Низкотемпературная пластичная смазка (варианты)

Изобретение относится к области смазочных материалов и, более конкретно, к пластичным смазкам, применяемым в узлах трения различных машин или механизмов, эксплуатируемых в условиях экстремально низких температур. Низкотемпературная пластичная смазка включает основу - ацетилтрибутилцитрат и загуститель - ацетобутират целлюлозы при следующем соотношении компонентов, % мас.: ацетобутират целлюлозы - 3-20, ацетилтрибутилцитрат - остальное. По другому варианту осуществления изобретения низкотемпературная пластичная смазка включает основу - ацетилтрибутилцитрат, загуститель - ацетобутират целлюлозы и антифрикционную присадку - порошок материала с твердостью по Моосу от 0.5 до 2.0 при следующем соотношении компонентов, % мас.: ацетобутират целлюлозы - 3-20, антифрикционная присадка - 3-30, ацетилтрибутилцитрат - остальное. В качестве указанной антифрикционной присадки могут использовать нитрид бора, или графит, или фторопласт, или дисульфид молибдена. Технический результат - расширение температурного диапазона использования пластичных смазок в интервале (-80°С)÷(+200°С). 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 15 пр.

 

Изобретение относится к области смазочных материалов, и, более конкретно, к пластичным смазкам, применяемым в узлах трения различных машин или механизмов, эксплуатируемых в условиях экстремально низких температур.

Известна консистентная смазка, включающая по крайней мере два существенных компонента - по меньшей мере, сложноэфирное масло и гидрированный анионный блок-сополимер, включающий блок с контролируемым распределением звеньев, совместно с другими необязательными компонентами. Сложноэфирное масло может быть ацетилтрибутилцитратом или ацетатом-бутиратом целлюлозы. Блок-сополимер образован из моноалкенила и сопряженного диена. Блок-сополимер подвергнут селективному гидрированию, и он включает блок А из моноалкениларенового гомополимера и блок В с контролируемым распределением звеньев в виде срединного блока, образованного из моноалкениларена и сопряженного диена (см. патент РФ 2406740 С2, опубл. 20.12.2010, кл. МПК C08L 53/02, C08K 5/10).

Поскольку температура размягчения геля составляет 43-90°С, полученная смазка может применяться только при высоких температурах.

Также известна смазка, включающая раствор или дисперсию тонкоизмельченного ацетата бутирата целлюлозы с размерами менее 30 мкм, содержанием бутирата от 20 до 60% мае, в пересчете на эквивалент гидроксила полимера, и среднечисленной молекулярной массой от 5000 до 50000, в полярном органическом растворителе при соотношении полимера и растворителя от 1:1 до 1:10 и углеводородной текучей среде при содержании ацетата бутирата целлюлозы 0.05-5% мае. от состава. К составу смазки могут быть добавлены добавки, понижающие температуру застывания - полимеры и сополимеры алкилметакрилатов, алкилакрилатов, сополимеры диалкилфумарата и винилацетата, сополимеры альфа-олефинов, а также альфа-олефинов и стирола и/или алкилстирола, алкилированные нафталины и др. (см., заявку WO 2014/004507 А1, кл. МПК С10М 145/40, C10L 1/198, C10L 10/08, C10N 30/06, C10N 40/25, опубл. 03.01.2014).

Это позволяет улучшить низкотемпературные свойства смазки, однако ее не применяют при экстремально низких температурах. Кроме того, температура вспышки полученного состава не превышает 130°С.

Также известна низкотемпературная пластичная смазка на основе целлюлозы, включающая загуститель на основе целлюлозы -гидроксиэтилцеллюлозу, воду, основу - глицерин, смазочную добавку, антикоррозионную добавку, консервант, антивспениватель, диспергент и другие добавки. Содержание воды в смазке составляет 40-60% мае. (см., патент KR101724582, кл. МПК С10М 119/20, С10М 169/06, опубл. 10.04.3017).

Полученная смазка может применяться при низких температурах, однако, температурный диапазон ее применения достаточно узок и не допускает эксплуатацию смазки в условиях экстремально низких температур: точка застывания смазки согласно приведенным примерам не опускается ниже -35°С, тогда как верхний предел, при котором можно использовать эту смазку, не превышает 100°С - температуру кипения воды, входящей в ее состав. Кроме того, к недостаткам известного решения можно отнести то, что смазка на водной основе может вызывать коррозию, будет хуже храниться. Для уменьшения этих недостатков в смазку добавляют антикоррозионную добавку и консервант, для снижения пенообразования, вызванного введением в воду поверхностно-активных добавок - антивспениватель. Однако они, повышая стоимость смазки и усложняя ее состав, не позволяют полностью избежать описанных выше проблем.

Известная смазка по совокупности существенных признаков и техническому результату принята в качестве наиболее близкого аналога изобретения (прототипа).

