Антифрикционная модифицирующая композиция для образования покрытия на контактирующих поверхностях (premyer-s)

 

Сущность изобретения: антифрикционная модифицирующая композиция содержит, %: 1,5 - 3,0 дистилляционной фракции продукта окисления гексафторпропилена, выделенной при вакууме 3 мм рт. ст. и температуре выше 180°С и содержащей продукты общей формулы CF₃-R-CF(CF₃)-C(O)OH, где n = 3 - 100, m = 0 -100, k = 0 - 100, 16,0 - 26,0 смеси оксиэтилированных изононилфенолов со степенью оксиэтилирования 12 и 4, взятых в массовом соотношении 6 - 37 : 63 - 94 соответсвенно и 71,0 - 82,5 минерального масла. 1 табл.

Изобретение относится к химии полимеров, в частности, к разработке антифрикционной противоизносной модифи- цирующей композиции, образующей тонкие высокопрочные покрытия на контактирующих поверхностях металлических деталей различных машин и механизмов.

Предлагаемая антифрикционная композиция совместима с любым типом смазочных масел; при эмульгировании в маслах композиция улучшает их эксплуатационные свойства, приводит к снижению износа контактирующих поверхностей, уменьшению потерь мощности на трение и т.д.

Известна антифрикционная композиция на основе полиакриламида или сополимера акриламида с формальдегидом с добавлением графита.

Недостатком антифрикционного покрытия, полученного из указанной композиции, является высокое сопротивление трению и невысокая износостойкость.

Известна композиция на основе термодеструктированного тетрафторэтилена, который вводится в смазочное масло, используемое в узлах трения.

Недостатком полученного покрытия является его низкая долговечность из-за явления седиментации, малая адгезионная прочность покрытия к твердым поверхностям и то, что указанная композиция не может использоваться в системах с фильтрацией масла.

Также из предшествующего уровня техники известна антифрикционная композиция, эмульгируемая в смазочных средах, на основе политетрафторэтилена в виде порошка или водной дисперсии, включающая неионогенное поверхностно-активное вещество и минеральное масло. Данная композиция является наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой и принята за прототип.

При использовании известной композиции, эмульгированной в смазочных средах, наблюдаются следующие недостатки: невысокий уровень противоизносных и противозадирных свойств смазочной среды; повышенная коррозионная активность композиции, вызывающая усиление износа контактирующих поверхностей; относительно низкая стабильность смазочной пленки в зоне трения.

При разработке нового состава антифрикционной модифицирующей композиции решали следующие задачи: разрабатываемая композиция, эмульгируемая в масле, должна образовывать тонкое высокопрочное покрытие на основе полимерного соединения; образовавшееся покрытие должно прочно удерживаться на контактирующих поверхностях (наклонных, вертикальных, горизонтальных и т.д.) и сохраняться на них после многократной замены отработавшего свой срок масла; разработанная композиция не должна ухудшать физико-химические свойства масла и не должна выпадать в осадок при длительном хранении в широком диапазоне температур; композиция или составляющие ее ингредиенты не должны задерживаться маслоочистительными устройствами двигателя.

Изобретение направлено на достижение следующего технического результата: улучшение антифрикционных свойств композиции, в частности, снижение коэффициента трения и интенсивности износа в зоне трения, что позволит обеспечить повышение ресурса работы деталей в двигателях внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается новой рецептурой антифрикционной композиции. Композиция содержит в качестве перфторорганического соединения дисциляционную фракцию продукта окисления гексафторпропилена, выделенную при вакууме 3 мм рт.ст. и температура выше 180^оС общей формулы: CF₃- R - = 0 где: R -(- CF₂-O)n, -0-(CF₂-0)_m -O (- O)k n=3-100, m=0-100, k=0-100 В качестве неионогенного поверхностно-активного вещества смесь оксиэтилированных изо-ионилфенолов со степенью оксиэтилирования 12 и 4, взятых в массовом соотношении (6-37):(63-94), соответственно, и минеральное масло, при следующем соотношении ингредиентов композиции, мас.

Указанная дистилляционная фракция 1,5-3,0 Смесь оксиэтилированных изо-ионилфенолов со степе- нью окисления 12 и 4, взя-
тых в массовом соотношении (6-30):(63-94), соответственно 16-26 Минеральное масло 71-82,5
Все ингредиенты антифрикционной композиции являются коммерчески доступными продуктами.

Указанная дистилляционная фракция, представляющая собой набор перфторполиэфирных кислот, выпускается по ТУ 6-57-757953-188-92.

Оксиэтилированный изо-ионилфенол со степенью оксиэтилирования 12 марки АФ9-12 должен отвечать требованиям ТУ 38.103625-87, а оксиэтилированный изо-ионилфенол со степенью оксиэтилирования 4 марки АФ9-4 ТУ 38.50724-87.

Минеральное масло может быть представлено одним из нижеследующих масел: масло моторное М-5/10Г (ГОСТ 85-81-78); масло трансмиссионное ТАn15В (ГОСТ 23652-79); масло гидравлическое МГ-8А (ТУ 38-1011135-87); масло индустриальное И-20А (ГОСТ 20799-75); масло компрессорное К-12 (ГОСТ 5546-86); масло турбинное Тn30 (ГОСТ 9972-74).

