RU2444562C1 - Композиционный антифрикционный твердый смазочный материал - Google Patents
Композиционный антифрикционный твердый смазочный материал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2444562C1 RU2444562C1 RU2010147745/04A RU2010147745A RU2444562C1 RU 2444562 C1 RU2444562 C1 RU 2444562C1 RU 2010147745/04 A RU2010147745/04 A RU 2010147745/04A RU 2010147745 A RU2010147745 A RU 2010147745A RU 2444562 C1 RU2444562 C1 RU 2444562C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- montmorillonite
- trihydroperfluorononanol
- friction
- modified
- solid lubricant
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lubricants (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области полимерного материаловедения и может быть использовано в машиностроении для изготовления смазочных материалов. Сущность: материал представляет собой нанослои монтмориллонита, поверхность и межслоевые нанопромежутки которого модифицированы 1,1,9-тригидроперфторнонанолом-1 с его содержанием в монтмориллоните, равным 40,04 мас.%. Модификацию проводят при температуре 70°С, частоте ультразвука 40 кГц. Технический результат - высокие трибологические свойства и надежность работы твердого смазочного материала при различной продолжительности и высоких скоростях трения. 1 табл., 1 ил.
Description
Изобретение относится к области полимерного материаловедения и может быть использовано в машиностроении для изготовления смазочных материалов с целью улучшения трибологических свойств в эксплуатационном режиме различного рода машин и механизмов.
Известны твердые смазки и на их основе модификаторы трения (Патент РФ 2220189, МПК7 С10М 173/02, опубл. 27.12.2003), представляющие собой водную смазочную композицию для смазки стыкуемых стальных поверхностей, включающая воду, связующий агент, твердый смазочный материал и модификатор трения. В качестве связующего агента в указанной композиции используется натриевый монтмориллонит.
Недостатками композиции являются водная среда, способствующая сильному набуханию монтмориллонита, а также относительная технологическая сложность эксплуатации данной водной смазочной композиции, заключающаяся в возможном вытекании смазки из стыкуемых стальных поверхностей. При этом работа узла трения с данной твердой смазкой характеризуется нестабильным повышенным коэффициентом трения и сильным коррозирующим влиянием этих твердых смазок на металлические поверхности.
Известен состав смазочной композиции (Патент РФ 2351640, МПК С10М 177/00, С10М 125/00, опубл. 10.04.2009), состоящей из взвеси высокодисперсных минералов и жидкого смазочного материала.
Недостатками являются значительная разнородность по минеральному составу и нежелательные процессы агрегирования частиц дисперсной фазы в смазочной композиции.
Известен композиционный триботехнический материал (Патент РФ 2265037, МПК7 C09D 177/00, опубл. 27.11.2005) на основе ультрадисперсного модификатора, функциональной добавки и смеси полиамидов 6 и 11. В качестве ультрадисперсного модификатора используют дисперсные частицы природных силикатсодержащих минералов с размером частиц не более 100 нм.
Основными трудностями в использовании данного триботехнического материала являются сильная зависимость трибологических свойств композиции от размера частиц материала и плохая совместимость компонентов смеси.
Наиболее близким является модификатор трения, представляющий собой бентонит (монтмориллонит) в виде дисперсных частиц с размером 1·102-5·103 Å, модифицированный поверхностно-активным веществом (ПАВ): RfSO2A, где Rf - фторуглеродный радикал формулы (или Rf=XCmF2m, где X=F или Cl при m=3-9, Hal=Cl или J, X1=-CH2CH2OH) (Патент РФ 2194742 МПК7 С10М 141/08, опубл. 10.10.2007):
Данная композиция используется в производстве смазочных материалов и включает, мас.%: хлорпарафин 92,0-93,0, беззольные антиоксиданты 0,8-1,2, сложный эфир дикарбоновых кислот 6,0-7,0, модификатор трения 0,002-0,02.
Недостатком указанного трибологического смазочного материала является его многокомпонентность, которая повышает коммерческую стоимость продукта, и относительная нестабильность работы в условиях повышенных температур и удельных давлений пар трения. Наличие органомодифицированных монтмориллонитов в виде дисперсии в хлорпарафине приводит к процессам агрегирования частиц модифицированного монтмориллонита. В свою очередь недостатками получения модифицированного монтмориллонита фторсодержащими ПАВ является использование водной среды, которая приводит к процессам интеркаляции (внедрения) молекул воды в межслоевые наногалереи монтмориллонита, повышая тем самым его гидрофильность, и снижает эффективность модифицирования поверхности монтмориллонита. При этом гидрофильность монтмориллонита - основное препятствие для его использования в конструкционном материаловедении. Также недостатком использования указанной композиции является частичное выделение хлороводорода в условиях повышенных температур трения.