Задача изобретения состоит в получении некоррозионной пластичной смазки с расширенным температурным диапазоном применения, допускающим ее эксплуатацию в условиях экстремально низких температур.

Поставленная задача решается тем, что низкотемпературная пластичная смазка, включающая основу и загуститель, в качестве загустителя содержит ацетобутират целлюлозы, а в качестве основы - ацетилтрибутилцитрат при следующем соотношении компонентов, % мас.:

ацетобутират целлюлозы	3-20,
ацетилтрибутилцитрат	остальное.

По другому варианту осуществления изобретения низкотемпературная пластичная смазка, включающая основу, загуститель и антифрикционную присадку, в качестве загустителя содержит ацетобутират целлюлозы, в качестве основы - ацетилтрибутилцитрат, а в качестве антифрикционной присадки - порошок материала с твердостью по Моосу от 0.5 до 2.0 при следующем соотношении компонентов, % мас.:

ацетобутират целлюлозы	3-20,
антифрикционная присадка	3-30,
ацетилтрибутилцитрат	остальное.

В качестве указанной антифрикционной присадки могут использовать нитрид бора или графит, или фторопласт, или дисульфид молибдена.

Согласно предлагаемому изобретению, в качестве основы, обеспечивающей возможность применения пластичной смазки вплоть до экстремально низкой температуры (-80°С), используют ацетилтрибутилцитрат, в качестве целлюлозного загустителя - ацетобутират целлюлозы, а в качестве антифрикционной присадки - порошок любого материала с твердостью по Моосу от 0.5 до 2.0, например, графита (твердость по Моосу 0.5-1.5), фторопласта (1.4-1.6), талька (1.0), дисульфида молибдена (1.0-1.5), дисульфида вольфрама (0.5-0.75), нитрида бора (1.5-2.0) или других соединений, или их смеси. Нижний температурный предел эксплуатации смазки обусловлен кристаллизацией ацетилтрибутилцитрата, а верхний - либо растворением загустителя в основе, приводящим к потере смазкой вязкопластичности (80-120°С, в зависимости от концентрации загустителя) -в случае смазки без порошкообразной антифрикционной присадки, либо температурой вспышки основы (204°С) - в случае использования антифрикционной присадки.

Технический результат, который может быть получен от использования предлагаемого изобретения, заключается в расширении температурного диапазона использования пластичных смазок в интервале (-80°С)÷(+200°С).

Нижеперечисленные примеры иллюстрируют предлагаемое техническое решение. В качестве них рассмотрены системы с различным содержанием загустителя и порошкообразной антифрикционной присадки. Характеристикой пластичных смазок является их предел прочности: чем выше его уровень, тем больше эффективная вязкость смазки и тем для более высоких температур смазка предназначена. Противоизносная активность смазок выражается в коэффициентах трения и износа, измеренных с использованием пары трения шар-пластина (диаметр шара 6.35 мм, сталь марки 440С) при линейной скорости контртела 0.15 м/с и силе трения 30 Н. Показатели измерены при 25°С с относительной погрешностью 5%. При использовании для смазки чистой основы коэффициенты трения и износа составляют 0.109 и 23.5×10^-5, соответственно.

Низкотемпературная пластичная смазка может быть приготовлена с разным содержанием загустителя: повышение его концентрации приводит к росту до определенного предела прочности смазки, но способствует росту трения и износа (Примеры 1-3). В состав пластичной смазки дополнительно может быть введена антифрикционная присадка, такая как нитрид бора (Примеры 4-8), графит (Примеры 9-11), фторопласт (Примеры 12-14) или дисульфид молибдена (Пример 15). Добавление небольшого количества присадки приводит к снижению предела прочности смазки и улучшению ее противоизносной активности, тогда как высокая концентрация присадки вызывает рост предела прочности, но повышает износ; антифрикционная присадка слегка повышает температуры кристаллизации и вспышки смазки. Во всех случаях применение пластичной смазки приводит к существенно меньшему износу, по сравнению с применением для смазки чистой основы, но несколько повышает коэффициент трения.

Пример 1.

Для получения низкотемпературной пластичной смазки 7 г ацетобутирата целлюлозы помещают в 93 г ацетилтрибутилцитрата, смесь нагревают при перемешивании до 160°С и выдерживают до полного растворения ацетобутирата целлюлозы. После этого нагрев прекращают и дают системе остыть, что приводит к формированию пластичной смазки с характеристиками, представленными в таблице.

Пример 2.

Низкотемпературную пластичную смазку получают аналогично способу, указанному в примере 1, но используют 10 г ацетобутирата целлюлозы и 90 г ацетилтрибутилцитрата. Характеристики смазки представлены в таблице.

Пример 3.

Низкотемпературную пластичную смазку получают аналогично способу, указанному в примере 1, но используют 12 г ацетобутирата целлюлозы и 88 г ацетилтрибутилцитрата. Характеристики смазки представлены в таблице.

