Синтетическая рабочая жидкость
Владельцы патента RU 2293760:
Некоммерческое партнерство "Университетский инновационный комплекс технологических систем сервиса" (RU)
Федеральное государственное учреждение "Федеральное агентство по правовой защите результатов интеллектуальной деятельности военного, специального и двойного назначения" при Министерстве юстиции Российской Федерации (ФГУ "ФАПРИД") (RU)
Изобретение относится к рабочим жидкостям, предназначенным для использования в различном промышленном оборудовании с передаточными механизмами и гидравлическими системами в различных условиях эксплуатации. Сущность: жидкость содержит, мас.%: алкиленгликоль 40-60, загуститель 0,5-5,0, неионогенный эмульгатор 0,1-0,2, глицерин 3-6, антивспениватель БА 0,01-0,3, медьсодержащая органическая присадка 0,1-0,3, вода - остальное. В качестве загустителя жидкость содержит, мас.%: 30-40 карбоксиметилцеллюлозы, 10-40 полиэтиленгликоля и до 100 поливинилового спирта. Жидкость в качестве алкиленгликоля содержит этиленгликоль или пропиленгликоль. Медьсодержащая присадка содержит, мас.%: непредельная карбоновая кислота, выбранная из ряда фракций С6-С22 10-45, смесь солей одновалентной и двухвалентной меди непредельной карбоновой кислоты, выбранной из ряда фракций С6-С22 2-30, соль двухвалентного олова непредельной карбоновой кислоты, выбранной из ряда фракций С6-С22 1-20, вода 0,001-0,05, минеральное масло - до 100. Технический результат - снижение износа материала трущихся поверхности, улучшение условий трения и расширение области применения. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к синтетическим рабочим жидкостям, предназначенным для использования в различном промышленном оборудовании с передаточными механизмами и гидравлическими системами в различных условиях эксплуатации.
Известна синтетическая рабочая жидкость на основе воды [патент США №4452711, МПК С 10 М 3/26, НКИ 252/49.3], содержащая в качестве загустителя блоксополимер полиоксиэтилена-полиоксипропилена и синтетические жирные кислоты фракции С11-С36, триэтаноламин и антивспениватель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
блоксополимер полиоксиэтилена-полиоксипропилена - 1-20;
синтетические жирные кислоты фракции С11-С36 - 0,5-10;
триэтаноламин - 0,5-10;
антивспениватель - 0,1-0,5;
вода - до 100.
Недостатками этой синтетической рабочей жидкости являются нестабильность при изменении рабочей нагрузки и температуры и невозможность применения при пониженных температурах. Также к недостатку упомянутой синтетической жидкости относится быстрый износ оборудования, на котором применяется такая жидкость.
Известна также синтетическая рабочая жидкость на водно-глицериновой основе [описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №615125, МПК С 10 М 3/04, С 10 М 3/14, С 10 М 3/04 С 10 М 3/04], содержащая, мас.%:
глицерин - 23-45;
полиалкиленгликоль - 40-17;
ацетаты высших алифатических С17-С21 аминов - 0,05-0,2;
бензотриазол - 0,1-0,5;
компонент, содержащий бензоатион - 0,12-0,5;
компонент, содержащий фосфатион - 0,3-0,1;
триэтаноламин - 1,0-4,4;
этиловый эфир п-аминофенола (парафенетидин) - 0,1-0,7;
антивспениватель - 0,005-0,02;
вода - до 100.
Недостатком упомянутой синтетической жидкости являются низкие антиизносные свойства, что снижает износостойкость оборудования, на котором применяют такую жидкость.
Известна также гидравлическая жидкость на основе воды, взятая как наиболее близкая по совокупности существенных признаков к заявляемой синтетической рабочей жидкости за прототип [описание патента на изобретение РФ №2081154, МПК С 10 М 173/02, С 10 М 129:70, С 10 М 129:08], включающая загуститель, триэтаноламин, антивспениватель, алкиленгликоль и оксиалкилендиамин, причем в качестве загустителя она содержит оксиэтилированные жирные кислоты фракции C18-C25, а в качестве антивспенивающей присадки - антивспениватель БА, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
оксиэтилированные жирные кислоты фракции C18-C25 - 20-40;
алкиленгликоль- 12-25;
триэтаноламин - 5,0 - 6,5;
оксиалкилэтилендиамин - 1-3;
антивспениватель БА - 0,03-0,3;
вода - до 100.
