СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАСТИЧНОЙ СМАЗКИ Российский патент 2011 года по МПК C10M177/00 C10M117/00 

Изобретение относится к технологии изготовления пластичных буксовых смазок и смазок типа «колесо-рельс», которые относятся к пластичным литиевым смазкам, преимущественно для железнодорожного транспорта.

Буксовые смазки представляет собой смесь минеральных масел, загущенных литиевыми мылами олеиновой и 12-оксистеариновой кислот с добавлением присадок, обеспечивающих повышенные противоизносные, противозадирные, приработочные, антифрикционные и антиокислительные свойства, а также защиту металлических поверхностей от коррозионных повреждений.

Из уровня техники известны различные способы получения пластичных смазок, описанные, например, в патентах RU 2368653, RU 2160767, и оборудование для их осуществления, раскрытое, например, в описании патента RU 2124940.

Пластичные смазки получают сплавлением (загущением) жидких минеральных масел от 75 до 90% по массе с твердыми веществами, называемыми загустителями. При изготовлении антифрикционных смазок в качестве загустителей применяют кальциевые, натриевые, литиевые и другие мыла, которые являются солями естественных или синтетических жирных кислот. Пластичные смазки - это однородные по составу мази от светло-желтого до темно-коричневого цвета.

Особенностью пластичных смазок является обратимость процесса разрушения структурного каркаса: под действием больших нагрузок каркас разрушается, и пластичная смазка работает как жидкостная, а при снятии нагрузки каркас мгновенно восстанавливается, и смазка вновь приобретает свойства твердого тела.

Чтобы пластичные смазки были пригодными для применения по своему основному назначению, показатели их качества должны отвечать требованиям, установленным стандартами и техническими условиями.

Такое свойство, как «пенетрация», характеризует густоту смазки. Значение пенетрации, выражаемое целым числом десятых долей миллиметра, по шкале пенетрометра, представляет собой глубину погружения в смазку стандартного конуса под действием собственной массы (150 г) в течение 5 с. Если пенетрация смазки равна 250, это значит, что конус за 5 с опустился в смазку на глубину 25 мм. Чем выше значение пенетрации, тем меньше густота (консистенция) данной смазки. Смазки с большим значением пенетрации применяются зимой, а с меньшим - летом.

Показатель: предел прочности позволяет судить о способности смазки удерживаться на вращающихся деталях. Чем выше предел прочности, тем надежнее удерживается смазка в подшипниках качения. Значение предела прочности солидолов при плюс 50°С не превышает 0,02 Па, а у пластичной смазки Литол-24 оно равно 0,045 Па при 20°С.

Кислотность смазки характеризуется содержанием в ней свободных щелочей и органических кислот. Свободных щелочей, определяющих коррозионную агрессивность смазок, не должно быть более 0,1-0,2% по массе. Свободные органические кислоты и механические примеси, вызывающие абразивный износ деталей, не должны присутствовать в смазке.

Стабильность характеризует сохранение смазкой своих первоначальных свойств в условиях хранения и применения. Для смазки, представляющей собой коллоидную систему, важны: физическая стабильность; устойчивость к радиации, характеризуемая химической стабильностью; инертность к воде, агрессивным средам, окислению кислородом воздуха.

Одним из показателей стабильности является испаряемость, которая характеризует испарение из смазки ее дисперсионной среды. Испаряемость смазок в наибольшей степени зависит от температуры, причем потеря легких фракций происходит более интенсивно у смазок, изготовленных на базе маловязких нефтяных масел. Испаряемость оценивают потерей массы смазки в условиях определенных температуры и времени (ГОСТ 7934.1-74).

Различают стабильность коллоидную, механическую и химическую (против окисления).

Коллоидная стабильность характеризуется степенью выделения из смазки дисперсионной среды - масла. Ее определяют при отпрессовывании масла из смазки на приборе КСА (ГОСТ 7142-74). Коллоидная стабильность смазки существенно зависит от вязкости входящего в ее состав масла: чем больше вязкость, тем выше коллоидная стабильность.

Механическая стабильность смазок характеризует их способность противостоять разрушению. Смазки с низкой механической стабильностью быстро разрушаются, разжижаются и вытекают из узлов трения. Высококачественная смазка не должна существенно изменять свои механические свойства как при действии, так и при снятии нагрузки.

