Смазочная композиция
Использование: в сельском хозяйстве, перерабатывающей и пищевой промышленности, водном транспорте для смазки узлов машин и механизмов с целью снижения экологической опасности. Сущность: композиция содержит в мас.%: антипенную присадку ПМС-200А - 0,002-0,005, антиокислительную присадку Агидол-1 - 0,6-0,8, вязкостную присадку ПИБ-1000 - 5-6, противоизносную, противозадирную и антифрикционную присадку Феном - 2-3, минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 - 20-25, рапсовое масло - до 100. Технический результат - повышение термоокислительной стабильности, улучшение антифрикционных, противоизносных и противозадирных свойств. 5 табл.
Заявляемое техническое решение относится к составам смазочных материалов на основе растительных масел и может быть использовано в сельском хозяйстве, перерабатывающей и пищевой промышленности, водном транспорте для смазки узлов машин и механизмов с целью снижения экологической опасности.
Известно отечественное трансмиссионное масло ТМ-3-18 ГОСТ 23652-79, рекомендованное для тяжело нагруженных цилиндрических, конических и спирально-конических передач, выработанное из смеси дистиллятного и остаточного масел сернистых нефтей. Содержит противозадирную, противоизносную и антипенную присадки.
Недостатком трансмиссионного масла ТМ-3-18 являются низкие противоизносные и антифрикационные свойства, а также применение смазочных материалов на базе нефтепродуктов является экологически опасным.
С целью охраны окружающей среды при производстве смазочных материалов все большее применение находят растительные масла. В силу того, что рапсовое масло по себестоимости является самым дешевым по сравнению с другими, например подсолнечным, кукурузным и соевым маслом, его применение является предпочтительным.
Наиболее близким аналогом заявляемой смазочной композиции, выбранным за прототип, является смазочная композиция RU 2235759 С2, приоритет от 08.04.2003 г., которая содержит 5-10% стеариновой кислоты, 5-7% многофункциональной присадки А-22, 3-4% вязкостной добавки Литол-24, 0,002-0,005% противопенной присадки ПМС-200А и до 100% растительного масла. Смазочная композиция на основе рапсового масла обеспечивает эффективное ее использование в широком диапазоне температур во многих отраслях промышленности, однако вышеуказанная смазка имеет недостатки:
необходимость диспергирования вязкостной добавки Литол-24 ультразвуковыми волнами в объеме масла, что ведет к повышению стоимости технологии легирования присадками;
низкая седиментационная устойчивость, повышенная склонность к деструкции под воздействием механических сил и высоких температур консистентной смазки Литол-24, используемой в качестве вязкостной добавки и имеющей высокую молекулярную массу;
относительно невысокие противоизносные, противозадирные и антифрикционные свойства смазочной композиции;
повышенное кислотное число смазочной композиции из-за наличия стеариновой кислоты, используемой в качестве антиокислительной добавки;
относительно невысокие показатели термоокислительной стабильности смазочной композиции, так как отсутствуют антиокислительные присадки для трансмиссионных масел.
Задачей заявляемого технического решения является создание смазочной композиции на основе рапсового масла с улучшенными антиокислительными, противоизносными, антифрикционными, противозадирными и вязкостными свойствами, обеспечивающей повышение долговечности агрегатов трансмиссии, применение которой безопасно для окружающей среды.
Решение поставленной задачи достигается заменой большей части нефтяных минеральных масел группы ТМ-3-18 (ТАП-15В - ГОСТ 23652-79) смазочной композицией на основе рапсового масла, легированной присадками: Агидол-1, ПИБ-1000, ПМС-200А и Феном при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
- противопенная присадка ПМС-200А - 0,002...0,005;
- антиокислительная присадка Агидол-1 - 0,6...0,8;
- противоизносная и антифрикционная присадка Феном - 2...3;
- вязкостная присадка ПИБ-1000 - 5...6;
- минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 - 20...25;
- рапсовое масло - до 100.
Феном представляет собой кондиционер металла для механических трансмиссий, состоящий из поверхностно-активных веществ, антиоксидантов и композиций термостойких полимеров, и является присадкой, улучшающей противоизносные, антифрикционные и противозадирные свойства смазочной композиции (Балабанов В.И. и др. «Триботехнология в техническом сервисе машин», стр.127, Москва.: Изумруд, 2005). ПИБ-1000 - полиизобутилен низкомолекулярный (молекулярная масса 950-1050). Агидол-1 - присадка антиокислительная 4-метил-2.6-дитретичный бутилфенол. ПМС-200А - поли-митил силоксан.
Экспериментально установлены технико-экономическая и экологическая эффективность смазочной композиции в тракторных силовых передачах.
Первый этап экспериментальных исследований - увеличение термоокислительной стабильности смазочной композиции на основе рапсового масла.
