Высококачественные фосфатэфирные гидравлические жидкости
Изобретение относится к гидравлическим жидкостям, пригодным для использования в качестве авиационной гидравлической жидкости. Композиция гидравлической жидкости содержит от около 50% до около 80% три(н-бутил)фосфата, от около 5% до около 15% триарилфосфата или алкилзамещенного триарилфосфата и необязательно до около 20% три(изо-бутил)фосфата. Технический результат - композиции данного изобретения обеспечивают высокие показатели по температурам вспышки и воспламенения, а также увеличенный эффективный срок службы жидкости при эксплуатации. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к композициям фосфатэфирных функциональных жидкостей и, более конкретно, к таким композициям, которые обеспечивают лучшие показатели по температурам вспышки и воспламенения, а также увеличенный эффективный срок службы жидкости при эксплуатации.
Уровень техники
Большинство гидравлических жидкостей для самолетов, используемых в гражданской авиации, содержат некоторую комбинацию фосфатных эфиров, включающую триалкилфосфаты, диалкиларилфосфатные эфиры, алкилдиарилфосфатные эфиры и триарилфосфатные эфиры. Такие композиции раскрыты в RE 37,101 от Deetman, которые обеспечивают улучшенную термическую, окислительную и гидролитическую стабильность. Используемая в авиации гидравлическая жидкость имеется в наличии у агента заявителя под торговой маркой Skydrol RTM LD4. Данная композиция обычно содержит от 18 до 25 масс.% дибутилфенилфосфата, от 50 до 60 масс.% трибутилфосфата, от 4 до 8 масс.% бутилдифенилфосфата, от 5 до 10 масс.% добавок, улучшающих коэффициент вязкости, от 0,13 до 1 масс.% дифенилдитиоэтана, ингибитора коррозии меди, от 0,005% до примерно 1 масс.% и предпочтительно от 0,0075% до 0,075% соли перфтороалкилсульфокислоты, антиэрозионного агента, от 4% до 8 масс.% кислотного поглотителя типа описанного в патенте США №3,723,320 и примерно 1% масс. 2,6-ди(трет-бутил)-п-крезола в качестве антиоксиданта. Эта композиция оказалась весьма удовлетворительной для применения в самолетах высокого класса.
После публикации патента Deetman для придания гидравлическим жидкостям различных свойств были опубликованы различные рецептуры, отличающиеся от основы, раскрытой Deetman. Патенты США 6,319,423 и 6,649,080 от Okazaki и др. раскрывают отличия. Данные основы содержат в основном количестве триалкилфосфаты, в которой алкильной частью предпочтительно является изобутил или изопентил, и в меньшем количестве триарилфосфат. Типичными рецептурами основ являются те, которые содержат от 30% до 45% три-изо-бутилфосфата, от 30% до 45% три-н-бутилфосфата и от 10% до 15% триарилфосфата. Другая рецептура основы, раскрытая в этих патентах, включает от 35% до 45% три-изо-бутилфосфата, от 40% до 50% три-н-бутилфосфата и от 12% до 16% триарилфосфата. Основы Okazaki и др. вследствие обеспокоенности вредным воздействием продуктов разложения гидравлической жидкости на эластомеры, используемые в в прокладках гидравлических систем, представляют собой смесь три-изо-бутилфосфата и три-н-бутилфосфата вместе с дозировкой триарилфосфатов, так чтобы жидкость вызывала набухание прокладки из эластомера не более чем на 25%, при исследовании по стандартным методикам, в которой количество три-изо-бутилфосфата меняется от примерно 35% до примерно 50% от общей массы основы. Утверждается, что такие жидкости обладают комбинацией свойств, пригодных для композиций авиационных гидравлических жидкостей, включая приемлемые гидролитическую стабильность, высокую температуру вспышки, хорошие износоустойчивые свойства, приемлемую защиту от эрозии, приемлемые текучие свойства при низких температурах и совместимость с эластомером.