Механическую стабильность определяют в соответствии с ГОСТ 19295-73. Ее обозначают индексом разрушения Кр, который характеризует степень разрушения смазки при ее интенсивном деформировании (тиксотронное восстановление смазки).

Сущность метода заключается в определении изменения предела прочности на разрыв в результате интенсивного деформирования смазки в зазоре между ротором и статором тиксометра при последующем тиксотронном восстановлении.

Химическую стабильность смазок (против окисления) определяют в соответствии с ГОСТ 5734-76. Сущность метода заключается в окислении смазки, нанесенной тонким слоем на медную пластинку (катализатор). При этом определяют свободные кислоты или щелочи, образующиеся при окислении смазки. Полученное кислотное число характеризует стабильность смазки.

Противозадирные и противоизносные свойства - важнейшая характеристика смазок, применяемых в узлах трения с высокими контактными напряжениями и скоростями скольжения. Эти свойства оценивают с помощью машин трения, которые используются для исследования смазочных масел.

Буксовые смазки и смазки типа «колесо-рельс», как указано выше, относятся к литиевым смазкам. Технология изготовления обычных литиевых смазок достаточно подробно описана в книге Ю.Л.Ищук «Технология пластичных смазок», Киев, «Наукова Думка», 1986, стр.189. Технология приготовления пластичных литиевых смазок включает загрузку в реакционное оборудование масляной дисперсионной среды в количестве 30-50% от расчетного. Затем при нагреве до 80-85°С проводят загрузку 12-оксистеариновой кислоты и 10-11% водного раствора LiOH из расчета нейтрализации кислот с обеспечением слабощелочной реакции готовой смазки. Нейтрализацию кислот и удаление воды проводят при температуре 100-120°С. При этом периодически проводят корректировку содержания свободной щелочи в смеси. Дальше проводят загрузку следующей части масла основы и осуществляют операцию ее термообработки при температуре до 205-210°С. Затем проводят загрузку оставшейся части масла-основы с охлаждением смеси до 180-185°С. При этом происходит изотермическая кристаллизация продукта, в процессе которой в него вводят антиокислительные присадки. Затем проводят быстрое охлаждение полученной смазки в скребковом холодильнике. Данная технология обеспечивает получение пластичной смазки высокого качества, однако не предусматривает приемы, обеспечивающие продукту стабильность его потребительских свойств, позволяющие производить необходимую корректировку состава в процессе производства. Необходимость такой корректировки может быть вызвана, в частности, отклонениями в составе исходных компонентов, сменой оборудования и рядом случайных факторов.

Буксовые смазки применяются для предотвращения износа трущихся деталей подшипников локомотивов под воздействием высоких радиальных и осевых нагрузок. Смазка представляет собой водоупорное, низкозастывающее мазеобразное вещество, работающее в условиях высоких скоростей вращения и длительных пробегов, обладающее высокими антифрикционными, антизадирными и антикоррозийными свойствами. Стабильность состава и свойств данной смазки является одним из основных требований, предъявляемых к качеству буксовой смазки.

На решение указанной задачи повышения качества смазки путем обеспечения стабильности ее состава и свойств направлено данное изобретение.

Наиболее близким аналогом является технология получения смазки Буксол, которая разработана Кусковским заводом консистентных смазок совместно с ВНИИЖТ и охраняется патентом RU 2114162 «Пластичная смазка», опубликованным 27.06.1998, кл. С10М 169/06 (прототип).

В указанном патенте имеется пример способа получения данной смазки, согласно которому в реактор-мешалку с внешним обогревом загружают расчетное количество олеиновой кислоты (ТУ 16-04-02-82-91), расчетное количество окиси лития (ГОСТ 1595), требующегося для омыления олеиновой кислоты, и половину масляной основы, состоящей из масла веретенного АУ (ТУ 38, 101586-75) или его смеси с индустриальными маслами (марки И-40, И-50), в расчете на партию смазки. При нагревании омыляют олеиновую кислоту. После омыления добавляют расчетное количество 12-оксистеариновой кислоты (ТУ 38 10172-78) и оксид лития. Омыляют 12-оксистеариновую кислоту. После выпарки воды поднимают температуру до расплавления мыл, добавляют оставшуюся половину масляной основы, снижают температуру до 180±5°С и выдерживают при этой температуре 1 ч, охлаждают реакционную смесь до 120-125°С и вводят при этой температуре расчетное количество присадок в виде смеси диоктилдитиофосфата цинка (присадка ДФ-11 по ТУ 24216-80) с присадкой на основе нитрованного масла (Акор-1 по ГОСТ 15171), выдерживают при указанной температуре в течение 0,5 ч и гомогенизируют.

