Результат интеллектуальной деятельности: РАДИАЦИОННО СТОЙКАЯ ПЛАСТИЧНАЯ СМАЗКА

Изобретение относится к пластичным смазкам на синтетической основе, для работы различных узлов трения механизмов в условиях повышенной радиации в диапазоне температур от минус 40 до 250°С.

Известна радиационно стойкая пластичная смазка (Патент JPH 0535759 B2 (А), МПК: С10М 169/00, C10N 30/00, 1993-05-27), на основе синтетического масла, состоящего из фенилового эфира и алкилдифенилового эфира с алкильным заместителем из 6-20 углеводородных звеньев, загущенного бентонитом в количестве 3-30% масс. Изобретение обеспечивает способность сохранять умеренную консистенцию даже после облучения без существенного развития деградации структуры геля, а также с чрезвычайно низким уровнем ухудшения физико-механических свойств в результате окисления. В качестве недостатка таких смазок можно отметить невысокие противоизносные свойства, низкую водостойкость и химическую стабильность, плохие защитные свойства. Кроме того, следует отметить чрезвычайную токсичность дифенилов.

Известна сверхвысоко радиационно стойкая пластичная смазка (Патент US 4753741 A, МПК: С10М 169/00, C10N 30/00, 1988-06-28), которую получают путем смешивания загустителя на основе бентонита с базовым маслом, состоящим из м-(м-феноксифенокси)дифенила, пентафенилового эфира, моноалкилтрифенилового эфира или моноалкилтетрафенилового эфира (при условии, что алкильная группа содержит 6-20 атомов углерода). К смеси добавляют, при необходимости, желирующее средство, состоящее из алифатического спирта, алифатического кетона и/или алифатического карбонатного эфира. Практически однотипная с предыдущей композиция, которой присущи те же недостатки: невысокие противоизносные свойства, низкая водостойкость и химическая стабильность, плохие защитные свойства, а также высокая токсичность используемых дифенилов.

Известна стойкая к высоким температурам водостойкая, радиационно стойкая с высокой несущей способностью смазочная композиция (Патент CN 105018208 A, МПК: С10М 169/06, C10N 30/06, 2015-11-04), в которой в качестве базового масла используется соединение поли(альфа-алкен)-металлоценовое ПАО (синтетическое базовое масло) и множество добавок, таких как наполнитель, антиоксидант, антикоррозионная присадка, противозадирное и противоизносное присадки, присадка, предотвращающая усталостное выкрашивание металла, связующее, антиокислительный антисептик и др. Смазка отличается высокой термостойкостью, хорошими смазывающими свойствами, высокой несущей способностью, отличными противозадирными свойствами и хорошей водостойкостью, не вытекает, не размягчается и не меняет своих свойств во влажной атмосфере, имеет хорошие характеристики прокачивания, обеспечивает полную смазку всех смазываемых деталей, обладает хорошей адгезией, предотвращает разрушение подшипника при работе, имеет хорошую механическую стабильность, не растворяется и не разрушается под действием механических нагрузок, имеет хорошие защитные свойства и не вызывает коррозии смазываемой детали. К недостатком данной композиции можно отнести отсутствие в ее составе компонентов, повышающих радиационную стойкость смазки, что может привести к ее разжижжению с последующим затвердеванием при длительном радиационном воздействии.

Известна специальная смазочная композиция, предназначенная для подшипников роботов с высокой радиационной стойкостью для работы в условиях высокого вакуума в широком диапазоне температур (Патент CN 107164059 A, МПК: С10М 169/04, C10N 30/06, 2017-09-15) на основе полифенилового эфира, загущенного солью бензолдикарбоксамида, содержащая различные добавки: солюбилизатор, диспергатор, улучшитель текучести, модификатор трения, дезактиватор металла, противоизносную присадку, наполнитель, антиоксидант и ингибитор окисления и коррозии. Смазка обладает отличными характеристиками при высоких и низких температурах, стойкостью к окислению, прокачиваемостью, высокой механической и коллоидной стабильностью, стойкостью к распылению воды и коррозионной стойкостью, а также обладает отличной радиационной стойкостью, стойкостью к истиранию, ударопрочностью, амортизацией и низким уровнем шума. Кроме того, смазка может поддерживать высокую работоспособность механизмов в условиях высокого вакуума. К недостаткам пластичных смазок на основе полифениловых эфиров являются их плохие низкотемпературные свойства из-за высокой температуры застывания самих эфиров.