Задачей предлагаемого изобретения является создание композиционного антифрикционного твердого смазочного материала, используемого в условиях динамично изменяющихся температур и удельных нагрузок в зонах трения.
Техническим результатом являются высокие трибологические свойства и надежность работы заявляемого антифрикционного твердого смазочного материала при различной продолжительности и высоких скоростях трения.
Поставленный технический результат решается путем использования композиционного антифрикционного твердого смазочного материала на основе модифицированного монтмориллонита, причем он представляет собой нанослои монтмориллонита, поверхность и межслоевые нанопромежутки которого модифицированы 1,1,9-тригидроперфторнонанолом-1 в среде этанола при температуре 70°С, частоте ультразвука 40 кГц в течение 90 мин при массовом соотношении монтмориллонита и 1,1,9-тригидроперфторнонанола-1 - 1:1 соответственно, с содержанием 1,1,9-тригидроперфторнонанола-1 в материале 40,04 мас.%, при этом распределение монтмориллонитовых частиц по размерам составляет, мас.%:
тонкодисперсная фракция диаметром 50-100 нм | 10 |
конгломераты с размерами 10-3 мм | 80 |
крупные частицы в виде пластинок с размерами 10-2 мм | 10. |
Модификация монтмориллонита полифторированным спиртом - 1,1,9-тригидроперфторнонанолом-1 сопровождается формированием перфторалкильных органофильных слоев как на поверхности монтмориллонита, так и в его межслоевых нанопромежутках. При этом образование органофильных полифторированных слоев способствует значительной гидрофобизации и органофилизации монтмориллонита. Наличие значительного числа атомов фтора в молекуле 1,1,9-тригидроперфторнонанола-1, обладающих отрицательным -I-эффектом, способствует повышению его кислотности и дополнительному его закреплению как на поверхности монтмориллонита, так и в его межслоевых нанопромежутках за счет вытеснения из солей поликремниевых и угольной кислот, а также реакции окислов металлов с полифторированным спиртом, что, в конечном счете, приводит к образованию алкоголятов.
Использование монтмориллонита, модифицированного 1,1,9-тригидроперфторнонанолом-1 в виде частиц указанной дисперсности, способствует характерному слоистому структурообразованию с наличием на поверхности органофильных перфторалкильных слоев, что необходимо для генерирования самовосстанавливающейся поверхностной пленки на трущихся поверхностях в целях обеспечения высоких антифрикционных свойств твердой смазки.
Разработанная методика модификации монтмориллонита 1,1,9-тригидроперфторнонанолом-1 в ультразвуковом поле способствует эффективной гидрофобизации и органофилизации монтмориллонита. Использование этилового спирта в качестве среды для модификации обеспечивает высокую растворимость 1,1,9-тригидроперфторнонанола-1, повышая тем самым его гидрофобизирующую и органофилизирующую способность по отношению к монтмориллониту.
Понижение температуры модификации менее 70°С способствует значительно меньшей конверсии полифторированного спирта и, как следствие, его незначительному содержанию в модифицированном монтмориллоните и понижению трибологических характеристик. Однако повышение температуры модификации свыше 70°С не приводит к увеличению содержания модификатора в монтмориллоните.
Сокращение времени модификации монтмориллонита менее 90 мин способствует понижению содержания 1,1,9-тригидроперфторнонанола-1 в материале и, как следствие, ухудшению антифрикционных характеристик. Напротив, увеличение времени модификации свыше 90 мин не приводит к возрастанию содержания 1,1,9-тригидроперфторнонанола-1 в материале.
Изменение соотношения монтмориллонита и 1,1,9-тригидроперфторнонанола-1 в сторону уменьшения модификатора способствует снижению его доли в монтмориллоните и ухудшению трибологических свойств модифицированного материала и возрастанию контактной температуры. Увеличение содержания модификатора в реакционной смеси не способствует его повышению содержания в монтмориллоните.
Уменьшение частоты ультразвука менее 40 кГц способствует исчезновению тонкодисперсной фракции частиц с диаметром 50-100 нм и снижению содержания модификатора в материале, что приводит к ухудшению смазочных антифрикционных характеристик модифицированного монтмориллонита. Напротив, увеличение частоты ультразвука не приводит к существенному возрастанию указанной тонкодисперсной фракции.