Данная технология обеспечивает получение пластичной смазки высокого качества, однако не предусматривает приемы, обеспечивающие продукту стабильность его состава.

Для решения поставленной задачи предлагается способ получения пластичной буксовой смазки, включающий загрузку в реакционное оборудование порции исходных компонентов с получением водно-масляной дисперсии 12-оксистеариновой и олеиновой кислот в смеси веретенного и индустриального масел, омыление 12-оксистеариновой кислоты и олеиновой кислоты путем их нейтрализации водным раствором гидроокиси лития, обезвоживание полученной смеси, загрузку следующей порции смеси масел, термомеханическое диспергирование и термообработку реакционной смеси, охлаждение реакционной смеси загрузкой оставшейся порции смеси масел, выдержку смеси при ее перемешивании с циркуляцией, слив полученного полуфабриката, его предварительное охлаждение с одновременным вводом функциональных присадок, охлаждение, гомогенизацию, фильтрацию, деаэрацию и расфасовку смазки.

Для обеспечения стабильности состава производство смазки ведется периодическим способом, после получения смазки в объеме до 10-15% от объема партии смазки, запущенной в производство, производственный процесс приостанавливается, производится отбор пробы из расфасованной смазки для проведения анализа на соответствие ее требованиям по пенетрации, коллоидной стабильности и кислотности, при неудовлетворительном результате анализа смазку подают на полную переработку с корректировкой количественного содержания исходных компонентов и режимов обработки, при удовлетворительном результате анализа производственный процесс возобновляется с выработкой оставшегося объема партии смазки.

В качестве масляной основы для получения смазки используют смесь масла веретенного АУ и масла индустриального И-50А в соотношении 1:1.

В качестве функциональных присадок используют диоктилдитиофосфат цинка ДФ-11 и дитиофосфат цинка А-22 или их смесь в соотношении 1:1, а также присадку на основе нитрованного масла Акор-1.

Пример

Все виды сырья, предназначенного для изготовления смазки, проверяются на соответствие нормам действующих стандартов.

Приготовление смеси масел основы, веретенного АУ и индустриального И-50А в соотношении 1:1 осуществляется путем перемешивания их в контакторе с подогревом до 60°С. Контактор представляет собой реактор-мешалку цилиндрической формы со сферическим днищем и крышкой, снабженный рубашкой для теплоносителя для обеспечения внешнего обогрева смеси.

Приготовление водного раствора гидроокиси лития также осуществляется в мешалке путем растворения в воде расчетного количества гидроокиси лития с получением концентрации готового раствора 9,5-11%.

Получение водно-масляной дисперсии 12-оксистеариновой и олеиновой кислот проводится в контакторе, в который через счетчик загружается расчетное количество смеси масел на омыление. При включенном перемешивающем механизме смесь масел нагревается до температуры 60°С, затем при перемешивании температуры повышается до 85°С. Загрузка 12-ОСК производится мелкими порциями во избежание образования слоя нерасплавленного продукта на дне контактора. Плавление 12-ОСК и образование мыльно-масляной дисперсии осуществляются при дальнейшем подъеме температуры до 90-95°С с непрерывным перемешиванием.

Нейтрализация 12-оксистеариновой и олеиновой кислот водным раствором гидроокиси лития проводится при температуре 90-95°С. Для этого в контактор загружается заранее приготовленный в мешалке водный раствор гидроокиси лития в соотношении 1:5. После перекачки раствора в контактор мешалка обмывается водой, которая также закачивается в контактор. Трубопровод подачи раствора гидроокиси лития продувается сжатым воздухом в контактор. Смесь в контакторе нагревают до температуры 100°С.

