СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ СИНТЕТИЧЕСКОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО МАСЛА С ПОВЫШЕННОЙ ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТЬЮ ДЛЯ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ Российский патент 2012 года по МПК C10M171/02 C10M105/04 C10M169/04 C10M133/12 C10M129/10 C10N40/08 C10N30/08 

Изобретение относится к гидравлическим (рабочим) жидкостям, предназначенным для гидравлических систем авиационной техники, в частности к авиационному синтетическому гидравлическому маслу для гидросистем авиационной ракетной и наземной техники, позволяющих обезопасить работу и эксплуатацию гидравлических систем при высоких температурах (пониженная пожароопасность ввиду высокой температуры вспышки и воспламенения). Также существенно снижены потери от испарения, что дает возможность более стабильной работы механических частей, например, скорость срабатывания гидроприводов.

Данное авиационное гидравлическое масло относится к новейшему поколению гидравлических жидкостей для воздушных судов и ракет. Является лучшим компромиссным решением по низкотемпературным требованиям к сохранению текучести (до -55°С), огнестойкости для безопасной эксплуатации и смазывающей способности для предотвращения износа и задиров в широких температурных границах. Может применяться в гидросистемах, которые до этого работали на нефтяных жидкостях без замены резиновых уплотнений. Применяются также в автопилотах, тормозных механизмах и в качестве амортизационной жидкости. Дают возможность обезопасить работу и эксплуатацию при высоких температурах вспышки и воспламенения.

К обязательным требованиям, предъявляемым к рабочим жидкостям для гидравлических систем авиационной техники, относятся:

- хорошие вязкостно-температурные характеристики (вязкость при 50°С не менее 8 мм²/с, при минус 60°С не более 5000 мм²/с);

- стабильность вязкости при механодинамических нагрузках (вязкость жидкости не должна уменьшаться при прокачке насосом и дросселировании в золотниках под высоким давлением);

- пожаробезопасность в случае разгерметизации гидравлической системы в аварийных ситуациях (температура вспышки паров жидкости должна быть не ниже 170°С).

В гидравлических системах отечественных самолетов и вертолетов в качестве рабочей жидкости широко применяется гидравлическое масло АМГ-10 («Масло АМГ-10» ГОСТ 6794) на основе низкозастывающих минеральных углеводородов с добавлением вязкостной, антиокислительной и противоизносной присадок. Рекомендуемый диапазон рабочих температур от минус -60°С до + 125°С.

Однако указанное гидравлическое масло АМГ-10 имеет следующие недостатки:

- уменьшение вязкости при эксплуатации в гидравлических системах (до 30%) вследствие механохимической деструкции молекул вязкостной полимерной присадки, что существенно сокращает ресурс работы масла и снижает надежность работы гидроагрегатов. Например, ресурс работы масла АМГ-10 в гидросистемах самолетов ТУ-154 не превышает 600 часов вследствие уменьшения вязкости с 10 до 7 мм²/с (Ю.Е.Раскин, Ю.И.Денисов, Е.М.Вижанков, Б.Г.Бедрик. Диагностика и контроль ресурса применения рабочих жидкостей в гидросистемах авиационной техники. «Контроль. Диагностика», №5, 2004, с.38-40);

- неудовлетворительная пожаробезопасность при нарушении герметичности гидросистемы под давлением вследствие низких значений температуры вспышки паров (93°С при рабочей температуре жидкости до 125°С);

- неудовлетворительная термоокислительная устойчивость при температурах выше 125°С.

