Влияние наноструктурных антифрикционных добавок на физико-химические и эксплуатационные свойства товарных пластичных смазок тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.13 ВАК РФ

На правах рукописи

Цыганок Станислав Витальевич

ВЛИЯНИЕ ИАНОСТРУКТУРНЫХ АНТИФРИКЦИОННЫХ ДОБАВОК НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТОВАРНЫХ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК

02.00.13 - Нефтехимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

21 НОЯ 2013

Москва-2013

005538786

Работа выполнена на кафедре Технологии нефтехимического синтеза и искусственного жидкого топлива федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Лихтерова Наталья Михайловна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, Институт нефтехимического синтеза им. A.B. Топчиева РАН Паренаго Олег Павлович

кандидат технических наук, Руководитель отделения специальных работ и технологий, ОАО «ВНИИНП» Платонова Раиса Григорьевна

Ведущая организация:

ОАО «Электрогорский институт нефтепереработки»

Защита состоится « 10 » декабря 2013 года в 16:00 в аудитории М-119 на заседании диссертационного совета Д 212.120.02 при Московском государственном университете тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова по адресу: 119571, г. Москва, пр-т Вернадского, д. 86

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова по адресу: 119571, г. Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Автореферат разослан ноября 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

Е.А. Анохина

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Надежная эксплуатация современных машин и механизмов напрямую связана с уровнем качества горюче-смазочных материалов (ГСМ). Повышение уровня качества ГСМ осуществляется за счет совершенствования технологий получения базовых компонентов ГСМ и оптимизации их состава, эксплуатационных свойств путем введения высокоэффективных функциональных присадок и добавок. Надежная работа трибосопряжений машин и механизмов, снижение потерь от трения традиционно обеспечивается изменением характеристик смазочной среды. Расширение температурно-нагрузочного диапазона применения пластичных смазок при высоком уровне трибологических характеристик достигается введением в их состав маслорастворимых полифункциональных присадок или модификаторов трения (дисульфид молибдена, графит, порошки мягких металлов, полимеров). В последние годы в научно-технической литературе появились данные об использовании в приработочных и ремонтно-восстановительных составах природных силикатов магния серпентинов. Многообразие состава и структуры различных групп серпентинов не позволяет однозначно рекомендовать любые политипы силикатов магния в качестве антифрикционных добавок. Понимание природы и уникальных свойств этих минералов требует детальных исследований в области изучения их состава и структуры, а так же влияния на трибологические характеристики пластичных смазок. Разработка новых композиций пластичных смазок на основе новых функциональных добавок, способствующих снижению трения и повышению износостойкости ведущих деталей машин и механизмов, является актуальной проблемой.

Цель работы

Изучение влияния высокодисперсных порошков серпентинов на противоизносные, противозадирные и смазывающие свойства пластичных смазок и разработка рекомендаций по их применению.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:

- изучить морфологию и состав различных видов серпентинов;

- исследовать влияние условий измельчения на гранулометрический состав порошков;

- исследовать влияние серпентинов и их концентрации на смазывающие, противозадирные и противоизносные свойства пластичных смазок общего назначения;

- оценить влияние серпентинов на физико-химические и механические свойства смазок;

- провести сравнительные испытания высокодисперсных порошков серпентинов в составе смазок со смазками, содержащими дисульфид молибдена и политетрафторэтилен;

- разработать рекомендации по применению серпентинов в составе пластичных смазок.

Научная новизна

1. Установлены различия в структуре и составе разных видов серпентинов. Доказано, что серпентины типа лизардита по своей кристаллической (слоистой) структуре и составу являются более предпочтительными в качестве антифрикционной добавки к пластичным смазкам.

2. На основе изучения трибологических характеристик композиций лизардита со смазками ЦИАТИМ-201 и Литол-24 показана его высокая эффективность. Уровень противоизносных свойств композиций лизардита со смазкой ЦИАТИМ превосходит уровень этих свойств для композиций, содержащих дисульфид молибдена или тефлона. Несущая и нагрузочная способности смазки, содержащей лизардит, соответствует уровню этих показателей для композиции с дисульфидом молибдена или превышает этот уровень для композиций с тефлоном.

3. Выявлена несовместимость добавок лизардита с многофункциональными присадками, например с диалкилдитиофосфатом цинка, в составе опытных композиций литиевых пластичных смазок. Показано, что это связано с высокой способностью лизардита к ионному обмену и хемосорбцией присадок на поверхности частиц добавки.

Практическая значимость

1. На основании результатов исследования процесса размельчения серпентина рекомендована технология получения высокодисперсных порошков лизардита и технологии получения концентрата добавки лизардита. Предложена технологическая схема получения концентрата лизардита, адаптированная к промышленной технологии получения смазки ЦИАТИМ-201.

2. Разработаны рекомендации по применению высокодисперсных порошков лизардита в составе смазок ЦИАТИМ-201 и Литол-24.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на VIII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2010 г.); Молодежной научно-технической конференции «Современные проблемы катализа и нефтепереработки» (Саратов, 2010 г.); V Всероссийской научно-практической конференции «Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа» Школы молодых ученых, аспирантов и студентов «Проблемы химии нефти и газа» (Томск, 2010 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 1 статья в рецензируемом журнале, тезисы 3-х докладов, 1 учебно-методическое пособие.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 111 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков и 25 таблиц. Библиография составляет 135 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность изучаемой проблемы, сформулированы цель и задачи исследования.

В первой главе представлен обзор современного состояния исследований в области повышения трибологических характеристик пластичных смазок. Подробно рассмотрены современные требования, предъявляемые к пластичным смазкам. Показана связь состава смазок с их эксплуатационными свойствами, рассмотрена роль химической природы дисперсной фазы в образовании коллоидной микроструктуры смазки и прочность внутреннего каркаса. Особое внимание уделено нерастворимым в углеводородах минеральным наполнителям. Рассмотрены различные версии классификации модификаторов трения в составе смазочных материалов. Проведен анализ и сравнение механизмов действия слоистых неорганических наполнителей и малорастворимых присадок в режиме граничной смазки.

В главе приведены данные по использованию силикатов магния -серпентинов в приработочных и ремонтно-восстановительных составах, а также данные по свойствам минералов-серпентинов, которые зависят от химического

5

состава, структуры и морфологии последних. На основе обобщения данных литературных источников сформулированы цель и конкретные задачи диссертационной работы.