Известна пластичная смазка (Патент CN 110791357 А, МПК: С10М 169/00, C10N 30/12, 2020-02-14) на основе загущенного перфторполиэфира. Смазка дополнительно содержит противорадиационную присадку в количестве 0,1-3% масс. Смазка отличается высокой радиационной стойкостью и хорошими смазывающими свойствами, однако ее применение ограничено из-за крайне высокой стоимости перфторполиэфиров и отсутствия их отечественного производства.

Известна пластичная смазка (Авторское свидетельство SU 744027 А1, МПК: С10М 7/02, С10М 7/30, 1980-06-30) на основе полиэтилсилоксановой жидкости и модифицированного пирогенного аэросила, в которую с целью повышения противоизносных, противозадирных и адгезионных свойств дополнительно вводят ацетат кальция, ацетат меди, полимер винил-н-бутилового эфира, бензтриазол, касторовое и минеральное масло. Смазка характеризуются высокой вязкостью, повышенной радиационной, химической и механической стабильностью. Может применяться для эксплуатации сложных машин и механизмов промышленного оборудования, в ракетной и ядерной технике. К недостатком данной композиции можно отнести отсутствие в ее составе компонентов, повышающих радиационную стойкость смазки, что может привести к ее разжижжению с последующим затвердеванием при длительном радиационном воздействии.

Известна радиационно стойкая пластичная смазка ВНИИ НП-273 (В.В. Синицын. Пластичные смазки в СССР. - М: Химия, 1984. - 192 с.) на основе синтетического углеводородного масла МАС-35, загущенного бентоном и содержащая антиокислительные и антикоррозионные присадки и наполнитель - дисульфид молибдена. Смазка обеспечивает длительную работу подшипников качения и скольжения, шариковинтовых передач, резьбовых соединений, работающих в условиях повышенной радиации (до 5 МГр). В качестве недостатка можно отметить достаточно узкий температурный диапазон работоспособности смазки - от -20 до 120°С и отсутствие отечественного производства синтетических масел на основе алкилнафталинов.

Известна радиационно стойкая пластичная смазка ВНИИ НП-275 (В.В. Синицын. Пластичные смазки в СССР. - М: Химия, 1984. - 192 с.) на основе перфторалкилполиэфира, загущенного силикагелем. Смазка отличается высокой термостойкостью, хорошими противоизносными свойствами и стойкостью в агрессивных средах. Смазка работоспособна в течение длительного времени при температурах 200-250°С и предназначена для применения в силовых, винтовых и резьбовых передачах в механизмах управления атомных реакторов при температурах до 250°С. Однако ее использование ограничено из-за крайне высокой стоимости перфторполиэфиров и отсутствия их отечественного производства.

Известна пластичная смазка (Патент RU 2160766 С1, МПК: С10М 115/08, C10N 30/06, 2000-03-02), содержащая нефтяное и/или синтетическое масло и 5-25% масс. полимочевинного загустителя, полученного путем взаимодействия октадециламина, анилина и полиизоцианата, в котором массовая доля изоцианатных групп составляет 35-38%. Данная пластичная смазка находит применение в узлах трения машин и механизмов, работающих в условиях повышенной температуры, высоких нагрузок и скоростей и в контакте с агрессивными средами и при радиационном облучении. К недостаткам данного изобретения относятся неудовлетворительные трибологические свойства и отсутствие компонентов, повышающих ее радиационную стойкость.