Гидравлическое масло АМГ-10 имеет невысокую стойкость к воспламенению, характеризуемую относительно низкой температурой вспышки, находящейся на уровне 93°С. Кроме того, в связи с возросшими в новых летательных аппаратах перепадами давления в гидросистемах имеет место увеличение градиента скорости сдвига в объеме масла, что приводит к повышению механических нагрузок на полимерный модификатор вязкости и его деструкции: чем выше давление в гидросистеме, тем быстрее достигает вязкость масла при 50°С своего нижнего предела, равного 8 мм²/с и являющегося критическим показателем для замены масла АМГ-10 полностью на свежее. Если раньше этот порог достигался за 1500 часов работы, то в современных гидросистемах он равен 100 часам и менее. Для современных и новых поколений самолетов необходимо гидравлическое масло с более высокими характеристиками по стойкости к воспламенению и механическим нагрузкам, но при этом оно должно быть взаимозаменяемым с маслом АМГ-10.

Известен состав смазочного масла для газовых турбин (патент РФ 2185423. 20.07.2002, бюл. №20) для применения в газотурбинных двигателях сверхзвуковой авиации следующего состава, мас.%:

Термостабильный диоктилсебацинат 10,5-15 2,6-ди-трет-бутилпаракрезол 0,5-3,0 Алкилированный дифениламин 0,2-0,5 Трикрезилфосфат или дифенилпаратрет-бутилфенилфосфат 1,0-3,0 Бензотриазол 0,005-0,1 Синтетическое поли-альфа-олефиновое масло остальное

Однако указанный состав не может быть использован в качестве рабочей жидкости для гидравлических систем авиационной техники, так как не обеспечивает требований по вязкости при минусовых температурах - уже при минус 40°С вязкость 4000=5000 мм²/с (необходимо при минус 60°С - не более 5000 мм²/с), термоокислительной устойчивости при высоких температурах - кислотное число за 50 часов увеличивается с 0,01-0,08 мг КОН/г до 4,05-6,0 мг КОН/г (допускается не более 0,15 мг КОН/1г), вязкость увеличивается на 40-50% и образуется осадок в количестве 0,06-0,15 мас.%, что не допустимо для рабочих жидкостей для гидравлических систем авиационной техники.

Известна рабочая жидкость для гидравлических систем авиационной техники (патент RU 2275418 С1), где в качестве основы применяются, мас.%: доктилсебацинат 9,9-10,1, полиэтилсилоксановая жидкость с вязкостью 4-49 мм²/с при 20°С 17-23, поли-альфа-олефины с вязкостью 1,7-2,0 мм²/с при 100°С 25-32, поли-альфа-олефины с вязкостью 3,7-4,3 мм²/с при 100°С до 100. Характеристики масла: кинематическая вязкость при минус 50°С 1540-3712 мм²/с, исследование термоокислительной стабильности проводили при 135°С. Технический результат - улучшение вязкостных характеристик при минусовых температурах (до минус 60°С), повышение термоокислительной устойчивости.

Из RU 2347803, 27.02.2009 известна рабочая жидкость для гидравлических систем авиационной техники, содержащая 2,6-ди-трет-бутилпаракрезол, фенил-α-нафтиламин, трикрезил-фосфат, в качестве основы содержит диоктилсебацинат термостабильный, фракцию поли-альфа-олефинов с вязкостью 1,7-2,0 мм²/с при 100°С и полиалкилсилоксановую жидкость с вязкостью 14-16 мм²/с при 100°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

2,6-ди-трет-бутилпаракрезол 0,3-0,5 фенил-α-нафтиламин 0,2-0,5 трикрезил-фосфат 1,0-3,0 диоктилсебацинат термостабильный 9,6-19,5 поли-альфа-олефины с вязкостью 1,7-2,0 мм²/с при 100°С 34,0-44,3 полиалкилсилоксановая жидкость с   вязкостью 14-16 мм²/с при 100°С 39,4-48,1

Технический результат - улучшение термоокислительной стабильности, вязкостных характеристик в области минусовых температур, повышение максимальной рабочей температуры эксплуатации.

Технической задачей заявленного изобретения является создание авиационного синтетического масла для гидросистем с повышенной взрыво- и пожаробезопасностью и возможностью использования его в гидросистемах более высокой мощности и при более высокой температуре при сохранении высоких эксплуатационных свойств.