Использовался высокодисперсный слоистый натриевый монтмориллонит с содержанием основного вещества 98% об. (по данным рентгенофазового анализа - прибор дифрактометр ДРОН-3 CuKα (λ=1,5418 Å)). Натриевая форма монтмориллонита представлена нанопакетным пространством с толщиной нанопластин порядка 1 нм и диаметром 20-250 нм. Исходный дисперсный состав немодифицированного монтмориллонита представлен конгломератами с варьируемыми размерами 10-3 мм (до 90 мас.%) и крупными частицами в виде пластинок с размерами 10-2 мм (10 мас.%). Емкость катионного обмена монтмориллонита составляет 80,96 мг-экв/100 г. Минеральный состав и элементный анализ монтмориллонита приведен в табл.
Таблица | |
Характеристика монтмориллонита | Содержание, % |
Минеральный состав | |
Монтмориллонит | 98 |
Гипс | 1,2 |
Кварц и модификации кремнезема | 0,3 |
Кальцит | 0,2 |
Фосфаты | 0,2 |
Полевые шпаты | 0,1 |
Прочие посторонние примеси | Ед. зн. |
Элементный анализ в пересчете на оксиды | |
Na2O | 3,80 |
MgO | 2,25 |
Al2O3 | 16,57 |
SiO2 | 53,72 |
P2O5 | 0,13 |
K2O | 1,08 |
СаО | 1,51 |
TiO2 | 0,69 |
MnO | 0,13 |
Fe2O3 | 3,03 |
Прочие посторонние примеси | 17,08 |
Сумма | 99,99 |
SO3 | 0,55 |
В качестве модификатора монтмориллонита использовался полифторированный спирт - 1,1,9-тригидроперфторнонанол-1 (химическая формула H(CF2CF2)4CH2OH).
По данным атомно-силовой сканирующей зондовой микроскопии (сканирующий зондовый микроскоп Solver PRO) монтмориллонит, модифицированный 1,1,9-тригидроперфторнонанолом-1, представлен тонкодисперсной фракцией в виде отдельных частиц диаметром 50-100 нм (10 мас.%), конгломератов с варьируемыми размерами 10-3 мм (до 80 мас.%) и крупных частиц в виде пластинок с размерами 10-2 мм (10 мас.%).
Пример. Натриевый монтмориллонит в количестве 1 г предварительно диспергируют в ультразвуковом поле при частоте 40 кГц в 30 мл абсолютного этанола в течение 1 ч. Далее к дисперсии частиц монтмориллонита в этаноле добавляют 1 г 1,1,9-тригидроперфторнонанола-1 в 20 мл этанола и продолжают диспергирование частиц еще в течение 30 мин при температуре 70°С. Модифицированный монтмориллонит промывают этанолом (10 мл) до нулевой концентрации 1,1,9-тригидроперфторнонанола-1 в растворе. Затем упаривают остатки этанола из модифицированного монтмориллонита и сушат продукт при 100°С.
ИК-спектр ν, см-1 (прибор «Nicolet-6700»): C-H (ν 2875-2951 см-1), C-F (ν 1344-1099 см-1), ОН 1,1,9-тригидроперфторнонанола-1 (ν 3558-3657 см-1).
Трение между двумя металлическими контртелами (материал сталь марки Ст.45) были проведены на машине трения И47К54. Условия испытаний: удельная нагрузка 0,5 кг/см2, скорость - постепенное повышение начиная с 0,5 м/с, фрикционная температура измерялась термопарой, образцы диаметром 22 мм.
Методика трения предусматривала размещение навески на металлическую поверхность, равномерное распределение навески по поверхности, «прижимание» навески вторым металлическим образцом, после чего полученный «сэндвич» размещается в машине трения в вертикальном положении. Определение коэффициента трения проводили согласно ГОСТ 23.002-78.