Известна также смазка на синтетической основе, представленной смесью эфиров пентаэритрита и жирных кислот фракции С₅-С₉ с кремнийорганической жидкостью или с полиальфаолефиновым маслом, в которой в качестве загустителя предлагается использовать полимочевину (5,8-12,0% масс.) - продукт взаимодействия октадециламина, анилина и полиизоцианата, а также дополнительно гидрофобный силикагель (0,1-5,0% масс.) (Патент RU №2535210 С1, МПК: С10М 169/02, С10М 119/24, C10N 30/06, 2013-10-17). Смазка характеризуется улучшенными трибологическими и диэлектрическими свойствами, однако отсутствие в ее составе компонентов, повышающих радиационную стойкость, ограничивает ее использование при радиационном воздействии.

Наиболее близкой к заявляемой является универсальная пластичная смазка на синтетической основе, содержащая дисперсионную среду и загуститель, при этом в качестве дисперсионной среды смазка содержит кремнийорганическую олигометилэтилсилоксановую жидкость и ди-2-этилгексиловый эфир себациновой кислоты в соотношении от 50:50 до 60:40 в присутствии загустителя, содержащего димочевину, представляющую собой продукт взаимодействия анилина, додециламина и 2,4-модифицированный аэросил и церезин 75 при следующем содержании компонентов, % масс: мочевина 10,0-21,0; аэросил 3,0-7,0; церезин 3,0-5,0.

Наличие в составе смазки ди-2-этилгексилового эфира себациновой кислоты, который под воздействием жесткого ионизирующего излучения будет распадаться на соответствующие кислоту и спирт, вызывающие коррозию узла трения и его разрушение, может привести к потере пластичности смазки, и соответственно к поломке механизма, в котором она использована.

Задачей предлагаемого изобретения является подбор оптимального компонентного состава пластичной смазки, позволяющего повысить структурно-механические характеристики смазки, улучшить ее коллоидную стабильность и смазывающие свойства, а также расширить температурный интервал работоспособности смазки от минус 40 до 250°С и повысить ее радиационную стойкость и термостабильность.

Для этого предложена радиационно стойкая пластичная смазка на синтетической основе, в качестве которой использована кремнийорганическая жидкость в сочетании с загустителем в виде полимочевины, отличающаяся тем, что в качестве кремнийорганической жидкости использована олигометилфенилсилоксановая жидкость, в присутствии загустителя, который содержит димочевину, представляющую собой продукт взаимодействия анилина, додециламина и 2,4-толуилендиизоцианата, гидрофобный модифицированный аэросил и церезин 75. Новая смазка отличается тем, что в качестве дисперсионной среды смазка содержит кремнийорганическую жидкость в виде полиметилфенилсилоксановой жидкости при следующем количественном соотношении компонентов в составе смазки, мас. %:

Олигометилфенилсилоксановая жидкость, представляющая собой ω,ω'-диметилтетрафенилолигометилфенилсилоксан, отличается повышенной термической и термоокислительной стабильностью, а также высокой радиационной стойкостью и низкой испаряемостью при высоких температурах.

В качестве загустителя смазка содержит комплекс веществ, а именно, димочевину, представляющую собой продукт взаимодействия анилина, додециламина и 2,4-толуилендиизоцианата, а также дополнительно гидрофобный модифицированный аэросил и церезин 75.

Полимочевинные загустители обладают хорошей антиокислительной и механической стабильностью, устойчивостью к воде, к химически агрессивным средам, сохраняют смазывающие свойства при длительной работе в широком температурном интервале. Радиационно стойкие смазки с высокими эксплуатационными характеристиками получают на основе ароматических димочевин, в которых присутствуют как ароматические, так и алифатические радикалы. Поэтому в качестве исходных компонентов димочевинного загустителя выбраны анилин, додециламин и 2,4-толуилендиизоцианат.

