Смазочно-очищающая композиция

 

Изобретение относится к разработке смазочно-очищающих композиций для использования их в составе моторных масел двигателей внутреннего сгорания. Композиция содержит, мас.%: нонаэфир НЭФ-2 формулы СН[(С(ОСН₂(СF₂-СF₂)₂Н)₃]₃ 0,25-0,72, октафторпентанол-1 0,125-0,36, хлорированный парафин 0,25-0,76, масло минеральное - остальное. Технический результат - эффективная очистка зашлакованных деталей двигателя после слива отработавшего масла и одновременная эффективная защита металлических поверхностей двигателя по антифрикционным свойствам. 4 табл.

Изобретение относится к химии полимеров, в частности к триботехнологии по разработке смазочно-очищающих композиций для использования их в составе моторных масел двигателей внутреннего сгорания.

Известны различные смазочно-очищающие композиции, используемые в составе моторных масел двигателей внутреннего сгорания с целью улучшения определенно заданных эксплуатационных характеристик систем последнего, например, для уменьшения износостойкости металлических поверхностей деталей двигателя, улучшения их антифрикционных свойств, размягчения, разрыхления компонентами композиций смолистых и коксоподобных отложений с деталей двигателя с последующим удержанием их в объеме моторного масла (см. кн. Д. Кламанн. Смазки и родственные продукты. - М.: Химия, 1988, с. 205-221) [1].

В частности, известно использование в рецептуре различных смазочно-очищающих композиций таких химически активных компонентов, как фтор- и хлорсодержащие углеводороды, обеспечивающих очистку деталей двигателя от различных отложений и защиту их поверхностей от износа, химической эрозии (см. [1], с.158-159).

Однако применяемая в смазочно-очищающих композициях рецептура компонентов, их мас.%-ное содержание предназначено, в основном, для использования их в составе моторных масел, находящихся в масляной системе двигателей внутреннего сгорания на технологически заданный период, нахождение которых в моторе специально не ограничивается и определяется только сроком сменности отработавшего масла, что не учитывает современных требований к техническому обслуживанию систем двигателя, предусматривающих эффективную подготовку деталей двигателя путем промывки их поверхностей и стабильной защиты от износа перед очередной заменой моторного масла.

Известна композиция, предназначенная для защиты поверхностей деталей двигателя путем улучшения антифрикционных, противоизносных свойств поверхностей при использовании ее в составе моторного масла (пат. РФ N 2037513, кл. C 10 M 161/00, от 14.03.94 г.) [2].

Данная композиция выбрана в качестве прототипа заявляемого изобретения, как наиболее близкая к нему, в части используемых в составе компонентов и достигаемого результата по обеспечению противоизносной, антифрикционной защиты поверхностей деталей двигателя внутреннего сгорания.

Известная композиция [2] содержит: перфторорганическое соединение в виде дисцилляционной фракции продукта окисления гексафторпропилена, выделенной при вакууме 3 мм рт.ст. и температуре 180^oC общей формулы: где n = 3-100; m = 0-100; k = 0-100, а также неионогенное поверхностно-активное вещество в виде смеси оксиэтилированных изононилфенолов с указанной в патенте степенью оксиэтилирования и массового соотношения и минеральное масло при указанном в патенте мас.%-ном содержании их.

Товарное наименование известной композиции "PREMYER-SUPER". Общий расход известной композиции в составе моторного масла составляет 4%. Композиция предназначена для улучшения противоизностных, противозадирных в зоне трения свойств поверхностей деталей двигателей внутреннего сгорания, что способствует повышению ресурса их работы. Известная композиция используется в составе моторного масла, время работы которого в масляной системе двигателя специально не ограничивается и определяется только периодом отработки масла.

