Пластичная смазка

Антифрикционная пластичная смазка для технологической смазки узлов трения машин и механизмов, которые работают в условиях высоких нагрузок и контакта с водой, содержащая минеральное масло, комплексное кальциевое мыло стеариновой и уксусной кислот, дополнительно содержит полипарафенилен-терефталамид, диалкилдитиофосфат цинка при следующем содержании компонентов, мас. %: комплексное кальциевое мыло стеариновой и уксусной кислот - 15-25; полипарафенилен-терефталамид - 1,2-3,5; диалкилдитиофосфат цинка - 0,1-2,5; минеральное масло – остальное. Техническим результатом изобретения является обеспечение высоких антифрикционных свойств смазки в условиях работы в тяжелонагруженных узлах трения машин и механизмов, в условиях повышенной влажности или контакта с водой. 2 табл.

 

Изобретение относится к смазочным материалам, в частности к антифрикционным пластичным смазкам, и может быть использовано в качестве технологической смазки для узлов трения машин и механизмов, работающих в условиях высоких нагрузок и контакта с водой.

Известна пластичная смазка для тяжелонагруженных узлов трения качения (пат. РФ №2529461), содержащая комплексное кальциевое мыло стеариновой и уксусной кислот, созданное на основе стеариновой кислоты, уксусной кислоты и гидрата окиси кальция, графит мелкодисперсный, фенил-альфа-нафтиламин, ионол, с примененным в качестве синтетического углеводородного масла полиальфаолефинового масла при следующем соотношении компонентов в массовых долях: кислота стеариновая 7,0-16,0%; кислота уксусная 2,0-4,0%; гидрат окиси кальция 5,0-10,0%; графит мелкодисперсный 7,0-15,0%; фенил-альфа-нафтиламин 0,1-0,5%; ионол 0,3%; полиальфаолефиновое масло с вязкостью 23-28 сСт (при 100°С) 12,0-19,9%; сложный эфир пентаэритритового спирта и синтетических жирных кислот фракции С5-С9 - остальное.

Недостатком известной смазочной композиции является малый ресурс в тяжелонагруженных узлах трения, а также узлах трения, работающих в условиях повышенной влажности и контакта с водой, по причине ее низких антифрикционных и противозадирных свойств и высокой гигроскопичности, в том числе из-за наличия графита в составе, ввиду того, что при высоких контактных нагрузках слоистая структура графита измельчается и не способна создать на поверхности трения плотный защитный адсорбционный слой. Графит способен впитывать влагу, что в сочетании с гидратом окиси кальция способствует ее накоплению и, как следствие, вымыванию из тяжелонагруженного узла трения.

Наиболее близкой является известная пластичная смазка, на основе минерального или синтетического масла и комплексного кальциевого мыла стеариновой и уксусной кислот, дополнительно содержащая глицерин и пропиленгликоль - 1,2 при следующем содержании компонентов, мас. %:

комплексное кальциевое мыло стеариновой
и уксусной кислот	4,5-15
глицерин	5-15
пропиленгликоль-1,2	20-50
минеральное или синтетическое масло	до 100

(Авторское свидетельство СССР №722233)

Недостатком этой пластичной смазки являются ее низкие антифрикционные и противозадирные свойства в условиях работы в тяжелонагруженных узлах трения (например, в подшипниковых узлах) машин и механизмов, в условиях эксплуатации при повышенной влажности или контакте с водой, а следовательно, низкий ресурс эксплуатации узла трения из-за развития коррозии, которой способствует глицерин, поглощающий воду из окружающей среды в больших количествах.

Техническая задача: увеличение ресурса работы узлов пар трения при высоких нагрузках и контакте с водой.

Техническим результатом изобретения является обеспечение высоких антифрикционных свойств смазки в условиях работы в тяжелонагруженных узлах трения машин и механизмов, в условиях повышенной влажности или контакта с водой.

