Патент на изобретение №2393207

(54) ПЛАСТИЧНАЯ СМАЗКА

(57) Реферат:

Изобретение относится к пластичным смазкам, предназначенным, в частности, для смазывания узлов трения машин и механизмов, работающих в условиях высоких нагрузок и скоростей скольжения. Сущность: смазка содержит, в мас.%: дисульфид молибдена 1-10; загуститель 10-15; полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы {[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)S]}₂Zn, где Х=Н, Cl, F; n=2, 3: 1-5; антиокислитель 0,3-0,5; нефтяное масло – остальное. Технический результат – увеличение ресурса работы узлов трения машин и механизмов за счет улучшения антифрикционных и противозадирных свойств смазки, расширение области применения и увеличение ресурса работы узлов трения машин и механизмов. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к пластичным смазкам, в частности к пластичным смазкам, предназначенным для смазывания узлов трения машин и механизмов, работающих в условиях высоких нагрузок и скоростей скольжения.

Основным назначением смазывания является разделение движущихся друг относительно друга твердых поверхностей с целью сведения к минимуму трения и износа. Наиболее часто применяемыми материалами для этой цели являются масла и смазки. Выбор смазки определяется большей частью конкретным применением.

Пластичные смазки в основном состоят из жидкого смазывающего вещества, например масла, загустителя и различных присадок. Базовое масло может быть как естественного, так и искусственного происхождения. Консистентные смазки предпочтительно содержат от 5 до 20 вес.% загустителя.

Одними из основных загустителей, используемых в пластичных смазках, являются литиевые мыла, предпочтительно стеариновой или 12-гидрооксистеариновой кислот и соединения мочевины, которые содержат в своей молекулярной структуре функциональную группу мочевины (-NHCONH-). Эти соединения, как правило, включают моно-, ди- или полисоединения мочевины.

С целью придания смазкам определенных свойств (противоизносных, противоза-дирных, антиокислительных, противокоррозионных и др.) в пластичные смазки могут быть включены различные присадки в количествах, обычно используемых в этой области применения.

Среди большого ассортимента антиокислительных, антикоррозионных и противоизносных присадок наибольшее распространение имеют диалкилдитиофосфаты цинка, содержащие различные алкильные радикалы и обладающие различной термической стабильностью, которые являются многофункциональными присадками и проявляют высокие антиокислительные и антипиттинговые свойства [А.М.Кулиев Химия и технология присадок к маслам и топливам, М., Химия, 1985]. Диалкилдитиофосфаты являются хорошими ингибиторами окисления, но обладают недостаточными противозадирными и антифрикционными свойствами.

Для уменьшения износа узлов трения широко известен дисульфид молибдена в качестве добавки в смазочные материалы [Solid Lubricant Additives – Effect of Concentration and other Additives on Anti-Wear Performance, Bartz, Wear, 17 (1971), p.421-432].

Так, например, известны составы пластичных смазок, содержащих дисульфид молибдена в среде базового масла, дитиофосфат металла и целевые добавки [Патент RU 2181371, МПК С10М 141/10, 2002; Патент RU 2044762, МПК С10М 163/00, 1995].

Известно также применение дисульфида молибдена в сочетании с диалкилдитио-фосфатами цинка [Interrelations between Molybdenum Disulfide and Oil Solible Additives, Bartz, NLGI Spokesman, 1989].

Наиболее близкой к предлагаемой является пластичная смазка, содержащая нефтяное масло с загустителем – литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты, дисульфид молибдена, диалкилдитиофосфат цинка, антиокислитель и иные целевые добавки [Патент RU 2030451, МПК С10М 169/04, 1995].

Известные композиции пластичных смазок обладает хорошими триботехническими характеристиками, однако имеют недостаточно высокие антифрикционные и противозадирные свойства.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение противозадирных и антифрикционных свойств пластичной смазки.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемая пластичная смазка содержит дисульфид молибдена в среде нефтяного масла с загустителем и антиокислителем, при этом вместо дитиофосфата металла используют полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы

{[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)S]}₂Zn, где Х=Н, Cl, F; n=2, 3, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Для предлагаемой пластичной смазки используют нефтяные масла с температурой застывания от минус 60 до минус 45°С и кинематической вязкостью при 50°С от 5 до 12 мм²/c, например марок МВП, МС-8 и др.

В качестве загустителя используют полимочевинный загуститель [Данилов А.М. Пластичные смазки на полимочевинах, М.: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, 1995 г.,] или литиевое мыло стеариновой или 12-оксистеариновой кислоты.

Дисульфид молибдена MoS₂ используют марки Molykote Microsize с размером частиц основной части 0,65-0,75 мкм, может быть использован высокодисперсный порошкообразный дисульфид молибдена иных марок.

В качестве антиокислительной добавки используют, например, дифениламин – ГОСТ 194-80, фенил--нафтиламин (Нафтам-2) – ГОСТ 39-79. Могут быть использованы иные аналогичные известные для этих целей вещества.

Полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы {[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)S]}₂Zn, где Х=Н, Cl, F; n=2, 3, получают взаимодействием полифторированных спиртов с пентасульфидом фосфора и оксидом цинка по реакции:

4X(CF₂CF₂)_nCH₂OH+P₂S₅=2[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)SH+H₂S

2[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)SH+ZnO={[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)S]}₂Zn+H₂O.

Заявленный состав отличается от известного использованием полифторированного диалкилдитиофосфата цинка общей формулы {[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)S]}₂Zn, где Х=Н, Cl, F; n=2, 3, и соотношением компонентов состава друг по отношению к другу. Заявленная совокупность существенных признаков предлагаемого состава ранее не была известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».

Полифторированный диалкилдитиофосфат цинка в сочетании с загустителем – литиевым мылом стеариновой или 12-оксистеариновой кислоты или полимочевинным загустителем, нефтяным маслом и антиокислительной добавкой – проявляет ранее неизвестные для нее свойства – антифрикционные, а в сочетании с дисульфидом молибдена обеспечивает высокие противозадирные и антифрикционные характеристики. В целом заявляемый состав обеспечивает проявление неожиданно высокого эффекта в отношении противозадирных и антифрикционных свойств композиции.

Обнаруженный авторами заявленного изобретения синергизм смазывающего действия системы дисульфид молибдена – полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы {[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)S]}₂Zn, где Х=Н, Cl, F; n=2, 3, позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения требованию «изобретательский уровень».

Предлагаемая пластичная смазка может быть приготовлена из известных материалов по общепринятой технологии приготовления пластичных смазок.

Заявляемую пластичную смазку готовят следующим способом:

Полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы {[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)S]}₂Zn, где Х=Н, Cl, F; n=2, 3, получают взаимодействием полифторированных спиртов с пентасульфидом фосфора и оксидом цинка.

Пример получения полифторированного диалкилдитиофосфата цинка {[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)S]}₂Zn (где n=2, Х=Н).

В 4-горлую колбу вместимостью 2 дм³, снабженную мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой, загружают 190 г P₂S₅ (0,86 моль) и при перемешивании прибавляют 800 г (3,45 моль) 1,1,5-тригидрооктафторпентанол-1 за 1,5 ч, поддерживая температуру реакции около 60-75°С. Смесь перемешивают при 110-115°С в течение около 2 часов при продувании азота до прекращения выделения H₂S и растворения пятисернистого фосфора. После охлаждения реакционной массы добавляют 70 г (0,86 моль) ZnO, смесь при перемешивании нагревают до 120°С до растворения оксида цинка. Смесь охлаждают и получают 890 г (90%) целевого продукта, который используют для изготовления составов по изобретению.

Пример получения полифторированного диалкилдитиофосфата цинка {[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)S]}₂Zn (где n=3, Х=Н).

В 4-горлую колбу вместимостью 2 дм³, снабженную мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой, загружают 15 г P₂S₅ (0,068 моль) и при перемешивании прибавляют 90 г (0,27 моль) 1,1,7-тригидрододекафторгептанол-1 за 1,5 ч, поддерживая температуру реакции около 60-75°С. Смесь перемешивают при 110-115°С в течение около 2 часов при продувании азота до прекращения выделения H₂S и растворения пятисернистого фосфора. После охлаждения реакционной массы добавляют 5,5 г (0,068 моль) ZnO, смесь при перемешивании нагревают до 120°С до растворения оксида цинка. Смесь охлаждают и получают 92 г (90%) целевого продукта, который используют для изготовления составов по изобретению.

Соединения {[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)S]}₂Zn, где Х=Cl, F; n=2, 3, получают по аналогичной методике.

Для осуществления заявляемого изобретения было приготовлено 6 образцов, отличающихся процентным содержанием компонентов, а именно: состав 1 – при оптимальном соотношении компонентов с использованием полимочевинного загустителя, состав 2 – при оптимальном соотношении компонентов с использованием загустителя на основе литиевого мыла, составы 3 и 6 – при граничных значениях компонентов с использованием полимочевинного загустителя, составы 4 и 5 – при граничных значениях компонентов с использованием загустителя на основе литиевого мыла.

Смазку на основе литиевого мыла получают путем добавления к нефтяному маслу стеариновой или 12-оксистеариновой кислоты LiOH·H₂O, нагревают смесь до 150°С, удаляют водяной пар и до охлаждения реакционной массы осуществляют нагрев до 220°С.

Затем смазку охлаждают до 130°С и небольшими порциями замешивают высокодисперсный порошкообразный дисульфид молибдена и полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы {[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)S]}₂Zn и дифениламин или фенил--нафтиламин. Охлаждают реакционную смесь до температуры окружающей среды при перемешивании, производят гомогенизацию с получением конечного продукта. Составы по примерам 2, 4 и 5 (по изобретению) приведены в таблице 1.

