CC BY
27
МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК.43.001.5:547.992.3
АДСОРБЦИЯ МАСЛА ПРОДУКТАМИ ТЕРМИЧЕСКОМ МОДИФИКАЦИИ ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА
© 2010 г. О.В. Попова *, М.Ю. Сербиновский * *, О.Э. Шкуракова ***
*Филиал Южного Федерального университета в г. Железноводске.
**Пятигорский филиал Российского государственного торгово-экономического университета
***Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)
*Southern Federal University, Zheleznovodsk branch
**Pyatigorsk Branch of Russian State University of Trade and Economics
***South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)
Исследована адсорбция масла продуктами термической модификации гидролизного лигнина, показана эффективность использования в качестве добавок в антифрикционные композиты бисульфата графита и терморасширенного графита (ТРГ). ТРГ обладает на порядок большим маслопоглощением, чем графит, полученный из лигнина, и бисульфат графита, что делает его перспективным компонентом антифрикционных композитов. Рекомендуемая температура пропитки 80-120 °С, рекомендуемый размер частиц порошков искусственного графита, полученного из лигнина, и бисульфат графита -45-75 мкм.
Ключевые слова: адсорбция; маслопоглощение; антифрикционные добавки; компоненты антифрикционных композитов; искусственный графит; бисульфат графита; терморасширенный графит; гидролизный лигнин; маслянит.
The article describes the studies of oil adsorption by thermal modification of hydrolyzed lignin products. The effectiveness of graphite bisulphate and thermal expanded graphite usage as additives to antifriction composites is shown. Thermal expanded graphite possesses oil adsorption properties that are by an order greater that those of graphite produced from lignin and graphite bisulphate. They make it a promising component of antifriction composites.
Keywords: adsorption; oil adsorption; antifriction additives; antifriction composite components; artificial graphite; graphite bisulphate; thermal expanded graphite; hydrolyzed lignin.
В настоящее время достаточно широко применяются полимерные антифрикционные композиты, в том числе масляниты [1]. Такие материалы содержат в качестве добавок мелкодисперсные графиты различных марок, порошки других твердых смазок, например, дисульфид молибдена, масла. Мелкодисперсные твердые смазки дополнительно играют роль адсорбентов масла. Однако дисперсные графиты и другие твердые смазки дороги, кроме этого, графиты плохо смачиваются маслами, что ограничивает содержание масла в антифрикционном материале. Поэтому перспективна разработка новых эффективных мелкодисперсных добавок для антифрикционных материалов. В данной работе исследована возможность использования гидролизного лигнина, промышленного отхода, и продуктов его термической модификации в качестве добавок в антифрикционные композиты.
Исследовали: 1) гидролизный лигнин (ГЛ) подсолнечной шелухи Кропоткинского гидролизного завода, 2) углеродный материал (УМ), полученный
нагреванием ГЛ в графитовом контейнере без доступа воздуха; 3) искусственный графит (ИГЛ) получали графитацией УМ; 4) бисульфат графита (БГ), синтезированный электрохимическим методом [2] из ИГЛ; 5) терморасширенный графит (ТРГ), полученный из БГ термоударом при температуре 750...800 °С, насыпная плотность - 1,5.1,7 г/дм3. В ходе исследования использовали 4 фракции ГЛ, УМ, ИГЛ и БГ: менее 45, 45 - 75, 75 - 100 мкм и более 100 мкм. Содержание фракций определяли ситовым анализом. В качестве контрольных образцов использовали графит ГЛ-1, ГОСТ 5279-74 и коллоидно-графитовый препарат (КГП), ГОСТ 5261-50. Порошки пропитывали маслом цилиндровым 52 (ВАПОР), ГОСТ 6411-76. Маслопоглощение определяли по известной методике путем скатывания шарика при добавлении масла из бюретки к дозе порошка заданной массы.
Гистограммы распределения частиц порошков ГЛ (1), УМ (2) и ИГЛ (3), полученных ситовым анализом, показаны на рисунке.
Размер частиц, мкм
Гранулометрический состав лигнина и его продуктов
Зависимость коэффициента маслопоглощения от температуры пропитки и размера частиц добавок
Обозначение порошкового образца Температура пропитки, °С Коэффициент маслопоглощения С*, % для фракции с размером частиц, мкм
менее 45 45-75 75-100 более 100
ГЛ 20 2,03 1,96 1,80 1,61
100 2,06 2,01 1,90 1,70
180 2,13 2,10 2,03 1,87
УМ 20 1,37 1,47 1,15 0,58
100 1,60 1,57 1,20 0,90
180 1,61 1,67 1,57 1,11
ИГЛ 20 1,97 2,30 2,08 1,73
100 1,99 2,40 2,23 1,75
180 1,71 1,93 2,02 1,63
БГ 20 2,35 2,27 2,04 1,72
100 2,45 2,41 2,25 1,77
180 2,15 2,08 2,05 1,66
ТРГ 20 21,21
100 26,12
180 28,71
ТРГ из природного графита (ГТосч) 20 18,66
100 24,01
180 27,27
КГП 20 1,03
100 1,28
180 1,17
ГЛ-1 20 1,70
100 1,65
180 1,45
Примечание. * С = (mЪШсJ mCуXоГО порошка)100 %
Термообработка ГЛ приводит к разрушению крупных агломератов, в результате более 75 % частиц имеют размеры менее 100 мкм, тогда как у исходного ГЛ свыше 50 % частиц имеют размеры более 100 мкм. После графитации УМ гранулометрический состав порошка практически не изменяется, несколько увеличивается количество частиц более мелких фракций.