Известная композиция, содержащая фторорганические соединения (плохо растворимые в углеводородах) проэмульгирована в моторное масло, вследствие чего молекулы этих соединений находятся на границе раздела "углеводород-фторорганика", что ухудшает их воздействие по разрушению, разрыхлению шлакообразующихся отложений на поверхностях деталей двигателя с последующим удержанием отделившихся частиц загрязнений в потоке моторного масла. Таким образом, известная композиция не достаточно эффективна по очищающим свойствам, что в дальнейшем подтверждено проведенными исследованиями. Это особенно существенно для промывки систем двигателя, соответствующего периоду подготовки систем двигателя к замене моторного масла.

Технической задачей настоящего изобретения является создание высокоэффективного смазочно-очищающего препарата с использованием в рецептуре последнего высокотехнологических компонентов, коммерчески доступных, действие которых обеспечивает: - размягчение, разрыхление, отделение различных шлакообразующих отложений от деталей двигателя потоком моторного масла; - удержание отделившихся частиц загрязнений в объеме моторного масла за счет обволакивания их компонентами композиции; - образование на очищенных поверхностях деталей защитной полимерной пленки, улучшающей противоизностные и антифрикционные свойства этих поверхностей; - при условии обеспечения эффективности указанных действий компонентов разрабатываемой композиции в ограниченный период работы нагруженного двигателя внутреннего сгорания, соответствующий режиму технологического обслуживания систем двигателя к замене моторного масла.

Поставленная техническая задача решается следующим образом: - в рецептуре смазочно-очищающей композиции, содержащей масло минеральное и фторорганическое соединение, в соответствии с изобретением, композиция в качестве фторорганического соединения содержит нонаэфир НЭФ-2 формулы CH[(C(OCH₂(CF₂- CF₂)₂H)₃] ₃, октафторпентанол-1 и дополнительно содержит хлорированный парафин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
нонаэфир НЭФ-2 - 0,25 - 0,72
октафторпентанол-1 - 0,125 - 0,36
хлорированный парафин - 0,25 - 0,76
масло минеральное - остальное
При реализации изобретения используемая в составе масла минерального смазочно-очищающая композиция обеспечивает эффективную защиту деталей двигателя по противоизносным и антифрикционным действиям, а также очистку поверхностей деталей двигателя от различных шлакообразований в период технологического обслуживания систем двигателя, предусматривающего напряженный режим работы двигателя при пробеге автомобиля не превышающем 100 - 150 км или при соответствующей имитации этого режима работы двигателя на стенде, например, в режиме диагностики двигателя. Указанные обстоятельства подтверждаются нижеследующим описанием изобретения.

Все компоненты смазочно-очищающей композиции являются коммерчески доступными продуктами, данные по которым и по компонентам, используемым в известной композиции [2], приводятся ниже.

Нонаэфир НЭФ-2: Фторорганическая композиция в виде продукта исчерпывающего замещения фторированным спиртом теломером атомов фтора в перфторизобутилене. Химическая формула CH[(C(OCH₂(CF₂- CF₂)₂H)₃]₃ Выпускается по ТУ-301-02-200-92. Плотность d=1,7 г/см³.

Октафторпентанол-1: Полифторированный спирт. Химическая формула CF₂H(CF₂)₃CH₂OH(C₅F₈H₄O). Класс опасности 4. Трудногорючая, невзрывоопасная прозрачная бесцветная жидкость со слабым раздражающим запахом. Плотность d= 1,7 г/см³. Метод синтеза при теломеризации тетрафторэтилена и метилового спирта. Производство аналогично тетрафторпропанолу. (см. Справочник "Промышленные фторорганические продукты", автор Б.Н.Максимов и др. - Л.: Химия, 1990, с. 386).

Хлорпарафин: Стабилизированный хлорпарафин. Выпускается по ТУ-0257-001-18948455-99. Содержание Cl - 42%. Маслянистая, бесцветная до сл. желтой окраски жидкость. Совместим и растворим в углеводородах. Плотность d =1,2 г/см³.

Масло минеральное: Например, М-5/10Г ГОСТ 85-81-78
или И-20А ГОСТ 20799-75.

Дистилляционная фракция перфторполиэфирных кислот ТУ-6-57-757953-188-92.

