close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15324

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.02.28
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 10M 177/00 (2006.01)
C 10M 135/10 (2006.01)
ПЛАСТИЧНАЯ КОМПЛЕКСНАЯ КАЛЬЦИЕВАЯ СМАЗКА
И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20090910
(22) 2009.06.19
(43) 2011.02.28
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Авторы: Ивахник Антон Владимирович; Бухтилова Мария Андреевна;
Ивахник Владимир Пантелеевич;
Плескачевский Юрий Михайлович
(BY)
BY 15324 C1 2012.02.28
BY (11) 15324
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова
Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) ИЩУК Ю.Л. Технология пластичных
смазок. - Киев: Наукова думка, 1986. С. 190-191.
JP 2004-91711 A.
JP 2007-224134 A.
US 2008/0234151 A1.
BY 10897 C1, 2008.
US 3816310, 1974.
UA 31884 C2, 2003.
(57)
1. Способ получения пластичной комплексной кальциевой смазки, заключающийся в
том, что первую часть минерального масла в количестве 70-80 % от расчетного объема
нагревают до 70-80 °С, добавляют в масло сверхщелочной сульфонат кальция в количестве 1,0-5,0 % от массы готовой смазки, последовательно вводят и нейтрализуют гидроокисью кальция смесь высокомолекулярных жирных кислот с количеством атомов
углерода C10-C20, а затем уксусную кислоту, взятые из расчета получения комплексной
кальциевой соли в количестве 11,0-15,0 % от массы готовой смазки, термообрабатывают
полученную реакционную смесь, добавляют в нее оставшуюся часть минерального масла,
охлаждают смесь, вводят в нее антиокислительную и антикоррозионную присадки, каждую в количестве 0,4-0,6 % от массы готовой смазки, и фильтруют полученную смазку.
2. Пластичная комплексная кальциевая смазка, полученная способом по п. 1.
Изобретение относится к пластичным смазочным материалам, в частности к комплексным кальциевым смазкам, и может быть использовано в тяжелонагруженных и/или
высокотемпературных узлах трения технологического оборудования и мобильной техники.
Известен способ получения комплексной кальциевой смазки [1], используемой в различных отраслях народного хозяйства. Смазку получают следующим образом. В минеральное масло диспергируют смесь жирных высокомолекулярных кислот фракции C10-C20,
2-8 мас. % сульфированных керосина или газойля (контакт Петрова) и уксусную кислоту.
Реакционную смесь нагревают до температуры 55 °С и перемешивают в течение 1 часа
при 55-70 °С, нейтрализуют гидроокисью кальция, после чего образовавшуюся мыльномасляную систему подвергают термообработке в течение 3-4 ч при температуре варки
BY 15324 C1 2012.02.28
смазки 150-160 °С. Затем охлаждают при перемешивании до 90 °С. После охлаждения
смазку гомогенизируют. Технический результат: упрощение способа, улучшение объемномеханических показателей смазки, а именно повышение температуры каплепадения, предела прочности на сдвиг, снижение коэффициента термоупрочнения и коллоидной стабильности, снижение температуры варки смазки до 150-160 °С против 220 °С, снижение
стоимости смазки за счет уменьшения количества смеси жирных кислот фракции C10-C20 в
составе смазки.
Полученная смазочная композиция обладает следующими недостатками: высокая
длительность технологического процесса, применение компонентов высокого класса
опасности, низкая механическая стабильность и невысокие антифрикционные свойства.
Известна пластичная смазка для тяжелонагруженных узлов трения [2]. Возможно применение данной улучшенной комплексной кальциевой смазки в узлах трения качения в широком
диапазоне нагрузок и скоростей в интервале температур от –60 до +200 °С. Отличительная
особенность предлагаемой смазки состоит в том, что она содержит, мас. %: комплексное
кальциевое мыло стеариновой и уксусной кислот - 10-20; графит мелкодисперсный - 5-20;
фенил-α-нафтиламин - 0,3-1,0; ионол - 0,3-1,0; полиальфаолефиновое масло с вязкостью
18-22 сСт при 100 °С - 20-50; сложный эфир пентаэритритового спирта и жирных кислот
фракции C5-C9 - остальное. В результате применения описанных добавок было достигнуто
повышение работоспособности в подшипниках качения с элементами проскальзывания в
широком диапазоне температур. Применение значительного количества добавок, помимо
достигнутого результата, приводит к негативному влиянию их на объемно-механические
и реологические параметры смазки.
