Улучшение смазочных свойств индивидуальных полиоксиалкиленгликолей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011

УДК 661.725

УЛУЧШЕНИЕ СМАЗОЧНЫХ СВОЙСТВ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ПОЛИОКСИАЛКИЛЕНГЛИКОЛЕЙ

© 2011 И.А. Куликова, Г.В. Суровская, В.А. Тыщенко

ОАО "Средневолжский научно-исследовательский институт по нефтепереработке", г. Новокуйбышевск

Поступила в редакцию 10.11.2011

Введение

В настоящее время в промышленном масштабе выпускаются полиоксиалкиленгликоли (ПОАГ), представляющие собой олигомеры полиоксиалки-лированных многоатомных спиртов молекулярной массы (Mn) 200^10000 у.е., которые применяются в качестве исходного сырья для получения полиуретанов.

С целью исследования возможности расширения их области применения, ранее нами была установлена взаимосвязь между химической структурой и физико-химическими свойствами ПОАГ [1]. В данной работе представляло интерес исследовать противоизносные свойства этих продуктов, а также совместимость и влияние известных про-тивоизносных добавок на их эксплуатационные свойства.

Объектами исследования служили полиоксиал-килированные глицерины - ПОАГ (ГЛ) Mn 500, 3000, 4500, 5000 у.е. и полиоксиалкилированные диэтилегликоли - ПОАГ (ДЭГ) Mn 700, 2500 у.е. Как все продукты органического синтеза, ПОАГ характеризуются однородностью химического состава, имеют узкое молекулярно-массовое распределение, высокую чистоту, при этом ПОАГ могут иметь различную вязкость, в зависимости от получаемой молекулярной массы, высокую температуру вспышки (более 200 °С) и низкое застывание (в пределах от минус 30 до минус 50 °С).

Для изучения трибологических характеристик ПОАГ определялись следующие свойства:

Противоизносные:

• диаметр пятна износа, Ди, который определяется как средняя величина диаметра пятен износа трех неподвижно закрепленных шаров при

испытании с постоянной нагрузкой, которая меньше критической, в течение одного часа.

Противозадирные:

• нагрузка сваривания, Рс, которая характеризует предельную работоспособность ПОАГ и является наименьшей осевой нагрузкой, вызывающей остановку машины трения при достижении момента силы трения 120 кГс-см или при сваривании шаров;

• критическая нагрузка, Рк, величина которой характеризует способность ПОАГ предотвращать схватывание (заедание) и интенсивное изнашивание трущихся поверхностей;

• индекс задира, Из - условная нагрузка, величина которой характеризует, уровень оптимальной работоспособности ПОАГ, является усредненным расчетным показателем, учитывающим уменьшение реального давления в зоне контакта шаров в процессе их изнашивания и увеличения площади контакта.

Для определения смазывающих свойств ПОАГ использовались следующие приборы:

- четырехшариковая машина (ЧШМ) трения, где в соответствии с ГОСТ 9490-75 определялись противоизносные и противозадирные свойства индивидуальных ПОАГ и смазочных композиций;

- стенд вибротрибометра SRV фирмы Optimol (Франция) в паре трения "шар-плоскость", где определялись антифрикционные свойства - по изменению коэффициента трения ПОАГ.

Трибологические характеристики индивидуальных полиоксиалкиленгликолей

В таблице представлены трибологические характеристики индивидуальных ПОАГ, исследованных по ГОСТ 9490-75.

Таблица. Трибологические характеристики исследуемых ПОАГ

№ п/п Наименование Рс, Н Рк, Н Из Ди, мм

Полиоксиалкилированные глицерины

1 ПОАГ (ГЛ) Mn 500 1260 840 35,2 0,63

2 ПОАГ (ГЛ) Mn 3000 1500 840 36,0 0,58

3 ПОАГ (ГЛ) Mn 4500 1500 890 36,4 0,56

4 ПОАГ (ГЛ) Mn 5000 1600 1000 44,9 0,51

Полиоксиалкилированные диэтиленгликоли

5 ПОАГ (ДЭГ) Mn 700 1500 1000 48,0 0,57

6 ПОАГ (ДЭГ) Mn 2500 1600 1190 54,0 0,50

1088

Механика и машиностроение

По результатам, представленным в таблице, лучшими противоизносными свойствам обладают высокомолекулярные продукты - ПОАГ (ГЛ) Mn 5000 и ПОАГ (ДЭГ) Mn 2500.

Смазочные свойства ПОАГ сравнивали со свойствами эфира пентаэритрита и СЖК C5-C9 (№2) и поли-а-олефинового масла М-9С, как изменение диаметра пятна износа за 24 часа испытания (рис. 1).

Рис. 1. Кинетические кривые изменения противоизносных свойств ПОАГ.

Условия работы на ЧШМ трения: нагрузка 196 Н, продолжительность испытания 24 часа.

Результаты сравнительных испытаний смазочных свойств ПОАГ с синтетическими маслами по ГОСТ 9490-75, представленные в виде кинетических кривых износа показали, что ПОАГ характеризуются высокими противоизносными свойствами и находятся на уровне синтетических масел,

Экспериментальные данные, представленные на рис. 2 показывают, что значения коэффициента

находящихся в пределах заявленного уровня вязкости.

Таким образом, предварительная оценка трибологических характеристик ПОАГ показала, что они имеют эксплуатационные свойства на уровне приведенных масел и представляют интерес с точки зрения практического их использования в качестве основ индустриальных масел.

