DE1644855A1 - Festschmiermittel und diese enthaltende Schmierstoffe - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE 164486b

DR.-ING. VOM KREISLER DR.-ING. SCHONWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 9. Februar 19?o Fu/st,-

The British Petroleum Company Limited, Britannic House, f'lnsbury Circus, London B.C,2 (England) Festschmiermittel und diese enthaltende Schmierstoffe

Die· Erfindung bezieht sich auf neue Festschmiermittel und diese enthaltende Schmierstoffe. Es ist bekannt, daß Wolframdisulfid hohe Belastbarkeit- im: Höchstdruckbereich aufweist und daß es diese Eigenschaften bei hohen Temperaturen behält. Dispersionen von Wolframdisulfid können beispielsweise für die Schmierung der Ketten von Kettenförderern in Öfen und anderen Behältern, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, verwendet werden.

Es wurde nun gefunden, daß "oleophiles" Wolframdisulfid verbesserte Belastbarkeit und verbessertes Druckaufnahmeverinögen hat. Die Erfindung betrifft somit oleophiles Wolframdisulfid, das durch wählen von Wolframdisulfid in liegenwart einer niedrigviskosen, niedrigsiedenden organischen Flüssigkeit mit niedriger Oberflächenspannung hergestellt worden ist.

Die Erfindung ist ferner auf Schmierstoffe auf Basis eines Mineralöls oder Syntheseöls als tirundöl gerichtet, das das vorstehend beschriebene oleophile Wolframdisulfid enthält.

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tteUe Unterlagen (Art y SI ΑΙλ^ .,..;.— .„.. -..^„a. ν. 4.9.19.

Die Erfindung umfaßt ferner Wex-lcstoffgemische, die
ein Metall oder eine feste polymere Matrix, und oleophiles Wolframdisulfid enthalten, und aus diesen
Werkstoffen geformte Lager.

Das oleophile Wolframdisulfid, die Grundöle für die Schmierstoffe sowie die Schmierstoffe und Lagerwerkstoffe gemäß der Erfindung werden nachstehend ausführlich beschrieben.

Oleophiles Wolframdisulfid

Oleophiles Wolframdisulfid adsorbiert einen höheren Anteil n-Dotriacontan als nicht-oleophiles Wolframdisulf id, z.B. an der Luft gemahlenes Wolframdisulfid.

Oleophiles Wolframdisulf id kann durch. Mahlen von
Wolframdisulfid in den meisten organischen Plüssigkeiten erhalten werden, jedoch wird zweckmäßig eine organische Flüssigkeit verwendet, die zum größten
Teil leicht aus dem oleophilen Wolframdisulfid entfernt werden kann* Bevorzugt werden daher Flüssigkeiten, die unter 5oo C sieden und eine Viskosität von. weniger als 600 cS bei 38°C haben. (Flüssigkeiten, die eine Oberflächenspannung unter 72 dyn/cm, vorzugsweise
von 1o - 4o dyn/cm bei 25 C haben, werden bevorzugt.)

Als organische Flüssigkeiten eignen sich niedrigmolekulare Kohlenwasserstoffe einschließlich der geradkettigen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten Alkylverbindungen, der gesättigten oder ungesättigten, substituierten oder unsubstituierten
Cycloalkylverbindungen und der substituierten oder unsubstituierten aromatischen Verbincluncen, Beispiele soldier Verbindungen sind n—Heptan, Octen—2, 2,2,h-Trimcthylpentan, Cyclohexan, Bcnsol und Toluol, besonders bevorzugt werden verzweigte Alkylverbindungen.

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Weiterhin eignen sich als oi-ganische Flüssigkeiten Verbindungen, die Fluor, Chlor oder Phosphor und Chlor enthalten, z.B. Tetrachlorkohlenstoff. Als weitere geeignete organische Flüssigkeiten kommen die polaren Sauerstoffverbindungen in Frage, z.B. Isopropylalkohol. Auch flüssiges Silicone können verwendet werden.

Zur Erzielung bester Ergebnisse sollte die Menge des Wolframdisulfid im Gemisch aus Wolframdisulfid und organischer Flüssigkeit 5o Gew.-^ nicht überschreiten» Vorzugsweise sollte sie Z - 2o Gew.-^ betragen.