Хотя отмеченные выше патенты показывают высокий уровень достижений в обеспечении жидкостями с оптимальными свойствами, подходящими для авиационных гидравлических жидких систем, авиационная промышленность постоянно увеличивает требования по более высоким критериям. Потребность в общих улучшенных свойствах гидравлических жидкостей вызвана полетами самолетов еще более высокого класса. Таким образом, существует потребность в еще более высоком уровне показателей по времени жизни жидкости (термостабильности и низкотемпературной вязкости при сохранении приемлемых температур воспламенения/вспышки, температуры самовозгорания, а также совместимости с материалами, используемыми в авиационных гидравлических системах).
Краткое описание изобретения
Данное изобретение относится к композициям фосфатэфирных основ и композициям авиационных гидравлических жидкостей, содержащих основу с новой комбинацией фосфатэфирных компонентов.
В соответствии с данным изобретением представлены композиции, содержащие смесь основного количества три-н-бутилфосфатного эфира и небольшого количества триарилфосфата и необязательно небольшого количества три-изо-бутилфосфата. Такие композиции проявляют улучшенные термостабильность и низкотемпературную вязкость.
Как используется в данном описании и формуле изобретения, термин «основное количество» означает количество по меньшей мере 50%, но не более чем примерно 80%.
В применении к данной определению и формуле изобретения термин «небольшое количество» означает количество менее 25% от общей массы основы.
Как известно в данной области техники, в гидравлических жидкостях используется много добавок, особенно в тех жидкостях, которые используются в авиационных гидравлических системах. Такие добавки дополнительно улучшают свойства жидкости по сравнению с ранее имеющимися жидкостями для авиационных гидравлических систем. Обычно такие добавки составляют примерно 15 масс.% от общей массы жидкости. Соответственно, количество фосфатэфирных компонентов, приведенных в описании и формуле изобретения, выражено в массовых процентах от общего количества конечной композиции, включающей добавки, обычно использующиеся в авиационных гидравлических жидкостях.
Кратко, настоящее изобретение относится к композиции жидкости, пригодной для использования в качестве авиационной гидравлической жидкости. Композиция представляет собой огнестойкую фосфатэфирную основу, при этом данная основа заключает в себе между примерно 50% и примерно 80%, предпочтительно от 55% до примерно 65% три(н-бутил)фосфата, между примерно 5% и примерно 15%, предпочтительно между примерно 8% и примерно 12% три(изо-пропилфенил)фосфата и до примерно 20%, предпочтительно между 8% и примерно 12% три(изо-бутил)фосфата при условии, что сумма пропорциональных количеств каждого из основы и добавок должна быть равна 100%.
Высококачественными жидкостями данного изобретении являются такие жидкости, которые соответствуют строгим нормам современных пассажирских реактивных самолетов. Для удовлетворения потребностей новейших высококлассных реактивных самолетов жидкости, используемые в гидравлических системах таких самолетов, должны иметь срок службы жидкости более 1000 часов в условиях стандартного лабораторного тестирования при содержании воды 0,5% и хлора 25 м.д. при 125°С, а также срок службы жидкости более 10000 часов при 60°С. Срок службы жидкости определяется как время, требуемое для того, чтобы образец жидкости достиг числа нейтрализации 1,5 мг КОН/г образца по методике ASTM D 974.
Подробное изложение изобретения
Особенно предпочтительной фосфатэфирной основой в данном изобретении является основа, содержащая примерно 60% три(н-бутил)фосфата, примерно 10% три(изо-пропиларил)фосфата и примерно 10% три(н-бутил)фосфата при условии, что сумма пропорциональных количеств каждого компонента основы вместе с добавками должна быть равна 100%.
Как отмечено выше, фосфатэфирные основы данного изобретения содержат много добавок, которые, как хорошо известно, придают различные полезные свойства жидкости или помогают предотвратить разложение или последствия разложения во время использования. Такие добавки описаны в RE 37,101 за авторством Deetman, полное описание которого включено здесь ссылкой.