С момента загрузки раствора гидроокиси лития начинается процесс омыления, включающий нейтрализацию диспергированных в масле кислот. При нейтрализации 12-ОСК образуется литиевое мыло 12-ОСК, а при нейтрализации олеиновой кислоты образуется литиевое мыло олеиновой кислоты. Омыление проводят при температуре 100°С в течение 7 часов при закрытой шиберной заслонке (без вакуума) и в течение 8 часов при открытой шиберной заслонке (под вакуумом).

Процесс обезвоживания смеси практически полностью заканчивается при повышении температуры в контакторе до 110°С в течение 7 часов. По достижении 110°С производится отбор пробы реакционной смеси для анализа содержания свободной щелочи. Результат анализа - 0,35-0,55% - свидетельствует о соответствии норм загрузки расчетным нормам и о качественном проведении процесса омыления.

Термомеханическое диспергирование загустителя осуществляется путем интенсивного нагрева реакционной смеси от температуры 110°С до 195°С в течение 12-14 часов с загрузкой I порции смеси масел через 7-8,5 часов при температуре 175°С.

При достижении температуры 160°С достигается полное обезвоживание реакционной смеси, поэтому в период нагрева при 160°С производится контрольный отбор пробы реакционной смеси на содержание свободной щелочи, содержание которой составляет 0,3-0,5%.

В диапазоне температур 110-120°С и 160-180°С в реакционной смеси происходят фазовые переходы, наличие которых может регистрироваться на диаграмме «пилообразным» характером кривой «время-температура». Выше 190°С наблюдается образование расплава смеси и при температуре 190°С производится контрольный отбор пробы реакционной смеси на содержание свободной щелочи (результат анализа: 0,15-0,3%).

Термообработка реакционной смеси проводится путем подъема температуры до 190-195°С и выдержки в течение 1,5-2 часов, после чего прекращается подача теплоносителя в рубашку контактора.

По окончании термообработки включается циркуляционный насос и производится загрузка II порции смеси масел на охлаждение. Охлаждение и выдержка смеси в контакторе проводятся с перемешиванием и циркуляцией. Загрузка II порции смеси масел на охлаждение осуществляется при непрерывной работе циркуляционного насоса и перемешивании. После этого температура смеси снижается приблизительно до 170°С и в течение 1,5 часов осуществляется выдержка смеси при перемешивании и циркуляции. После этого полуфабрикат смазки готов.

Далее проводят операцию слива полуфабриката и его предварительное охлаждение с одновременным вводом присадок.

Приготовление смеси присадок А-22, ДФ-11 и АКОР-1 производится с использованием технических весов и оборотной тары, из которой насосом смесь загружают в емкости мешалок цилиндрической формы со сферическим днищем. После загрузки присадок их перемешивают в течение 30-40 мин, также перемешивание включают перед вводом присадок и в процессе ввода присадок в полуфабрикат при гомогенизации и расфасовке.

После перемешивания с циркуляцией включается плунжерный насос и начинается слив полуфабриката. При достижении рабочего давления насоса (12-15 атм) на линии от насоса до холодильника включается дозировочный насос для подачи смеси присадок в фильтр в линию между первой и второй ступенями холодильника.

В рубашку первой ступени холодильника Х-1 подается пар, для того чтобы температура полуфабриката на выходе из первой ступени составляла 100-120°С. На второй ступени скребкового холодильника Х-2 происходит смешение полуфабриката смазки со смесью присадок и охлаждение смазки до температуры 60-70°С за счет подающейся в рубашку холодной воды, которая поступает из градирни. В градирне происходит охлаждение воды, которая нагревается при охлаждении смазки в рубашке второй ступени скребкового холодильника.

На выходе из скребкового холодильника охлажденная смазка имеет температуру 60-70°С и поступает на окончательную обработку на установке КОРУМА, где происходит ее гомогенизация, фильтрация и деаэрация смазки. Установка КОРУМА - это устройство для осуществления гомогенизации смесей, которое представляет собой котел с коническим днищем и опоясывающей рубашкой на цилиндрической и конической поверхностях. Внутри расположена якорно-лопастная скребковая мешалка, которая хорошо перемешивает продукт и одновременно соскребает его со стенок. Из установки КОРУМА смазка поступает в тару. После расфасовки 350-550 кг смазки от общей партии объемом 2-3 т отбирается проба для проведения предварительного анализа по показателям: «пенетрация при 25°С», «коллоидная стабильность» и «содержание свободных органических кислот», и расфасовка смазки прекращается. Производственный процесс приостанавливается до получения результатов анализа.