Во второй главе приведены данные по выбору и свойствам объектов исследования. Подробно описаны методики проведения исследований и методов определения свойств пластичных смазок.

В качестве товарных выбраны три типа пластичных литиевых смазок: антифрикционная общего назначения ЦИАТИМ-201, многоцелевая Литол-24, специализированная железнодорожная смазка Буксол (табл. 1). Выбранные образцы смазок отличаются по своему составу, физико-химическим характеристикам и эксплуатационным свойствам и широко востребованы на отечественном рынке смазывающих материалов.

Для проведения исследований взяты три образца серпентина-технического разных партий. Выбранные образцы геомодификатора-серпентина были использованы при изготовлении ремонтно-восстановительных составов. Для сравнительных испытаний композиций смазок, содержащих серпентин, взяты дисульфид молибдена (DIN51807T1) и политетрафторэтилен (ТУ 229-00402698192-2002). Исследование характеристик спектров серпентинов разного генезиса проводили методом инфракрасной спектроскопии на спектрометре SPECORD М-80. Микроструктуру серпентинов разных видов определяли с помощью электронного сканирующего микроскопа с микрозондом. Растровые электронные изображения получены во вторичных электронах. Обработку данных проводили при помощи лицензионного программного обеспечения «SEM Conirol User Interface». Химический состав серпентинов разных видов определяли на приборе САМТВАХ методом электронно-зондового анализа.

Порошки серпентина ультрамикронных размеров получали путем дробления в планетарной мельнице Retsch РМ-100. Гранулометрический состав порошков серпентинов изучали с помощью автоматического лазерного анализатора LS-POP (6) ОМЕС. Опытные образцы композиций пластичных смазок изготавливали путем введения в базовую смазку с помощью механической мешалки с перфорированным поршнем, замешивая их в течении 1 мин (60 двойных ходов перфорированного поршня при комнатной температуре) и далее выдерживали в течении 24 часов.

Таблица 1 - Физико-химические характеристики исходных пластичных смазок

№ п/п Наименование показателей Буксол Литол-24 ЦИАТИМ-201

Требования ТУ Фактические данные Требования ГОСТ Фактические данные Требования ГОСТ Фактические данные

1 2 3 4 5 6 7 8

1. Внешний вид Однородная мазь от светлого до темнокоричневого цвета Соответствует -II- Соответствует - -

2. Температура каплепадения, °С не ниже 180 185 не ниже 185 190 не ниже 175 180

3. Пенетрация при 25°С, хЮ"1 мм, в пределах 230-290 230 220-250 245 265-310 290

4. Предел прочности. Па - при 20°С - при 50°С - при 80°С 300-700 300 500-1000 не менее 200 600 250 250-500 300

5. Коллоидная стабильность, % не более 18 16 не более 12 10 не более 26 24

6. Вязкость динамическая, Па с градиент скорости 10"' при минус 30°С при минус 50°С не более 1300 1200 - - не более 1100 1000

7. Трибологические характеристики на 4ШМ при 20°С - критическая нагрузка (Рк), Н - индекс задира (И3), Н - нагрузка сваривания (Рс), Н - диаметр пятна износа, мм при нагрузке 196Н за 1г не менее 784 не более 0.5 900 0,4 не менее 630 не менее 28 не менее 1410 549 23,90 1381 0,82 - 441 16,60 1235 0,73

Все опытные образцы смазок, содержащие антифрикционные добавки в различной концентрации и базовую смазку, испытывали на четырехшариковой машине трения по ГОСТ 6479.

В третьей главе представлены результаты комплексных исследований влияния геомодификатора-серпентина на эксплуатационные свойства литиевых пластичных смазок. Исследования выполняли в четыре этапа. Целью первого этапа являлась идентификация образцов серпентина технического, установления особенностей его структуры и состава. Данная работа выполнена на кафедре минералогии МГУ под руководством к.т.н., с.н.с. Посуховой Т.В. Для сравнения были взяты образцы серпентинов различных месторождений и относящихся к разным политипам силиката магния. Данные ИК-спектрометрии показали, что серпентин технический может быть отнесен к группе лизардитов (рисунок 1).

Технический лизардит характеризуется интенсивной полосой поглощения в области длин волн 1050-1060 см"1. Отличия лизардита от хризотила проявляются в форме полос поглощения 440-450 см"1 и интенсивности полосы поглощения 570 см"1.

Рисунок 1 — Инфракрасный спектр технического серпентина обр. 1 Изучение морфологии эталонных серпентинов разного генезиса и серпентина технического позволило выявить особенности их микроструктуры. Для серпентина технического-лизардита характерно наличие крупных «пухлой» формы агломератов, которые образуются в результате высокой степени агрегации (флокуляции) (рисунок 2а).

Флокуляция частиц и чешуек лизардита обусловлена высокой электризуемостью материала, о чем свидетельствует интенсивное свечение поверхности частиц и неравномерное стекание заряда статического электричества (рисунок 26).

б

Рисунок 2 - Микроструктура технического лизардита:

а) типичная структура лизардита технического при разной степени увеличения

б) флокуляция чешуек и частиц лизардита под действием статического электричества

Изучение химического состава серпентинов позволило их классифицировать по замещению ионов магния и кремния ионами алюминия, хрома или никеля. Согласно этой классификации технический лизардит относится к средне-глиноземным серпентинам химического состава: оксид магния 40-42% масс.; оксид кремния 41,0-44,5% масс.; оксид алюминия 0,3-0,5% масс.; оксид железа 1,5-1,9% масс.; оксид никеля 0,05-0,25% масс.; оксид хрома менее 0,05% масс.

Состав и особенности микроструктуры технического лизардита позволяют рекомендовать его в качестве антифрикционных добавок для улучшения

трибологических характеристик литиевых пластичных смазок. При создании композиций пластичных смазок с твердыми наполнителями большое значение имеет дисперсность, применяемого твердого наполнителя. Чем меньше размеры частиц твердого наполнителя, тем большего эффекта удается достичь в улучшении трибологических свойств смазки. В этой связи на первом этапе исследований было изучено влияние технологии измельчения технического серпентина на опытные композиции пластичных смазок: однократный сухой помол (обр. 1, обр. 2, обр. 3); двукратный сухой помол (обр. 4); мокрый однократный помол в среде индустриального масла И-50 (обр. 5); мокрый однократный помол в среде этилового спирта (обр. 6); мокрый однократный помол в среде этилового спирта с последующим выпариванием спирта при температуре 150°С в течении 90 мин (обр. 7); сухой однократный помол с последующим изготовлением суспензии порошка серпентина в среде индустриального масла И-50 (обр. 8). Результаты изучения гранулометрического состава образцов лизардита обр. 1 и обр. 4 приведены на рисунке 3. Как следует из приведенных данных, при однократном сухом помоле наблюдалось практически нормальное распределение частиц лизардита (обр. 1) по размерам (рисунок За). Наименьший размер частиц в обр. 1, зарегистрированный при его исследовании, составляет 1,63 мкм. Общее содержание фракции 1,5 - 5,0 мкм в обр. 1 составляет 45% отн. Образец лизардита (обр. 4) характеризуется двумодальным распределением частиц по размерам (рисунок 36). Наименьший размер частиц, зарегистрированный в этом образце, составляет 0,76 мкм. Содержание фракции 0,8 - 5,0 мкм в образце обр. 4 на 8% отн. больше, чем в обр. 1 и равно 52% отн. Кроме того, для обр. 4 характерна высокая степень флокуляции (слипание под действием заряда статического электричества). Комкование и слипание мелких (до 3 мкм) частиц порошка отрицательно сказывается на технологии его введения в пластичную смазку и на физической однородности полученной композиции.

Полученные образцы лизардита технического в концентрации 5% масс, были введены в состав смазки ЦИАТИМ-201 (таблица 2).

а б

Рисунок 3 — Распределение частиц лизардита по размерам (мкм):

а) лизардит технический обр. 1 - однократный сухой помол

б) лизардит технический обр. 4 — двукратный сухой помол

Сравнение результатов испытаний опытных композиций, содержащих образцы лизардита разных партий (таблица 2) показывает, что все опытные образцы смазки характеризуются более высоким уровнем трибологических свойств, чем исходная смазка. Различия, наблюдаемые в значениях отдельных показателей опытных композиций, обусловлены непостоянством химического состава разных партий природного лизардита.

Таблица 2 — Влияние лизардита технического (5% масс.) на трибологические характеристики смазки ЦИАТИМ-201 (ЧШМ)

Наименование показателя Наименование образцов

исходный образец обр. 1 обр. 2 обр. 3 обр. 4 обр. 5 обр. 6

Критическая нагрузка (Рк), Н 441 872 1039 784 696 784 617

Индекс задира (И3), Н 16,60 56,5 45,3 35,0 37,6 39,3 35,8

Нагрузка сваривания (Рс), Н 1235 1744 1646 1950 1568 2450 1646

Диаметр пятна износа (Ои), мм 0,73 0,48 0,57 0,43 0,56 0,56 0,55

Данные, представленные в таблице 2, показывают, что двукратный помол исходного лизардита из-за флокуляции микрочастиц приводит к меньшей его эффективности в составе смазки ЦИАТИМ-201, чем образец лизардита однократного помола. Эффективность образцов лизардита (обр. 5; обр. 6), полученных помолом в среде этилового спирта или индустриального масла, одинакова. Так же незначительно различается эффективность этих образцов по сравнению с образцами обр. 1; обр. 2; обр. 3, полученными однократным сухим

помолом. В целом в ходе данного исследования установлено, что введение 5% масс, лизардита технического значительно улучшает трибологические характеристики смазочной композиции. Показатель критической нагрузки увеличивается на 39 - 136% отн. Нагрузка сваривания увеличивается на 20 - 90% отн., а индекс задира - на 111 - 240% отн. При этом значительно уменьшается величина диаметра пятна износа (22 - 43% отн.).

На основании проведенных исследований была рекомендована технология получения смазки ЦИАТИМ-201 с улучшенными эксплуатационными характеристиками за счет введения в ее состав серпентина-лизардита. Особенностью предлагаемого технологического процесса является сочетание технологических приемов, применяемых как в производстве мыльных смазок, так и в технологии производства смазок на высокодисперсных неорганических загустителях. Отличия заключаются в стадии получения ультрадисперсного неорганического загустителя, который далее последовательно диспергируется в базовом масле (рисунок 4).

Полученный концентрат лизардита с антиокислительной присадкой (4-метил-2,6-третбутилфенол) поступает на установку получения мыльной литиевой смазки ЦИАТИМ-201. Исходное минеральное масло МВП из емкости 1 дозировочным насосом подают в лопастной аппарат 6 в расчетном количестве. Антиокислительная присадка из емкости 2 через дозатор 7 поступает также в аппарат 6. Далее включают перемешивающее устройство 4 и начинают подогрев компонентов, подавая теплоноситель в рубашку аппарата 6. Из емкости 3 порошок лизардита (80%) небольшими порциями в течении 7 - 8 ч дозируют дозатором 8 в аппарат 6. Количество одной порции не должно превышать более 1 кг во избежание комкования лизардита. Далее полученную суспензию лизардита в масле с антиоксидантом через гомогенизирующий клапан подают в аппарат 10, работающий под вакуумом. Температуру в аппарате 10 поддерживают на уровне 105 - 110°С. В аппарате 10 происходит удаление влаги через конденсатор 12. Далее в аппарат 10 небольшими порциями через дозатор 8 вводят оставшиеся 20% лизардита. Далее концентрат лизардита последовательно подвергается фильтрации на фильтре 13, гомогенизации в гомогенизаторе 14, деаэрируют 15 и подают в емкость 16. Из емкости 16 концентрат лизардита поступает на установку получения мыльной основы смазки ЦИАТИМ-201. Сочетание двух разных

технологий получения пластичных смазок позволяет в целом получать продукты, соответствующие современным требованиям.

Рисунок 4 — Принципиальная технологическая схема процесса получения концентрата лизардита 1-3 - сырьевые емкости; 4 - перемешивающее устройство; 5 - дозировочный насос; 6, 10 - скребково-лопастные аппараты; 7,8 - дозаторы; 9 - насосы; 11 - насос вакуумный; 12 - конденсатор; 13 - фильтр; 14 - гомогенизатор; 15 — деаэратор; 16, 17 — накопители; 18 - гомогенизирующие клапаны

I - лизардит; II - антиокислительная присадка; III - масло; IV - концентрат лизардита с антиоксидантом; V - некондиционный продукт; VI -конденсат; VII - воздух.

На втором этапе исследований было изучено влияние концентрации порошка лизардита на трибологические свойства смазки ЦИАТИМ-201. Образец 1 вводили в смазку в наиболее часто встречающихся концентрациях: 1% масс, 5% масс, 10% масс, 15% масс, 20% масс, 30% масс. Оценку трибологических характеристик исходного образца смазки и опытных композиций проводили в объеме ГОСТ 9440 на четырехшариковой машине трения по показателям: критическая нагрузка, нагрузка сваривания, индекс задира, диаметр пятна износа (рисунок 5).

Данные, приведенные на рисунке 5, показывают, что во всем исследованном интервале концентраций трибологические характеристики опытных композиций смазки ЦИАТИМ-201 улучшаются за счет введения серпентина-лизардита.

С ростом концентрации добавки лизардита наблюдалось резкое снижение диаметра пятна износа (1 - 10%). Это свидетельствует об улучшении противоизносных свойств композиции. Дальнейшее увеличение концентрации добавки с 10 до 30% не оказывает существенного влияния на величину диаметра пятна износа (рисунок 5а). Аналогичным образом в зависимости от концентрации добавки изменялась несущая способность опытных композиций (рисунок 56). Предельная нагрузочная способность (рисунок 5в) и противозадирные свойства (рисунок 5г) резко улучшались при увеличении концентрации лизардита до 10% масс. Обобщение полученных результатов показало, что оптимальной концентрацией добавки лизардита в составе смазки ЦИАТИМ-201 следует считать концентрацию 5-10% масс.

Далее опытную композицию ЦИАТИМ-201 с 10% масс, лизардита (обр. 1) исследовали по наиболее значимым показателям качества: температуре каплепадения, динамической вязкости при минус 50°С, пределу прочности при 50°С и коллоидной стабильности (таблица 3).

Таблица 3 — Влияние добавки лизардита на физико-химические свойства опытной композиции смазки ЦИАТИМ-201

Наименование показателя Нормы Исходная ЦИАТИМ-201 ЦИАТИМ-201 с 10% масс, лизардита(обр.1)

Температура каплепадения, °С не ниже 175 180 200

Динамическая вязкость, Па-с - при минус 50°С и среднем градиенте скорости деформации 10 с'1 не более 1100 1000 1080

Предел прочности, Па - при 50°С 250-500 300 360

Коллоидная стабильность, % выдел, масла не более 26 24 20

Композиция, содержащая 10% масс, лизардита, характеризуется улучшенными по сравнению с исходным образцом ЦИАТИМ-201 физико-химическими свойствами. При этом отмечается рост значения показателя динамической вязкости при температуре минус 50°С до 1080 Па с при норме не более 1100 Па-с. Следовательно, дальнейшее увеличение концентрации лизардита в составе смазки ЦИАТИМ-201 может привести к ухудшению реологических свойств композиции в целом.

0,75

1400 т

10 . 20 „. концетрация доозеки, ?о масс.

0 10 20

Концентрация добавки, % масс.

Рисунок 5 - Влияние концентрации лизардита на трибологические характеристики

смазки ЦИАТИМ-201 Таким образом, композиции ЦИАТИМ-201 с лизардитом должны содержать добавку в концентрации 5 - 10% масс. При таких концентрациях трибологические характеристики смазки увеличиваются практически вдвое, а значения физико-химических характеристик соответствуют требованиям стандарта.

На третьем этапе исследования изучали влияние состава литиевых пластичных смазок на эффективность серпентина-лизардита в составе опытных композиций (таблица 4).

Таблица 4 - Влияние лизардита (10% масс.) на трибологические характеристики опытных композиций литиевых смазок

Наименование показателя ЦИАТИМ-201 Литол-24 Буксол

исходи. 10% масс. исходи. 10% масс. исходи. 10% масс.

Критическая нагрузка Рк, Н 441 1098 549 980 1039 1235

Нагрузка сваривания Рс, Н 1235 1960 1381 1960 2323 2323

Индекс задира И3, Н 16,60 29,40 23,90 55,60 60,50 62,70

Диаметр пятна износа Ои, мм 0,73 0,45 0,82 0,51 0,36 0,66

Данные таблицы 4 показывают, что несущая способность смазок ЦИАТИМ-201 и Литол-24 увеличивается вдвое, а смазки Буксол меняется незначительно. Предельная нагрузочная способность смазки Буксол от введения 10% масс, лизардита не меняется, в то время как для смазок ЦИАТИМ-201 и Литол-24 она увеличивается на 55 - 58% отн. Так же мало изменяются и противозадирные свойства Буксола по сравнению со смазками ЦИАТИМ-201 и Литол-24. Индекс задира для этих смазок увеличивается практически вдвое. Введение 10% масс, лизардита существенно ухудшает противоизносные свойства смазки Буксол. Диаметр пятна износа увеличивается с 0,36 мм до 0,66 мм. Таким образом, эффект от введения лизардита в состав смазки Буксол можно считать отрицательным. Это связано с наличием в составе смазки Буксол многофункциональной присадки диалкилдитиофосфата цинка. Для серпентинов характерна высокая способность к ионному обмену. На поверхности минералов адсорбированы катионы, которые взаимодействуют с ионами различной природы. В результате ионного обмена происходит модифицирование поверхности серпентина с образованием органофильных и гидрофобных комплексов.

По данным научно-технической литературы в качестве модификаторов поверхности слоистых силикатов используют азотсодержащие соединения жирного ряда, полимеры и продукты поликонденсации, а также фосфонивые, стибиновые, арсониевые, сульфонивые высокомолекулярные соединения. В данном случае многофункциональная присадка диалкилдитиофосфат цинка играет роль модификатора поверхности лизардита. Помимо обменных взаимодействий при модификации поверхности минерала протекает процесс физической адсорбции присадки. Поверхность частиц лизардита покрывается вертикально

ориентированными углеводородными радикалами, что увеличивает размеры частиц и препятствует движению частиц к поверхности металла. Скорость хемосорбции присадки ДФ-11 на металле во много раз превосходит скорость хемосорбции частиц лизардита. При этом добавка ультрадисперсного порошка лизардита действует как абразивный материал, ухудшая противоизносные свойства смазки (таблица 4). В следующей серии опытов были проведены исследования влияния концентрации лизардита на трибологические свойства композиций смазок ЦИАТИМ-201, Литол-24, Буксол. Лизардит вводили в концентрациях 1% масс., 5% масс., 10% масс. Результаты исследований приведены в таблице 5. Как следует из данных таблицы 5 увеличение концентрации добавки лизардита с 1% масс, до 10% масс, существенно улучшает противозадирные н противоизносные свойства смазок Литол-24 и ЦИАТИМ-201.

Таблица 5 - Влияние концентрации лизардита на трибологические свойства литиевых смазок

Концент- Наименование показателя

Наименование смазки рация добавки, % масс. Критическая нагрузка Рк,Н Нагрузка сваривания Рс,Н Индекс задира И„Н Диаметр пятна износа Du, мм

0 441 1235 16,60 0,73

549 1381 29,40 0,65

490" 1235 28,40 0,67

ЦИАТИМ-201 872 1744 56,50 0,48

696 1568 37,60 0,56

10 1098 1960 61,50 0,45

980 1744 51,60 0,55

0 549 1381 23,90 0,82

1 549 1381 29,80 0,68

549 1381 28,10 0,71

Литол-24 784 1744 34,40 0,52

696 1744 33,20 0,60

10 980 1960 55,60 0,51

980 1744 54,20 0,56

0 1039 2323 60,50 0,36

Буксол 1 1301 2350 61,50 0,65

5 1166 2323 59,30 0,68

10 1235 2323 62,70 0,66

* Примечание: в знаменателе обр. 4 - двойной помол

Анализ данных, приведенных в таблице 5, подтвердил ранее сделанные

выводы: добавка лизардита в смазку Буксол либо ухудшает, либо не влияет на величину показателей трибологическтх свойств смазки. Предположение о том, что часть многофункциональной присадки ДФ-11 сорбируется поверхностью частиц

лизардита было проверено в ходе испытаний опытных композиций, в которые наряду с добавкой лизардита вводили дополнительно маслорастворимые присадки (рисунок 6), улучшающие трибологические характеристики смазок. При этом в смазку Буксол вводили противоизносную присадку ТЭФ-3, антифрикционную присадку ПАФ-4, многофункциональную присадку А-22, противоизносную присадку OLD-CHIP в концентрации 2 - 3% масс. В ходе этих исследований было выявлено ухудшение противоизносных свойств композиций по сравнению с уровнем этого показателя для исходной смазки. Требованиям технических условий по величине этого показателя соответствовала композиция, содержащая 5% масс, лизардита (обр. 3) и 3% масс, антифрикционной присадки ПАФ-4. Однако, введение этих компонентов в состав смазки Буксол привело к резкому ухудшению противозадирных свойств композиции. Индекс задира уменьшился с 60,5 Н до 49,5 Н.

Ухудшение противозадирных свойств композиции связано с добавкой присадки ПАФ-4, так как при введении только лизардита величина этого показателя растет на 28% отн. по сравнению с исходным значением. Дополнительное количество высокоэффективных маслорастворимых присадок положительно влияет на несущую и нагрузочную способность опытных композиций (рисунок 6), улучшаются также и противозадирные свойства композиций 1 - 5.

На четвертом этапе исследований были проведены сравнительные испытания эффективности серпентина — лизардита, дисульфида молибдена и тефлона в составе пластичной смазки ЦИАТИМ-201. При проведении сравнительных испытаний концентрация наполнителей в составе композиций составляла 10% масс.

Оценка противоизносных свойств испытанных композиций показала, что композиция, содержащая 10% масс, лизардита (обр. 1) превосходит по уровню этого показателя композиции смазки с 10% масс, дисульфида молибдена и тефлона (рисунок 7а). Уровень противозадирных свойств композиций, содержащих MoS2, значительно выше, чем для лизардита и тефлона (рисунок 7г).

'л

Д200 pi

S 900

та g

I 600

Э* 300 0

■ oop.3 o5p.4 <

обр .6

3000 12300

S 2000

9.

1000 ~ 500

обрЛоб„,

p °°P-5 обр.6

Рисунок 6 - Совместное влияние добавок лизардита (обр. 3) и маслорастворимых присадок на трибологические свойства смазки Буксол обр.1 — Исходный Буксол; обр.2 - Буксол + 5% масс, лизардита; обр.З - Буксол + 5% масс. лизардита + 3% масс. ТЭФ-3; обр.4 — Буксол + 5% масс. лизардита + 3% масс. А-22; обр.5 - Буксол + 5% масс, лизардита + 3% масс. OLD-CHIP; обр.6 - Буксол + 5% масс, лизардита + 3% масс. ПАФ-4 а - диаметр пятна износа, D„ в - нагрузка сваривания, Рс

б - критическая нагрузка, Рк г - индекс задира, И,

Тефлон в свою очередь значительно уступает лизардиту по степени

изменения критической нагрузки, нагрузки сваривания и индекса задира (рисунок 7).

2450

2764

2764 2764

2323

По своей несущей и предельной нагрузочной способности композиции, содержащие добавки лизардита. превосходят композиции с добавкой тефлона (рис. 7 б, в), но уступают композициям, содержащим дисульфид молибдена. 100

300 1

500

400

■300

'-> ° 200

100

481

ш

311 370

¡Я ¡¡¡В ж Шж Я ш

\ш Ш11

цв ■Иг ЩЩг ш

272

обР'4 Обр.:

Обр.1

Обр .2

Обр.З обр 4

Обр.:

Рисунок 7 - Влияние природы добавки на трибологические свойства пластичной смазки ЦИАТИМ-201 обр.1 - Исходная ЦИАТИМ-201; обр.2 - ЦИАТИМ-201 + 10% масс, лизардита (обр. 4); обр.З -ЦИАТИМ-201 + 10% масс. лизардита (обр. 1);

обр.4 - ЦИАТИМ-201+10% масс Мо32; обр.5 - ЦИАТИМ-201+10% масс УПТФЭ а - диаметр пятна износа, Ои в - нагрузка сваривания, Рс

б - критическая нагрузка, Рк г - индекс задира, И3

Полученные в сравнительных испытаниях данные подтвердили высокую эффективность добавки серпентина-лизардита в составе смазок ЦИАТИМ-201 и Литол-24. По уровню трибологических характеристик композиции смазки

ЦИАТИМ-201 с 10% масс, лизардита превосходят композиции, содержащие 10% масс, добавки тефлона, а по отдельным показателям превосходят композиции с Мо32. Добавки серпентина-лизардита могут быть рекомендованы к применению в составе пластичных литиевых смазок, не содержащих маслорастворимых противоизносных и противозадирных присадок наравне с Мо82 и тефлоном.

Выводы

1. Проведены комплексные исследования возможности применения в составе пластичных смазок высокодисперсных порошков серпентина.

2. Изучен состав и структура серпентина технического в сравнении с различными видами серпентинов. Установлено, что серпентин технический относится к группе лизардита общей формулы Г^з8)205(0Н)4; обладает мелкодисперсной слоистой структурой; является средне-глиноземистым с содержанием оксида алюминия 0,3 — 0,5% масс, и оксида хрома менее 0,5% масс.

3. Исследовано влияние процесса измельчения серпентина на гранулометрический состав и эффективность в составе смазок. Показано, что наибольшей эффективностью обладают образцы лизардита, полученные однократным сухим помолом; предложена технология приготовления концентрата добавки и методика ее введения в состав композиции смазки ЦИАТИМ-201.

4. Установлено отрицательное влияние многофункциональной присадки диалкилдитиофосфата цинка на противоизносные свойства литиевой смазки Буксол, содержащей добавку серпентина-лизардита, что связано с хемосорбцией присадки на поверхности частиц лизардита.

5. Показано, что увеличение концентрации добавки лизардита с 1% масс, до 30% масс, в составе литиевой смазки ЦИАТИМ-201 улучшает ее трибологические характеристики более, чем в два раза.

6. Доказано, что введение в состав композиций смазок ЦИАТИМ-201 и Литол-24 лизардита в концентрации 5—10% масс, не оказывает отрицательного влияния на физико-химические свойства смазочных композиций.

7. Установлено, что добавка лизардита в смазку ЦИАТИМ-201 повышает уровень несущей и нагрузочной способности композиций до уровня композиций, содержащих Мо82 и превосходит уровень композиций, содержащих тефлон, а по противоизносным свойствам композиции смазки с лизардитом превосходят композиции с Мо82.

8. Ультрадисперсные порошки серпентин-лизардита рекомендованы для применения в составе смазок ЦИАТИМ-201 и Литол-24.

Основные результаты диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. Цыганок C.B., Лихтерова Н.М. Влияние природных силикатов-серпентинов на трибологические свойства пластичных смазок // Вестник МИТХТ, 2010. Т. 5. №5. С. 96-101.

2. Цыганок C.B., Лихтерова Н.М., Алергант М.С., Ежунов Е.М., Чулков И.П. Исследование влияния наполнителей различной природы на физико-химические и эксплуатационные свойства смазок // «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России»: тезисы доклада VIII Всероссийской научно-технической конференции, Москва, 1 -3 февраля 2010. ИЦ РГУ нефти и газа, 2010. С. 257-258.

3. Цыганок C.B., Лихтерова Н.М. Разработка высокоэффективных многокомпонентных наноструктурных добавок к смазывающим материалам для снижения энергопотребления и долговечности машин и механизмов // «Современные проблемы катализа и нефтепереработки»: тезисы доклада Молодежной научно-технической конференции, Саратов, 20 — 21 сентября 2010. ИЦ «Наука», 2010. С. 63-64.

4. Цыганок C.B., Лихтерова Н.М., Чулков И.П. Пластичные смазки с серпентинами в качестве наполнителей // Школа молодых ученых, аспирантов и студентов «Проблемы химии нефти и газа»: текст доклада V Всероссийской научно-практической конференции «Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа», Томск, 21-24 сентября 2010. Изд-во института оптики атмосферы СО РАН, 2010. С. 335-338.

5. Лихтерова Н.М., Николаев А.И., Абу Даниэль О., Цыганок C.B. Методические указания для выполнения лабораторных работ: Пластические смазки. Свойства и методы определения их характеристик. М.: ИПЦ МИТХТ, 2010. 28 с.

Цыганок Станислав Витальевич Влияние наноструктурных антифрикционных добавок на физико-химические и эксплуатационные свойства товарных пластичных смазок. Формат 60x90/16 Усл. печ. л. 1,5 Тираж 120 экз.

Подписано в печать 06.11.2013 Заказ № 157 Типография ООО «Генезис» 8 (495) 434-83-55 119571, г. Москва, пр-т Вернадского, 86

ФГБОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ имени М.В. ЛОМОНОСОВА»

На правах рукописи

04201450119

Цыганок Станислав Витальевич

ВЛИЯНИЕ НАНОСТРУКТУРЫЫХ АНТИФРИКЦИОННЫХ ДОБАВОК НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТОВАРНЫХ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК

Специальность: 02.00.13 - Нефтехимия

Диссертация на соискание степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., Лихтерова Н.М.

Москва - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................4

Глава 1 Состояние вопроса. Постановка цели и 'задач исследования....................6

1.1 Назначение, состав и требования, предъявляемые к антифрикционным пластичным смазкам...................................................................................................6

1.2 Влияние присадок и наполнителей различной природы на трибологические свойства смазок..........................................................................................................11

1.3 Модификаторы трения........................................................................................19

1.4 Состав, свойства и структура природных слоистых

геомодификаторов - серпентинов............................................................................27

Глава 2 Объекты и методы исследования...............................................................37

2.1 Выбор объектов исследования...........................................................................37

2.2 Методики определения структуры и состава геомодификатора - серпентина ......................................................................................................................................46

2.3 Методика получения порошков серпентина ультрамикронных размеров....47

2.4 Методика определения гранулометрического состава серпентинов.............52

2.5 Методика приготовления экспериментальных образцов пластичных смазок ......................................................................................................................................52

2.6 Методика определения противозадирных, антифрикционных и противоизносных свойств смазок............................................................................53

2.7 Методы определения показателей качества товарных и опытных образцов

пластичных смазок....................................................................................................55

Глава 3 Исследование влияния геомодификатора серпентина на

эксплуатационные свойства пластичных литиевых смазок..................................57

3.1 Исследование свойств, состава, структуры технического серпентина и разработка технологии получения порошков серпентинов ультрамикронных размеров......................................................................................................................57

3.2 Влияние серпентина-лизардита, его концентрации на смазывающую способность и физико-химические свойства опытных композиций смазки ЦИАТИМ-201............................................................................................................78

3.3 Влияние компонентного состава пластичных смазок на эффективность геомодификатора серпентина в составе опытных композиций............................83

3.4 Сравнительные испытания эффективности серпентина - лизардита, дисульфида молибдена и тефлона в составе пластичной смазки ЦИАТИМ-201.

......................................................................................................................................96

ВЫВОДЫ...................................................................................................................99

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..............................................101

ВВЕДЕНИЕ

Для уменьшения трения и износа различных узлов и трущихся поверхностей широко используют пластичные смазки с антифрикционными наполнителями. Антифрикционные пластичные смазки составляют около 80% от общего объема производства смазок, и используются преимущественно в подшипниках качения, шарнирах, направляющих и других трущихся узлах машин и механизмов. При этом рабочие температуры смазок находятся в пределах от -60 до +350°С. Смазки общего назначения и многоцелевые готовят в основном на нефтяных, а термо- и химостойкие - на синтетических маслах (кремнийорганические жидкости, фторуглероды и др.). В качестве загустителей в таких смазках используют мыла - преимущественно кальциевые, литиевые и натриевые.

Характерной тенденцией последних лет являются расширение температурно-нагрузочного диапазона применения и улучшение трибологических свойств антифрикционных смазок. В качестве антифрикционных добавок чаще всего используют МоБг и графит [1-3]. В качестве твердых добавок рекомендованы сотни веществ. Практическое применение нашли графит, дисульфид молибдена, порошки мягких металлов и полимеров. В отдельных случаях используют слюду и ее разновидности -вермикулит и титан железистый, а также асбест, нитрид бора, сульфиды и селениды ряда металлов (\У82, Т182, СёБ, РЬБ, \VSe2, Т18е2 и др.), неорганические соли, в том числе молибдат свинца, сульфид олова и др. [1-2].

В последние годы в научно-технической литературе наряду с данными об эффективном использовании в составе, масел фуллеренов появились данные, касающиеся применения в качестве добавок-модификаторов трения природных силикатов (серпентинов) [4-6]. Серпентины применяют в приработочных и ремонтно-восстановительных составах цилиндро-поршневой группы для повышения износостойкости и снижения трения [7, 8]. В целом серпентины это группа минералов примерно одинакового состава, но разной симметрии.

Серпентины (силикаты магния) включают пять минеральных видов: антигорит, хризотил, клинохризотил, ортохризотил, лизардит. Виды серпентинов различаются также по морфологии и характеру деформации кристаллической решетки. Понимание природы уникальных антифрикционных свойств этих минералов требует детальных исследований физико-химических и механических свойств этих веществ. В научно-технической литературе по применению серпентинов подобные данные отсутствуют. Расширение отечественной сырьевой базы высокодисперсных минеральных порошкообразных добавок к пластичным смазкам и создания на их основе новых композиций - актуальное направление исследований.

Целью данной работы является изучение влияния высокодисперсных порошков серпентинов на противоизносные, противозадирные и смазывающие свойства пластичных смазок и разработка рекомендаций по их применению.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:

- изучить морфологию и состав различных видов серпентинов;

- исследовать влияние условий измельчения на гранулометрический состав порошков;

- исследовать влияние серпентинов и их концентрации на смазывающие, противозадирные и противоизносные свойства пластичных смазок общего назначения;

- оценить влияние серпентинов на физико-химические и механические свойства смазок;

- провести сравнительные испытания высокодисперсных порошков серпентинов в составе смазок со смазками, содержащими дисульфид молибдена и политетрафторэтилен;

- разработать рекомендации по применению серпентинов в составе пластичных смазок.

% Глава 1 Состояние вопроса. Постановка цели и задач исследования

1.1 Назначение, состав и требования, предъявляемые к антифрикционным пластичным смазкам

Назначение пластичных смазок. Пластичные смазки - это структурированная коллоидно-химическая система, в которой базовые минеральные или синтетические масла загущены загустителями разной природы до состояния гелей. Основная функция смазок - уменьшение износа трущихся деталей с целью продления сроков службы машин и механизмов. Кроме того, смазки препятствуют контакту агрессивных сред и механических примесей с поверхностями трения [9-11]. При транспортировании и хранении машин и механизмов смазки применяют как консервационные препараты для защиты от коррозии [9, 10]. Существуют также специфические области применения смазок: токопроводящие материалы, изоляционные материалы, смазочные материалы для узлов трения, работающих в условиях вакуума или в условиях радиации [9, 10].

Объекты применения и условия эксплуатации смазок включают открытые и негерметизированные узлы трения; труднодоступные узлы трения; механизмы с узлом трения, недоступным для частой замены смазки; переменный скоростной режим эксплуатации оборудования; эксплуатация узлов трения в агрессивных средах; работа узлов трения при резком перепаде температур; герметизация резьбовых соединений, подвижных уплотнительных соединений, сальников; консервация отдельных узлов оборудования, машин, приборов при длительном хранении и т.д. [12].

Состав и структура пластичных смазок. Пластичные смазки состоят из трех компонентов: дисперсной фазы, дисперсионной среды и различных добавок.

Основную роль на свойства пластичных смазок оказывают свойства дисперсионной среды. В качестве дисперсионной среды в составе пластичных

смазок разного назначения используют минеральные и синтетические масла.

6

Количество масла в составе смазки изменяется в пределах 70 - 90% [12, 13]. На реологические и другие эксплуатационные свойства пластичных смазок оказывает влияние химическая природа, групповой, углеводородный и фракционный состав дисперсионной среды. Дисперсионная среда (масла) и ее свойства влияют на работоспособность смазки в определенном интервале температур, силовых и скоростных нагрузок [12, 14]. Состав дисперсионной среды влияет также на такие эксплуатационные свойства пластичных смазок, как химическая и коллоидная стабильность, устойчивость к агрессивным средам и радиации, защитные свойства и совместимость с уплотнительными и полимерными материалами [2, 3, 9-19].

Основной объем отечественных смазок производят на основе минеральных масел [9, 10, 12, 16, 17]. При изготовлении пластичных смазок специального назначения в качестве дисперсионной среды используют следующие синтетические масляные основы: эфиры дикарбоновых кислот, эфиры фосфорной кислоты, полигликолевые эфиры, эфиры кремниевой кислоты, силоксановые масла, полифениловые эфиры, полихлорфторированные углеводороды [1,9, 10].

Одним из критериев рабочих температур смазок является уровень динамической вязкости, составляющий не более 2000 Па-с при пусковом крутящем моменте менее 50 Н ем и установившемся крутящем моменте не более 10 Н ем. При этом для производства смазок на основе минеральных масел обычно используют базовые масла с вязкостью 20 - 3400 мм /с при 20°С [2, 9, 10, 19, 20], даже в тех случаях, когда за основу берут очищенные отработанные масла [31].

Пластичные смазки занимают промежуточное положение между маслами и твердыми смазочными материалами и по праву могут быть отнесены к объектам супрамолекулярной химии [21, 22].

Супрамолекулярная химия изучает организованные ансамбли молекул,

удерживаемых межмолекулярными силами [22, 23]. Супрамолекуллы - хорошо

определенные, дискретные олигомолекулярные образования, возникающие за

7

счет межмолекулярной ассоциации нескольких компонентов в соответствии с некоторой программой, работающей на основе принципов молекулярного распознавания [24]. К супрамолекулярным ансамблям обычно относят ассоциаты, возникающие в результате спонтанной ассоциации компонентов в специфическую фазу (пленка, нить, слой, мембрана, везикула, мицелла, мезоморфная фаза, кристалл) [22, 24].

Супрамолекулярные образования могут быть охарактеризованы пространственным расположением компонентов, их архитектурой, «супраструктурой», а также типами межмолекулярных взаимодействий, удерживающих компоненты вместе. Супрамолекулярные ансамбли обладают вполне определенными структурными, конформационными,

термодинамическими, кинетическими и динамическими свойствами, в них могут быть выделены различные типы взаимодействий, различающиеся своей силой, направленностью, зависимостью от расстояний и углов: координационные взаимодействия с ионами металлов, электростатические силы, водородные связи, ван-дер-ваальсовы взаимодействия, донорно-акцепторные взаимодействия и т. д. Сила взаимодействий может варьироваться в широком диапазоне, от слабых или умеренных, как при образовании водородных связей, до сильных и очень сильных, как при образовании координационных связей с металлом. Однако в целом межмолекулярные взаимодействия слабее, чем ковалентные связи, так что супрамолекулярные ассоциаты менее стабильны термодинамически, более лабильны кинетически и более гибки динамически, чем молекулы [22].

В зависимости от химической природы дисперсной фазы в системе дисперсионная среда - дисперсная фаза могут образовываться различные типы микроструктуры [12]. В пластичных смазках, загущенных мылами, внутренний каркас образовывается ленточными элементами. В смазках, загущенных глинами и силикагелем, наблюдается глобулярная микроструктура. Смазки на основе полимочевины характеризуются иглообразными элементами диаметром

1 мкм и длиной 10 мкм [12, 21]. За счет образования внутреннего каркаса в ячейках коллоидной системы удерживается 80 - 90% дисперсионной среды.

Около 85% всех смазок изготавливают на базе простых мыл, которые получают их натуральных или синтетических жирных кислот и гидроксидов и алкоголятов щелочных и щелочноземельных металлов [2, 12, 14, 16-18, 25]. Катион и анион мыла определяет основные свойства смазок.

От катиона мыла зависит загущающая способность, стойкость к воде, температура плавления и, следовательно, температура каплепадения. Чем выше содержание мыла, тем выше консистенция пластичной смазки. Длина цепи жирных кислот влияет на растворимость и поверхностные свойства мыл в масле. Очень длинные, а также короткие цепи жирных кислот отрицательно влияют на загущающую способность мыла. В случае длинноцепочечных жирных кислот это является следствием хорошей растворимости мыл; в случае короткоцепочечных кислот - следствием плохой растворимости мыл в нефтяном масле. Максимальное загущение обычно достигается с помощью жирных кислот с 18 атомами углерода. Разветвленность алкильной цепи в молекуле жирной кислоты снижает температуру плавления мыл и, следовательно, снижает загущающий эффект. С другой стороны, благодаря высокой полярности и в зависимости от их положения в молекуле гидроксидные группы повышают температуры плавления и загущающий эффект [2,12,14].

Мыла ненасыщенных . жирных кислот лучше растворяются в минеральных маслах и поэтому снижают загущающий эффект и температуру каплепадения. Применение ненасыщенных жирных кислот ограничено из-за их низкой стойкости к окислению. В настоящее время важнейшими являются пластичные смазки, загущенные кальциевыми и литиевыми мылами, тогда как смазки, загущенные алюминиевым, бариевым и натриевым мылами, утратили былое значение [2,12,14].

Как было указано выше, для смазок, загущенных мылами, природа катиона определяет мицеллло- и структурообразование каркаса в малополярной

дисперсионной среде. Загущающая природа мыл напрямую связана с природой

9

катиона, что обуславливает высокую чувствительность системы к наличию в ней воды и других поляризующих соединений, а также к любому внутреннему и внешнему воздействию [18].

Относительная степень ионности мыл возрастает в ряду: 1л < № < (К) < РЬ < < Са < Ва, а для гидратированных катионов - в ряду N3 < 1л < РЬ < < Са < Ва. Температуры плавления мыл и каплепадения смазок хорошо согласуются со степенью ионности № > 1л, Ва > Са >

С ростом полярности гидратированных мыл уменьшается величина критической концентрации мицеллообразования (ККМ), уменьшаются размеры волокон, повышается загущающая способность мыла и прочностные характеристики смазки [18, 26-28].

Мыла, имеющие одновалентный катион, характеризуются более высокими значениями температуры плавления, разложения и большей загущающей способности по сравнению с мылами (ЯСООу2Ме2+. Это, по мнению авторов [28], связано с дополнительной ионизацией молекул мыл одновалентных металлов при образовании комплексов типа

ЯСОСГШ*......НОН.....НООСЯ'. В момент мицеллло- и структурообразования в

процессе самоорганизации молекул на прочностные свойства системы в целом оказывают влияние степень ионности и полярность мыл. Это подтверждается данными по величине предела прочности литиевых и натриевых смазок [12].

При формировании структуры пластичных смазок и их эксплуатационных свойств необходимо учитывать рН среды, присутствие воды и ПАВ иной природы [32, 33]. Пластичная смазка будет отвечать предъявляемым к ней требованиям лишь в том случае, когда строго будут соблюдаться соотношения между анионами и противокатионами, т.к. избыток кислоты в системе в десятки раз уменьшает дисперсность загустителя и укрупняет волокна до общей гелеобразной аморфной структуры [27].

Мыла металлов на основе высших жирных кислот (например, стеарат

металла) могут образовывать комплексные мыла с солями металлов,

короткоцепочечных органических кислот (например, уксусной кислоты) или с

10

неорганическими солями (например, карбонатами). В результате этой реакции изменяются типичные параметры смазки, что обычно проявляется в повышении температуры каплепадения.

Пластичные смазки, состоящие из комплексных мыл металлов, синтетических или минеральных масел, получают различными способами. Они представляют собой значительный