CC BY
33
AZЭRBAYCAN KiMYA ШтАЫ № 2 2015 89
УДК 547.621.892
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА КОМПОНЕНТОВ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ СМАЗОК С ВОВЛЕЧЕНИЕМ НАНОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ НА ИХ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА
С.А.Мамедов,
Ф.А. Фатализаде,
Т.Х.Акчурина, К.Т.Аскерова, Э.Ю.Алиев
Институт химии присадок им. А.Кулиева НАН Азербайджана
[email protected] Поступила в редакцию 07.11.2014
Исследовано влияние окисленного хлопкового масла (ОХМ), являющегося одновременно дисперсной фазой и липофильным соединением в качестве дисперсионной среды, на свойства уплотнительной пластичной смазки. Установлено, что влияние этой дисперсной фазы на качество пластичной смазки зависит от композиционного состава смазки. Оптимальное количество ОХМ составило 15-18%. При этой концентрации ОХМ наблюдается явление синергизма компонентов, в результате чего смазка имеет высокие значения температуры каплепадения -200-2100С и термостабильности - 230-2600С. Показано, что повышение температуры изготовления смазки от 160 до 2200С и увеличение длительности термообработки от 30 до 60 мин улучшает термоокислительные свойства смазки.
Ключевые слова: окисленное хлопковое масло, уплотнительные и резьбовые смазки, нано-размерные частицы металлов, температура каплепадения, трибологические свойства.
Создание новых более эффективных универсальных пластичных смазок, применяемых для уплотнения нефтяных и газовых арматур, компрессоров, работающих при высоких давлениях, а также космических и летательных аппаратов и, наконец, для наземных транспортных механизмов до сих пор остается весьма актуальной задачей.
Ранее в работах многих авторов исследовано влияние различных дисперсионных сред, дисперсных фаз и наполнителей на свойства пластичных смазок. При использовании фторопласта в качестве наполнителя и высоковязкого масла в качестве дисперсионной среды увеличивается температура каплепадения (Тк) смазки [1], а в случае применения в качестве наполнителя производных карбамидной смолы не только увеличивается Тк смазок, но и появляется одновременно способность к работе при высоких и низких температурах и низких давлениях, в вакууме, что допускает их использование для уплотнения космических аппаратов [2, 3]. Исследование [4] показало, что обычные уплот-нительные смазки для компрессоров, перекачивающих углеводородные газы, приготовленные на основе нефтяных масел, не при-
годны для работы в жестких условиях из-за растворимости в них газов. Для уменьшения растворимости в нефтях и газах их готовят на основе растительных масел и солей органических кислот [5]. Содержание растительных масел в составе уплотнительных смазок улучшает не только полужидкокристаллические структуры, но и реологические свойства смазок. Кроме того, исследование полученных смазок на основе растительного масла, алкил-сульфоната кальция и антиокислителя - ионо-ла - для арматуры газовых магистралей газораспределительных и компрессорных станций показало их плохую растворимость в нефти, нефтепродуктах и углеводородных газах.
Исследования показали, что содержание в составе смазок наночастиц или наномоди-фицированных соединений резко усиливает их антиокислительные и трибологические свойства. Это подтверждено при изучении влияния квазикристаллических порошков меди, свинца, олова, цинка, алюминия, молибдена и их композиций на антиокислительные и смазывающие свойства комплексной литиевой смазки на нефтяном масле [6]. Высокодисперсный квазикристаллический порошок Л1-Си-Ре с дисперсно-
стью частиц не более 1 мкм при 4-6%-ной концентрации усиливает антиокислительные и трибологические свойства смазок [7]. Разработана технология получения наномоди-фицированного фтороорганическими ТАВ дисульфида молибдена. Наномодифициро-ванный МоS2 усиливает антикоррозионные, антифрикционные и противоизносные свойства смазок [8]. Исследован механизм формирования вторичных поверхностных структур на наноуровне в процессе фрикционного контакта твердых тел, разделенных в смазочной среде, содержащей наноразмерные керамические материалы. Приведены результаты исследования диаграммы состояния системы NiO-P2O5-MoO3 [9].