Оксиэтилированный изононилфенол со степенью оксиэтилирования 12, марка АФ9-12 ТУ-38.103625-87;
со степенью оксиэтилирования 4, марка АФ9-4 ТУ-38.50724-87.

При приготовлении заявляемой смазочно-очищающей композиции входящие в ее состав исходные компоненты: нонаэфир НЭФ-2, октафторпентанол-1, хлорпарафин, масло минеральное в жидком виде подвергались тщательному перемешиванию в емкости в течение 0,5-1 час, при Т= 20 -30^oC. Полученная смесь однородна по своему составу, благодаря совместимости октафторпентанола-1 с нонаэфиром и хлорпарафина с маслом минеральным.

Смешивание приведенных компонентов осуществлялось при следующем содержании их, мас.%:
Нонаэфир НЭФ-2 - 0,25-0,72
Октафторпентанол-1 - 0,125-0,36
Хлорпарафин - 0,25-0,76
Масло минеральное - Остальное
Полученные составы по заявляемой композиции приведены в таблице 1 (примеры 1-3).

В указанной таблице 1 приведены также композиции по контрольным составам (примеры 4-7).

При приготовлении смазочной композиции известной по пат. N 2037513 была использована указанная в данном патенте методика с использованием мас.%-ного содержания компонентов по композиции N 1. Состав этой композиции приведен в табл. 1 (пример 8).

Полученные составы композиции (примеры 1-8) смешивали с моторным маслом при 4% содержании этих составов в масле.

Полученное моторное масло с входящими в него композициями составов по примерам 1-8 (продукты испытаний см. поз. 7, табл. 1) подвергалось триботехническим испытаниям по оценке:
- антифрикционных, противоизносных свойств;
- по очищающей способности.

Оценку антифрикционных свойств проводили по квалификационной методике, утвержденной решением Госстандарта N 540/1-175 от 17.10.90 и включенной в комплекс квалификационных методов оценки моторных масел и специальных композиций, входящих в их состав.

Испытания проводили на машине трения 2070 СМТ-1 по схеме трения "вращающийся диск - неподвижная колодка". Диск размером 48 мм был изготовлен из Ст. 45 с последующей термообработкой рабочей поверхности до HRC = 30-55 ед. , исходная чистота поверхности Ra = 0.5-0.6 мкм. Колодка изготовлена из серого чугуна СЧ-20 твердостью НВ = 175-200 ед., исходная чистота поверхности Ra = 2.5-3.2 мкм. Вращающийся диск на 3-5 мм погружен в масляную ванночку емкостью 125 см³ и при вращении переносит масло на неподвижную колодку.

Перед испытаниями пара трения была обкатана на масле М-10Г2 до достижения стабилизации коэффициента трения и температуры масла в ванночке. Испытания полученных при смешивании минерального масла со смазочными композициями по примерам 1-8, что соответствует указанным в таблице 1, поз. 7 номерам полученных продуктов, проводили в следующем режиме: частота вращения 300 мин; скорость скольжения 0,785 м/с; нормальная нагрузка 1600 Н; удельная нагрузка 8 МПа; продолжительность одного опыта 4 ч. Антифрикционные свойства композиции оценивали по величине момента трения, коэффициента трения и температуры масла в конце 4 часов испытания.

Оценку противоизносных свойств проводили по исследовательской методике разработанной институтом Машиноведения АН РФ. За основу методики принята схема трения с переменной площадью контакта. Испытания проводили по схеме "вращающийся диск - неподвижный диск". Подвижный диск был изготовлен из Ст. 45 с термообработкой до твердости рабочей поверхности HRC 50-55 ед., чистота поверхности Ra = 0,5-0,6 мкм. Неподвижный диск изготовлен из серого чугуна СЧ-20 твердостью НВ = 175-200 ед. и чистотой поверхности Ra = 2,5-3,2 мкм.