К недостаткам данной смазочной композиции относятся плохая механическая и термическая стабильность, пониженная температура каплепадения, повышенная окисляемость.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является комплексная кальциевая смазка и способ ее получения [3]. Данную пластичную смазку получают на основе минерального масла, загущенного кальциевой
комплексной солью смеси высокомолекулярных жирных кислот с количеством атомов
углерода C10-C20 и низкомолекулярной уксусной кислоты, с добавлением антиокислительной и антикоррозионной присадок.
Содержание смеси высокомолекулярных жирных кислот с количеством атомов углерода C10-C20 и низкомолекулярной уксусной кислоты при их соотношении 1,5:2 составляет
11-15 мас. %, гидроокись кальция берут из расчета нейтрализации кислот и обеспечения
слабощелочной (0,02 % NaOH) реакции готовой смазки.
Способ получения пластичной комплексной кальциевой смазки состоит в следующем.
Загрузка первой части дисперсионной среды (минерального масла) в количестве 70-80 %
от общего количества масла, нагрев ее до температуры 60-70 °С, ввод смеси высокомолекулярных жирных кислот с количеством атомов углерода C10-C20 и нагрев ее до их полного расплава. После достижения расплава смеси высокомолекулярных жирных кислот
происходит ввод в реактор тонкой струей суспензии гидроокиси кальция в масле (20 %
масла от расчетного). После нейтрализации смеси высокомолекулярных жирных кислот
вводят в реакционную зону тонкой струей уксусную кислоту. Далее проводят нагрев полученной реакционной смеси до 95-100 °С, нейтрализацию кислот, корректировку щелочи
и частичное удаление воды. На следующей стадии проводят термическую обработку реакционной среды с целью образования комплексной кальциевой соли при 225-230 °С. После термобработки вводят оставшееся количество масла. Затем охлаждают реакционную
смесь в реакторе до температуры 160 °С и вводят при данной температуре антиокислительную и антикоррозионную присадки. После охлаждения реакционной смеси до температуры 60-65 °С проводят фильтрацию готовой смазки.
Недостатком известной пластичной комплексной кальциевой смазки, полученной
данным способом, является ее низкая эффективность в тяжелонагруженных и высокотемпе2
BY 15324 C1 2012.02.28
ратурных узлах трения, обусловленная высоким термо- и влагоупрочнением, недостаточными противозадирными свойствами и низкой коллоидной и механической стабильностью, что связано с образованием дисперсной фазы в виде крупных разрозненных
волокон.
Задачей настоящего изобретения является получение пластичной комплексной кальциевой смазки, обеспечивающей повышение ее эффективности за счет повышения ее противозадирных свойств, снижения термо- и влагоупрочнения, а также увеличения коллоидной и
механической стабильности, благодаря чему достигается возможность обеспечения работы пластичной смазки в условиях высоких температур, влажности, высоких удельных
нагрузок и увеличения срока ее хранения.
Поставленная задача решается следующим образом.
Предлагаемую пластичную комплексную кальциевую смазку получают следующим
образом. В известном способе получения пластичной комплексной кальциевой смазки
нагревают первую часть дисперсионной среды (минерального масла) в количестве 7080 % от общего количества масла (расчетного объема) до температуры 70-80 °С. Вводят
смесь высокомолекулярных жирных кислот с количеством атомов углерода C10-C20 и
нагревают до ее полного расплава. После достижения расплава смеси высокомолекулярных жирных кислот тонкой струей вводят в реактор суспензию гидроокиси кальция в минеральном масле (20 % масла от расчетного). После нейтрализации смеси
высокомолекулярных жирных кислот тонкой струей вводят уксусную кислоту. Содержание смеси высокомолекулярных жирных кислот с количеством атомов углерода C10-C20 и
уксусной кислоты составляет из расчета получения комплексной кальциевой соли в количестве 11,0-15,0 % от массы готовой смазки. Далее проводят нагрев реакционной смеси до
95-100 °С, нейтрализацию кислот, корректировку щелочи и частичное удаление воды. На
следующей стадии проводят термическую обработку реакционной смеси при температуре
225-230 °С для образования комплексной кальциевой соли. В результате термообработки
комплексной кальциевой соли и частиц сверхщелочного сульфоната кальция в минеральном масле происходит процесс структурообразования дисперсной фазы и образуется упорядоченная узловая структура, содержащая в центре узла частицы сверхщелочного
сульфоната кальция, а на периферии узла волокна комплексной кальциевой соли смеси
жирных кислот и уксусной кислоты. После термобработки вводят оставшееся количество
минерального масла. Охлаждают реакционную смесь в реакторе до температуры 160 °С и
вводят при данной температуре антиокислительную и антикоррозионную присадки. После
охлаждения реакционной смеси до температуры 60-65 °С проводят фильтрацию готовой
смазки. Антиокислительная и антикоррозионная присадки, применяемые в данном способе, являются стандартными присадками противоокислительного и вязкостного характера.