Указанная задача решается тем, что пластичная смазка, содержащая минеральное масло, комплексное кальциевое мыло стеариновой и уксусной кислот, согласно изобретению, дополнительно содержит: полипарафенилен-терефталамид, диалкилдитиофосфат цинка при следующем содержании компонентов, мас. %:

комплексное кальциевое мыло стеариновой
и уксусной кислот	15-25
полипарафенилен-терефталамид	1,2-3,5
диалкилдитиофосфат цинка	0,1-2,5
минеральное масло	остальное

В качестве основы пластичной смазки, например, может быть использовано минеральное масло марки И-40 (по ГОСТ 20799-88). Кроме того, возможно использование масла минерального индустриального отработанного, группы МИО по ГОСТ 21046-2015, являющегося отходом производства, повторное применение которого будет способствовать улучшению экологии.

Комплексное кальциевое мыло стеариновой и уксусной кислот в пластичной смазке является загустителем [Чичинадзе А.В., Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А.В. Чичинадзе, Э.М. Берлинер, Э.Д. Браун и др.; под общ. Ред. А.В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение, 2003.- 576с. С. 412].

Диалкилдитиофосфат цинка, например марки ДФ-11, используют в соответствии с ТУ 38.5901254-90. Он наряду с улучшением противоизносных свойств масла эффективно ингибирует коррозию, т.е. улучшает антикоррозионные и антиокислительные свойства смазки.

Введение в смазку полипарафенилен-терефталамида, обладающего улучшенными характеристиками в сравнении с остальными антифрикционными и противозадирными присадками, придает узлам трения стойкость по отношению к абразивным и режущим воздействиям. Его введение снижает износ пар трения, увеличивает ресурс работы узлов пар трения при высоких нагрузках и при контакте с водой, сокращает расход смазочного материала (пластичной смазки) (М.С. Дориомедов, Рынок арамидного волокна: виды, свойства, применение // Электронный научный журнал «Труды ВИАМ» -2020 - №11 DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-11-48-59).

Полипарафенилен-терефталамид (пара-арамидное волокно) в сочетании с загустителем - комплексным кальциевым мылом стеариновой и уксусной кислот, маслом минеральным, диалкилдитиофосфатом цинка проявляет высокие антифрикционные и противозадирные характеристики, способствует улучшению реологических свойств пластичной смазки, обладает повышенной стойкостью к вымыванию водой при эксплуатации в условиях повышенной влажности и контакта с водой.

Полипарафенилен-терефталамид за счет двойных межатомных связей способен улучшить стойкость пластичной смазки к вымыванию водой, улучшить адгезию к поверхностям трения и снизить газопроницаемость. Улучшение адгезионных свойств пластичной смазки, положительно влияет на антифрикционные свойства смазки и стойкость к вымыванию водой.

Смазка, содержащая полипарафенилен-терефталамид, представляет собой однородное мазеобразное вещество от светло- до темно-коричневого цвета с рабочим диапазоном температур смазки от -30°C до +180°C. Массовая доля воды в смазке составляет не более 0,1%, а массовая доля механических примесей - не более 0,05%. В таблице 1 приведены примеры рецептур составов смазок.

Таблица 1 Составы образцов пластичной смазки

Компонент	Варианты составов образцов новой смазки для определения свойств, %	Прототип
1	2	3	4	5	6	7
Комплексное кальциевое мыло стеариновой и уксусной кислот	15,0	17,5	20,0	22,5	25,0	4,5	15,0
Диалкилдитиофосфат цинка	0,1	0,7	1,3	1,9	2,5	-	-
Полипарафенилен-терефталамид	1,2	1,8	2,35	2,9	3,5	-	-
Масло минеральное	80,4	70,05	72,35	68,36	64,32	42,41	37,78
Глицерин	-	-	-	-	-	10,68	9,44
Пропиленгликоль-1,2	-	-	-	-	-	42,41	37,78

Составы образцов заявляемой смазки испытаны стандартными методами и сравнены с составом пластичной смазки - прототипом.

Результаты испытаний композиций заявляемой пластичной смазки в сравнении с прототипом приведены в таблице 2.

