СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ УДАЛЕНИЯ ВОЗДУХА ИЗ СМАЗОЧНОГО МАСЛА Российский патент 2020 года по МПК C10M145/14 C10M169/04 C10M177/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к способу улучшения удаления воздуха из смазочного масла.

Уровень техники

Смазочные масла используют для защиты и смазки соприкасающихся поверхностей, а также для передачи энергии. Известно, что захват воздуха может уменьшать эффективность смазочных масел. Захват воздуха представляет собой явление, при котором пузырьки воздуха (как правило, имеющие диаметр менее 1 мм) рассеиваются в смазочном масле. Захваченный воздух отличается от свободного воздуха (полости с воздухом, попавшие в часть системы), от растворенного воздуха (смазочные масла могут содержать от 6 до 12 процентов по объему растворенного воздуха) и от пены (воздушные пузырьки, как правило, более 1 мм в диаметре, сосредоточенны на поверхности масла). Захват воздуха может иметь множество негативных последствий, в том числе потерю смазочной способности, возможное окисление смазочного масла, шум при работе, снижение эффективности и повышение температуры масла.

Свойства захвата воздуха смазочного масла, как правило, измеряют с помощью испытания на удаление воздуха ASTM D3427. В этом испытании измеряют время, необходимое для уменьшения объема воздуха, захваченного маслом, до 0,2% в условиях испытания и при указанной температуре.

Изобретатели стремились улучшить свойства захвата воздуха смазочных масел.

Раскрытие изобретения

Соответственно, в изобретении предложен способ усовершенствования удаления воздуха из смазочного масла измеренного по ASTM D3427, включающий этапы смешивания присадки со смазочным маслом с помощью смесителя с большими сдвиговыми усилиями, причем присадка представляет собой алкилакрилатный полимер.

Такие алкилакрилатные полимеры ранее использовались в качестве пеногасительных присадок. Считается, что время освобождения, как правило, ухудшается с добавлением присадок, в особенности пеногасителей, таких как силиконовые масла. Данкансон (Duncanson) объясняет это в статье «Properties on Foam in Lubricating Oils», страницы 9-13, май 2003 г., журнал Общества инженеров в области трибологии и техники смазки «Lubrication Engineering».

Неожиданно оказалось, что введение алкилакрилатного полимера в смазочное масло с помощью смесителя с большими сдвиговыми усилиями влияет на свойства удаления воздуха из смазочного масла. С данным изобретением специалист сможет использовать алкилакрилатный полимер для улучшения удаления воздуха из смазочного масла.

Осуществление изобретения

В данном изобретении предложен способ улучшения удаления воздуха из смазочного масла, измеряемого согласно ASTM D3427. В ходе испытания сжатый воздух продувают через смазочное масло, нагретое до температуры 50°C. После прекращения потока воздуха время, необходимое для уменьшения объема воздуха, захваченного маслом, до 0,2%, регистрируют как время удаления воздуха. Желательное значение удаления воздуха, как правило, составляет менее 3 минут, предпочтительно менее 60 секунд, и наиболее предпочтительно менее 20 секунд.

Удаление воздуха улучшено по сравнению с удалением воздуха, достигаемым с использованием смазочного масла, в котором присадка не была смешана со смазочным маслом с помощью смесителя с большими сдвиговыми усилиями. Изобретатели обнаружили полезное уменьшение времени удаления воздуха при выполнении способа по данному изобретению.

Смазочное масло содержит основной компонент масла, который может представлять собой смесь нескольких базовых масел. Базовые масла в основном компоненте масла могут представлять собой любые обычные базовые масла, выбранные из групп I, II, III, IV или V категорий базовых масел АИН (Американского института нефти). Предпочтительно основной компонент масла содержит синтетическое базовое масло, а более предпочтительно основной компонент масла содержит по меньшей мере 75% масс. синтетического базового масла от массы основного компонента масла. Синтетические базовые масла синтезируют путем превращения природного газа в жидкое топливо по способу Фишера-Тропша. Они имеют очень низкое содержание серы и содержание ароматических соединений, сравнимое с минеральными базовыми маслами, получаемыми путем переработки сырой нефти, и имеют очень высокий показатель содержания парафинов.

Смазочное масло соответственно содержит присадки. Предпочтительно количество присадок составляет менее 10% масс. от массы смазочного масла, более предпочтительно менее 5% масс., наиболее предпочтительно менее 2,5% масс. Присадки могут включать антиоксиданты, противоизносные присадки, деэмульгаторы, эмульгаторы, ингибиторы ржавчины и коррозии, улучшители индекса вязкости и/или модификаторы трения.

