Антифрикционная, противоизносная присадка к смазочным материалам
Использование: в области производства присадок для улучшения трибологических свойств смазочных материалов при эксплуатации транспортных средств и двигателей внутреннего сгорания. Сущность: присадка содержит, мас.%: 0,3-1,7 хлорсодержащего соединения, имеющего вязкость 400-700 мПас, при содержании хлора 42-47 мас.%, 3-7 малорастворимой соли (С10-С14)полиалкилбензол- или/и (С10-С14)полиалкилтолуолсульфокислоты, где металлом является медь (Cu) или олово (Sn), и остальное - (С10-С14)полиалкилбензолы или/и (С10-С14)полиалкилтолуолы. Технический результат - снижение мощности механических потерь в двигателе на величину от 0,1 до 0,25 кВт, уменьшение удельного расхода топлива до 4,5%, повышение компрессии в цилиндрах изношенного двигателя в среднем на 5%. 7 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к нефтехимии, в частности к области производства присадок по улучшению трибологических свойств смазочных материалов при эксплуатации транспортных средств и двигателей внутреннего сгорания.
Эффективность трибологических свойств смазочных материалов решается использованием присадок, одновременно обеспечивающих противоизносное, антифрикционное, противокоррозионное и др. воздействия на поверхности трения. Известно, что улучшение трибологических свойств смазочных материалов достигается использованием в них металлоплакирующих добавок, предпочтительно в виде стабилизированных поверхностно-активными веществами органозолей или солей различных высокомолекулярных кислот, при этом названные добавки образованы с использованием в их композициях преимущественно таких металлов, как медь (Cu), цинк (Zn), олово (Sn) и др. пластичные металлы. Композиция присадки (пат. RU 2055860, С 10 М 133/04, опубл. 10.03.96 г.) содержит добавку в виде дисперсного коллоидного металла (например, медь, олово или их смеси), полимеризат алкиленамина, масло минеральное. Использование данной присадки в смазочном материале (в моторном масле) обеспечит хемосорбцию аминной составляющей на поверхности трения и подвод к ней дисперсионных частиц металла. В результате трибохимического обмена их с атомами металла поверхностей трения происходит образование в контактных зонах поверхностей трения сервовитной пленки из пластичного металла. Эффективность действия присадки в смазочном материале обеспечена за счет наличия в ней металла, например меди, дисперсность частиц которой меньше 1 мкм. Однако использование высокодиспергированных частиц металла усложняет технологический процесс их получения и, следовательно, процесс приготовления присадки в целом. Известная присадка вследствие значительной концентрации в ней диспергированных частиц металла имеет низкую коагуляционную устойчивость, затрудняется возможность использования ее в качестве готового торгового продукта, что снижает коммерческую значимость присадки. Эти обстоятельства, в частности, подтверждаются и приведенными в описании изобретения данными по оценке указанного выше параметра, согласно которым необходимый по технологическим требованиям эффект коагуляционной устойчивости обеспечивается при низкой концентрации диспегированных частиц металла в объеме основного масла. Более предпочтительными по коммерческой значимости являются присадки, которые содержат маслорастворимые соли высокомолекулярных кислот. Маслорастворимые соли высокомолекулярных кислот наряду с другими компонентами, входящими в композиции присадок, обеспечивают улучшение трибологических характеристик штатных масел (см. пат. RU 2029778, С 10 М 141/10, опубл. 27.02.95). В данном техническом решении предлагается смазочное масло для двигателей внутреннего сгорания, которое содержит пакет присадок в виде диспергирующей, противоизносно-антиокислительной в виде соли диалкилдитиофосфорной кислоты в растворе масла, где металлом является кальций, магний, цинк, олово, кобальт, медь или др., предпочтительно детергентной в виде соли щелочноземельного металла алкилбензосульфокислоты в растворе масла. Однако для приготовления каждой присадки из перечисленного их пакета, необходимых для смазочного масла по данному изобретению, требуется значительный расход реакционных компонентов в каждом масляном концентрате соответствующей присадки, что коммерчески нецелесообразно. В изобретении (пат. SU 1630615, С 10 М 137/10, опубл. 