Das Mahlen kann in jeder geeigneten Mühle oder Vorrichtung erfolgen und wird zweckmäßig so lange vorgenommen, bis ein oleophiles Wolframdisulfid gebildet worden ist, das eine (durch Stickstoffadsorption bestimmte) Oberfläche von 1o — 4oo, vorzugsweise von 2o - 1oo m /g hat. Dies kann gewöhnlich durch Mahlen bei normalen Temperaturen für die erforderliche Dauer erreicht werden, jedoch kann die Temperatur des Gemisches gegebenenfalls künstlich beispielsweise auf 4oo°C erhöht werden. In diesem Fall können Flüssigkeiten mit einer Viskosität bis zu 6oo cS bei 38°C, beispielsweise mineralische Schmieröle vom Spindelöl bis zu den "Brightstocks" verwendet werden. Eine der schnellsten und wirksamsten Methoden besteht darin, daß zuia Mahlen eine Kugelschwingmühle verwendet wird.

Es ist zweckmäßig, während des Mahlvorganges die Luft möglichst weitgehend auszuschließen. Dies läßt sich am leichtesten erreichen, indem man in die Mühle zuerst die organische Flüssigkeit, dann die Kugeln und zuletzt das Wolframdisulfid einfüllt. Nach einer geeigneten Arbeitsweise gibt man in die Mühle zuerst die Flüssigkeit, dann die Hälfte der Kugeln, anschließend das Wolframdisulf Id und zum Schluß den Rest der Kugeln. Ein solches

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Malverfahren kann als "geschlossenes" System bezeichnet werden.

Bei Verwendung einer Kugelmühle ist es natürlich zweckmäßig, Kugeln aus einem Werkstoff zu verwenden, der mit dem Wolframdisulfid nicht reagiert, und sich während des Mahlens nicht übermäßig abnutzt« Kugelschwingmühlen enthalten gewöhnlich Stahlkugeln,, die sich auch für die Zwecke der Erfindung eignen. Bescnders bevorzugt wird ein harter Stahltyp für die to Kugeln und für den Mahl raum.

Falls erforderlich, kann ein Magnetfilter verwendet werden, um kleine Stahlteilchen zu entfernen, die in dem während des Mahlens gebildeten Brei auftreten können. Ein Urawälzsystem kann auch verwendet werden, bei dem die Aufschlämmung durch ein außen angeordnetes Magnetfilter gepumpt und dann in die Mühle zurückgeführt wird. Das Umwälzsystem kann halbkontinuierlich betrieben' werden, wobei die Aufschlämmung nach der Mahldauer herausgepumpt und frisches Material in das

Zo System eingefüllt wird.

Geeignet ist eine Kugelschwingmühle, die unter der Bezeichnung "Megapact" (Hersteller Pilamec Limited) im Handel ist.

Das Wolframdisulfid kann o,25 - 48 Stunden gemahlen werden, jedoch sind 2-16 Stunden gewöhnlich ausreichend.

Als erste Maßnahme kann die Aufschlämmung des beim Mahlen gebildeten oleophilen Wolframdisulfids von den Kugeln der Mühle durch Sieben oder durch Verdrängung 3«* der Mahlflüssigkeit durch eine andere Flüssigkeit und Sieben abgetrennt werden. Bei Verwendung einer ver-

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hältnismäßig hochsiedenden organischen Flüssigkeit zum Mahlen kann es zweckmäßig sein, diese Flüssigkeit durch eine niedrigsiedende Flüssigkeit zu verdrängen. Diese Flüssigkeit kann dann durch Kochen entfernt werden. Vorzugsweise läßt man hierbei das Gemisch kräftig sieden.