Однако загущение олигоорганосилоксанов полимочевинами затруднено, поэтому для получения пластичных смазок в качестве дисперсной фазы дополнительно использованы гидрофобный модифицированный диметилдихлорсиланом аэросил и церезин с температурой плавления 75°С. Смазки на неорганических загустителях обладают хорошими высокотемпературными свойствами и высокой химической и термической стабильностью, а при радиационном воздействии практически не претерпевают изменений. Введение с состав смазки церезина, позволяет повысить химическую, коллоидную стабильность и влагоустойчивость.

Состав смазки включает следующие компоненты, % масс:

Дисперсионная среда,

Для получения смазки используют:

Олигометилфенилсилоксановая жидкость (опытная);

Анилин по ГОСТ 5819-78;

Додециламин CAS №124-22-1;

2,4-толуилендиизоцианат по ГОСТ 32535-2013

Аэросил марки AM-1-300 по ТУ 6-18-185-79;

Церезин 75 по ГОСТ 2488-79.

Предлагаемую пластичную смазку получают следующим способом.

1) В емкостной реактор с мешалкой к 1/3 от общего количества дисперсионной среды добавляют расчетное количество 2,4-толуилендиизоцианата, нагревают до 75°С и перемешивают в течение 15-20 мин.

2) К оставшимся 2/3 частям дисперсионной среды добавляют аэросил и перемешивают до получения однородной массы. Далее при перемешивании вводят додециламин, анилин и церезин, последовательно растворяя каждый компонент в композиции при нагревании.

3) Полученную реакционную массу, нагретую до 90°С, совмещают с композицией, содержащей 2,4-толуилендиизоцианат.

4) После этого смазку охлаждают и пропускают через металлическую сетку с размером стороны ячейки 0,2-0,4 мм.

По приведенной технологии были приготовлены 8 образцов пластичной смазки различного состава, где в качестве дисперсионной среды использована олигометилфенилсилоксановая жидкость (табл. 1. «Составы приготовленных образцов пластичной смазки и их свойства»).

На основании анализа зависимости свойств пластичных смазок от содержания загустителей был выбран компонентный состав, оптимально сбалансированный по количественным характеристикам (табл. 2. «Компонентный состав заявленной пластичной смазки»).

Физико-химические свойства полученного образца смазки с данным составом до и после воздействия ионизирующего облучения представлены в таблице 3 («Физико-химические свойства образца заявленной пластичной смазки до и после воздействия ионизирующего облучения»).

Полученные результаты позволяют судить о высокой радиационной стойкости пластичной смазки, т.к. ее физико-химические показатели мало изменились после воздействия ионизирующего облачения (поглощенная доза 0,5 МГр).

Смазка отличается достаточно высоким показателем предела прочности при сдвиге, что характеризует ее способность удерживаться на поверхностях. Значение эффективной вязкости при минус 40°С и температура каплепадения указывают на широкий температурный диапазон применения данной пластичной смазки, который может варьироваться от минус 40 до 250°С, так как за минимальную температуру применения принимают температуру, при которой вязкость смазки составляет 2000 Па⋅с. При выбранном соотношении загустителей пластичная смазка обладает хорошими смазывающими свойствами и хорошей коллоидной стабильностью. Заявленный образец пластичной смазки по значению пенетрации относится к 3 классу NLGI, что позволяет применять ее в средне- и тяжелонагруженных узлах трения.

Полученные данные подтверждают, что предлагаемая пластичная смазка имеет оптимальный состав, характеристики которого не уступают, а по ряду показателей превосходят пластичные смазки данного типа, при этом увеличивается ее радиационная стойкость и расширяется температурный интервал применения от минус 40 до 250°С. Благодаря выбранным соотношениям компонентов достигнут технический результат - повышение радиационной стойкости смазки, а также расширение температурного интервала ее работоспособности от минус 40 до 250°С.