Смазки на основе полимочевины получают путем нагрева 4,4′-дифемилметандиизо-цианата в базовом масле до 70°C с последующим добавлением октадециламина. Перед охлаждением смеси до 80°С ее нагревают до 150°С. Затем небольшими порциями замешивают высокодисперсный порошкообразный дисульфид молибдена и полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы

{[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)S]}₂Zn и дифениламин или фенил--нафтиламин. Охлаждают реакционную смесь до температуры окружающей среды при перемешивании, производят гомогенизацию с получением конечного продукта. Составы по примерам 1, 3 и 6 (по изобретению) приведены в таблице 1.

Сравнительный образец – пример 7 (контрольный) моделировали в соответствии с обычным содержанием дисульфида молибдена и диалкилдитиофосфата цинка [Interrelations between Molybdenum Disulfide and Oil Solible Additives, Bartz, NLGI Spokesman, 1989]. В сравнительной смазке (контрольный пример) использовали диалкилдитиофосфат цинка (ДФ-11), представляющий собой 50%-ный раствор диалкилдитиофосфата цинка, полученный на основе изобутилового и 2-этилгексилового спиртов в минеральном масле, ГОСТ 24216-80. Смазку по примеру 7 готовили аналогично составам по примерам 2, 4 и 5.

Каждый состав пластичной смазки (примеры 1-7) подвергали испытаниям на машине трения СМТ-1 по схеме вал – втулка. Вал 40Х сырой, длиной 1=0,030 м, D_нар=0,0356 м. Втулка 20ХН3А каленая, длиной 1=0,025 м, D_вн=0,0360 м, HRc 32. Число оборотов вала – 300 в минуту. Нагружение пары производили ступенчато через каждые 500N с замером момента трения после его стабилизации. Для каждого состава заявляемой пластичной смазки определяли следующие показатели:

– нагрузку задира;

– средний коэффициент трения.

Результаты испытаний заявляемых пластичных смазок для составов по примерам 1-7 приведены в таблице 2.

Анализ результатов проведенных испытаний позволяет сделать следующие выводы: во всех примерах по изобретению (примеры 1-6) замена диалкилдитиофосфата цинка на его полифторированный аналог общей формулы

{[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)S]}₂Zn, где Х=Н, Cl, F; n=2, 3, в сочетании с дисульфидом молибдена приводит к существенному уменьшению коэффициента трения и увеличению нагрузки задира и значительно превосходит известную смазку по трибологическим характеристикам;

предлагаемая смазка обладает более высокими антифрикционными и противозадирными характеристиками, что подтверждается результатами испытания на установке СМТ-1 при повышенной нагрузке. Заявляемая смазка имеет высокие триботехнические свойства, что приводит к расширению области применения и увеличению ресурса работы узлов трения машин и механизмов.

Таблица 1
Составы пластичных смазок
Наименование компонентов	Примеры по изобретению, масс.%	Контрольный, масс.%
1	2	3	4	5	6	7
1. Антиокислитель
– Дифениламин	0,4	–	0,3	–	0,5	–	0,5
-Фенил--нафтиламин	–	0,4	–	0,3	–	0,5	–
2. Дисульфид молибдена	4,0	4,0	1,0	1,0	10,0	10,0	4,0
3. Загуститель, в частности:	12,0	12,0	15,0	15,0	10,0	10,0	12,0
– литиевое мыло стеариновой кислоты	–	–	–	–	+	–	–
-литиевое мыло 12-оксистеариновой кислоты	–	+	–	+	–	–	+
-полимочевинный	+	–	+	–	–	+	–
4. Полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы {[X(CF2CF2)nCH2O]2P(S)S]}2Zn, в частности:	2,0	2,0	5,0	5,0	1,0	1,0	–
-Х=Н; n=2	–	–	+	–	–	–	–
-Х=Н; n=3	–	–	–	+	–	–	–
-Х=Cl; n=2	+	–	–	–	–	–	–
-Х=Cl; n=3	–	+	–	–	–	–	–
-Х=F; n=2	–	–	–	–	+	–	–
-Х=F; n=3	–	–	–	–	–	+	–
5. Диалкилдитиофосфат цинка ДФ-11	–	–	–	–	–	–	1,0
Нефтяное масло	81,60	81,60	78,70	78,70	78,50	78,50	82,5
ВСЕГО, масс.%:	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00

Формула изобретения

1. Пластичная смазка, содержащая дисульфид молибдена, нефтяное масло, загуститель, антиокислитель и диалкилдитиофосфат цинка, отличающаяся тем, что в качестве последнего содержит полифторированный диалкилдитиофосфат цинка общей формулы {[X(CF₂CF₂)_nCH₂O]₂P(S)S]}₂Zn, где Х – Н, Cl, F; n=2, 3, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Дисульфид молибдена	1,0-10,0
Указанный полифторированный диалкилдитиофосфат
цинка	1,0-5,0
Антиокислитель	0,3-0,5
Загуститель	10,0-15,0
Нефтяное масло	остальное

2. Пластичная смазка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве антиокислителя используют дифениламин.

3. Пластичная смазка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве антиокислителя используют фенил--нафтиламин.

4. Пластичная смазка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве загустителя используют литиевое мыло стеариновой или 12-оксистеариновой кислоты.

5. Пластичная смазка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве загустителя используют полимочевинный загуститель.