Поставленная цель достигалась смешиванием рапсового масла с минеральным маслом группы ТМ-3-18, далее упоминается как смазочная композиция, с последующим легированием полученной смазочной композиции антиокислительной присадкой Агидол-1 (ТУ 38.5901237-90) в концентрации, рекомендуемой производителем. Стабильность проб масел определялась на приборе ДК НАМИ по ГОСТу 11063-78, условия проведения испытаний: время опыта - 20 ч при температуре 140°С. В эксперименте использовались следующие смазочные материалы:
- образец №1 (минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18);
- образец №2 (рапсовое масло);
- образец №3 (85% рапсовое масло + 15% минеральное группы ТМ-3-18);
- образец №4 (55% рапсовое масло + 45% минеральное группы ТМ-3-18);
- образец №5 (рапсовое масло + 0,7% Агидол-1);
- образец №6 (85% рапсовое масло + 15% минеральное группы ТМ-3-18 + 0,7% Агидол-1);
- образец №7 (55% рапсовое масло + 45% минеральное группы ТМ-3-18 + 0,7% Агидол-1);
- образец №8 (прототип).
Результаты опытов представлены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||
| Испытания на термоокислительную стабильность | ||
| Образец масла | Изменение кинематической вязкости при 100°С, % | Осадок в петролейном эфире, % |
| 1 | 5 | 0,05 |
| 2 | 41 | 0,82 |
| 3 | 21 | 0,4 |
| 4 | 10 | 0,22 |
| 5 | 24 | 0,44 |
| 6 | 9 | 0,15 |
| 7 | 3 | 0,03 |
| 8 | 28 | 0,6 |
Анализ полученных экспериментальных данных подтверждает целесообразность использования минерального масла группы ТМ-3-18 и антиокислительной присадки Агидол в качестве добавок к рапсовому маслу. Так антиокислительные свойства смазочной композиции увеличиваются с повышением концентрации минерального масла и у образца №7 превосходят значения показателей масла ТМ-3-18.
Применяя метод оптимизации, был определен состав смазочной композиции (в таблицах - СК), соответствующий требованиям к показателям термоокислительной стабильности масел группы ТМ-3-18: 30% минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 + 0,7% Агидол-1 + рапсовое масло до 100%.
На следующем этапе исследований производилось легирование смазочной композиции присадками для агрегатов трансмиссий: металлоплакирующими (Римет-Т (ТУ 0257-025-12288779-00), Реном-Т (ТУ 0257-059-18948455-02) и МКФ-18 (ТУ 38.1011127-87)) и кондиционером металла (Феном (ТУ 0257-032-18948455-00)) с целью повышения антифрикционных, противозадирных и противоизносных свойств. Испытания проводились на машине трения 2070 СМТ-1 по схеме «ролик-ролик» с 15% проскальзыванием, позволяющей моделировать условия работы зубчатого зацепления для механических трансмиссий.
Условия проведения испытаний: длительность 3 часа; нагрузка 2000 Н; частота вращения 1000 мин-1; объем масла V=150 мл; концентрация абразивных частиц (S=5600 см2/г) 0,25% мас.; материал роликов - сталь 25 ХГТ, твердость HRC=58...62.
| Таблица 2 | ||
| Результаты сравнительных износных испытаний | ||
| Наименование смазочного материала и присадки | Массовый износ образцов, мг | Момент трения, Н·м |
| ТМ-3-18 | 30,6 | 4 |
| Рапсовое масло | 39,2 | 4,4 |
| СК | 33,8 | 3,9 |
| прототип | 34,1 | 4 |
| СК+1% МКФ-18 | 24,1 | 3,1 |
| СК+3% Реном-Т | 25,3 | 3,2 |
| СК+3% Римет-Т | 28,66 | 4,1 |
| СК+2% Феном | 20,1 | 2,8 |
На основании результатов износных испытаний была выявлена смазочная композиция, легированная присадкой Феном 2%, снижающая абразивное изнашивание на 34% и момент трения на 30% по сравнению с маслом ТМ-3-18.
Были проведены испытания на противозадирные свойства смазочной композиции, легированной присадками. Условия проведения испытаний на противозадирные свойства:
- машина трения 2070 СМТ-1; объем масла V=2 мл, нагрузка Р=2000 Н, частота вращения n=1000 об/мин.
| Таблица 3 | |
| Противозадирные свойства смазочных композиций | |
| Испытуемые масла | Время до задира, с |
| ТМ-3-18 | 765 |
| Рапсовое масло | 510 |
| СК | 633 |
| СК+1%МКФ-18 | 735 |
| СК+3% Реном-Т | 695 |
| СК+3% Римет-Т | 680 |
| СК+2% Феном | 750 |
| прототип | 662 |
По полученным результатам опытов выбрана смазочная композиция с добавлением 2% Феном (ТУ 02570321894845500), которая проявляет лучшие противоизносные, антифрикционные и противозадирные свойства. Для улучшения вязкостно-температурной характеристики смазочной композиции ввели вязкостную присадку ПИБ-1000 (полиизобутилен низкомолекулярный ТУ 38.401-58-333-2004) в концентрации 4...8%.