23.02.91) защищается смазочный концентрат, содержащий минеральное масло, диалкилдитиофосфат цинка, беззольный диспергатор и/или диспергатор, улучшающий индекс вязкости. Концентрат дополнительно содержит маслорастворимое соединение меди, выбранное, например, из группы: нафтенат меди, олеат меди, соли меди алкиларилсульфокислот и др. Наличие в концентрате маслорастворимого соединения меди, выбранного из указанной группы соединений, предполагает повышение антиокислительной стабильности основного смазочного материала, а следовательно, и улучшение антифрикционных свойств этих материалов (в частности, моторного масла) за счет модифицирующего воздействия ионов металла, входящего в состав маслорастворимого соединения меди, на контактные поверхности узлов трения. Однако эффективность противоокислительной стойкости при использовании этой присадки в моторном масле, а следовательно, и трибологические показатели по износостойкости и антифрикционному воздействию, обеспечены как за счет наличия в ее композиции маслорастворимого соединения меди, так и диалкилдитиофосфата цинка при значительном расходе последнего, что повышает коммерческую значимость присадки как готового продукта. Техническое решение по пат. SU 1630615 в части, касающейся композиции присадки, содержащей базовую основу и маслорастворимое соединение соли алкиларилсульфокислоты, выбрано в качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения. При создании заявляемого изобретения положена задача повышения трибологических свойств по противоизносному и антифрикционному эффектам присадки на основе маслорастворимых солей высокомолекулярных кислот. Задача изобретения состояла также в подборе и выборе для присадки реакционных компонентов, эффективность противоизносного и антифрикционного воздействия которых на поверхности трения обеспечивалась бы при минимизированном их составе и расходе и с учетом использования присадки как в минеральных, так и в синтетических основных смазочных материалах. Для решения поставленной технической задачи предложена антифрикционная противоизносная присадка к смазочным материалам, содержащая маслорастворимую соль алкиларилсульфокислоты и базовую основу. Присадка согласно изобретению дополнительно содержит хлорсодержащее соединение, имеющее вязкость 400-700 (мПа



Полученный концентрат присадки с целью последующей оценки его эффективности по противоизносному и антифрикционному воздействию на поверхности трения разбавлялся стандартизированными по классификации SAE маслами, соответственно моторное масло SAE 5W-30 (полусинтетическое) и SAE 10W-40 (минеральное); трансмиссионное масло SAE 85W-90. Для подтверждения эффективности оценочных результатов по заявляемой присадке были приготовлены масляные концентраты присадок по примерам 2 и 3. Пример 2. Хлорсодержащее соединение
(вязкость 500 мПа

Масло минеральное SAE 10W-40 - Остальное
Масляный концентрат по примеру 2 составлен с учетом оптимальности расхода хлорсодержащего соединения, обеспечивающего эффективность противоизносных свойств, что следует из известного технического решения по патенту 2177027. Пример 3. Медная маслорастворимая соль (C10-C14)полиалкилбензолсульфокислоты - 2,0
Масло минеральное SAE 10W-40 - Остальное
Масляный концентрат по примеру 3 составлен с учетом оптимальности расхода медной маслорастворимой соли алкиларилсульфокислоты, обеспечивающей эффективность антифрикционных свойств, что следует из известного технического решения по патенту 1630615. Полученные масляные концентраты по примерам 2 и 3 с целью последующей оценки эффективности их противоизносных и антифрикционных свойств на поверхности трения разбавляли основным маслом, в частности SAE 10W-40. Полученные смазочные материалы, соответственно примеры 1.1, 2.1 и 3.1, на основе присадок по примерам 1-3 и масла SAE 10W-40 имеют концентрацию присадки в масле 5%. Смазочный материал, пример 1.4, на основе присадки по примеру 1 и масла SAE 5W-30 имеет концентрацию присадки в масле 5%. Смазочный материал, пример 1.5, на основе присадки по примеру 1 и масла SAE 85W-90 (трансмиссионное масло) имеет концентрацию присадки в масле 8%. Оценка антифрикционных и противоизносных свойств смазочных материалов по примерам 1.1, 1.4-1.5 (масло+присадка, пример 1) и по примерам 2.1 и 3.1 (масло+присадка, примеры 2, 3) осуществлялась по традиционной методике с использованием машины трения ИИ-5018 в режиме диск (d40, сталь 38ХН3МА) по диску (контртело) (d40, сталь 38ХН3МА) без проскальзывания методом сравнения результатов. Частота вращения диска 2000 мин-1, нагрузка на контртело 350Н, при этом коэффициент трения определялся непосредственно во время испытаний по моменту сопротивления. Для определения противоизносных свойств испытываемых смазочных материалов использовали указанную машину трения с учетом взвешивания испытываемых образцов (диск, контртело) на аналитических весах (точность 0,35 мг). Результаты испытаний сведены в таблицу. Таким образом, из приведенных результатов следует, что смазочные материалы (примеры 1.1, 1.2, 1.3), в составе которых использована присадка по примеру 1 (заявляемое изобретение) с хлорсодержащим компонентом и смесью маслорастворимых медных солей имеют более эффективные показатели по антифрикционным и противоизносным свойствам. Аналогичные результаты по противоизносным и антифрикционным свойств смазочных материалов получены и при испытаниях последних, имеющих указанный по примеру 1 концентрат присадки, в котором использована маслорастворимая соль (С10-С14)полиалкилбензолсульфокислоты, в которой металл - олово (Sn). Для подтверждения эффективности использования в заявляемой присадке антиоксидантов были проведены испытания смазочного материала: масло SAE 10W-40 + присадка, пример 1, дополнительно содержащая 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (торговая марка Агидол) в количестве 2 мас.