Техническая задача достигается смазочной композицией авиационного синтетического гидравлического масла для гидросистем авиационной, ракетной и наземной техники, содержащей в качестве базовой основы поли-альфа-олефиновые углеводороды с кинематической вязкостью при 100°С от 1,5-6 мм²/с и молекулярной массой от 260 до 560 г/моль, реологический концентрат NYCOPERF RA 655 на основе маловязких моноэфиров С₅-С₁₀-карбоновых кислот и С₈-С₁₃-спиртов, стабилизированных полиметакрилатом, и имеющий вязкость при 100°С от 1,6- 2,0 сСт и 120-130 сСт при -40°С и температуру застывания ниже -72°С, фенольную антиокислительную присадку, триизопропилфосфат в качестве противоизносной присадки, ингибитор коррозии 1,2,3-бензотриазол или производное толутриазола Иргамет 39, кремнийорганическую жидкость в качестве антипенной добавки и краситель, при следующем соотношении исходных компонентов в мас.%:

указанная базовая основа на основе

поли-альфа-олефиновых углеводородов 60,0-64,0 указанный реологический концентрат на основе   маловязких моноэфиров, стабилизированных   полиметакрилатом 35,0-38,0 фенольная антиокислительная присадка 0,3-1,0 триизопропилфосфат 0,5-2,0 указанный ингибитор коррозии 0,02-0,1 кремнийорганическая жидкость в качестве   антипенной добавки 0,03-0,08 краситель 0,0011-0,0013

В композиции авиационного синтетического гидравлического масла по изобретению в качестве поли-альфа-олефиновых углефодородов (поли-альфа-олефиновых углефодородов) используют ПАО с кинематической вязкостью при 100°С от 1,5-6 мм²/с, предпочтительно от 1,7- 3,6 мм²/с; с молекулярной массой от 260 до 560 г/моль, предпочтительно от 275 до 400 г/моль.

И в частности, в качестве таких поли-альфа-олефиновых углеводородов используют поли-альфа-олефиновые углеводороды ПАМ-2 (ТУ 2053-014-544 09843-2007) или NEXBASE 2002 BULK, имеющие кинематическую вязкость при 100°С от 1,6-1,8 мм²/с, температуру застывания не выше - 66°С.

В композиции авиационного синтетического гидравлического масла по изобретению используют реологический концентрат NYCOPERF RA 655 NICO СА (Франция), представляющий собой маловязкий моноэфир C₁₈H₃₈O₂, стабилизированный полиметакрилатом небольшой молекулярной массы от 200 до 500 г/моль. Моноэфир синтезирован из кислот, содержащих 5-10 атомов углерода и спиртов, имеющих 8-13 атомов углерода, и обладает вязкостными свойствами при 100°С в пределах 1,6-2,0 сСт и при -40°С 120-130 сСт, и температурой застывания ниже минус 72°С. Загущающая присадка, улучшающая индекс вязкости до 310, обеспечивает пологость вязкостно-температурной зависимости реологического концентрата NYCOPERF RA 655.

В качестве фенольной антиокислительной присадки авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит, например, метилен-бис-дитретбутил-фенол марки МБ-1 или Ethanox 4702, или Ирганокс 1010 (пентаэритритол тетракис (3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенил) пропионат).

В качестве противоизносной присадки авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит три-изо-пропилфосфат ТИПФ или Durad 150.

В качестве ингибитора коррозии авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит 1,2,3-бензотриазол или производные толутриазола Иргамет 39 (N,N-бис-(2-этилгексил)-4-метил-1Н-бензотриазол-1-метиламин).

В качестве антипенной добавки авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит кремнийорганическую жидкость, например, ПМС-200 (полиметилсилоксановая жидкость) или Synaflve AC или АmН 2 (сертификат фирмы Cognis, 2007).