Согласно предлагаемому изобретению, нагрев минерального масла осуществляют до
температуры 70-80 °С, при этом перед загрузкой смеси высокомолекулярных жирных
кислот с количеством атомов углерода C10-C20 добавляют в минеральное масло сверхщелочной сульфонат кальция в количестве 1,0-5,0 % от массы готовой смазки, а в реакционную смесь вводят антиокислительную и антикоррозионную присадки, каждую в
количестве 0,4-0,6 % от массы готовой смазки.
Данный способ обеспечивает получение комплексной кальциевой смазки с повышенными противозадирными свойствами, увеличенной термической, механической и коллоидной стабильностью.
В результате осуществления данного способа процесс получения пластичной комплексной кальциевой смазки происходит при участии частиц сверхщелочного сульфоната
кальция, что приводит к образованию узловой структуры дисперсной фазы. Структурный
каркас модифицированной пластичной смазки состоит из узлов размером 2-5 мкм, оплетенных прямыми короткими волокнами длинной 5-20 мкм, с большим количеством переплетений. Такая форма организации структуры дисперсной фазы определяет повышение
3
BY 15324 C1 2012.02.28
термической, механической и коллоидной стабильности. При этом частицы ССК имплантируются в дисперсную фазу, а не в дисперсионную среду смазочной композиции и остаются в стабилизированном состоянии до тех пор, пока они не попадут в зону трения.
Маслорастворимый сверхщелочной сульфонат кальция в углеводородной среде образует мицеллы, внутренняя часть которых состоит из полярных групп, а внешняя - из ориентированных наружу углеводородных радикалов. Внутренняя часть мицеллы представляет
собой коллоидную частицу карбоната щелочноземельного металла (преимущественно
кальция). Такая организация строения мицелл в неводной среде является результатом действия сил притяжения между полярными группами поверхностно-активных веществ и
взаимодействия радикалов с углеводородной средой. Общая формула сверхщелочного
сульфоната кальция имеет следующий вид:
(RArSO3)2 ⋅ xCaCO3,
где R - углеводородный радикал с длиной цепи 12-30 атомов углерода, Ar - бензойная
группа, x - количество молекул карбоната кальция, может достигать 40.
Входящий в сверхщелочной сульфонат кальция кристаллический карбонат кальция
может существовать в трех основных формах: кальцит, фатерит, арагонит. Преимущество
кальцитной формы состоит в том, что именно эта модификация карбоната кальция наиболее стабильна и способна образовывать кристаллы, влияющие на структурообразование
дисперсной фазы пластичной смазки и модифицирование поверхности трения.
Благодаря высокоактивной поверхности введенные частицы сверхщелочного сульфоната кальция выступают в качестве центров структурообразования дисперсной фазы пластичной смазки, а начало процесса комплексообразования происходит на поверхности
частичек сверхщелочного сульфоната кальция, что приводит к повышению структурированности дисперсной фазы, увеличению загущающей способности комплексных кальциевых солей. Структурный каркас модифицированной таким образом пластичной смазки
имеет большую разветвленность и ярко выраженную узловую форму, что обеспечивает
повышение его маслоудерживающей способности, а также приводит к увеличению прочности граничного слоя смазочного материала в зоне трения. При этом прочные частицы
сверхщелочного сульфоната кальция имплантируются в дисперсную фазу в центре узлов,
а не остаются в дисперсионной среде смазочной композиции, что, во-первых, повышает
механическую и термическую стабильность смазки, а во-вторых, стабилизирует частицы
сверхщелочного сульфоната кальция, увеличивая коллоидную стабильность смазочного
материала. При этом реализуется следующий механизм работы частиц сверхщелочного
сульфоната кальция в качестве противозадирной добавки. Имплантированная в узловом
сегменте дисперсной фазы частица сверхщелочного сульфоната кальция остается в стабилизированном состоянии до тех пор, пока рассматриваемый сегмент не попадет в зону
трения. Далее под механическим и тепловым воздействием, возникающим в зоне трения,
узловая структура разрушается, при этом происходит высвобождение частицы сверхщелочного сульфоната кальция. При этом частица сверхщелочного сульфоната кальция приобретает активированное состояние в результате разрыва химических и адсорбционных
связей между ее поверхностью и волокнами комплексных кальциевых солей. Активированная частица сверхщелочного сульфоната кальция вступает во взаимодействие с поверхностью трения, модифицирует ее, тем самым предотвращая ее износ и задир.