Пример 4.

Для получения низкотемпературной пластичной смазки 10 г ацетобутирата целлюлозы помещают в 87 г ацетилтрибутилцитрата, смесь нагревают при перемешивании до 160°С, выдерживают до полного растворения ацетобутирата целлюлозы, добавляют 3 г порошкообразного нитрида бора с гексагональной кристаллической структурой (твердость по Моосу 1.7) и вновь перемешивают. После этого нагрев прекращают и дают системе остыть, что приводит к формированию пластичной смазки с характеристиками, представленными в таблице.

Пример 5.

Низкотемпературную пластичную смазку получают аналогично способу, указанному в примере 4, но используют 5 г нитрида бора и 85 г ацетилтрибутилцитрата. Характеристики смазки представлены в таблице.

Пример 6.

Низкотемпературную пластичную смазку получают аналогично способу, указанному в примере 4, но используют 10 г нитрида бора и 80 г ацетилтрибутилцитрата. Характеристики смазки представлены в таблице.

Пример 7.

Низкотемпературную пластичную смазку получают аналогично способу, указанному в примере 4, но используют 20 г нитрида бора и 70 г ацетилтрибутилцитрата. Характеристики смазки представлены в таблице.

Пример 8.

Низкотемпературную пластичную смазку получают аналогично способу, указанному в примере 4, но используют 30 г нитрида бора и 60 г ацетилтрибутилцитрата. Характеристики смазки представлены в таблице.

Пример 9.

Для получения низкотемпературной пластичной смазки 10 г ацетобутирата целлюлозы помещают в 80 г ацетилтрибутилцитрата, смесь нагревают при перемешивании до 160°С, выдерживают до полного растворения ацетобутирата целлюлозы, добавляют 10 г порошкообразного графита (твердость по Моосу 0.7) и вновь перемешивают. После этого нагрев прекращают и дают системе остыть, что приводит к формированию пластичной смазки с характеристиками, представленными в таблице.

Пример 10.

Низкотемпературную пластичную смазку получают аналогично способу, указанному в примере 9, но используют 20 г графита и 70 г ацетилтрибутилцитрата. Характеристики смазки представлены в таблице.

Пример 11.

Низкотемпературную пластичную смазку получают аналогично способу, указанному в примере 9, но используют 30 г графита и 60 г ацетилтрибутилцитрата. Характеристики смазки представлены в таблице.

Пример 12.

Для получения низкотемпературной пластичной смазки 10 г ацетобутирата целлюлозы помещают в 80 г ацетилтрибутилцитрата, смесь нагревают при перемешивании до 160°С, выдерживают до полного растворения ацетобутирата целлюлозы, добавляют 10 г порошкообразного фторопласта (твердость по Моосу 1.5) и вновь перемешивают. После этого нагрев прекращают и дают системе остыть, что приводит к формированию пластичной смазки с характеристиками, представленными в таблице.

Пример 13.

Низкотемпературную пластичную смазку получают аналогично способу, указанному в примере 12, но используют 20 г фторопласта и 70 г ацетилтрибутилцитрата. Характеристики смазки представлены в таблице.

Пример 14.

Низкотемпературную пластичную смазку получают аналогично способу, указанному в примере 12, но используют 30 г фторопласта и 60 г ацетилтрибутилцитрата. Характеристики смазки представлены в таблице.

Пример 15.

Для получения низкотемпературной пластичной смазки 10 г ацетобутирата целлюлозы помещают в 70 г ацетилтрибутилцитрата, смесь нагревают при перемешивании до 160°С, выдерживают до полного растворения ацетобутирата целлюлозы, добавляют 20 г порошкообразного дисульфида молибдена (твердость по Моосу 1.3) и вновь перемешивают. После этого нагрев прекращают и дают системе остыть, что приводит к формированию пластичной смазки с характеристиками, представленными в таблице.

1. Низкотемпературная пластичная смазка, включающая основу и загуститель, отличающаяся тем, что в качестве загустителя она содержит ацетобутират целлюлозы, а в качестве основы - ацетилтрибутилцитрат при следующем соотношении компонентов, % мас.:

ацетобутират целлюлозы	3-20
ацетилтрибутилцитрат	остальное

2. Низкотемпературная пластичная смазка, включающая основу, загуститель и антифрикционную присадку, отличающаяся тем, что в качестве загустителя она содержит ацетобутират целлюлозы, в качестве основы - ацетилтрибутилцитрат, а в качестве антифрикционной присадки - порошок материала с твердостью по Моосу от 0.5 до 2.0 при следующем соотношении компонентов, % мас.:

ацетобутират целлюлозы	3-20
антифрикционная присадка	3-30
ацетилтрибутилцитрат	остальное

3. Смазка по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве указанной антифрикционной присадки используют нитрид бора, или графит, или фторопласт, или дисульфид молибдена.