Для ограничения влияния температуры на вязкость композиция также включает улучшитель коэффициента вязкости полимера. Предпочтительно, эта добавка, улучшитель коэффициента вязкости, содержит полиалкилметакрилатный эфир типа, описанного в Патенте США №3,718,596. Обычно улучшитель коэффициента вязкости является высокомолекулярной, имеющей среднечисловую молекулярную массу между примерно 30000 и примерно 150000, а среднемассовую молекулярную массу между примерно 30000 и примерно 300000. Примеры улучшителей вязкости включают полибутилметакрилатный полимер и полиалкилметакрилатный полимер, реализуемые на рынке под торговыми марками HF411 и HF460 соответственно.
Антиэрозионный агент включен в количестве, эффективном для подавления вызванной потоком электрохимической коррозии, которую более точно называют зета-коррозией. Предпочтительно такой антиэрозионной добавкой является соль щелочного металла, более предпочтительно калиевая соль перфтороалкилсульфоновой кислоты. Такие антиэрозионные добавки более подробно описаны в Патенте США №3,679,587 и могут включать перфтороэтилциклогексилсульфонат калия.
Другие добавки включают ингибиторы коррозии, такие как дигидроимидазол и дифенилдитиоэтан, комбинацию антиокисдантов, таких как бутилгидроксилтолуол, 1,3,5-триметил-2,4,6-трис-(ВНТ)бензол и диоктилдифениламин. Также другие добавки включают кислотные ловушки, такие как этилгексилэпоксициклогексилкарбоксилат и ингибиторы пенообразования, такие как силиконовое масло.
Триарилфосфаты, используемые в основах данного изобретения, обычно представляют собой фенил-, но также могут быть алкил-замещенным фенилом (алкилфенилом), в которой алкильный заместитель представляет собой от C1 до C9, предпочтительно от С3 до С5. Неограничивающими примерами арилфосфатов и алкилзамещенных арилфосфатов являются, например, трифенилфосфат, замещенные фенилфосфаты, такие как три(изо-пропилфенил)фосфат, три(изо-бутилфенил)фосфат, три(трет-бутил)фосфат. Триарилзамещенные фенильные заместители включают толил (также известный как метилфенил), этилфенил, изо-пропилфенил, изо-бутилфенил, трет-бутилфенил и им подобные. Предпочтительными триарилфосфатными эфирами являются три(изо-пропилфенил)фосфат и три(трет-бутилфенил)фосфат. Также предпочтительно, чтобы большинство арильных групп было замещено только одной алкильной группой.
Все проценты, приведенные в данном описании и формуле изобретения, являются массовыми процентами, если не определено иначе.
Следующие примеры иллюстрируют изобретение.
ПРИМЕР
Гидравлические жидкости, имеющие композиции, представленные далее в таблице 1, были приготовлены путем смешивания при комнатной температуре в подходящей емкости с перемешиванием для обеспечения надлежащего смешивания. Фосфатэфирные компоненты вводили в емкость последними. Сначала вводили другие добавки в последовательности, указанной в таблице 1. В таблице 1 "ТВР" и "ТIВР" относятся к три(н-бутил)фосфатному эфиру и три(изо-бутил)фосфатному эфиру соответственно. "IРТРР" относится к изо-пропилтрифенилфосфатному эфиру. "Van Lube" относится к коммерческому ингибитору ржавчины, имеющемуся в Vanderbilt под торговой маркой Van Lub RIG. "FC-98" относится к антиэрозионному агенту, включающему калиевую соль перфтороэтилциклогексисульфоновой кислоты, известную также как перфтороэтилциклогексилсульфоновая кислота. "IONOL" относится к 2,6-ди(трет-бутил)-п-крезолу, антиоксиданту, имеющемуся в Shell Chemical Company. "E-330" относится к 1,3,5-триметил-2,4,6-трис(3,5-ди-трет-бутилгидроксифенил)бензолу, антиоксиданту, имеющемуся в продаже под торговой маркой EthanoxRTM 330 в Ethyl Corporation. "DODPA" относится к диоктилдифениламину, имеющемуся в Vanderbilt, "FH-132" относится к 1,2-ди(фенилтио)этану, ингибитору коррозии меди, "MCS-1562" относится к 2-этилгексилэпоксициклогексилкарбоксилату, имеющемуся в Dixie Chemicals, "HF411" относится к полибутилметакрилату, a "HF460" относится к полиалкилметакрилатному полимеру в ТВР, оба являются улучшителями коэффициента вязкости, "Antifoam" относится к силиконовой жидкости, имеющейся в Dow Corning Co.