Методика эксперимента
Целью настоящего исследования являлось создание нового типа эффективных пластичных смазок на основе растительных масел с вовлечением наночастиц металлов и их оксидов. При получении пластичных смазок были использованы: в качестве дисперсионной среды минеральное и окисленное хлопковое (ОХМ) масла, в качестве дисперсной фазы - канифоль и Li-соли липофиль-ных кислот ОХМ, в качестве наночастиц -медь, титан и их оксиды. Выбор в качестве дисперсионной среды ОХМ обусловлен нерастворимостью в нефти и газах смазок, приготовленных на основе растительных масел.
Предыдущие наши исследования [10] показали, что при использовании композиции, содержащей индустриальное масло И-40А, 12% касторового масла, 15-16% соапстока, 3-4% гидроксида кальция и 5-6% гидроксида лития, с увеличением количества ОХМ увеличивается температура каплепадения смазки, определяемая стандартным методом по ГОСТ 6793-74. Концентрация хлопкового масла в этой композиции - 25-30%. При этом температура каплепадения смазки не превышает 165-1700С.
Однако дальнейшие исследования с изменением состава смазки показали, что при использовании ОХМ в сочетании с ал-кидной краской (содержащей до 20% оксида титана), канифолью, наночастицами ме-
таллов и их оксидами Li, Al) увели-
чивается температура каплепадения, улучшаются пластичность и другие свойства уплотнительной смазки [11]. Однако в этом случае с увеличением количества ОХМ температура каплепадения смазки уменьшается (рис.1).
Количество окисленного хлопкового масла. %
Рис. 1. Влияние количества окисленного хлопкового масла на температуру кап-лепадения смазки, содержащей наноча-стицы металлов.
При 26%-ной концентрации ОХМ температура каплепадения доходит до 1800С, что тем не менее выше, чем в композициях без наноразмерных частиц металлов. По-видимому, в разработанной композиции наблюдается синергизм между ОХМ и наночасти-цами, вследствие чего температура капле-падения смазки доходит 198-2100С. В результате получены эффективные смазки, которые могут быть использованы в качестве как уплотнительных, так резьбовых и вакуумных.
В таблице приведены показатели качеств уплотнительно-резьбовой смазки, содержащей наночастицы меди и титана, в сравнении с промышленной резьбовой смазкой R-416 (Ы-Zn-смазка с антифрикционными добавками состава: масло индустриальное, литиевая комплексная металлическая смазка "ЛКС-М", графит, мелкодисперсная медная пудра) [12].
С.А.МАМЕДОВ и др. 91
Качественные показатели разработанной уплотнительно-резьбовой смазки
Смазка Свойства смазки Трибологические свойства
температура капле-падения, 0С содержание свободной щелочи, мг КОН/Г пенетра-ция при 250С коллоидная стабильность, % нагрузка критич., Рк, H нагрузка сваривания, Pc, Н индекс задира, Из
Смазка, содержащая наночастицы меди и титана 199 0.4 220 4.5 1750 3680 70
R-416 > 130 - 130-180 < 8 1260 3780 -
Как следует из данных таблицы, полученная смазка по температуре каплепадения, коллоидной стабильности и трибологическим свойствам превосходит смазку R-416, что дает возможность применения разработанной смазки в движущихся частях машин и механизмов. Однако для узлов трения и износа современных машин и механизмов требуется высокая термоокислительная стабильность пластичных смазок. Но так как при воздействии повышенных температур и кислорода воздуха процессы окисления, испарения, термической и термоокислительной деструкции ухудшают эксплуатационные свойства смазок и резко сокращают срок их службы, исследование термоокислительной стабильности смазок, предусматривающее определение окис-ляемости и потери массы, связанной с термическими превращениями, является важной задачей как в теоретическом, так и практическом аспектах.
Термоокислительная стабильность разработанной смазки была изучена методами дифференциально-термического анализа (ДТА) и термогравиметрии (ТГ).
