Свойства сульфонат кальциевых смазок

Со времени своего появления в 1980-х годах смазки на основе сложных сульфонат кальциевых загустителей были доступны на рынке. Эта технология, первоначально разработанная в США и Канаде, обеспечивает очень высокую несущую способность, исключительную механическую стабильность и отличную устойчивость к влаге и коррозии, в сочетании с выдающимися эксплуатационными свойствами в условиях высоких температур. К сожалению, эти смазки также показали некоторые менее желательные свойства, и, как правило, они непригодны для низких температур окружающей среды. Эти смазки являются специальными для условий высоких температур в отдельных областях, таких как металлургия. Но они не очень подходят для использования в качестве многоцелевых смазок. Плюс к этому смазки на основе сложных сульфонат кальциевых загустителей защищены патентами, когда дело доходит до производства и самих композиций. 

 

Уже в 1980-х годах AXEL изучил возможность предложения таких продуктов нашим клиентам, но в процессе анализа образцов существующих коммерческих продуктов мы сделали тревожное открытие. Смазки, показывающие отличные свойства во многих лабораторных тестах, с треском провалилась на OEM испытаниях подшипников. Они делали все, но не смазывали. Один из потрясающих примеров это тест SKF R2F, который предназначен для оценки смазывающей способности и высокотемпературных свойств смазок.

Есть две версии этого теста: тест "А" включает работу подшипников без внешнего нагрева, и тест "В", где подшипники нагревают и поддерживают нагрев на заданном  уровне (например, 140 °C). Не должно быть вообще никаких проблем для «новых» смазок, но в тесте "А" они с треском провалились. Смазывающую способность смазки оценивают путем измерения износа роликов и сепаратора. В этом тесте износ будет значительным только в результате неспособности смазки поддерживать смазочную пленку при качении и скольжении в течение всего периода испытаний. Испытания проводятся на стенде при определенных условиях в течение 20 дней, прежде чем подшипники будут демонтированы и измерен износ.
 

При анализе первого поколения этого вида продукции в середине 1980-х годов, мы протестировали большое количество коммерчески доступных смазок в R2F испытаниях. Все они без исключения потерпели неудачу. Полную неудачу. Дело в том, что после 2-3 дней смазка в подшипниках пересыхала и полностью разрушалась, оставляя только сухой, черный, углеродистый остаток. Это худший результат, который мы когда-либо видели в таких тестах. Поэтому мы решили отказаться от идеи продвижения этих продуктов, а вместо этого ввели новую и улучшенную технологию под названием Alassca. Эта технология была описана в одном из выпусков White Papers.

 

В последующее время поставщиками комплексных сульфонат кальциевых смазок были достигнуты некоторые успехи. Они заявляли о новом запатентованном процессе, лишенном вышеупомянутых недостатков, сохраняя при этом другие положительные преимущества технологии. Тем не менее, тесты SKF R2F по-прежнему показывали слабость таких продуктов. Надо признать, что в настоящее время продукты проходят  весь 20 дневный тест, но они по-прежнему недостаточно хороши при измерениях износа. Чтобы пройти тест, износ роликов не должен превышать 20 мг. В нескольких тестах, износ колебался между 1600 и 3600 мг. Таким образом, это по-прежнему недостаточно хорошие смазки.
 

Некоторые причины состоят в том, что смазки чересчур стабильны, когда речь идет о сепарации масла. Они могут содержать до 35% загустителя и/или различных слишком твердых форм карбоната кальция в мицеллах, твердость которого колеблется от 3-4 по шкале Мооса в зависимости от источника минералов. Так как спрос на эти виды продукции продолжает увеличиваться год от года (они превосходны в ряде конкретных приложений), AXEL решил вернуться к возможности развития и совершенствования технологии.

 

Были изучены множество различных составов и технологий, но они почти всегда были защищены патентами. В 2005 году мы обратились к крупному клиенту с предложением значительного объема комплексной сульфонат кальциевой смазки, чтобы удовлетворить его глобальные потребности в морском секторе. В то же время, нас попросили улучшить стойкость к вымыванию от брызг воды их текущего продукта (также на основе сульфонатного комплекса), который плохо проявлял себя в этом тесте. Было очень удивительно, ведь как утверждается, сульфонатные комплексы отличаются отличной водостойкостью. Последующие тесты подтвердили претензии клиентов, показывающие, что потери их «морских» смазок в тестах при оценке стойкости к брызгам превышали 90%.