В качестве красителя авиационное гидравлическое масло по изобретению содержит, например, краситель жирорастворимый зеленый VERT AU CRAS W 7200 (сертификат фирмы Sensient, 2007).

В таблице 1 представлен конкретный пример состава смазочной композиции авиационного синтетического гидравлического масла по изобретению, иллюстрирующий, но не ограничивающий объем притязаний.

В таблицах 2-3 представлены свойства базовой смеси авиационного масла по изобретению, состоящей из базовых компонентов поли-альфа-олефиновых углеводородов (ПАОМ-2) и реологического концентрата NYCOPERF RA 655 (ТУ 0253-003-07548712-2010).

В таблице 4 представлены основные свойства авиационного синтетического гидравлического масла по изобретению.

Таблица 1. № п/п Наименование компонентов Нормативный документ Содержание, мас.% 1 Базовая смесь из ТУ 0253-003-07548712-2010       синтетических         углеводородов (БССУ) из:         а) базовой основы ПАОМ-2 ТУ 0253-014-54409843-2007 61,9688 63,0189   б) реологический концентрат ТУ 0253-003-07548712-2010 36,5 36,0   NYCOPERF RA 655       2 Антиокислительная ТУ 2425-436-05742686-2001 0,5 0,45   присадка:         метилен-бис-дитретбутил-         фенол(МБ-1)       3 Противоизносная присадка: Опытное производство ОАО 0,93 0,45   три-изо-пропилфосфат «Химпром»       (ТИПФ)       4 Ингибитор коррозии: ТУ 6-09-1291-87 0,05 0,04   1,2,3-бензотриазол       5. Антипенная присадка: ТУ 6-09-1291-87 0,05 0,04   ПМС-200 (полиметил-         силоксановая жидкость)       6 Краситель Сертификат фирмы Sensient 0,0012 0,0011   VERT AUCRASW 7200      

Композицию авиационного гидравлического масла по изобретению готовят путем приготовления базовой смеси смешением базовой основы на основе поли-альфа-олефиновых углеводородов с реологическим концентратом и пакетом присадок при нагревании.

В реактор подают расчетное количество компонентов базовой смеси синтетических углеводородов (БССУ). Перемешивают, нагревают до 60-80°С до полной растворимости. При перемешивании далее загружают присадки, фильтруют.

Таблица 2 Показатели качества базовой смеси синтетических углеводородов (БССУ) № Наименование показателя Значения Методы испытаний 1 Вязкость кинематическая, мм²/с, при   ГОСТ 33   температуре:       50°С, не менее 9,0     минус 50°С, не более 1250     минус 55°С, не более 2500   2 Температура застывания, °С, не выше минус 60 ГОСТ 20287 3 Содержание воды,   ГОСТ 2477   % отс. ГОСТ 24614   ppm, не более 500 арбитражный

Таблица 3 Основные характеристики № Наименование показателя Норма Метод испытания 1 Вязкость кинематическая, мм²/с, при   ГОСТ 33   температуре:       50°С, не менее 9,0     минус 50°С, не более 1250     минус 55°С, не более 2500   2 Температура застывания, °С, не выше минус 60 ГОСТ 20287 3 Индекс вязкости, не менее 300 ГОСТ 25371 4 Температура вспышки, определяемая в   ГОСТ 4333   открытом тигле, °С, не ниже 150   5 Кислотное число, мг КОН/г на 1 г масла,   ГОСТ 5985   не более 0,03   6 Содержание воды,   ГОСТ 2477   % ОТС. ГОСТ 24614   pmm, не более 500 арбитражный