Недостатком прототипа являются низкие антиизносные свойства, что снижает износостойкость оборудования, на котором применяют такую жидкость, а также ограниченная возможность применения в различных условиях эксплуатации, в том числе при низких температурах.
Задачей изобретения является разработка синтетической рабочей жидкости для оборудования, эксплуатируемого как в производственных помещениях, так и вне их, с высокими антиизносными свойствами, а также расширение области применения в условиях низких температур окружающей среды.
Сущность изобретения заключается в том, что синтетическая рабочая жидкость на основе воды содержит алкиленгликоль, загуститель, неионогенный эмульгатор, антивспениватель БА, глицерин, а также медьсодержащую органическую присадку в качестве антиизносной добавки, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
алкиленгликоль - 40-60;
загуститель - 0,5-5,0;
неионогенный эмульгатор - 0,1-0,2;
глицерин - 3-6;
антивспениватель БА - 0,01-0,3;
медьсодержащая органическая присадка - 0,1-0,3;
вода - остальное,
при этом в качестве загустителя синтетическая рабочая жидкость содержит смесь карбоксиметилцеллюлозы, полиэтиленгликоля и поливинилового спирта при следующем соотношении компонентов, мас.%:
карбоксиметилцеллюлоза - 30-40;
полиэтиленгликоль - 10-40;
поливиниловый спирт - до 100,
а медьсодержащая присадка имеет следующий состав, мас.%:
непредельная карбоновая кислота, выбранная из ряда фракций С6-С22 - 10-45;
смесь солей одновалентной и двухвалентной меди непредельной карбоновой кислоты, выбранной из ряда фракций С6-С22 - 2-30;
соль двухвалентного олова непредельной карбоновой кислоты, выбранной из ряда фракций С6-С22 - 1-20;
вода - 0,001-0,05;
минеральное масло - до 100.
В частном случае исполнения заявляемая синтетическая рабочая жидкость включает в себя в качестве алкиленгликоля этиленгликоль или пропиленгликоль.
При изготовлении заявляемой синтетической рабочей жидкости использовались:
этиленгликоль по ГОСТ 19710-83;
глицерин марки Д-98 по ГОСТ 6824-96;
карбоксиметилцеллюлоза марок от Камцел-200 до Камцел-800;
полиэтиленгликоль по ТУ 2483-166-05757587;
поливиниловый спирт марки 16/1 по ГОСТ 10779-78;
неионогенный эмульгатор - продукт взаимодействия смеси моно- и диалкилфенолов с окисью этилена (ОП-10 или ОП-7) по ГОСТ 8433-81;
антивспениватель БА (Каталог химической продукции. - Иваново, ПО «Химпром», 1990);
вода по ГОСТ 2874-82.
Медьсодержащую органическую присадку получают следующим образом. В непредельную карбоновую кислоту, выбранную из ряда фракций С6-С22, например в техническую олеиновую марки Б-115, представляющую собой смесь карбоновых непредельных кислот фракций C16-C22, вводят окись одновалентной меди и окись двухвалентного олова, проводят перемешивание, например, пропуская смесь через гидродинамический аппарат при критерии перемешивания Re=10000-60000 и диапазоне температур от 30 до 180°С. Диспергирование и растворение проводят в течение 30-60 мин, при этом образуются соли меди карбоновых непредельных кислот. После растворения оксидов в кислоте отделяют непрореагировавшие окислы фильтрованием.
В результате реакции самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования) образуются одно- и двухвалентные соли меди карбоновых непредельных кислот, соотношение между которыми регулируется длительностью процесса и значением критерия Рейнольдса. Затем в очищенный раствор вводят минеральное масло. Контроль качества готового продукта осуществляют по процентному содержанию меди, которое определяют, растворяя навеску продукта в ледяной уксусной кислоте с последующим титрованием с использованием иодометрии.
Медьсодержащая органическая присадка является антиизносной добавкой, повышающей износостойкость оборудования.
