на основе нитрованного масла и присадки фенил-2-нафтиламина, которую вводят при приготовлении смеси до введения присадки диалкилдитиофосфата цинка и присадки на основе нитрованного масла, отличающийся тем, что в качестве масел используют масло веретенное АУ и масло авиационное селективной очистки МС-20 при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
масло веретенное АУ 34,5-38,5 масло авиационное селективной очистки МС-20 41,5-45,5 12-оксистеариновая кислота 10,0-14,0 гидрат окиси лития технический 1,6-2,3 присадка фенил-2-нафтиламин 0,8-1,1 присадка диалкилдитиофосфат цинка 3,7-4,3 присадка на основе нитрованного масла 0,9-1,1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве присадки диалкилдитиофосфата цинка используют присадку А-22.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве присадки на основе нитрованного масла используют присадку АКОР-1.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что присадку диалкилдитиофосфата цинка и присадку на основе нитрованного масла вводят в смесь одновременно.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вводят смесь присадок диалкилдитиофосфата цинка и на основе нитрованного масла.