Таблица 4 № Наименование показателя Норма Метод испытания 1 Внешний вид Прозрачная визуальный     жидкость       сине-зеленоватого цвета   2 Кинематическая вязкость, мм²/с,       при температуре:       125°С, не менее 2,3 ГОСТ 33   50°С, не более 9,0 ГОСТ 33   минус 50°С, не более 1250 ASTM D 445 3 Температура застывания, °С, не выше минус 65 ГОСТ 20287       (метод Б) 4 Температура вспышки, определяемая в   ГОСТ 4333   открытом тигле, °С, не ниже 150   5 Кислотное число, мг КОН/г на 1 г масла,   ГОСТ 5985   не более 0,03   6 Плотность при 20°С, г/см³, в пределах 0,825-0,940 ГОСТ 3900       ASTM D 4452 7 Чистота жидкости: 10,0 ГОСТ17216   класс чистоты, не более 6,0 NASA 1638 8 Коррозионная активность и устойчивость к окислению (168 час, 135±1°С): выдерживает ASTM D 4636 9 Температура воспламенения, °С не менее 170 ASTM D 92 10 Скорость распространения пламени, см/сек, не более 0,5 ASTM D 5306

Таким образом, как следует из приведенных данных, заявленная в качестве изобретения смазочная композиция авиационного синтетического гидравлического масла обладает высокими эксплуатационными свойствами с повышенными взрыво- и пожаробезопасностью за счет экспериментально подобранного сочетания базовой смеси (базовая основа на основе поли-альфа-олефиновых углеводородов в сочетании с реологическим концентратом на основе маловязких моноэфиров, стабилизированных полиметакрилатом) и подобранных добавок-присадок, оказывающих синергетическое действие в заявленном авиационном масле.

Получена новая высококачественная гидравлическая жидкость (авиационное синтетическое гидравлическое масло, предназначенное для применения в гидросистемах авиационной, ракетной и гидросистемах наземного оборудования) с высокими антикоррозионными требованиями.

Настоящее изобретение относится к смазочной композиции авиационного синтетического гидравлического масла для гидросистем авиационной, ракетной и наземной техники, содержащей в качестве базовой основы полиальфаолефиновые углеводороды в сочетании с реологическим концентратом на основе маловязких моноэфиров C₁₈H₃₈O₂, стабилизированных полиметакрилатом (NYCOPERF RA 655), фенольную антиокислительную присадку, триизопропилфосфат в качестве противоизносной присадки, ингибитор коррозии 1,2,3-бензотриазол или производное толутриазола Иргамет 39, кремнийорганическую жидкость в качестве антипенной добавки и краситель. Техническим результатом настоящего изобретения является создание авиационного гидравлического масла с высокими эксплуатационными характеристиками и с повышенной взрыво- и пожаробезопасностью. 4 табл.

Смазочная композиция авиационного синтетического гидравлического масла для гидросистем авиационной, ракетной и наземной техники, содержащая в качестве базовой основы поли-альфа-олефиновые углеводороды с кинематической вязкостью при 100°С от 1,5-6 мм²/с и молекулярной массой от 260 до 560 г/моль, реологический концентрат NYCOPERF RA 655, на основе маловязких моноэфиров С₅-С₁₀-карбоновых кислот и C₈-C₁₃-спиртов, стабилизированных полиметакрилатом, и имеющий вязкость при 100°C от 1,6-2,0 сСт и 120-130 сСт при -40°С и температуру застывания ниже -72°С, фенольную антиокислительную присадку, триизопропилфосфат в качестве противоизносной присадки, ингибитор коррозии 1,2,3-бензотриазол или производное толутриазола Иргамет 39, кремнийорганическую жидкость в качестве антипенной добавки и краситель при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%:
указанная базовая основа на основе   поли-альфа-олефиновых углеводородов 60,0-64,0 указанный реологический концентрат на основе   маловязких моноэфиров, стабилизированных 35,0-38,0 полиметакрилатом   фенольная антиокислительная присадка 0,3-1,0 триизопропилфосфат 0,5-2,0 указанный ингибитор коррозии 0,02-0,1 кремнийорганическая жидкость в качестве   антипенной добавки 0,03-0,08 краситель 0,0011-0,0013