Значение молекулярной массы полиизобутилена было выбрано на основании того, что смазочная композиция предназначается для замены трансмиссионного масла группы ТМ-3-18 и использования в агрегатах трансмиссий сельскохозяйственных тракторов, где удельные нагрузки составляют до 3000 МПа. Так при использовании полиизобутилена с высоким значением молекулярной массы до 30000 в процессе работы агрегатов трансмиссий в результате высоких удельных нагрузок и температурных вспышек в зоне трения происходит деструкция вязкостной присадки, сопровождающаяся уменьшением молекулярной массы и вязкости смазочного материала [см. А.М.Кулиев Химия и технология присадок к маслам и топливам]. Вязкости исследуемых смазочных композиций приведены в таблице 4.
| Таблица 4 | |
| Вязкости исследуемых смазочных композиций | |
| Испытуемые масла | Кинематическая вязкость при 100°C, мм2/с |
| ТМ-3-18 | 15 |
| Рапсовое масло | 8,6 |
| СК | 11,3 |
| СК+2% Феном | 11,5 |
| СК+2% Феном+4% ПИБ-1000 | 14,3 |
| СК+2% Феном+8% ПИБ-1000 | 18,2 |
Из таблицы 4, используя метод оптимизации, определили оптимальную концентрацию полиизобутилена, при которой смазочная композиция обладает лучшей вязкостно-температурной характеристикой: 0,7% Агидол-1 + 2% Феном + 20...25% минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 масло + 5,5% полиизобутилен + до 100% рапсовое.
С целью снижения пенообразования при использовании в агрегатах трансмиссии смазочную композицию легировали противопенной присадкой ПМС-200А (ОСТ 6-02-20-79) в концентрации 0,002...0,005%.
Полученную смазочную композицию проверили на соответствие требованиям для минерального масла группы ТМ-3-18 (таблица 5)
| Таблица 5 | ||||
| Сравнительная характеристика масел и смазочной композиции | ||||
| Показатели | Прототип | ТАП-15В (ТМ-3-18) | Рапсовое масло | Смазочная композиция (полный состав) |
| Вязкость: | ||||
| кинематическая, мм2/с, при 100°С | 14,8 | 15 | 8,3 | 15,4 |
| динамическая, Па·с, при - 15°С | 75 | 160 | 65 | 105 |
| Температура, °С: | ||||
| вспышки в открытом тигле | 245 | 225 | 260 | 250 |
| застывания | -22 | -20 | -18 | -20 |
| Массовая доля, % | ||||
| механических примесей | 0,01 | 0,027 | нет | 0,012 |
| воды | нет | следы | нет | нет |
| фосфора | 0,08 | 0,064 | нет | 0,02 |
| серы | 1,75 | 1,03 | нет | 0,3 |
| Испытание на коррозию пластинок из стали и меди в течение 3 ч при 100°С | выдерживает | выдерживает | выдерживает | выдерживает |
| Стабильность на приборе ДК-НАМИ (140°С, 20 ч): | ||||
| изменение кинематической вязкости при 100°С,% | 25 | 5 | 41 | 5 |
| осадок в петролейном эфире, % | 0,7 | 0,05 | 0,82 | 0,04 |
| Зольность, % | 0,4 | 0,3 | 0,2 | 0,4 |
| Триботехнические характеристики на ЧШМ: | ||||
| показатель износа (Ди) при осевой нагрузке 392 Н (40 кгс) при (20±5)°С, в течение 1 ч, мм | 0,61 | 0,50 | 0,82 | 0,45 |
| Совместимость с резиной марки УИМ-1 (изменение объема), % | 8,05 | 8,81 | 6,7 | 8,1 |
Заявляемая смазочная композиция на основе натурального продукта, а именно рапсового масла, содержит в качестве добавки минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 и присадку Агидол-1, которые компенсируют невысокие показатели термоокислительной стабильности основы смазочной композиции - рапсового масла. Также в смазочную композицию входит присадка Феном для механических трансмиссий, увеличивающая антифрикционные, противоизносные и противозадирные свойства. Для увеличения вязкости смазочной композиции используется присадка ПИБ-1000, обладающая большей степенью стойкости к деструкции по сравнению с пластичной смазкой Литол-24, используемой в прототипе. Замена большей части масла, выработанного на основе нефтепродуктов, на смазочную композицию на основе рапсового масла безопасно для окружающей среды.
Смазочная композиция на основе рапсового масла, содержащая противопенную присадку ПМС-200А, антиокислительную присадку, вязкостную присадку, противоизносную, противозадирную и антифрикционную присадку, отличающаяся тем, что дополнительно содержит минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18, в качестве антиокислительной присадки содержит Агидол-1, в качестве вязкостной присадки - ПИБ-1000, в качестве противоизносной, противозадирной и антифрикционной присадки - Феном при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| ПМС-200А | 0,002-0,005 |
| Агидол-1 | 0,6-0,8 |
| Феном | 2-3 |
| ПИБ-1000 | 5-6 |
| минеральное трансмиссионное масло группы ТМ-3-18 | 20-25 |
| рапсовое масло | до 100 |