Для сравнения были изучены также товарные литиевые смазки Литол-24 (состав: смесь остаточных и дистиллятных масел западно-сибирских нефтей, 12-оксистеарат лития, 0.3% дифениламина) и ЦИАТИМ-201 (состав: приборное масло МВП, стеарат лития, 0.3% дифениламина) [12].
Исследования проведены на деривато-графе типа STA 600 системы Perkin Elmer (Германия) в динамическом режиме нагрева в интервале температур 200-10000С со скоростью нагрева 50С/мин. Эталоном служил прокаленный оксид алюминия.
Начальный участок потери массы образца смазки (до 10%) принято относить к процессу его испарения (рис. 2, кривая ТГ).
Рис. 2. Кривые термического анализа уплотнительно-резьбовой смазки.
Термоокислительная стабильность оценивалась по температуре начала экзотермических эффектов окисления образцов, фиксируемых кривыми ДТА, а также по интенсивности этих эффектов.
Как показали результаты термоаналитических исследований, термостабильность исследованных смазок, приготовленных на ОХМ, превышает температуру 2000С и в зависимости от количественного содержания масла и условий получения лежит в диапазоне температур 230-2600С.
Из кривых (рис. 2) видно, что температура, соответствующая 10% потери массы опытного образца смазки, составила 2600С. Пологая форма кривой ТГ этой смазки характеризует умеренную скорость начала термохимических превращений компонентов, содержащихся в составе смазки.
Начало незначительного по интенсивности экзотермического эффекта окисления масла (кривая ДТА) фиксируется при температуре 2800С. Несколько более интенсивный экзотермический эффект термоокислительной деструкции масла фиксируется при температуре 3800С.
Проведенные исследования показали, что разработанная смазка термически более стабильна и устойчива к окислению, чем товарные литиевые смазки Литол-24 и ЦИАТИМ-201. Так, температура начала экзотермических эффектов окисления последних составила 203 и 1950С, а параметр Гю% - 184 и 158 0 С соответственно. Смазки Литол-24 и ЦИАТИМ-201 теряют массу при более низких температурах, что можно объяснить более легким фракционным составом и, вероятно, более глубокой термоокислительной деструкцией их дисперсионных сред. Дисперсионная среда смазки ЦИАТИМ-201, т.е. приборное масло МВП, неустойчиво к окислению и обладает высокой испаряемостью.
Выводы
В результате проведенных исследований установлено:
1) использование в качестве дисперсионной среды ОХМ при получении пластичной смазки приводит к значительному повышению температуры каплепадения смазки;
2) термоаналитические исследования разработанной пластичной смазки с вовлечением наноразмерных частиц металлов и их оксидов показали, что указанные смазки обладают достаточно высокой термоокислительной устойчивостью -около 2800С; их термостабильность в зависимости от состава и условий получения лежит в диапазоне температур 230-2600С.
3) термоаналитические параметры разработанных смазок соответствуют современным требованиям, предъявляемым к смазкам.
Список литературы
1. Пат. 2217482 РФ. Порошковая добавка для уплотнительных смазок резьбовых соединений и уплотнительная смазка (варианты) /Лебедев Н.А., Хлебников В.М., Нугтанов О.К., Шагеев А.Ф., Гаснутдинов А.Г. 2003.
2. Пат. 6605574 США. Смазки для уплотнения автомобильных подшипников / Nikani Hide-nobu, Капатига Т., КочетовоТакетига Kunio.
2003.
3. Пат. 63516 Украина. Уплотнительная смазка для нарезных соединений обсадных труб / Билец-кий Я.С., Билецкий М.С. 2004.
4. Пат. 4378297 США. Смазывающие герметики / Shime Kyunq S. 1983.
5. Пат. 39797 Украина. Уплотнительная смазка / Губаров Щ.С., Любинин И.А., Клюк Б.О., Крас-нокутская М.Ю., Мнищенко Г.Г. и др. 2001.
6. Железный Л.В., Любинин И.А., Бутовец В.В., Губарев Р.А. Влияние порошков металлов на кинетику окисления и трибологические характеристики резьбовых смазок на комплексном литиевом загустителе // Мир нефтепродуктов.