 

В то время у нас было три варианта. Первый, купить «базовую смазку» у патентообладателей и улучшить продукт, просто включая специальные присадки. Второй вариант, приобрести промежуточную "текущую смазку», которая может быть загущена простым добавлением воды и изопропилового спирта. Этот второй вариант продемонстрировал отличную стойкость к брызгам воды, которая, по нашему мнению является следствием включения функциональных полимеров. Тем не менее, ни один из этих двух вариантов не удовлетворял всем требованиям заказчика и, кроме того, оба варианта были слишком дорогими. Таким образом, мы остановились на третьем варианте, вернуться на круги своя разработки собственной сульфонат кальциевой технологию с нуля.

 

Мы начали с пересмотра всей нашей предыдущей работы. Следующим шагом было подстроить существующие рецептуры и попытаться заменить комплексообразующие агенты и активаторы, чтобы избежать нарушения патентных прав. Чтобы решить вопрос стойкости к брызгам воды, были протестированы много различных полимерных систем. Нам даже пришлось изменить производственный процесс и рассмотреть инвестиционные потребности для обеспечения специализированного оборудования.

 

Во многих запатентованных вариантах борная кислота используется в качестве (одного из) комплексообразующих агента(ов). В ретроспективе, на самом деле видно, что это один из главных факторов недостаточных смазывающих свойств. Замена борной кислоты дала нам намного "лучший" продукт, когда дело доходило до хороших результатов в тестах смазки подшипников. Правда, борная кислота дает несколько лучший результат в специальных высокотемпературных испытаниях, но ее замена обеспечивает отличную смазку в гораздо более широком температурном диапазоне. И, кроме этого, борная кислота рассматривается как «материал очень высокой опасности" (SVHC) по классификации Европейского химического агентства (ECHA), и мы смогли добиться лучшего решения в отношении здравоохранения и безопасности. Важным для производственного процесса является превращение аморфного карбоната кальция и фатерита в кальцит с пластинчатой морфологией. Это необходимо для желирования веществ в жироподобную субстанцию. Нам удалось найти такую комбинацию активаторов, при которой загущение было бы эффективным и безопасным (без необходимости использования дорогостоящего оборудования для удаления пожароопасных газов изопропилового спирта или этил диокситола).

 

В целях повышения стойкости к вымыванию брызгами воды необходимо понять механизмы, необходимые для удержания смазки на поверхности испытательной пластины. Смазка должна обладать хорошей адгезией (липкостью к пластине) и когезией (липкостью сама к себе). В зависимости от требуемого уровня стойкости к брызгам воды, часто бывает целесообразно использовать два различных полимера, один для адгезии, другой для когезии.

 

Это может быть адаптировано для различных потребностей. Первый прототип для морского применения имел стойкость к распылению воды ниже 10% (довольно хорошее улучшение от 95% оригинала), но продукт оказался слишком липким и вызывал проблемы отслоения от поверхности в высокоборотных устройствах. Затем свойства были скорректированы до показателя 25%, и этот продукт в настоящее время используется на кораблях по всему миру.
 

Производственный процесс также серьезно изменился бросив  вызов статусу-кво, теперь смазки изготавливаются иным образом. При этом, мы смогли решить ряд задач, включая значительно сокращение времени производства. Но, на сегодняшний день, самое большое достижение состоит в том, эти виды смазок производятся с меньшим содержанием загустителя. В оригинальной смазке было необходимо более 30% загустителя для смазок класса NLGI 2. Это не только  ограничивало смазывающие способности смазки, но и вызывало проблемы с прокачиваемостью (особенно важной для промышленности). Путем снижения содержания загустителя до 15-20% (то есть практически до половины начального количества), нам удалось создать гораздо более качественный продукт.

 

Так перейдя от уже хорошей технологии, мы смогли преодолеть ранее упомянутые недостатки, и теперь в состоянии предложить отличные многоцелевые, промышленные, автомобильные, металлургические и морские смазки.