СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2025 года по МПК C10M125/02 C10M133/04 B82B3/00 C10N30/06 

Изобретение относится к смазочным материалам и может быть использовано для смазывания узлов трения различного рода машин и механизмов в процессе их обкатки и штатной эксплуатации.

Известна смазочная композиция [1], включающая основное масло, соединение димочевины и добавку, содержащую наночастицы - углеродный порошок, имеющий средний диаметр первичных частиц от 1 до 1000 нм (углеродная чернь, углеродные нанотрубки, фуллерены). Недостатками смазочной композиции являются ограниченность применения лишь для механизмов качения ввиду высокой вязкости, высокое содержание добавки с наночастицами (до 10 мас. %) и непостоянство характеристик из-за неоднородности углеродного порошка.

Известна также смазочная композиция [2], включающая смазочное коммерческое масло (индустриальное минеральное масло) и наноматериалы в виде фуллереновой сажи в количестве 1-5 мас. %. Известная смазочная композиция может быть использована по широкому назначению для смазки машин и механизмов, как в процессе приработки поверхностей трения и обкатки узлов, так и в условиях эксплуатации. К недостаткам известной смазочной композиции следует отнести большое содержание дорогостоящей добавки (более 1 мас. %) и наличие в фуллереновой саже твердых абразивных продуктов, что отрицательно сказывается на противоизносных свойствах масла в процессе эксплуатации.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является композиционный смазочный материал на основе смазочных коммерческих масел и углеродных наноматерилов [3]. Композиционный смазочный материал может быть использована в процессе обкатки, штатной эксплуатации и частичного восстановления сопряженных поверхностей трения. Преимущество использования в качестве добавки нанотрубок и нановолокон по сравнению с использованием наноматериалов на основе фуллеренов это повышение противоизносных свойств смазочного материала при введении значительно меньшего количества наночастиц.

К недостаткам этой композиции, которая принята в настоящем изобретении за прототип, следует отнести использование смеси неоднородных масел - индустриального минерального и синтетического моторного, которые в процессе хранения и эксплуатации могут расслаиваться, и склонность нанотрубок и нановолокон к агломерации (образованию клубков) в коммерческих маслах, особенно при повышении температуры. Еще острее проблема агломерации становится, если вместо обычных углеродных нанотрубок и нановолокон, которые имеют трехмерную многостенную структуру, использовать новое поколение углеродных наноматериалов - графеновые нанотрубки (одностенные углеродные нанотрубки). Графеновые нанотрубки, промышленное производство которых начато в 2014 году компанией OCSiAl, имеют диаметр на порядок меньше, чем у многостенных углеродных нанотрубок и обладают значительно более высокими удельными характеристиками. Вместе с тем графеновые нанотрубки, так как имеют толщину стенки всего в один атом, обладают уникальной гибкостью, и, как следствие, еще больше склонны образовывать агломераты, чем обычные нанотрубки и нановолокна и после диспергирования не сохраняют в смазочных коммерческих маслах деагломерированного состояния.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение противоизносных свойств смазочного коммерческого материала, за счет использования графеновых нанотрубок в коммерческом смазочном материале при фиксации их нем в деагломерированном состоянии.

Для решения поставленной технической задачи предложена смазочная композиция, содержащая смазочное коммерческое масло и углеродные наноматериалы, которая согласно изобретению дополнительно содержит пластификатор и алкиламмониевую соль, а в качестве углеродных наноматериалов используют графеновые нанотрубки при следующем соотношении, мас. %:

пластификатор 0,035-0,16 алкиламмониевую соль 0,005-0,04 графеновые нанотрубки 0,005-0,02 масло остальное

Согласно изобретению в качестве пластификатора предпочтительно используют производные сложных эфиров жирных карбоновых кислот или диметакриловый эфир триэтиленгликоля.

Решение поставленной задачи объясняется тем, что введение в смазочную композицию пластификаторов, которые обычно используются при производстве пластмасс и лакокрасочных материалов, и алкиламмониевой соли позволяет осуществлять диспергирование графеновых нанотрубок не непосредственно в масле, а в смеси пластификатора и алкиламмониевой соли. При этом посредством воздействия ультразвука осуществляют деагломерацию графеновых нанотрубок (разделение клубков, в которых они находятся в свободном состоянии). Поскольку пластификаторы обладают высокой поверхностной активностью, они фиксируют состояние графеновых нанотрубок. Причем алкиламмониевая соль выступает в качестве дополнительного стабилизирующего агента. Благодаря совместимости выбранных пластификаторов со смазочными коммерческими маслами, в частности индустриальными, после смешивания пластификатора с базовым маслом графеновые нанотрубки равномерно распределяются в его объеме, оставаясь деагломерированными. Это подтверждается измерением удельного объемного электрического сопротивления предложенной смазочной композиции по ГОСТ 6581-75, фиксирующим приобретение ей электропроводящих свойств за счет создания нанотрубками замкнутой электропроводящей сети. Контроль при хранении в течение 3-х месяцев и испытание в течение 8 ч при температуре 100°С не зафиксировали изменения удельного объемного электрического сопротивления смазочной композиции согласно изобретения. Необходимо отметить, что компанией OCSiAl в Новосибирске по заказу потребителей налажено промышленное введение графеновых нанотрубок в большой ряд пластификаторов, что делает экономически доступным применение предложенной по изобретению смазочной композиции в промышленности. Смешивание пластификаторов, содержащих деагломерированные графеновые нанотрубки, с коммерческими маслами можно осуществлять на стандартных высокоскоростных смесителях для смазочных или лакокрасочных материалов.