На фиг. изображен график изменения коэффициента трения во времени для монтмориллонита, модифицированного 1,1,9-тригидроперфтор-нонанолом-1. В процессе эксперимента на металлических поверхностях образуется поверхностный слой, который и обеспечивает успешное трение образца при высокой скорости (2 м/с). Вероятно, особенно низкое значение коэффициента трения образца связано с формированием особенно тонкого поверхностного полифторалкильного органофильного слоя, обогащенного большим числом (CF2CF2)-групп, играющих основную роль в трении, что и свидетельствует о высоких трибологических показателях органо-минеральных структур на основе монтмориллонита, модифицированного 1,1,9-тригидроперфторнонанолом-1. Вероятно, именно формирование полифторалкильных органофильных слоев на поверхностых и в нанослоевых промежутках монтмориллонита способствует получению композитов с высокими антифрикционными самосмазывающимися свойствами за счет генерирования не только поверхностного слоя на этапе приработки, но и возможным влиянием полифторалкильной органофильной упаковкой в подповерхностных слоях в кристаллической структуре монтмориллонита путем их поэтапного истирания в процессе трения, которая, по-видимому не достигается в процессе модификации монтмориллонита фторсодержащими поверхностно-активными веществами.
Как видно из графика, продолжительность трения составляла 1 час: 15 минут при скорости 0,5 м/с - температура 28°С, 15 минут при скорости 1 м/с - температура 31°С, 15 минут при скорости 1,5 м/с - температура 36°С, 15 минут при скорости 2 м/с - температура 47°С, затем наблюдался подъем коэффициента трения и температуры до 50°С. Трение монтмориллонита, модифицированного 1,1,9-тригидроперфторнонанолом-1, характеризуется особенно низким значением коэффициента трения, ниже 0,1. Подобные высокие антифрикционные трибологические показатели связаны также за счет создания на трущихся поверхностях при адсорбционном взаимодействии компонентов модифицированного монтмориллонита с металлом квазисмазочных слоев на локальных участках трения и, как уже отмечалось выше, граничной тонкой оптимизированной самосмазывающейся пленки. Полифторалкильные органофильные слои на поверхности модифицированного монтмориллонита в твердой смазке способствуют повышению эффекта сцепления с поверхностью трения.
Таким образом, модификация монтмориллонита 1,1,9-тригидроперфторнонанолом-1 способствует эффективной органофилизации и гидрофобизации монтмориллонита, что необходимо для получения твердой смазки с повышенными антифрикционными трибологическими свойствами в условиях динамично изменяющихся температур и удельных нагрузок в зонах трения.
Claims (1)
- Композиционный антифрикционный твердый смазочный материал на основе модифицированного монтмориллонита, отличающийся тем, что он представляет собой нанослои монтмориллонита, поверхность и межслоевые нанопромежутки которого модифицированы 1,1,9-тригидроперфторнонанолом-1 в среде этанола при температуре 70°С, частоте ультразвука 40 кГц в течение 90 мин при массовом соотношении монтмориллонита и 1,1,9-тригидроперфторнонанола-1 - 1:1 соответственно, с содержанием 1,1,9-тригидроперфторнонанола-1 в материале 40,04 мас.%, при этом распределение монтмориллонитовых частиц по размерам составляет, мас.%:
тонкодисперсная фракция диаметром 50-100 нм 10 конгломераты с размерами 10-3 мм 80 крупные частицы в виде пластинок с размерами 10-2 мм 10
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010147745/04A RU2444562C1 (ru) | 2010-11-23 | 2010-11-23 | Композиционный антифрикционный твердый смазочный материал |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010147745/04A RU2444562C1 (ru) | 2010-11-23 | 2010-11-23 | Композиционный антифрикционный твердый смазочный материал |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2444562C1 true RU2444562C1 (ru) | 2012-03-10 |
Family
ID=46029071
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010147745/04A RU2444562C1 (ru) | 2010-11-23 | 2010-11-23 | Композиционный антифрикционный твердый смазочный материал |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2444562C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5308516A (en) * | 1989-06-08 | 1994-05-03 | Century Oils, Inc. | Friction modifiers |
WO1996035764A1 (en) * | 1995-05-09 | 1996-11-14 | Southern Clay Products, Inc. | Improved organoclay products containing a branched chain alkyl quaternary ammonium ion |
US5880197A (en) * | 1995-12-22 | 1999-03-09 | Amcol International Corporation | Intercalates and exfoliates formed with monomeric amines and amides: composite materials containing same and methods of modifying rheology therewith |
RU2194742C2 (ru) * | 2001-03-16 | 2002-12-20 | ООО "Лаборатория Триботехнологии" | Противоизносная, антифрикционная присадка с модификатором трения, смазочный материал и способ получения модификатора трения |