Если результаты предварительного анализа находятся в пределах установленных норм, то расфасовка смазки продолжается.

Если результат предварительного анализа не удовлетворяет требованиям технических условий, то смазку подают в накопительную емкость или, минуя установку КОРУМА, в тару для последующей переработки.

При необходимости из накопительной емкости смазку с помощью винтового и дозировочного насоса подают на установку КОРУМА для компаундирования или в тару для последующей переработки. После окончания расфасовки вся линия подачи смазки от контактора до установки КОРУМА продувается сжатым воздухом с давлением не менее 4 атм.

Отбор пробы смазки для проведения полного анализа на соответствие требованиям технических условий производят не ранее чем через 24 часа после расфасовки смазки.

Смазка, удовлетворяющая всем требованиям технических условий, сдается на склад готовой продукции для последующей отправки потребителям.

Буксовая смазка, полученная по данной технологии, обеспечивает надежную и эффективную работу узлов трения с подшипниками качения в широком диапазоне температур, от минус 60 до плюс 120°С, благодаря гарантированной стабильности состава и физико-химических свойств.

Использование: в технологии изготовления пластичных буксовых смазок и смазок типа «колесо-рельс». Сущность: способ включает загрузку в реакционное оборудование порции исходных компонентов с получением водно-масляной дисперсии 12-оксистеариновой и олеиновой кислот в смеси веретенного и индустриального масел, омыление раствором гидроокиси лития, обезвоживание, термообработку, охлаждение реакционной смеси, выдержку смеси при ее перемешивании с циркуляцией, слив полученного полуфабриката, охлаждение с одновременным вводом функциональных присадок, гомогенизацию, фильтрацию, деаэрацию и расфасовку смазки. При этом, после получения смазки в объеме до 10-15% от объема партии смазки, производственный процесс приостанавливают, проводят отбор пробы из расфасованной смазки для анализа на соответствие ее требованиям по пенетрации, коллоидной стабильности и кислотности. При неудовлетворительном результате анализа смазку подают на последующую переработку с корректировкой количественного содержания исходных компонентов и режимов обработки, при удовлетворительном результате анализа производственный процесс возобновляют. Технический результат - повышение качества смазки и стабильности состава, что обеспечивает ресурс работы смазки для грузовых вагонов по времени до 5 лет и по пробегу 450 тыс. км при допустимых условиях движения до 200 км/ч. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ получения пластичной смазки, включающий загрузку в реакционное оборудование порции исходных компонентов с получением водно-масляной дисперсии 12-оксистеариновой и олеиновой кислот в смеси веретенного и индустриального масел, омыление 12-оксистеариновой кислоты и олеиновой кислоты путем их нейтрализации водным раствором гидроокиси лития, обезвоживание полученной смеси, загрузку следующей порции смеси масел, термомеханическое диспергирование и термообработку реакционной смеси, охлаждение реакционной смеси загрузкой оставшейся порции смеси масел, выдержку смеси при ее перемешивании с циркуляцией, слив полученного полуфабриката, его предварительное охлаждение с одновременным вводом функциональных присадок, охлаждение, гомогенизацию, фильтрацию, деаэрацию и расфасовку смазки, отличающийся тем, что производство смазки ведется периодическим способом, после получения смазки в объеме до 10-15% от объема партии смазки, запущенной в производство, производственный процесс приостанавливается, производится отбор пробы из расфасованной смазки для проведением анализа на соответствие ее требованиям по пенетрации, коллоидной стабильности и кислотности, при неудовлетворительном результате анализа смазку подают на последующую переработку с корректировкой количественного содержания исходных компонентов и режимов обработки, при удовлетворительном результате анализа производственный процесс возобновляется с выработкой оставшегося объема партии смазки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве масляной основы для получения смазки используют смесь масла веретенного АУ и масла индустриального И-50А в соотношении 1:1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве функциональных присадок используют диоктилдитиофосфат цинка ДФ-11 и дитиофосфат цинка А-22 или их смесь в соотношении 1:1, а также присадку на основе нитрованного масла Акор-1.