2004. № 4. С. 20-22
7. Пат. 2414504 РФ. Пластичная смазка / Цётлин М.Б., Михеева М.Н., Абузин Ю.А., Черняк Е.А., Ромашин С.Ф. 2011.
8. Гайдар С.М. Консистентные смазки с наномо-дифицированным МоS2 // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2010. № 4. С. 27-29.
9. Колесников В.И., Ермаков С.Ф., Даниэль Ф., Савенкова М.А., Мясникова Н.А., Луниева Е.И. Синтез и исследование триботехнических характеристик новой наноразмерной керамической присадки фосформолибдата никеля к пластичным смазкам // Трение и износ. 2010. Т. 31. № 6. С. 560-568.
10. Фарзалиев В.М., Мамедов С.А., Фатализаде Ф.А., Гусейнов И.Ш., Ладохина Н.П. Влияние структуры базовых компонентов на свойства пластичных смазок //Азерб. хим. журн. 2013. № 2. С. 26-30.
11. Pat. i 20130011. Kipla§dirici surtkunun alinma usulu / Mammadov S.O., Fatalizada F.A., Farza-liyev M.F., Ladoxina N.P., ismailova N.C., ismailova i.R., Mexdiev Y.i. 2013.
12. Синицын В.В. Пластичные смазки в СССР. М.: Химия, 1984. 189 с.
C.A.MAMEflOB h gp.
93
NANOMETAL HÍSSOCÍKLÍ KÍPLO§DÍRÍCÍ SÜRTKÜLORÍN KOMPONENT TORKÍBÍNÍN
onlarin termooksídlo§mo xassoloríno tosírí
S.O.Mammadov, F.A.Fat3lizad3, T.X.Akfurina, KT.Osgarova, E.Y.Oliyev
Dispers faza va lipofil üzvi birla§ma rolunu oynayan oksidla§mi§ pambiq yagi (OPY) miqdannin kipla§dirici-yaglayici sürtkülarin xassasina tasiri 6yranilmi§dir. Müayyan edilmi§dir ki, bu dispers fazanrn tasiri sürtkünü ta§kil edan kompozisiyanin tarkibindan asilidir. OPY optimal miqdan 15—18%-dir. Bu qatiliqda komponentlarin sinerqizm mü§ahida olunur va sürtkünün DDT-ru 200-2100C olmaqla yana§i termiki-stabilliyi yüksalarak 230-2600C olur. Tadqiqatlar gostarir ki, sürtkünün hazirlanma temperatura artdiqca - (160oC-dan 2200C-a) va vaxt uzandiqca (30 daqiqadan 60 daqiqaya qadar) onun termiki stabilliyi da yüksalir.
Agar sozlar: oksidb§mi§ pambiq yagi, kiph§dirici v3 yiv qoruyucu sürtkühr, nanoólgülü metal hissscikhri, damcidü§-m3 temperaturu, triboloji xassalar.
THE INFLUENCE OF COMPOSITION OF THE COMPONENTS OF HERMETIC GREASES WITH INVOLVEMENT OF NANOMETAL PARTICLES ON THEIR THERMAL-OXIDATIVE PROPERTIES
S.A.Mamedov, F.A.Fatalizade, T.H.Akchurina, K.T.Asgarova, E.Y.Aliyev
The influence of oxidized cotton seed oil (OCO) being simultaneously dispersed phase and the lipophilic compound as a dispersion medium on the properties of sealing plastic grease is investigated. It is established that influence of this dispersive environment on quality of plastic greasing depends on composite composition of lubrication. The optimal amount of OCO is 15-18%. At this concentration of OCO synergistic effect is observed. As a result, the grease has high dropping temperature - 200-2100C, and good thermostability - 230-2600C. It has been shown that the temperature increase from manufacturing grease (160 to 2200C) and increasing the duration of heat treatment (30 to 60 min.) allow to improve the thermal-oxidative properties of the grease.
Keywords: oxidized cotton seed oil, packing and threaded grease, metal nanoparticles, the dropping temperature, trib o-logical properties.