%. Результаты испытаний на всех циклах замеров показали эффективность использования в смазочном материале добавки, содержащей указанный антиоксидант. При испытаниях установлено, что при увеличении цикличности испытаний улучшаются противоизносные свойства в среднем на 1-2%. Аналогичные результаты были получены и при использовании в смазочном материале присадки по изобретению (в частности, по примеру 1), дополнительно содержащей антиоксидант аминного типа в количестве 1,5 мас.%. При испытаниях в качестве антиоксиданта аминного типа использовали алкилированный дифениламин. В результате испытаний также установлено, что заданная по изобретению концентрация антиоксидантов в присадке оптимальна. При уменьшении (менее 1,5 мас.%) концентрации антиоксидантов противоизносные свойства заявляемой присадки (при увеличении цикличности испытаний) практически соответствуют результатам, указанным в таблице; увеличение концентрации антиоксидантов (более 2 мас.%) не оказывает существенного влияния на указанные выше результаты испытаний смазочных материалов: базовая основа+заявляемая присадка с антиокидантом. При испытаниях смазочного материала: масло SAE 10W-40 + присадка (пример 1), дополнительно содержащая 2 мас.% смеси антиоксидантов аминного и фенольного типов, соответственно алкилированный дифениламин и 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (при соотношении их 1:1), установлено, что при увеличении цикличности испытаний в среднем на 15% противоизносные свойства испытываемого материала улучшаются на 2-2,5%. Приведенные данные свидетельствует об эффективности противоизносных свойств используемого смазочного материала с заявляемой присадкой и, следовательно, о стабильности действия основных ее реакционных компонентов при изменяющемся температурном режиме работы узлов трения и нагрузок на них. Приведенные результаты испытаний также свидетельствуют об эффективности действия присадки по заявляемому изобретению на контактные поверхности трения вне зависимости от используемых в узлах трения смазочных материалов (минеральных, п/синтетических или синтетических). Приготовленные в соответствии с примерами 1-3 присадки оценивались также по их температуре застывания. Температура застывания присадки по примеру 1 ниже минус 50oС. Температуры застывания присадок по примерам 2 и 3 не ниже минус 32oС. Для подтверждения полученных результатов стендовых испытаний на машине трения смазочных материалов с присадкой по примеру 1 (заявляемая) были проведены стендовые моторные испытания с использованием для этой цели двигателей внутреннего сгорания ВАЗ-2111. Испытания осуществлялись с использованием ГОСТ "Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний". При проведении стендовых моторных испытаний использовалась штатная норма смазочного материала, содержащего моторное масло SAE 15W-40 + 5 мас.% присадки по примеру 1, а также штатная норма смазочного материала SAE 15W-40. В результате моторных испытаний двигателей внутреннего сгорания установлено, что использование в штатной норме смазочного материала (масло моторное) присадки по изобретению позволяет
снизить мощность механических потерь в двигателе на величину от 0,1 до 0,25 кВт преимущественно на низких и средних частотах (1000 - 3500 мин-1) вращения вала;
уменьшить удельный эффективный расход топлива на величину до 4,5% на отдельных режимах работы двигателей и преимущественно в режиме оптимальных частот (3500 мин-1) вращения вала;
повысить компрессию в цилиндрах изношенного двигателя в среднем на 5%. Таким образом, полученные при стендовых моторных испытаниях результаты также подтверждают эффективность действия заявляемой присадки на улучшение трибологических свойств смазочных материалов, содержащих эту присадку. Полученные результаты по повышению компрессии в цилиндрах изношенного двигателя подтверждают, что использование в узлах трения смазочного материала с технологической добавкой, содержащей соединения меди и хлора, обеспечивает восстановительный эффект металлов в зонах трения. Присадка по изобретению промышленно применима и может быть использована в различных смазочных материалах, преимущественно в моторном масле для двигателей внутреннего сгорания, в трансмиссионном и редукторном, предпочтительно автотракторных.
Формула изобретения

РИСУНКИ
Рисунок 1