Таблица 2 Свойства испытанных составов пластичных смазок

Наименование показателя	Варианты составов заявляемой смазки	Прототип
1	2	3	4	5	6	7
Пенетрация при 25°С по ГОСТ 5346-78, единиц	190	195	200	210	220	325	330
Температура каплепадения по ГОСТ 32394-2013, °С	230	236	241	245	250	200	205

Коррозионное воздействие на металлы по ГОСТ 2917-76	выдерживает	выдерживает	выдерживает	выдерживает	выдерживает	выдерживает	выдерживает
Массовая доля свободной щелочи в пересчете на NaOH, %, по ГОСТ 6707	0,06	0,06	0,8	0,08	0,06	0,12	0,11
Нагрузка сваривания (Pc), кгс	184	193	194	198	204	162	171
Критическая нагрузка (Рк), кгс	91	95	103	126	128	85	89
Индекс задира (Из), кгс	71	74	76	79	80	43	49
Потеря массы за счет вымывания водой по ГОСТ ISO 11009-2013	25	28	18	24	21	39	37
Коллоидная стабильность ГОСТ 7142-74, %	7,3	7,5	7,6	7,8	8,0	7,3	7,5
Эффективная вязкость по ГОСТ 7163-84, Па⋅с	1920	1883	1971	2020	2180	1300	1500

По результатам испытаний (табл.2) можно сделать следующие выводы:

Пенетрация, характеризующая степень густоты смазки при 25°С, определяющая возможность замерзания смазки в зимний период, составила от 190 до 220 единиц в сравнении с прототипом.

Температура каплепадения - определялась в соответствии с ГОСТ 32394-2013 и составила от 230 до 250°С.

Коррозионное воздействие на металлы, определенное в соответствии с испытаниями, проведенными по ГОСТ 2917-76, выдерживает.

Массовая доля свободной щелочи в пересчете на NaOH, %, характеризующая структуру пластичной смазки и ее эксплуатационные свойства, определялась испытаниями, проведенными по ГОСТ 6707-76.

Смазывающие свойства пластичной смазки определялись на четырехшариковой машине трения:

нагрузка сваривания (P_c) по ГОСТ 9490-75составила от 184 до 204 кгс;

критическая нагрузка (Р_к) по ГОСТ 9490-75 - от 91 до 128 кгс;

индекс задира - от 71 до 80 кгс.

Стойкость к вымыванию водой определялась в соответствии с испытаниями, проведенными по ГОСТ ISO 11009-2013. Потеря массы за счет вымывания водой составила: от 18 до 28%.

Коллоидная стабильность выделившегося масла - определялась испытаниями проведенными по ГОСТ 7142-74 и составила от 7,3 до 8,0%.

Эффективная вязкость, количественно характеризующая течение смазочного материала после приложения усилия и зависящая от скорости его деформации, определялась испытаниями, проведенными по ГОСТ 7163-84, и составила от 1883 до 2180 Па⋅с.

Данные таблицы 2 показывают, что предложенный состав пластичной смазки при заявленном соотношении компонентов обеспечивает высокий комплекс физико-химических свойств в сравнении с прототипом по коллоидной стабильности, температуре каплепадения, а главное, по триботехническим характеристикам (нагрузка сваривания, критическая нагрузка, индекс задира) и стойкости к вымыванию водой.

Заявленная совокупность существенных признаков предлагаемого состава ранее не была известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».

Таким образом, за счет введения в состав пластичной смазки полипарафенилен-терефталамида, обладающего улучшенными характеристиками по сравнению с известными присадками, за счет особенностей строения микроструктуры, в сочетании с другими компонентами смазки способен улучшить стойкость пластичной смазки к вымыванию водой, улучшить адгезию к поверхностям трения и снизить газопроницаемость смазки, что позволит увеличить ресурс работы узлов пар трения при высоких нагрузках и контакте с водой.

Пластичная смазка, содержащая минеральное масло, комплексное кальциевое мыло стеариновой и уксусной кислот, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит: полипарафенилен-терефталамид, диалкилдитиофосфат цинка при следующем содержании компонентов, мас. %:

комплексное кальциевое мыло стеариновой
и уксусной кислот	15-25
полипарафенилен-терефталамид	1,2-3,5
диалкилдитиофосфат цинка	0,1-2,5
минеральное масло	остальное