Неионогенный эмульгатор (ОП-10 или ОП-7) повышает моющие свойства и устойчивость к расслоению.
Вода необходима для создания оптимальной реологической структуры концентрата и как растворитель компонентов состава.
Приготовление синтетической рабочей жидкости осуществляют следующим образом. Готовят смесь загустителей с водой, для чего в воду при температуре от 20 до 90°С добавляют полиэтиленгликоль, поливиниловый спирт и карбоксиметилцеллюлозу. Полученную смесь перемешивают в течение 1 часа и выдерживают не менее 12 часов.
В отдельную емкость последовательно заливают алкиленгликоль, глицерин и неионогенный эмульгатор при постоянном перемешивании. Затем вводят в емкость медьсодержащую органическую присадку и ранее полученную смесь загустителей с водой. Полученную итоговую смесь перемешивают в течение 2-8 часов. В начале процесса перемешивания вводят антивспениватель БА.
Примеры полученных составов предлагаемой синтетической рабочей жидкости приведены в табл.1. В качестве базы сравнения выбран состав по прототипу (пример 2 описания к патенту РФ2081154), содержащий, мас.%: 30 - оксиэтилированных жирных кислот фракции C18-C25, 43,1 - воды, 19 - пропиленгликоля, 5,75 - триэтаноламина, 2 - оксипропилэтилендиамина и 0,15 - антивспенивателя БА.
Указанные в табл.1 составы были испытаны на трение на серийной машине трения СМЦ-2. Условия испытания: пара трения - «диск-колодка», материал диска - сталь 45 (HRC - 48-52), материал колодки - бронза БрАЖ 9-4. Режим трения: скорость скольжения 1 м/с, нагрузка изменялась от 0,2 до 1,8 кН, температура камеры, в которой проводилось испытание образцов, регулировалась в пределах от -30 до +120°С, длительность испытаний составляла 8 часов.
Измерялись такие показатели, как износ материала трущихся поверхностей, коэффициент трения, а также температура в зоне контакта рабочих поверхностей (Тконт).
Результаты испытаний при различных нагрузках (Р) и различных температурах камеры (Ткамеры) приведены в табл.2 и 3.
По результатам, приведенным в табл.2 и 3, видно, что предложенная синтетическая рабочая жидкость при различных нагрузках и температурах имеет более низкие показатели износа материала трущихся поверхностей и более низкий коэффициент трения, а также более низкие значения температуры в зоне контакта, по сравнению с прототипом.
Предлагаемая синтетическая рабочая жидкость позволяет повысить износостойкость рабочих поверхностей деталей оборудования, эксплуатируемого в производственных помещениях и вне их, а также расширить область применения данной синтетической жидкости, в том числе в условиях низких температур окружающей среды, за счет повышения содержания алкиленгликоля.
| Таблица 1 | |||||
| Компоненты | Количество, мас.% | ||||
| Состав 1 | Состав 2 | Состав 3 | Состав 4 | Прототип | |
| 1. Алкиленгликоль (этиленгликоль) | 40,00 | 45,00 | 50,00 | 60,00 | - |
| 2. Алкиленгликоль (пропиленгликоль) | - | - | - | - | 19,00 |
| 2. Загуститель1 | 0,70 | 1,3 | 3,25 | 4,7 | - |
| 3. Глицерин | 6,00 | 5,00 | 4,00 | 3,00 | - |
| 4. Медьсодержащая органическая присадка2 | 0,30 | 0,20 | 0,10 | 0,10 | - |
| 5. Неионогенный эмульгатор | 0,10 | 0,10 | 0,20 | 0,20 | - |
| 6. Антивспениватель БА | 0,01 | 0,05 | 0,10 | 0,30 | 0,15 |
| 7. Оксиэтилированные жирные кислоты фракции С18-С25 | - | - | - | - | 30,00 |