RU2248389C2 (ru) * | 2003-04-22 | 2005-03-20 | Открытое акционерное общество "Белкард" | Состав композиционного смазочного материала |
RU2380316C1 (ru) * | 2008-10-13 | 2010-01-27 | Закрытое акционерное общество "Макполимер" | Способ получения органоглины |
-
2010
- 2010-11-23 RU RU2010147745/04A patent/RU2444562C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5308516A (en) * | 1989-06-08 | 1994-05-03 | Century Oils, Inc. | Friction modifiers |
WO1996035764A1 (en) * | 1995-05-09 | 1996-11-14 | Southern Clay Products, Inc. | Improved organoclay products containing a branched chain alkyl quaternary ammonium ion |
US5880197A (en) * | 1995-12-22 | 1999-03-09 | Amcol International Corporation | Intercalates and exfoliates formed with monomeric amines and amides: composite materials containing same and methods of modifying rheology therewith |
RU2194742C2 (ru) * | 2001-03-16 | 2002-12-20 | ООО "Лаборатория Триботехнологии" | Противоизносная, антифрикционная присадка с модификатором трения, смазочный материал и способ получения модификатора трения |
RU2248389C2 (ru) * | 2003-04-22 | 2005-03-20 | Открытое акционерное общество "Белкард" | Состав композиционного смазочного материала |
RU2380316C1 (ru) * | 2008-10-13 | 2010-01-27 | Закрытое акционерное общество "Макполимер" | Способ получения органоглины |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hou et al. | One-pot synthesis of reduced graphene oxide/molybdenum disulfide heterostructures with intrinsic incommensurateness for enhanced lubricating properties | |
Wu et al. | The emulsifying and tribological properties of modified graphene oxide in oil-in-water emulsion | |
Yi et al. | In-situ formation of tribofilm with Ti3C2Tx MXene nanoflakes triggers macroscale superlubricity | |
Zhao et al. | In situ green synthesis of the new sandwichlike nanostructure of Mn3O4/graphene as lubricant additives | |
Song et al. | Synthesis of α-Fe 2 O 3 nanorod/graphene oxide composites and their tribological properties | |
Zhou et al. | Preparation of a reduced graphene oxide/zirconia nanocomposite and its application as a novel lubricant oil additive | |
Ait-Akbour et al. | Adsorption of PolyCarboxylate Poly (ethylene glycol)(PCP) esters on Montmorillonite (Mmt): Effect of exchangeable cations (Na+, Mg2+ and Ca2+) and PCP molecular structure | |
Rudenko et al. | Talc as friction reducing additive to lubricating oil | |
Gupta et al. | Lubrication properties of chemically aged reduced graphene-oxide additives | |
Zhang et al. | WS2 nanorods prepared by self-transformation process and their tribological properties as additive in base oil | |
Hou et al. | Structural and tribological characterization of fluorinated graphene with various fluorine contents prepared by liquid-phase exfoliation | |
del Río et al. | Thermophysical and tribological properties of dispersions based on graphene and a trimethylolpropane trioleate oil | |
Feng et al. | Enhancing the tribological performance of Ti3C2 MXene modified with tetradecylphosphonic acid | |
Zheng et al. | Macroscale superlubricity achieved via hydroxylated hexagonal boron nitride nanosheets with ionic liquid at steel/steel interface | |
Wu et al. | Investigating the tribological performance of nanosized MoS 2 on graphene dispersion in perfluoropolyether under high vacuum | |
Zhao et al. | The correlation between molecular structure and tribological properties of graphene oxide with different oxidation degree | |
Liu et al. | Synergistic lubricating effect of graphene/ionic liquid composite material used as an additive | |
Tian et al. | Effect of hydroxyl intercalation on tribological properties of MXene (Ti3C2Tx) | |
Zhang et al. | Construction of a continuously layered structure of h-BN nanosheets in the liquid phase via sonication-induced gelation to achieve low friction and wear | |
Nan et al. | Improving of the tribological properties of attapulgite base grease with graphene | |
Tian et al. | Organic-sulfonate functionalized graphene as a high temperature lubricant for efficient antifriction and antiwear in water based drilling fluid | |
Fei et al. | Synergistic effect of talc/carbon spheres composite as oil‐based additive enhancing the lubricating properties for steel‐steel contact | |
Peng et al. | Tribological properties of sodium dodecyl sulfate aqueous dispersion of graphite-derived carbon materials | |
Li et al. | Preparation of well-dispersed lubricant additives with excellent antiwear ability under high load | |
Yan et al. | Fabrication of ionic liquid-functionalized covalent organic frameworks for friction and wear reduction |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121124 |