Режим испытаний: частота вращения 300 мин; скорость скольжения 0,785 м/с; нормальная нагрузка 1000 Н; продолжительность опыта 3 ч. Противоизносные свойства композиций оценивали по величине ширины полосы износа на неподвижном диске (с помощью лупы Амслера с точностью 0,01 мм). Испытания продуктов (см. таб. 1, поз. 8) проводились с учетом сравнения их с продуктом 3.0 - масло минеральное без исследуемых смазочных композиций (примеры 1-8).

Результаты сравнительных испытаний представлены в таблице 2.

Для подтверждения полученных результатов, в частности, по продуктам 1.2, 2.8, 3.0 дополнительно проведены триботехнические испытания на машине трения ИИ5018 методом сравнения результатов замера: весового износа, сопротивления трения, пятна контакта и температуры масла в картере. Режим работы: "диск по неподвижному диску", диаметр 40 мм, сталь 38ХНЗМА; частота вращения 2000 мин; нагрузка 300 Н. При оценке весового износа использовались весы ВЛР200 с погрешностью измерения 0,5 мг. Результаты испытаний сведены в таблицу 3.

Триботехнические испытания по определению очищающей способности продуктов (см. табл. 1, поз. 8) были проведены по следующей методике:
- Продукты испытаний вводились в двигатели внутреннего сгорания автомобилей марки ГАЗ (ВАЗ-2106) в количестве штатной нормы, после слива отработавшего моторного масла при пробеге автомобилей 5000 км. После заправки двигателей автомобилей последние совершали пробег до 150 км, при этом работа двигателей осуществлялась в напряженном их состоянии, с учетом рабочих условий для современных автомобилей, то есть в режиме "городских условий" (высокоскоростная езда, замедленное движение в колонне, короткие расстояния).

Оценка очищающей способности продуктов испытаний проводилась также на стендах с имитацией указанных выше условий нагрузки двигателя при t_исп = 1,5-2,5 час.

После обработки двигателей продуктами испытаний последние сливались для дальнейших исследований, согласно которым их очищающая способность оценивалась по методике вакуумной перегонки:
- высоковакуумная перегонка осуществлялась на установке, содержащей кубовую емкость, небольшой дефлегматор, нисходящий холодильник, охлаждаемый проточной водой, и приемник для сбора отгоняемого масла. В кубе смонтирован капилляр для поддержания равномерного кипения, а в верхней части дефлегматора - термометр для определения температуры кипения отгоняемой фракции.

Проведение: каждый испытуемый продукт помещался в куб установки; в установке масляным насосом создавался вакуум до остаточного давления 1-2 мм рт. ст. и куб постепенно нагревался на бане со сплавом Вуда до температуры 290-300^oC. При этом перегоняемая часть продукта выкипала и собиралась в приемнике. По окончании перегонки установка разбиралась и производилось взвешивание неперегоняемого остатка смолистых (шлакообразующих) веществ из куба и отогнанной части продукта из приемника. Результаты испытаний представлены в таблице 4.

Таким образом, анализ триботехнических исследований продуктов испытания (таб. 1, поз. 8) показал, что наличие в масле моторном заявляемой смазочно-очищающей композиции по примерам 1-3 с указанной рецептурой используемых компонентов и их мас.% обеспечивает наиболее эффективную очистку зашлакованных поверхностей деталей двигателя после слива отработавшего масла и одновременно наиболее эффективную защиту металлических поверхностей двигателя по антифрикционным и противоизносным их свойствам. Такой комплексный подход наиболее эффективен в условиях технологического обслуживания систем двигателя при подготовке их к замене моторного масла.

Формула изобретения

Смазочно-очищающая композиция, содержащая масло минеральное и фторорганическое соединение, отличающаяся тем, что в качестве фторорганического соединения содержит нонаэфир НЭФ-2 формулы CH[(C(OCH₂(CF₂-CF₂)₂H)₃]₃ и октафторпентанол -1 и дополнительно содержит хлорированный парафин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нанаэфир НЭФ-2 - 0,025 - 0,72
Октафторпентанол-1 - 0,125 - 0,36
Хлорированный парафин - 0,25 - 0,76
Масло минеральное - Остальное,

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4