Следует отметить, что перфторполиэфирная кислота только в сочетании со смесью оксиэтилированных изо-ионилфенолов со степенью оксиэтилирования 12 и 4, взятых в указанном массовом соотношении, образует микроэмульсию, введение которой в рабочее масло двигателя внутреннего сгорания позволяет обеспечить увеличение ресурса работы двигателя.

Для приготовления композиции исходные компоненты в жидком виде нагружают в одну емкость и подвергают тщательному механическому перемешиванию в течение 1 ч при 20^оС.

Полученная микроэмульсия однородная прозрачная или слегка опалесцирующая в слое толщиной 1 см жидкость, стабильна и не расслаивается при хранении в течении двух месяцев в интервале температур от 10 до 50^оС.

Полученную композицию, названную PREMYER-SUPER фасуют по 160 г, что рассчитано на 4 л рабочего масла двигателя.

Триботехническим испытаниям подверглись новые модифицирующие композиции, приготовленные на основе товарного индустриального масла И-20А, выпускаемого по ГОСТ 20799-75.

Композиции имеют следующий состав, мас.

Композиция N 1.

Перфторполиэфирная кислота 1,5
Смесь оксиэтилирован-
ных изо-ионилфенолов
со степенью оксиэтили-
рования 12 и 4, взятых в массовом соотношении 6:94 16,0
Индустриальное масло И-20А 82,5
Композиция N 2
Перфторполиэфирная кислота 3,0
Смесь оксиэтилирован-
ных изо-ионилфенолов
со степенью оксиэтили-
рования 12 и 4, взятых в массовом соотношении 37:63 26,0 Индустриальное масло И-20А 71,0
Методика оценки антифрикционных свойств.

Оценку антифрикционных свойств проводили по квалификационной методике, утвержденной решением Госстандарта N 540/1-175 от 17.10.90 и включенной в комплекс квалификационных методов оценки моторных масел и присадок для автотракторных дизелей.

Испытания проводили на машине трения 2070 СМТ-1 по схеме трения "вращающийся диск неподвижная колодка". Диск размером 48 мм был изготовлен из ст.45 с последующей термообработкой рабочей поверхности до HR_c=30-55 ед. исходная чистота поверхности R_a=0,5-0,6 мкм. Колодка изготовлена из серого чугуна СЧ-20 твердостью НВ= 175-200 ед. исходная чистота поверхности R_a= 2,5-3,2 мкм. Вращающийся диск на 3-5 мм погружен в масляную ванночку емкостью 125 см³ и при вращении переносит масло на неподвижную колодку.

Перед испытаниями пара трения была обкатана на масле М-10Г2 до достижения стабилизации коэффициента трения и температуры масла в ванночке. Испытание двух образцов композиции PREMYER-SUPER, а также чистого моторного масла М-10Г2 и контрольной композиции ROYAL-PREMYER проводили в следующем режиме: частота вращения 300 мин; скорость скольжения 0,785 м/c; нормальная нагрузка 1600 Н; удельная нагрузка 8 МПа; продолжительность одного опыта 4 ч. Антифрикционные свойства композиции оценивали по величине момента трения, коэффициента трения и температуры масла в конце 4 часов испытания.

Оценку противоизносных свойств проводили по исследовательской методике, разработанной институтом Машиноведения АН РФ. За основу методики принята схема трения с переменной площадью контакта. Испытания проводили по схеме "вращающийся диск неподвижный диск". Подвижный диск был изготовлен из ст.45 с термообработкой до твердости рабочей поверхности НR_c=50-55 ед. чистота поверхности R_a=0,5-0,6 мкм. Неподвижный диск изготовлен из серого чугуна СЧ-20 твердостью НВ=175-200 ед. и чистотой поверхности R_a=2,5-3,2 мкм.

Режим испытаний: частота вращения 300 мин; скорость скольжения 0,785 м/с, нормальная нагрузка 1000 Н, продолжительность опыта 3 ч. Противоизносные свойства композиций оценивали по величине ширины полосы износа на неподвижном диске (с помощью лупы Амслера с точностью 0,01 мм).

Результаты сравнительных испытаний представлены в таблице.

Триботехнические испытания новой модифицирующей композиции PREMYER-SUPER на основе перфторполиэфирной кислоты показали ее высокую эффективность в моторном масле М-10Г2 и других минеральных маслах.

Новая модифицирующая композиция улучшает противоизносные и противозадирные свойства в зоне трения при нормальных и повышенных температурах.

Использование новой композиции снижает шум работы двигателя, уменьшает расход топлива и масел, облегчает запуск двигателя при низких температурах и увеличивает ресурс обработанных деталей.

Формула изобретения

Антифрикционная модифицирующая композиция для образования покрытия на контактирующих поверхностях, содержащая перфторорганическое соединение, неионогенное поверхностно-активное вещество и минеральное масло, отличающаяся тем, что в качестве перфторорганического соединения композиция содержит дистилляционную фракцию продукта окисления гексафторпропилена, выделенную при вакууме 3 мм рт. ст. и температуре выше 180^oС и содержащую продукты общей формулы



n 3 100,
m 0 100,
k 0 100,
в качестве неионогенного поверхностно-активного вещества содержит смесь оксиэтилированных изононилфенолов со степенью оксиэтилирования 12 и 4, взятых в массовом соотношении 6 37 63 94 соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.

Перфторорганическое соединение 1,5 3,0
Неионогенное поверхностно-активное вещество 16,0 26,0
Минеральное масло 71,0 82,5

РИСУНКИ

Рисунок 1