Предпочтительно смазочное масло имеет кинематическую вязкость в диапазоне от 5 до 220 сСт при 40°C, более предпочтительно от 10 до 200 сСт, наиболее предпочтительно от 20 до 100 сСт. Кинематическую вязкость соответственно измеряют с применением ASTM D445 (ASTM D7042).

В предпочтительном варианте реализации изобретения смазочное масло имеет состав для использования жидкости для гидросистемы. Жидкости для гидросистемы используют в гидравлическом оборудовании многих различных типов, их используют не только для смазки оборудования, но также для передачи давления. Захват воздуха может быть серьезной проблемой в гидравлических системах, вызывая снижение мощности или неустойчивую работу гидравлического оборудования.

В способе по данному изобретению алкилакрилатную полимерную присадку смешивают со смазочным маслом. Подходящие алкилакрилатные полимеры описаны, например, в документе US3166508. Молекулярная масса полимера соответственно составляет менее 10000, предпочтительно менее 7500, и более предпочтительно менее 5000. В одном варианте реализации изобретения алкилакрилатный полимер может представлять собой гомополимер алкилакрилата, имеющий по меньшей мере 3, но менее 7 атомов углерода в алкильном радикале. В другом варианте реализации изобретения алкилакрилатный полимер может представлять собой сополимер по меньшей мере двух различных алкилакрилатов, в которых алкильный радикал имеет от 1 до 18 атомов углерода, и в которых среднее количество атомов углерода в алкильных радикалах молекулы сополимера составляет по меньшей мере 3, но менее 7 в пересчете на моли.

Соответственно, по меньшей мере 0,0005% масс. алкилакрилатного полимера от массы смазочного масла смешивают со смазочным маслом, предпочтительно по меньшей мере 0,001% масс. Соответственно, менее 0,1% масс. алкилакрилатного полимера от массы смазочного масла смешивают со смазочным маслом, предпочтительно менее 0,01% масс. Предпочтительным количеством алкилакрилатного полимера будет такое, которое обеспечит баланс между использованием достаточного количества для достижения желаемого улучшения свойств удаления воздуха и избежанием ненужных затрат из-за использования слишком большого количества алкилакрилатного полимера.

Алкилакрилатную полимерную присадку смешивают со смазочным маслом с помощью смесителя с большими сдвиговыми усилиями. Термин «смеситель с большими сдвиговыми усилиями» хорошо известен специалистам в данной области техники. Вращающаяся мешалка или высокоскоростной ротор создает поток и сдвиговые усилия внутри перемешиваемой жидкости. В некоторых вариантах реализации изобретения ротор вращается внутри неподвижного компонента, известного как статор. Предпочтительно присадку смешивают со смазочным маслом на скорости по меньшей мере 400 об/мин. Скорость составляет предпочтительно по меньшей мере 600 об/мин, и более предпочтительно по меньшей мере 800 об/мин. Предпочтительно перемешивание длиться по меньшей мере 10 минут, более предпочтительно по меньшей мере 30 минут, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 60 минут.

Данное изобретение дополнительно объяснено в деталях с помощью примеров, но изобретение никоим образом не ограничено этими примерами.

Примеры

Семь различных смесей базовых масел были изготовлены с использованием комбинаций трех базовых масел:

1) Chevron 220 R (минеральное масло группы II, которое можно приобрести у компании Chevron)

2) XHVI 8 (масло, полученное по способу Фишера-Тропша, которое можно приобрести у компании Shell)

3) Spectrasyn 8 (полиальфаолефиновая жидкость, которую можно приобрести у компании ExxonMobil)

В таблице 1 представлены количества каждого базового масла (в массовых % от общей массы смеси), присутствующие в каждой смеси. Все смеси в таблице 1 представляют собой ISO 46.

Таблица 1

Chevron 220 R XHVI 8 Spectrasyn 8 Смесь 1 15 80 5 Смесь 2 25 70 5 Смесь 3 15 75 10 Смесь 4 20,0 72,5 7,5 Смесь 5 20 80 0 Смесь 6 25 75 0 Смесь 7 0 100 0

Пакет присадок, содержащий противозадирную/противоизносную присадку, модификатор трения, беззольный ингибитор коррозии, эмульгатор и антиоксидант добавляли в смеси базовых масел, получая полные композиции смазочных масел. Пакет присадок был одинаковым в каждом случае. Затем 125 ppm присадки PC 3144 (которую можно приобрести у компании Allnex), которая представляет собой 40% раствор модифицированного акрилового полимера в углеводородном растворителе, добавляли в композиции при 40°C либо со скоростью перемешивания 1200 об/мин с помощью вертикального смесителя с большими сдвиговыми усилиями Caframo в течение одного часа, либо со скоростью перемешивания 300 об/мин с помощью магнитной мешалки в течение одного часа.