Es ist ferner möglich, die Aufschlämmung zu filtrieren, wobei das oleophile Wolframdisulfid als Filterkuchen erhalten wird. In jedem Fall werden vorzugsweise die letzten Spuren der Mahlflüssigkeit oder der verdrängenden Flüssigkeit entfernt, indem das oleophile Wolframdisulfid einige Stunden in einem Vakuumofen beispielsweise auf 1oo C bei 1 mm Hg erhitzt wird. < >

Die Mahlflüssigkeit oder verdrängende Flüssigkeit wird als Alternative - in gewissen Fällen vorzugsweisenicht von dem oleophilen Wolframdisulfid entfernt, das in der Aufschlämmung bleibt. Dieser Weg wird hauptsächlich bevorzugt, wenn die Mahlflüssigkeit auch als Grundöl für einen Schmierstoff dienen kann.

Grundöl

Als Schmieröl-Grundöl können Mineralöle oder Syntheseöle verwendet werden. Als Mineralöle eignen sich raffinierte aus Erdöl erhaltene Mineralöle, z.B. solche, die bei 99°C eine Viskosität im B vorzugsweise von k - ko cS haben.

die bei 99°C eine Viskosität im Bereich von 2 - 5o,

Zu deivsyiithotischen Schmierölen gehören organische Ester, Polyglykolether, Polyphenyläther, fluorierte Kohlenwasserstoffe, Silicatester, Siliconöle und deren Gemische. Die wichtigste Klasse von Syntheeeölen bilden die organischen flüssigen Polyester, insbesondere die neutralen Polyester, deinen Viskosität bei 99 C im Bereich von 1 - 3o cS liegt. Der Ausdruck "Polyester" dient zur JIozeichnung von Estern, die wenigstens zwei

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Esterbindungen im Molekül enthalten. Der· Ausdruck "neutral" dient zur Bezeichnung eines vollständig verestert en Produkts. Beispiele von geeigneten Polyestern sind die flüssigen Diester von aliphatischen Dicarbonsäuren und einwertigen Alkoholen (z.B» Dioctylsebacat, Dinonylsebacat, Octylnonylsebacat und die entsprechenden Azelain- und Adipinsäureester), flüssige Diester von aliphatischen Dicarbonsäuren und Phenolen (z.B. die in der britischen Patentanmeldung 31 249/65 und in den britischen Patentschriften 1 o44 55o, 1 ohh 883, 1 o58 9o6 und 1 o59 955 beschriebenen) und komplexere Polyester (z.B. die in den britischen Patentschriften 666 697, 743 571, 780 034, 861 962, 933 721, 971 9o1 und 986 068 und in den deutschen Patentschriften. .·····

, (Patentanmeldung B 83 680 XVc/23c) und. ....

(Patentanmeldung B 85 398 TVc/2Jc) beschriebenen) .

Dispersionsschniierstoffe

Das oleophile Wolframdisulfid kann in die Grundöle in Mengen bis zu 5o$, vorzugsweise bis zu 1o$, bezogen auf das Gesamtgewicht, eingearbeitet werden, wobei Dispersionen mit überraschend guten Schmiereigenschaften erhalten werden. Die Dispersionen können sehr ein— ψ fach gebildet werden, indem das oleophile Wolframdi-

sulfid in das Grundöl eingerührt wird. Es ist auch möglich, eine mechanische Vorrichtung, z.B. eine Kolloidmühle, für die Dispersionsbildung zu verwenden,

Nachstehend werden als Beispiele einige Methoden beschrieben, nach denen die Dispersionen hergestellt 3ο werden können.

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a) Die Mahlflüssigkeit wird von der· beim Mahlen gebildeten Aufschlämmung des oleopliilen Wolframdisulfids abfiltriert. Der erhaltene Filterkuchen wird gemahlen, indem or beispielsweise durch eine

κ Kolloidmühle gegeben wird. Das erhaltene Pulver wird in das Öl eingerührt. Die gebildete Dispersion wird durch Mahlen in der Kolloidmühle homogenisiert.

b) Die Mahlflüssiglceit wird von der Aufschlämmung des oleophilen Wolframdisulfids schnell abgedampft, um die Bildung eines Wclfra:ndisulfidkuchens zu vermeiden. Das erhaltene Pulver wird in das Öl eingerührt und die Dispersion durch Mahlen in der Kolloidmühle homogenisiert.