Выбранный температурный диапазон, при котором вводят сверхщелочной сульфонат
кальция в минеральное масло, обусловлен, с одной стороны, уменьшением вязкости минерального масла при повышении температуры, а значит, и улучшением условий для равномерного диспергирования частиц сверхщелочного сульфоната кальция в минеральном
масле, с другой стороны - увеличением деструкции и испаряемости низкомолекулярных
фракций минерального масла при повышении температуры.
Длительность процесса диспергирования определяется исходя из полного диспергирования частиц сверхщелочного сульфоната кальция в минеральном масле.
4
BY 15324 C1 2012.02.28
Пример получения пластичной комплексной кальциевой смазки, содержащей 1 мас. %
сверхщелочного сульфоната кальция.
Загрузили 2,05 кг минерального масла И-40А в реактор. Нагрели минеральное масло с
перемешиванием до температуры 70 °С. Ввели 0,03 кг сверхщелочного сульфоната кальция в
реактор. Диспергировали полученную суспензию при температуре 70 °С. Загрузили 0,350 кг
смеси высокомолекулярных жирных кислот с количеством атомов углерода C10-C20. Выдержали с перемешиванием и рециркуляцией при температуре 80 °С до полного расплавления смеси высокомолекулярных жирных кислот с количеством атомов углерода C10-C20.
Ввели тонкой струей в реактор суспензию гидроокиси кальция в масле, масса гидроокиси
кальция 0,087 кг. Нейтрализовали кислоты с перемешиванием и рециркуляцией при температуре 80 °С. Ввели тонкой струей в реактор 80 %-ный водный раствор уксусной кислоты, масса уксусной кислоты 0,270 кг. Подняли температуру до 95 °С и нейтрализовали
при такой температуре уксусную кислоту при перемешивании и рециркуляции. Подняли
температуру до 230 °С. Отключили нагрев. Ввели 0,250 кг минерального масла И-40А.
Медленно охлаждали в реакторе до температуры 150 °С и ввели при данной температуре
0,015 кг антиокислительной и 0,015 кг антикоррозионной присадки. Полученную реакционную смесь охладили до комнатной температуры, провели фильтрацию готовой смазки.
Влияние количественного содержания частиц сверхщелочного сульфоната кальция
устанавливалось в процессе испытаний на нагрузочную способность, механическую, термическую и коллоидную стабильность пластичной комплексной кальциевой смазки. Испытания смазок по определению нагрузки заедания и нагрузки сваривания проводились на
четырехшариковой машине трения по ГОСТ 9490-75. Механическая стабильность определялась по ГОСТ 19295-73. Термоупрочнение определялось по ГОСТ 7143-73 метод А.
Коллоидная стабильность смазок определялась по ГОСТ 7142-74. Для испытаний использовались 6 составов смазочного материала с различным содержанием добавок сверхщелочного сульфоната кальция с одинаковым массовым содержанием остальных компонентов.
Результаты испытаний представлены в таблице.
Свойства смазок
Механическая
Содержание
ТермоНоКоллоидстабильность, %
сверхщелоч- Нагрузка Нагрузка
упрочнение
мер
ная станого сульфо- заедания, свариваИндекс
Индекс
собильность,
при 120 °С,
ната кальция,
H
ния, H
става
%
за 1 ч., % разруше- восстановмас. %
ния, %
ления, %
1
872
2067
250
35
-30
12
2
0,5
875
2195
240
32
-28
12
3
1,0
921
2764
230
30
-25
11
4
2,5
1039
3283
200
25
-25
8
5
4,0
1166
3685
180
22
-20
6
6
5,0
1166
3920
170
18
-20
5
В ходе испытаний установлено, что предлагаемая композиция по сравнению с известной обладает существенно лучшими характеристиками. Добавки сверхщелочного сульфоната кальция обеспечивают повышение противозадирных свойств за счет увеличения
твердости контактирующих поверхностей, а также способствует снижению коэффициента
трения в результате уменьшения шероховатости поверхности трения, плакирования ее
кристаллическими частицами карбоната кальция. Предложенная технология позволила
имплантировать частицы сверхщелочного сульфоната кальция в структурный каркас дисперсной фазы, что привело к увеличению коллоидной стабильности пластичной комплексной кальциевой смазки и стабилизации ультрадисперсной добавки сверхщелочного
5
BY 15324 C1 2012.02.28
сульфоната кальция в пластичной смазке. Добавки сверхщелочного сульфоната кальция в
предложенном способе способствуют увеличению несущей способности пластичной
смазки.
Источники информации:
1. Патент РФ 2163629, МПК7 C 10M 177/00, 2001.
2. Патент РФ 2233313, МПК7 C10M 107/10, 2004.
3. Ищук Ю.Л. Технология пластичных смазок. - Киев: Наукова думка, 1986. - С. 187194 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
105 Кб
Теги
патент, by15324
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа