BR112020011943A2

BR112020011943A2 - graxa híbrida com baixos coeficientes de atrito e alta proteção contra desgaste

Info

Publication number: BR112020011943A2
Application number: BR112020011943-1A
Authority: BR
Inventors: Reiner Schmitz; Martin Wimmer; Stefan Seemeyer
Original assignee: Klüber Lubrication München Se & Co. Kg
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2021-03-02
Also published as: CN111770979B; JP2021508750A; EP3692120B1; DE102018005835A1; KR20200079512A; EP3692120A1; US11274263B2; US20210171856A1; KR102370955B1; CN111770979A; JP7090711B2; WO2020020476A1

Abstract

GRAXA HÍBRIDA COM BAIXOS COEFICIENTES DE ATRITO E ALTA PROTEÇÃO CONTRA DESGASTE. A presente invenção refere-se ao fornecimento de uma nova graxa híbrida com baixos coeficientes de atrito e alta proteção contra desgaste que é empregável em uma ampla faixa de temperatura. A nova graxa híbrida é baseada na combinação de uma graxa à base de óleo de silicone em conexão com uma graxa à base de óleos hidrocarbonetos sintéticos, óleos minerais ou poliglicóis. A nova graxa híbrida pode ser especialmente usada para lubrificar juntas em peças de veículos com base em pares de aço e plástico.

Description

“GRAXA HÍBRIDA COM BAIXOS COEFICIENTES DE ATRITO E ALTA PROTEÇÃO CONTRA DESGASTE" DESCRIÇÃO

[001] A presente invenção refere-se ao fornecimento de uma nova graxa híbrida com baixos coeficientes de atrito e alta proteção contra desgaste que é empregável em uma ampla faixa de temperatura. A nova graxa híbrida é baseada na combinação de uma graxa à base de óleo de silicone em conexão com uma graxa à base de óleos hidrocarbonetos sintéticos, óleos minerais ou poliglicóis. A nova graxa híbrida pode ser especialmente usada para lubrificação de juntas em componentes de veículos com base em pares de aço e plástico e também para uso em atuadores cada vez mais utilizados em veículos, por exemplo, em freios, servo-freios , direção hidráulica assistida eletronicamente (EPS) e vidros elétricos.

[002] Coeficientes de atrito particularmente baixos, que também podem ser mantidos constantemente em uma ampla faixa de temperatura, são alcançados com um lubrificante à base de óleo de silicone. Melhorias adicionais no coeficiente de atrito e no comportamento de deslizamento exigem uma alta viscosidade do óleo base. As graxas de silicone, em particular aquelas à base de polidimetilsiloxano, têm um índice de viscosidade muito alto e um baixo ponto de fluidez. Isso torna possível obter as propriedades descritas acima. No entanto, as composições de graxa à base de óleos de silicone apresentam fragilidades em termos de proteção contra desgaste, especialmente para aplicações submetidas a elevadas cargas, como por exemplo, juntas de engrenagens altamente estressadas.

[003] A alta proteção ao desgaste é alcançada, entre outras coisas, com graxas à base de óleos minerais ou hidrocarbonetos sintéticos, como PAOs, ésteres, poliglicóis ou PFPEs. Para cobrir uma ampla faixa de temperatura, são necessários óleos básicos com um índice de viscosidade muito alto e um baixo ponto de fluidez. O uso de PFPEs como óleo básico está fora de questão para muitas aplicações, devido aos seus altos custos. Mesmo com desenvolvimentos modernos em hidrocarbonetos sintéticos, por exemplo m-PAOs (metaloceno PAOs), esse objeto é atingível apenas em uma extensão limitada. Conseguir um baixo coeficiente de atrito com sistemas baseados em hidrocarbonetos sintéticos requer aditivos, por exemplo PTFE, mas isso resulta em custos muito altos de matéria-prima

[004] O documento WO 2104/028632 A1 divulga composições lubrificantes contendo como óleo base um óleo sem silicone e um óleo de silicone, em que o óleo de silicone é um óleo solúvel em óleo e é selecionado a partir de etilsilicone, octililsilicone. Também são mencionados sabões de lítio como agentes espessantes.

[005] O documento US 4 251 431 B descreve a produção de óleos à base de PFPE com metilpolisiloxanos como graxas híbridas, em que ambas as fases do óleo são insolúveis.

[006] O documento EP 0 657 524 B1 descreve a mistura de óleos PFPE com um outro componente de óleo insolúvel em PFPE.

[007] O documento WO 2013/010851 A1 divulga uma composição lubrificante que compreende dois componentes,

um componente de baixa viscosidade juntamente com um componente de alta viscosidade que é separável do componente de baixa viscosidade a baixas temperaturas e torna-se uniforme a altas temperaturas.

[008] As graxas híbridas conhecidas referem-se à mistura de graxas ou óleos PFPE com outras graxas lubrificantes sem PFPE e também a composições imiscíveis.

[009] A presente invenção tem por objetivo fornecer uma composição de lubrificante que atenda aos requisitos acima mencionados e é especialmente aplicável em uma ampla faixa de temperatura de -50°C a + 160°C e resulta em baixos coeficientes de atrito e vida útil longa e substancialmente sem sinais de desgaste nos componentes.

[0010] Para este fim, a invenção fornece uma graxa híbrida que consiste em uma mistura de graxa à base de óleo de silicone com graxa ou óleo à base de óleo de hidrocarboneto sintético, óleo mineral ou óleo de poliglicol e espessante e aditivos usuais. É essencial que dois óleos base ou fases oleosas não sejam miscíveis entre si.

[0011] Em “Synthetic Lubricants and High Performance Functional fluids“ (Editor R. L. Shubkin), Marcel Dekker Inc, New York, Basel, Hong Kong 1993, ISBN 0- 8247-8715-3 contém informações sobre o PAO típico (páginas 1 a 40), óleos de silicone (páginas 183 a 203) e poliglicóis (páginas 101 a 123). Os PAOs catalisados por metaloceno foram apresentados, por exemplo, pela ExxonMobil no contexto de uma apresentação de artigo (The influence of Molecular Structure on the Properties of Polyalphaolefins, Bruce Harrington, Sandy Reid-Peters) no 19º Colóquio

Internacional de Tribologia em Esslingen (21 a 23 de janeiro de 2014).

[0012] Em Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4., edições revisadas e ampliadas, Verlag Chemie, 1981 , volume 20 também contém no artigo “Schmierstoff und verwandte Produkte” (páginas 457 a 671) de D. Klamman informações sobre óleos de silicone (p. 523 a 525). A viscosidade dos óleos pode variar de 18 mm²/s a 20 000 mm²/s a 40 ° C.

[0013] Normalmente, não é possível misturar um óleo de silicone com um óleo de hidrocarboneto sintético. Contudo, verificou-se que, surpreendentemente, é possível misturar graxas à base de óleos base imiscíveis, por exemplo

[0014] polidimetilsiloxano como o óleo de silicone e, por exemplo, PAO como o hidrocarboneto sintético. . Estes podem ser misturados para proporcionar um lubrificante homogêneo. Também é possível produzir um lote compreendendo óleo de silicone como o óleo base e um espessante e adicionar o óleo de hidrocarboneto sintético como componente de mistura analogamente a um aditivo. É igualmente possível produzir um lote compreendendo óleo de hidrocarboneto sintético como o óleo base e um espessante e adicionar apenas o óleo de silicone como componente de mistura analogamente a um aditivo. A mistura pode ser fabricada usando agitadores como os do estado da técnica na produção de graxas lubrificantes. A mistura pode ser seguida por uma etapa subsequente do processo de homogeneização, por exemplo, usando um aparelho de moagem (moinho coloidal), mecanismo de laminação ou homogeneizador de alta pressão.

[0015] O lubrificante assim produzido exibe todas as propriedades citadas conforme exigido e desejável acima

[0016] O óleo de silicone é selecionado do grupo que consiste em polidimetilsiloxano, polifenilmetilsiloxano ou misturas de ambos os óleos. O óleo de hidrocarboneto sintético é selecionado do grupo que consiste em PAO, misturas de copolímeros de PAO e olefina, misturas de PAO e poliisobutileno. O espessante é selecionado do grupo de espessantes que não são de sabão, por exemplo, ureias e espessantes de sabão, como espessantes de sabão complexos e simples, especialmente preferivelmente 12-hidroxiestearato de lítio, estearato de lítio.

[0017] A graxa híbrida de acordo com a invenção pode ainda conter aditivos habituais, tais como antioxidantes, agentes anticorrosivos e um lubrificante sólido.

[0018] A produção da graxa híbrida de acordo com a invenção compreende a mistura

[0019] (A) 10% a 50% em peso de uma graxa à base de óleo de hidrocarboneto sintético, óleo mineral ou poliglicol contendo 50% a 90% em peso de óleo base selecionado a partir de óleo de hidrocarboneto sintético, PAO, óleo mineral ou poliglicol, 10% a 25% em peso de espessante, 0% a 10% em peso de aditivos, com

[0020] B) 50 a 90% em peso de uma graxa de silicone contendo 70% a 90% em peso de óleo de silicone, 5% a 30% em peso de espessante e até 0% a 10% em peso de aditivos.

[0021] O componente (A) pode opcionalmente conter 0% a 50% em peso de lubrificante sólido. Os lubrificantes sólidos podem ser, por exemplo, PTFE, grafite, dissulfeto de molibdênio, cianurato de melamina e suas misturas.

[0022] A produção da graxa híbrida de acordo com a invenção compreende especialmente preferivelmente a mistura

[0023] (A) 10% a 20% em peso de uma graxa contendo 70% a 90% em peso de óleo base selecionado a partir de óleo de hidrocarboneto sintético, óleo mineral ou poliglicol, 10% a 20% em peso de espessante, 1% a 7% em peso de aditivos, com B) 80 a 90% em peso de uma graxa de silicone contendo 70% a 80% em peso de polidimetilsiloxano, até 30% em peso de espessante e 1% a 10% em peso de aditivos.

[0024] É dada preferência particular a uma graxa híbrida, na qual os copolímeros PAO, mPAO, etileno e LAO são usados como hidrocarbonetos sintéticos.

[0025] A Figura 1 mostra a estrutura de um dispositivo para determinar os coeficientes de atrito por meio de um teste de torque em uma junta esférica.

[0026] A Figura 2 mostra, a título de exemplo, o curso ao longo do tempo da medição do aparelho na Figura 1.

[0027] A Figura 3 mostra o dispositivo para determinar a proteção contra desgaste usando um teste de proteção contra desgaste em uma junta esférica.

[0028] A invenção é agora mais particularmente elucidada pelos seguintes exemplos.

Exemplos Produção:

[0029] Foi empregado um processo de produção padrão de acordo com o estado da técnica para graxas lubrificantes.

[0030] O óleo base ou uma parte do óleo base ou da mistura de é colocado inicialmente em um recipiente aquecível adequado, compreendendo um agitador, tal como é usado no estado da técnica, para a produção de graxas lubrificantes. A produção do espessante é realizada neste aspecto, como por exemplo, a neutralização do ácido esteárico ou ácido 12-OH-esteárico com hidróxido de lítio e uma fase de aquecimento subsequente para remover a água e formar a estrutura do espessante. Podem ser alcançadas temperaturas de pico de até 210 ° C para derreter completamente o espessante de sabão e, posteriormente, ajustar a morfologia do espessante por meio de um resfriamento direcionado. Os aditivos são adicionados e distribuídos homogeneamente na fase de resfriamento subsequente. Também é possível produzir um lote compreendendo óleo de silicone como o óleo base e um espessante e adicionar o óleo de hidrocarboneto sintético como componente de mistura analogamente a um aditivo. É igualmente possível produzir um lote compreendendo óleo de hidrocarboneto sintético como o óleo base e um espessante e adicionar apenas o óleo de silicone como componente de mistura analogamente a um aditivo. Em seguida é realizado um processo de homogeneização, por exemplo, usando um mecanismo de laminação ou um moinho coloidal ou um homogeneizador de alta pressão, como é habitual de acordo com o estado da técnica para a produção de graxas lubrificantes.

[0031] Os componentes de graxa (A) e (B) mostrados na tabela 1 foram produzidos de acordo com o procedimento descrito acima. Todos os dados estão em % em peso. I Tabela 1 Graxa B Graxa A HC/PAO Graxa de HC/PAO sintética silicone sintética Polidimetilsiloxano Viscosidade a 40°C - - 75% 10 000 mm²/s Graxa B HC/PAO sintética - 80,5% - Viscosidade a 40°C 3500 mm²/s Graxa B HC/PAO sintética 74% - - Viscosidade a 40°C 350 mm²/s Espessante: 12-OH-estearato de 20% 13% 24% lítio/estearato de lítio Antioxidante 1% 0,5% - Agente anticorrosão 5% 1% 1% Lubrificante sólido - 5% - Graxa híbrida:

[0032] A mistura das duas graxas pode ser fabricada usando agitadores como os do estado da técnica na produção de graxas lubrificantes. Também é possível produzir um lote compreendendo óleo de silicone como o óleo base e um espessante e adicionar o óleo de hidrocarboneto sintético como componente de mistura analogamente a um aditivo. É igualmente possível produzir um lote compreendendo óleo de hidrocarboneto sintético como o óleo base e um espessante e adicionar apenas o óleo de silicone como componente de mistura analogamente a um aditivo. A mistura pode ser seguida por uma etapa subsequente do processo de homogeneização, por exemplo, usando um mecanismo de moagem (moinho coloidal), mecanismo de laminação ou homogeneizador de alta pressão.

[0033] As graxas híbridas de acordo com a invenção foram produzidas a partir dos componentes (A) e (B) mostrados na tabela 2 por este processo. Todos os valores informados estão em % em peso. Todos os dados estão em % em peso. Tabela 2 Graxa Graxa Graxa híbrida híbrida A híbrida B C Graxa B HC/PAO 20% - - sintética Graxa B HC/PAO - 20% 10% sintética Graxa de 80% 80% 90% silicone Determinação de coeficientes de atrito

[0034] Para determinar os coeficientes de atrito por meio de um teste de torque em uma junta esférica, foi utilizado o método de teste descrito abaixo. A estrutura da instalação de teste é mostrada na figura 1.

[0035] Foram utilizadas juntas esféricas, como as de encaixe padrão nas engrenagens dos veículos. As esferas são feitas de aço com um diâmetro de 23 mm. A esfera de aço é circundada por um copo de plástico feito de POM (polioximetileno). O lubrificante é introduzido entre o copo de plástico e a esfera de aço. O copo POM com a esfera é então introduzido na carcaça por uma união positiva. A carcaça é comprimida de forma que uma certa força seja exercida no sistema composto pelo copo e pela esfera. No presente exemplo, a pressão é de cerca de 1 N / mm².

[0036] A tabela 3 mostra os resultados da determinação dos coeficientes de atrito por meio de um teste de torque. Tabela 3

Graxa B Graxa B Graxa Graxa Graxa Graxa HC/PAO HC/PAO de Amostra híbrid híbrid híbrid sintétic sintétic silicon a A a B a C a a e Torque de afrouxament 6 Nm 5.8 Nm 3.2 Nm 5 Nm 3.2 Nm 3.1 Nm o a +25°C Torque de afrouxament 3.9 Nm 3.2 Nm 2.7 Nm 3.6 Nm 2.7 Nm 2.6 Nm o a -40°C Torque de afrouxament 5.5 Nm 5.7 Nm 3.2 Nm 5.4 Nm 3.2 Nm 3.1 Nm o a +80°C Torque de operação a 2.5 Nm 1.6 Nm 1.8 Nm 1.8 Nm 1.6 Nm 1.6 Nm + 25 ° C Torque de operação a 2.7 Nm 2.0 Nm 0.9 Nm 0.6 Nm 0.8 Nm 0.8 Nm -40 ° C Torque de 2.5 Nm operação a 3 Nm (stick 2.3 Nm 2.6 Nm 2.3 Nm 2.2 Nm +80 ° C slip)

[0037] Em comparação com as graxas à base de hidrocarbonetos sintéticos, houve um efeito positivo no torque de afrouxamento e de operação através de hibridização. Os baixos torques de afrouxamento e os torques de operação da graxa de silicone em toda a faixa de temperatura puderam ser obtidos de forma especialmente vantajosa e, em alguns casos, até excedidos, isto é, reduzidos, com graxas híbridas B e C.

Determinação da proteção contra desgaste

[0038] O teste de desgaste foi realizado em uma junta esférica.

[0039] A junta esférica descrita é submetida, utilizando um aparelho, a uma carga de 3240 N. O dispositivo é montado de maneira móvel, de modo que a esfera possa ser inclinada no copo POM. O movimento de inclinação é realizado com uma deflexão de 3 ° e uma frequência de 15 Hz. O movimento é interrompido a distâncias regulares e a folga resultante do desgaste foi determinada pela descarga e reversão da carga.

[0040] A estrutura do aparelho para teste de proteção contra desgaste é mostrada na figura 3.

[0041] O resultado do teste de desgaste é mostrado na tabela 4.

[0042] A distância de desgaste da junta foi avaliada após 1,1 milhão de ciclos de carga. Trocas de carga Tabela 4 Graxa B Graxa B Graxa Graxa Graxa Graxa HC/PAO HC/PAO de Amostra híbrid híbrid híbrid sintéti sintéti silicon a A a B a C ca ca e Distânc ia de >0.65

0.25 mm 0.15 mm 0.4 mm 0.2 mm 0.3 mm desgast mm e (mm)

[0043] A hibridização teve um efeito positivo nos valores de desgaste em comparação com a graxa de silicone. A graxa híbrida B alcançou um nível de desgaste muito bom.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Graxa híbrida compreendendo (A) 10% a 50% em peso de uma graxa à base de óleo de hidrocarboneto sintético, óleo mineral ou poliglicol contendo 50% a 90% em peso de óleo base selecionado a partir de óleo de hidrocarboneto sintético, PAO, óleo mineral ou poliglicol, 10% a 25% em peso de espessante, 0% a 10% em peso de aditivos e (B) 50 a 90% em peso de uma graxa de silicone contendo 70% a 90% em peso de óleo de silicone selecionado do grupo que consiste em polidimetilsiloxano, polifenilmetilsiloxano ou suas misturas, 5% a 30% em peso de espessante e 0% a 10% em peso de aditivos

2. Graxa híbrida, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo em especial (A) 10% a 20% em peso de uma graxa à base de óleo de hidrocarboneto sintético, óleo mineral ou poliglicol contendo 70% a 80% em peso de óleo base selecionado a partir de óleo de hidrocarboneto sintético, PAO, óleo mineral ou poliglicol, 10% a 20% em peso de espessante, 1% a 7% em peso de aditivos, e (B) 80 a 90% em peso de uma graxa de silicone contendo 70% a 80% em peso de óleo de silicone selecionado do grupo que consiste em polidimetilsiloxano, polifenilmetilsiloxano ou suas misturas, 10% a 30% em peso de espessante e 1% a 10% em peso de aditivos.

3. Graxa híbrida, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, que compreende ainda no componente (A) 0% a 50% em peso de um lubrificante sólido.

4. Graxa híbrida, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, que contém como óleo de hidrocarboneto sintético um óleo selecionado do grupo que consiste em PAO, misturas de PAO e copolímeros de olefina, misturas de PAO e poliisobutileno.

5. Uso da graxa híbrida, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, para a lubrificação de juntas no setor de veículos.

6. Uso da graxa híbrida, de acordo com a reivindicação 5, para a lubrificação de juntas à base de pares de plástico/aço.

7. Uso da graxa híbrida, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, para a lubrificação de atuadores, como os utilizados em veículos para sistemas de direção assistida eletronicamente (EPS), atuadores de freio, servo-freios, janelas elétricas.

8. Uso da graxa híbrida, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que a graxa híbrida é produzida pela mistura das duas graxas diferentes e subsequente homogeneização.

9. Uso da graxa híbrida, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que a graxa híbrida é produzida pela produção de um licor de graxa com um dos óleos, ao qual o segundo componente de óleo insolúvel é subsequentemente adicionado.