Время удаления воздуха смесей базовых масел полных композиций масел и полных композиций масел плюс PC 3144 проверяли с помощью метода ASTM D3427. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2

Время удаления воздуха при 50°C (секунды) Смесь базовых масел Полная композиция масла Полная композиция масла плюс PC 3144 со смесителем с большими сдвиговыми усилиями Полная композиция масла плюс PC 3144 с магнитной мешалкой Смесь 1 5 16 5 Не измерялось Смесь 2 31 31 5 Не измерялось Смесь 3 5 5 5 Не измерялось Смесь 4 20 26 5 Не измерялось Смесь 5 5 31 16 10 Смесь 6 15 10 5 19,8 Смесь 7 5 5 5 10

Результаты показывают, что время удаления воздуха из смесей базовых масел различается. Добавление пакета присадок может дополнительно увеличить время удаления воздуха. Добавление присадки PC 3144 с помощью смесителя с большими сдвиговыми усилиями может существенно уменьшить время удаления воздуха (если только время удаления воздуха уже не очень мало, как было в случае смеси 3 и смеси 7). При этом добавление присадки PC 3144 и использование магнитной мешалки не оказывало такого же эффекта.

В данном изобретении рассмотрено применение присадки, которая представляет собой алкилакрилатный полимер, который смешивают с смазочным маслом с использованием смесителя с высоким сдвиговым усилием со скоростью равной по меньшей мере 400 об/мин, причем смазочное масло содержит основной компонент масла, который содержит по меньшей мере 75 мас.% синтетического базового масла от массы основного компонента масла, и по меньшей мере 0,0005 мас.% и менее 0,1 мас.% алкилакрилатного полимера от массы смазочного масла смешано со смазочным маслом, где алкилакрилатный полимер представляет собой гомополимер алкилакрилата, имеющий по меньшей мере 3, но менее 7 атомов углерода в алкильном радикале, или алкилакрилатный полимер представляет собой сополимер по меньшей мере двух различных алкилакрилатов, в которых алкильный радикал имеет от 1 до 18 атомов углерода, и в которых среднее количество атомов углерода в алкильных радикалах молекулы сополимера составляет по меньшей мере 3, но менее 7 в пересчете на моли. Технический результат - улучшение удаления воздуха из смазочного масла, измеряемого согласно ASTM D3427. 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

1. Применение присадки, которая представляет собой алкилакрилатный полимер, который смешивают с смазочным маслом с использованием смесителя с высоким сдвиговым усилием со скоростью равной по меньшей мере 400 об/мин, для улучшения удаления воздуха из смазочного масла, измеряемого согласно ASTM D3427, причем смазочное масло содержит основной компонент масла, который содержит по меньшей мере 75 мас.% синтетического базового масла от массы основного компонента масла, и по меньшей мере 0,0005 мас.% и менее 0,1 мас.% алкилакрилатного полимера от массы смазочного масла смешано со смазочным маслом, где алкилакрилатный полимер представляет собой гомополимер алкилакрилата, имеющий по меньшей мере 3, но менее 7 атомов углерода в алкильном радикале, или алкилакрилатный полимер представляет собой сополимер по меньшей мере двух различных алкилакрилатов, в которых алкильный радикал имеет от 1 до 18 атомов углерода, и в которых среднее количество атомов углерода в алкильных радикалах молекулы сополимера составляет по меньшей мере 3, но менее 7 в пересчете на моли.

2. Применение по п. 1, в котором смазочное масло имеет кинематическую вязкость в диапазоне от 5 до 220 сСт при 40°C.

3. Применение по п. 1 или 2, в котором смазочное масло имеет композицию для использования в качестве жидкости для гидросистемы.

4. Применение по любому из пп. 1-3, в котором молекулярная масса алкилакрилатного полимера составляет менее 10000.

5. Применение по любому из пп. 1-4, в котором присадку смешивают со смазочным маслом при скорости по меньшей мере 800 об/мин.