c) Das Grundöl wird zur Aufschläminung des oleophilen

Wolframdisulfids gegeben und die Mahlflüssigkeit abdestilliert ·

d) Das Grundöl wird zur Aufschlämmung des oleophilen Wolframdisulf ids gegeben und das Gemisch so durch einen Homigenisator (z.B. einen Manton—Gaulin-Homogenisator) geleitet, daß Temperaturen bis i4o°C oder über 1^o°C auftreten. Die Temperatur muß so hoch sein, daß die MaIiIflüssigkeit abgetrieben wird.

e) Die Dispersion kann auch so hergestellt werden, daß man. das Wolframdisulfid im Grundöl für die Dispersion direkt mahlt. Beispielsweise kann ein niedrig siedendes mineralisches bchmieröl von niedriger Oberflächenspannung mit einer Viskosität bis zu 600 cS bei 38 C verwendet werden. Während des Mahlens können erhöhte Temperaturen bis zu 4oo°C angewendet werden.

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Besonders bevorzugt werden die Verfahren c), d) und e). Im allgemeinen kann das oleophile Wolframdisulfid dem G-rundöl entweder bei Umgebungstemperatur oder gegebenenfalls bei erhöhten Temperaturen von beispielsweise bis zu 4oo C KUgemischt werden.

Lage rwe rkst ο ffe

Die in den metallischen oder festen polymeren Gleitwerkstoff eingearbeitete Menge des oleophilen Wolframdisulfids kann zwischen o,1 und 5° u-ew.-Jo liegen, beträgt jedoch vorzugsweise 1 - 25$, bezogen auf das

Gewicht des Gleitwerkstoffs plus oleophilem Wolframdisulfid.

Das oleophile Wolframdisulfid kann nach beliebigen geeigneten Methoden in den metallischen oder polymeren Gleitwerkstoff eingearbeitet werden. Vorzugsweise erfolgt jedoch die Einarbeitung durch mechanisches Mischen eines nassen oder trockenen Pulvers des Metalls oder festen Polymerisats mit einem nassen oder trockenen Pulver des oleophilen Wolframdisulfids. Vorzugs— 2q weise werden die mit einem flüchtigen Lösungsmittel,

wie Petroläther, benetzten Pulver gemischt. Das Gemisch kann dann nach der Entfernung des gegebenenfalls ver-. wendeten Lösungsmittels beispielsweise in einer Form

' gepreßt und bei einer geeigneten Temperatur, die bei-

spielsweise für einen Polytetrafluoräthylen als Gleitwerkstoff enthalt
gesintert werden.

werkstoff enthaltenden Lagerv/erkstoff über .'3oo°C liegt,

Lager können aus diesen Werkstoffen nach beliebigen geeigneten Methoden, z.B. durch spanabhebende Bearbeitung oder unter Verwendung der vorstehend erwähnten Preßformen,hergestellt werden.

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Dispersionen von nicht-öle oph.il em und oleophilem Wolframdisulfid wurden hergestellt und ihre Belastbarkeit unter Verwendung eines Shell—Vierkugel-Prüfge— räts verglichen. Die angewendete Prüfmethode ist die Methode 6503, die einen Teil von U.S. Federal Test Method Standard Nr. 791^a bildet, wobei jedoch bei einer Gruppe von Versuchen eine Prüfdauer von 1 Minute anstatt 1o Sekunden angewendet wurde. Die Ergebnisse sind nachstehend in den Tabellen 1 und 2 angegeben»

Tabelle

Typ des im Grundöl dispergierten V/olframdisulfids

Ungemahlene s
WSg-PuIver,

Reinheit 99,5$,
Hersteller
Koch-Light Ltd.