Лабораторная оценка смазывающей способности ПОАГ в условиях вибронагружения

Методика лабораторной оценки смазывающей способности ПОАГ в условиях вибронагружения предусматривает использование вибротрибометра типа SRV. Вибротрибометр SRV позволяет определить смазывающую способность масел в условиях вибронагружения, оценить величину и стабильность коэффициента трения во времени в условиях граничного трения при колебательном характере движения.

Для оценки антифрикционных свойств ПОАГ определяли значение коэффициента трения f). Испытания проводились на вибротрибометре Optimol SRV при ступенчатом повышении нагрузки (Р). Испытание начинали с небольших нагрузок, фиксируя изменение коэффициента трения. После окончания определения на заданной нагрузке, задавали следующую нагрузку, большую предыдущей на 50-100 Н и продолжали испытание до образования задира. При каждом значении нагрузки испытания продолжались 5 минут. В процессе испытаний проводились замеры коэффициента трения f). По результатам испытаний строилась зависимость изменения коэффициента трения от нагрузки. Представленная зависимость позволила оценить противозадирные свойства ПОАГ в зависимости от молекулярной массы (рис. 2).

трения ПОАГ находятся в диапазоне 0,14-0,16, и с ростом нагрузки от 50 до 200 Н значения коэффи-

Рис. 2. Зависимость коэффициента трения ПОАГ (ГЛ) (а) и ПОАГ (ДЭГ) (б) от нагрузки. Условия работы на вибротрибометре Optimol SRV: температура 50°С, частота колебаний 1 мм - 50 Гц, материал трущейся пары "плоскость-шар" сталь ШХ-15, продолжительность испытания - 360 мин.

1089

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 13, №4(3), 2011

циента трения снижаются. С дальнейшим повышением нагрузки до 300 Н коэффициент трения ПОАГ (ДЭГ) Mn 2500 продолжает снижаться, достигает значения 0,10 и защита от износа увеличивается.

Установлено, что высоковязкие ПОАГ образуют более прочную пленку на поверхностях трения стальных образцов (коэффициент трения ПОАГ (ГЛ) Mn 5000 и ПОАГ (ДЭГ) Mn 2500 составляет 0,12 и 0,10, соответственно).

Таким образом, результаты исследования смазывающей способности ПОАГ в условиях вибронагружения подтверждаются данными, полученными на ЧШМ трения по ГОСТ 9490-75.

Смазывающие свойства стабилизированных полиоксиалкиленгликолей

Представляло интерес исследовать влияние антиокислительных и противоизносных присадок на смазывающие свойства ПОАГ (ГЛ) Mn 5000 и ПОАГ (ДЭГ) Mn 2500 при испытаниях на ЧШМ

трения по изменению диаметра пятна износа (Ди). Совместимость определяли визуально по выпадению осадка или расслоению композиции. В качестве присадок, улучшающих противоизносные свойства, были исследованы: ТКсФ (триксиленил-фосфат) и ДФ-11(дитиофос- фат цинка), антиокислительная присадка ДАТ и противоизносная присадка МКФ-18. Результаты проведенных исследований представлены на рис. 3.

В результате проведенной работы установлено, что ПОАГ хорошо совмещаются с присадками, взятыми для исследования. Из представленных данных видно, что введение противоизносной присадки МКФ-18 (в количествах 1,0% масс. и 0,6% масс.) и антиокислительной присадки ДАТ (1% масс.) не дает положительных результатов по показателю износа.

При введении в ПОАГ фосфорсодержащих присадок ТКсФ и ДФ-11 достигается значительное снижение износа, а также постоянство его во времени после приработки пары трения.

1 0,9 б)

cl я 0,7 -о L—X—

r i —t—

n

n 0,5

Os 1 0,3 H

•• 1

s 0,2 ? П 1

Cl

0 0 ) % 8 А—ПОАГ x—с 0,6% ♦—с 1% Д •—с 0,6% 3 1 ДЭГ) Mn 2 МКФ-18 АТ ДФ-11 21 500 без п| 62 зисадки 0 24 Время, ч

Рис. 3. Кинетические кривые противоизносных свойств стабилизированных ПОАГ (ГЛ) Mn 5000 (а) и ПОАГ (ДЭГ) Mn 2500 (б). Условия работы на ЧШМ трения: нагрузка 196 Н, продолжительность испытания 24 часа.

В процессе эксперимента у ПОАГ (ГЛ) Mn 5000 при введении ТКсФ (1,0% масс.) и ДФ-11 (1,0% масс.) наблюдается снижение диаметра пятна износа в 2,3 и 2,4 раза, соответственно, у ПОАГ (ДЭГ) Mn 2500 при введении ДФ-11 (0,6% масс.) -в 2,3 раза.

Заключение

Полученные результаты могут быть использованы при разработке смазочных композиций на основе ПОАГ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Куликова И.А., Тыщенко В.А., Суровская Г.В. Влияние структуры полиоксиалкилированных многоатомных спиртов на физико-химические и смазочные свойства// Нефтепереработка и нефтехимия. 2009. № 11. С. 17-20.

IMPROVES THE LUBRICATING PROPERTIES OF THE INDIVIDUAL POLYOXYALKILENE GLYCOLS

© 2011 I.A. Kulikova, G.V. Surovskaja, V.A. Tyschenko Public Joint Stock Company "Middle Volga Oil Refining Research Institute", Novokuibyshevsk

1090