Влияние дисперсности порошков и температуры на адгезию масла показано в таблице. Для порошков ИГЛ, ГЛ-1 и КГП при температуре около 100 °С наблюдается максимальное маслопоглощение. Объясняется это тем, что повышение температуры улучшает адгезию масла поверхностью частиц, поэтому сначала коэффициент маслопоглощения растет. Но при высо-
кой температуре вязкость масла уменьшается, что приводит к уменьшению толщины пленки масла на поверхности. Для ГЛ и УМ коэффициент маслопо-глощения растет вплоть до температуры 180 °С. По-видимому, это связано с пористостью частиц ГЛ и УМ и склонностью к образованию агломератов: снижение вязкости масла при повышении температуры способствует более полному заполнению маслом пор и разрушению агломератов. Уменьшение размеров частиц исследованных порошков до 45 мкм увеличивает мас-лопоглощение, что обусловлено увеличением удельной поверхности порошков. При дальнейшем уменьшении размеров частиц порошка маслопоглощение стабилизируется или несколько уменьшается, что, видимо, вызвано тем, что мелкодисперсные частицы достаточно легко образуют более крупные агломераты, а это затрудняет маслопоглощение.
Маслопоглощение БГ, полученного из ИГЛ, при низкой температуре мало отличается от маслопо-глощения ИГЛ, но повышается по мере роста температуры, что, вероятно, связано с большей адсорбционной активностью деформированной решетки БГ. Маслопоглощение БГ природного графита на 22 - 35 % меньше маслопоглощения ГЛ-1, что, видимо, обусловлено большими размерами частиц порошка (200...250 мкм) и, соответственно, их меньшей удельной поверхностью. Маслопоглощение ТРГ из ИГЛ более чем в 10 раз больше, чем у фракции менее 45 мкм ИГЛ. Рост маслопоглощения ТРГ по мере увеличения температуры, видимо, объясняется особенностью строения этого нанослоистого материала. Уменьшение вязкости масла способствует его более глубокому проникновению между слоями ТРГ. Отметим, что маслопоглощение ТРГ (насыпная плотность 1,5 г/дм3) из природного графита (графит тигельный особой чистоты (ГТОСЧ), с дисперсностью 200 -500 мкм, было на 5 - 12 % меньше. Большая разница
Поступила в редакцию
проявляется при низких температурах пропитки (менее 60 °С). Меньшее маслопоглощение ТРГ из природного графита, видимо, связано с его более развитой волокнистой структурой и несколько меньшей удельной поверхностью. Это подтверждается тем, что маслопоглощение ТРГ из природного графита приближается к маслопоглощению ТРГ из ИГЛ после обработки первого во фрезерном диспергаторе.
Таким образом, установлено, что графит, полученный из лигнина, и синтезированный из него бисульфат графита обладают более высоким коэффициентом маслопоглощения, чем выпускаемые в настоящее время дисперсные графитовые материалы.
Терморасширенный графит обладает на порядок большим маслопоглощением, чем графит, полученный из лигнина, и бисульфат графита, что делает его перспективным компонентом антифрикционных композитов.
Увеличение температуры пропитки маслом до 100 °С повышает коэффициент маслопоглощения, поэтому рекомендуемая температура пропитки 80 -120°С. Рекомендуемый размер частиц порошков ИГЛ и БГ - 45 - 75 мкм.
Литература
1. Антифрикционные материалы специального назначения: юбил. сб. науч. тр. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск, 1999. 162 с.
2. Финаенов А.И. Научные принципы модификации и электрохимической обработки графита химических источников тока: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Саратов, 2000. 32 с.
14 января 2010 г.
Попова Ольга Васильевна - д-р техн. наук, доцент, профессор, Филиал Южного Федерального университета в г. Железноводске. Тел: 8 (928) 3679596.
Сербиновский Михаил Юрьевич - д-р техн. наук, профессор, Пятигорский филиал Российского государственного торгово-экономического университета. Тел. 8 (928) 3427915. E-mail: [email protected]
Шкуракова Ольга Эдуардовна - аспирант, кафедра СМСиПМ, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. 8 (905) 4540261.
Popova Olga Vasilievna - Doctor of Technical Sciences, assistant professor, professor, Southern Federal University, Zheleznovodsk branch. Ph. 8 (928) 3679596.
Serbinovskiy Mikhail Jurievich - Doctor of Technical Sciences, professor, Pyatigorsk Branch of Russian State University of Trade and Economics. Ph. +7-928-342-79-15. E-mail: [email protected]
Shkurakova Olga Eduardovna - post-graduate student, department of Materials Strength and Applied Mechanics, South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute) Ph. 8 (905) 4540261._