| Таблица 1 | |||
| Ингредиенты | Образец 1 | Образец 2 | Образец 3 |
| ТВР | 61,2885 | 60,3885 | 60,3735 |
| ТIВР | 10 | 10 | 10 |
| IРТРР | 10 | 10 | 10 |
| Van Lube | 0,025 | 0,025 | 0,025 |
| FC-98 | 0,025 | 0,025 | 0,04 |
| IONOL | 0,7 | 0,7 | 0,7 |
| E330 | 0,45 | 0,45 | 0,45 |
| DODPA | 0,45 | 0,45 | 0,45 |
| FH-132 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Краситель | 0,001 | 0,001 | 0,001 |
| MCS-1562 | 6,2 | 6,2 | 6,2 |
| AntiFoam | 0,0005 | 0,0005 | 0,0005 |
| HF411 (35,5%) | 5,76 | 6,26 | 6,26 |
| HF 460(58%) | 4,6 | 5 | 5 |
Проводили испытания для определения пожарной безопасности, низкотемпературной вязкости, температуры застывания и удельного веса жидкостей, описанных в таблице 1. Температуры вспышки и возгорания определяли по методике ASTM D-92. Затем эти композиции испытывали для определения их свойств, таких как температура самовозгорания (AIT) по методике ASTM D-2155, вязкость, температура застывания и удельный вес. В таблице 1 все примеры основаны на 100-граммовых образцах. Результаты этих испытаний представлены ниже в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| Образец 1 | Образец 2 | Образец 3 | |
| AIT °С | 422,2 | 430,6 | |
| Температура вспышки, °С | 185,6 | 174,4 | |
| Температура вспышки, °С | 195 | 191,1 | |
| Вязкость при 54°С | 972 | 1076 | 1052 |
| Вязкость при 37,7°С | 8,89 | 9,28 | 9,52 |
| Вязкость при 99°С | 3,11 | 3,33 | 3,31 |
1. Композиция гидравлической жидкости, пригодная для использования в качестве авиационной гидравлической жидкости, содержащая от около 50% до около 80% три(н-бутил)фосфата, от около 5% до около 15% триарилфосфата и необязательно, до около 20% три(изо-бутил)фосфата.
2. Композиция по п.1, в которой триарилфосфатом является трифенилфосфат.
3. Композиция по п.1, в которой арилом является алкилзамещенный арил.
4. Композиция по п.3, в которой арильная группа замещена алкильной группой.
5. Композиция по п.4, в которой алкильный заместитель выбран из алкильных групп от С1 до С9.
6. Композиция по п.5, в которой алкильные заместители выбраны из группы, состоящей из метила, этила, пропила, изо-пропила, бутила, изо-бутила, трет-бутила, пентила, изо-пентила, гексила, гептила, октила и нонила.
7. Композиция, пригодная для использования в качестве гидравлической жидкости для самолетов, содержащая от около 50% до около 80% три(н-бутил)фосфата, от около 5% до около 15% алкилзамещенного триарилфосфата и необязательно до около 20% три(изо-бутил)фосфата.
8. Композиция по п.7, в которой алкилзамещенным арилфосфатом является монозамещенный арилфосфат.
9. Композиция по п.7, которая содержит от около 55% до около 65% три(н-бутил)фосфата, от около 8% до около 12% алкилзамещенного триарилфосфата и до около 20% три(изо-бутил)фосфата.
10. Композиция по п.9, в которой алкилзамещенным триарилфосфатом является три-(изо-пропилфенил)фосфат.
11. Композиция по п.7, которая содержит примерно 65% три(н-бутил)фосфата, примерно 10% три(изо-пропилфенил)фосфата и примерно 10% три(изо-бутил)фосфата.
12. Композиция по п.1, которая дополнительно включает также около 15% добавок от массы конечной композиции.