Ниже представлены примеры, иллюстрирующие, но не ограничивающие описываемую группу изобретений. Графеновые нанотрубки вводились в смесь пластификаторов и алкиламмониевой соли компанией OCSiAl. Смешивание полученных концентратов с коммерческим маслом (индустриальное И-40А) осуществляли в Государственном научном учреждении «Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси» на лабораторном смесителе (диссольвере) в течение 30 минут при 2000 об/мин и периферийной скорости вращения фрезы 10 м/мин. Противоизносные свойства смазочной композиции оценивали по стандартной методике на четырехшариковой машине трения ЧШМ-К1 по показателю износа (средний диаметр пятен износа нижних шариков) при нагрузке 392 Н по ГОСТ 9490-71.

Пример 1. Состав смазочной композиции: индустриальное масло И40А - 99,95 мас. %, производные сложных эфиров жирных карбоновых кислот - 0,035 мас. %, графеновые нанотрубки Tuball - 0,005 мас. %, алкиламмониевая соль - 0,01 мас. %.

Пример 2. Состав смазочной композиции: индустриальное масло И40А - 99,9 мас. %, производные сложных эфиров жирных карбоновых кислот - 0,07 мас. %, графеновые нанотрубки Tuball - 0,01 мас. %, алкиламмониевая соль - 0,02 мас. %.

Пример 3. Состав смазочной композиции: индустриальное масло И40А - 99,8 мас. %, производные сложных эфиров жирных карбоновых кислот - 0,14 мас. %, графеновые нанотрубки Tuball - 0,02 мас. %, алкиламмониевая соль - 0,04 мас. %.

Пример 4. Состав смазочной композиции: индустриальное масло И40А - 99,6 мас. %, производные сложных эфиров жирных карбоновых кислот - 0,28 мас. %, графеновые нанотрубки Tuball - 0,04 мас. %, алкиламмониевая соль - 0,08 мас. %.

Пример 5. Состав смазочной композиции: индустриальное масло И40А - 99,95 мас. %, диметакриловый эфир триэтиленгликоля - 0,04 мас. %, графеновые нанотрубки Tuball - 0,005 мас. %, алкиламмониевая соль - 0,005 мас. %.

Пример 6. Состав смазочной композиции: индустриальное масло И40А - 99,9 мас. %, диметакриловый эфир триэтиленгликоля - 0,08 мас. %, графеновые нанотрубки Tuball - 0,01 мас. %, алкиламмониевая соль - 0,01 мас. %.

Пример 7. Состав смазочной композиции: индустриальное масло И40А - 99,8 мас. %, диметакриловый эфир триэтиленгликоля - 0,16 мас. %, графеновые нанотрубки Tuball - 0,02 мас. %, алкиламмониевая соль - 0,02 мас. %.

Пример 8. Состав смазочной композиции: индустриальное масло И40А - 99,6 мас. %, диметакриловый эфир триэтиленгликоля - 0,32 мас. %, графеновые нанотрубки Tuball - 0,04 мас. %, алкиламмониевая соль - 0,04 мас. %.

Из данных таблицы следует, что уже при введении в масло И-40А 0,005 мас. % графеновых нанотрубок (примеры 1 и 5) показатель износа снижается более чем в 1,3 раза. А при оптимальном содержании графеновых нанотрубок - 0,02 мас. % (примеры 3 и 7) снижение показателя износа составляет 1,7-1,8 раз. Дальнейшее наполнение смазочной композиции не целесообразно, так как оно не приводит к увеличению функциональных характеристик композиции (примеры 4 и 8). Таким образом, заявляемая смазочная композиция обладает более высокими противоизносными свойствами по сравнению с базовым коммерческим маслом.

Источники информации

1. Заявка JP №2005054008 А, МПК С10М 169/02, опубл. 03.03.2005.

2. Патент RU №2146277 С1, МПК С10М 125/02; C10N 30/06, опубл. 10.03.2000.

3. Патент RU 2599632 С1, МПК С10М 125/02; В82В 3/00; C10N 30/06, опубл. 10.10.2016 - прототип.

Изобретение относится к смазочной композиции, содержащей смазочное коммерческое масло и углеродные наноматериалы. Композиция характеризуется тем, что она дополнительно содержит пластификатор и алкиламмониевую соль, а в качестве углеродных наноматериалов используют графеновые нанотрубки при следующем соотношении, мас. %: пластификатор 0,035-0,16, алкиламмониевая соль 0,005-0,04, графеновые нанотрубки 0,005-0,02, масло остальное. Техническим результатом является повышение противоизносных свойств смазочной композиции. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 пр.

1. Смазочная композиция, содержащая смазочное коммерческое масло и углеродные наноматериалы, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит пластификатор и алкиламмониевую соль, а в качестве углеродных наноматериалов используют графеновые нанотрубки при следующем соотношении, мас. %:

пластификатор 0,035-0,16 алкиламмониевая соль 0,005-0,04 графеновые нанотрубки 0,005-0,02 масло остальное

2. Смазочная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве пластификатора используют производные сложных эфиров жирных карбоновых кислот.

3. Смазочная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве пластификатора используют диметакриловый эфир триэтиленгликоля.