BET-Oberfläche des dispergierten Feststoffs, m /g

Adsorptionswärme aus n-IIeptan, kcal/g

Adsorption von n-Dotriacontcin aus seiner o,2^igen Lösung bei 2o C

Adsorption von n—ßutylalkohol aus seiner o,2';'igen Lösung bei 2o°C

PrüTungen einer 2'^igen Dj-spersion in medizinischem Paraffinöl im

Vie rkuge!prüfge rät

Mittlere Hertn-Belastung, kg

Fressbe1astung, kg

28

97

Zk
18o

ü-leiches ^ jedoch k Stunden in einer "Megapact"-Mühle in n-Heptan gemahlen

1oo

455

36 250

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- 1o -

Es ist ersichtlich., daß durch Mahlen in n-Heptan die Belastbarkeit und das Druckabnahme vermögen von Wolframdisulfid er-heblich verbessert werden. Die Adsorptionswärmedaten zeigen, daß das gemahlene Material ein viel höheres Adsorptionsvermögen sowohl für n-Dotriacontan als auch n-Butylalkohol hat, ein Zeichen, daß die Zahl sowohl der oleophilen als auch polaren Stellen auf der Oberfläche des FoIframdisulfids während des Mahlens erheblich und im gleichen Verhältnis (im Vergleich zum ungemahlenen Material) gesteigert wird.

Tabelle

Typ des im Grundöl dispergier— ten Wolframdisulfids

Ungemahlene s
handelsüb—
liehes
PuIver

Grundöl

BET-Oberflache des dispergierten Feststoffs, m /g

Belastbarkeit der Dispersion

AusSchleifung, Prüfdauer 6ο Min. bei 15 kg

AusSchleifung bei 1 Minute Prüfdauer

1 oo kg 15o kg 2oo kg

Mittlere Ilertz-uelastung, kg

Fressbelastung, kg

BG 16o/95⁺
5

Gleiches handelsübliches

ver, jedoch 8
Stunden
in der
"Megapact"-Mühle in

n-Heptan gemahlen

BG 160/95

1,64	ο,84
2,5ο	1,17
Fressen	1,49
<3ο	58
C Zoo	36ο

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Basisches Mineralschmieröl einer Redwood I-Viskosität von l6o Sekunden bei 60 C und einem Viskositätsindex von 95·

Die zum Mahlen verwendete "Megapact"-KugelSchwxngmühle war eine stärkere Ausführungsform als die zur Herstellung des in Tabelle 1 genannten oleophilen Tiolframdisulfids verwendete kühle. Der Mauptunterschied war die Erhöhung der Schwingamplitude der Mühle.

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, daß das oleophile Wolframdisulfid den Schmierstoffdispersionen· im Vergleich zu Schmierstoffdispersionen, die nicht-oleophiles Wolframdisulfid enthalten, eine stark verbesserte Belastbarkeit verleiht. Die verbesserte Belastbarkeit macht sich sowohl im verschleißmindernden Bereich als auch im Höchstdruckbereich bemerkbar·

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1· Verfahren zur Herstellung eines neuen Wolframdisul-• fids, dadurch gekennzeichnet, daß man Wolframdisulfid in Gegenwart einer niedrigsiedenden und niedrigviskosen organischen Flüssigkeit mit niedriger Oberflächenspannung einer Mahlung unterwirft, bis eine durch Stickstoffadsorption gemessene - Oberfläche von 1o — hoo m /g erreicht ist.

   fe 2_# Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlung des Wolframdisulfids in einer organischen Flüssigkeit erfolgt, die einen Siedepunkt unterhalb 5oo°C und eine Viskosität unterhalb 6oo cS bei 38 C sowie eine Oberflächenspannung unterhalb 72 dyn/cm bei 25 C, vorzugsweise im Bereich von 1o — 4o dyn/cm aufweist, und daß die Mahlung zweckmäßigerweise solange durchgeführt wird, daß die Oberfläche des Mahlproduktes 2o - I00 m /g beträgt.

   3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlung in. einer Kugelschwingmühle durchgeführt wird und dabei der Betrag des Wolfram-

   " disulfide in dem Gemisch aus Wolframdisulfid und Mahlflüssigkeit nicht über 5o$, vorzugsweise zwischen 2 und 2ö$, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, liegt.

   4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Vermahlung in Abwesenheit von Luft durchgeführt wird.

   5. Sclimiennittel^einisch auf der Basis von Hineral- oder Syntheseölen, gekennzeichnet durch einen Uehalt bis zu 5o (Jew.-fj, vorzugsweise bis zu 1o Gew.—^ eines oleophilen Wolframdisulfids, das nach dem

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   Verfahren der Ansprüche 1 bis k hergestellt worden ist.

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