| 8. Триэтаноламин | - | - | - | - | 5,75 |
| 9. Оксипропилэтилендиамин | - | - | - | - | 2,00 |
| 10. Вода | 52,89 | 48,35 | 42,35 | 31,70 | 43,10 |
| 1 Использовался загуститель следующего состава, мас.%: карбоксиметилцеллюлоза - 35; полиэтиленгликоль - 30; поливиниловый спирт - 35. 2 Была использована медьсодержащая присадка следующего состава, мас.%: олеиновая кислота - 20; смесь солей одновалентной и двухвалентной меди олеиновой кислоты - 25; соль двухвалентного олова олеиновой кислоты - 5; вода - 0,05; минеральное масло - 49,95. |
| Таблица 2 | |||||||||
| № состава | Пара трения: Сталь 45 (HRC - 48-52) - Бронза БрАЖ 9-4; Ткамеры=25°С | ||||||||
| Нагрузка Р=0,2 кН | Нагрузка Р=1,0 кН | Нагрузка Р=1,8 кН | |||||||
| Износ, мкм | Тконт., °С | f, коэфф. трения | Износ, мкм | Тконт., °С | f, коэфф. трения | Износ, мкм | Тконт., °С | f, коэфф. трения | |
| 1 | 20 | 44 | 0,009 | 45 | 66 | 0,110 | 57 | 73 | 0,110 |
| 2 | 15 | 42 | 0,008 | 40 | 62 | 0,100 | 46 | 68 | 0,110 |
| 3 | 24 | 46 | 0,100 | 53 | 73 | 0,120 | 62 | 79 | 0,120 |
| 4 | 28 | 46 | 0,100 | 62 | 75 | 0,130 | 67 | 84 | 0,130 |
| Прототип | 38 | 50 | 0,120 | 80 | 80 | 0,150 | 98 | 92 | 0,160 |
| Таблица 3 | |||||||||
| № состава | Пара трения: Сталь 45 (HRC - 48-52) - Бронза БрАЖ 9-4; Ткамеры=-30°С | ||||||||
| Нагрузка Р=0,2 кН | Нагрузка Р=1,0 кН | Нагрузка Р=1,8 кН | |||||||
| Износ, мкм | Тконт., °С | f, коэфф. трения | Износ, мкм | Тконт., °С | f, коэфф. трения | Износ, мкм | Тконт., °С | f, коэфф. трения | |
| 1 | 13 | 39 | 0,120 | 18 | 43 | 0,110 | 19 | 45 | 0,100 |
| 2 | 11 | 37 | 0,110 | 15 | 41 | 0,100 | 16 | 43 | 0,009 |
| 3 | 17 | 41 | 0,130 | 19 | 45 | 0,120 | 21 | 48 | 0,100 |
| 4 | 18 | 42 | 0,140 | 21 | 46 | 0,130 | 23 | 50 | 0,110 |
| Прототип | 23 | 45 | 0,160 | 29 | 51 | 0,150 | 31 | 57 | 0,130 |
1. Синтетическая рабочая жидкость на основе воды, содержащая алкиленгликоль, загуститель, неионогенный эмульгатор, антивспениватель БА, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит глицерин, а также медьсодержащую органическую присадку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Алкиленгликоль | 40-60 |
| Загуститель | 0,5-5,0 |
| Неионогенный эмульгатор | 0,1-0,2 |
| Глицерин | 3-6 |
| Антивспениватель БА | 0,01-0,3 |
| Медьсодержащая органическая присадка | 0,1-0,3 |
| Вода | Остальное |
при этом в качестве загустителя синтетическая рабочая жидкость содержит смесь карбоксиметилцеллюлозы, полиэтиленгликоля и поливинилового спирта при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Карбоксиметилцеллюлоза | 30-40 |
| Полиэтиленгликоль | 10-40 |
| Поливиниловый спирт | До 100 |
а медьсодержащая органическая присадка имеет следующий состав, мас.%:
| Непредельная карбоновая кислота, выбранная из | |
| ряда фракций С6-С22 | 10-45 |
| Смесь солей одновалентной и двухвалентной меди | |
| непредельной карбоновой кислоты, выбранной из | |
| ряда фракций С6-С22 | 2-30 |
| Соль двухвалентного олова непредельной карбоновой | |
| кислоты, выбранной из | |
| ряда фракций С6-С22 | 1-20 |
| Вода | 0,001-0,05 |
| Минеральное масло | До 100 |
2. Рабочая жидкость по п.1, отличающаяся тем, что она в качестве алкиленгликоля содержит этиленгликоль или пропиленгликоль.
