alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2018.10-12.060-069alternative-1351Research ArticleКОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫРЕЛАКСАЦИОННЫЕ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ЛИТОЛА-24 С МЕЗОГЕННЫМИ ПРИСАДКАМИRELAXATION AND DIELECTRIC PROPERTIES OF LUBRICANT COMPOSITIONS BASED ON LITOL-24 WITH MESOGENIC ADDITIVESЕльниковаЛ. В.ElnikovaL. V.

Лилия Вячеславовна Ельникова – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник

д. 25, ул. Большая Черемушкинская, Москва, 117218

Liliya Elnikova – Ph.D. in Physics and Mathematics, Scientific Researcher

25 Bolshaya Cheremushkinskaya St., Moscow, 117218

elnikova@itep.ruПономаренкоА. Т.PonomarenkoA. Т.

Анатолий Тихонович Пономаренко – доктор химических наук, профессор, действительный член Академии инженерных наук им. А.М. Прохорова, главный научный сотрудник Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН

д. 70, ул. Профсоюзная, Москва, 117393

Anatoliy Ponomarenko  – D.Sc. in Chemistry, Professor, Full Member of Prokhorov Academy of Engineering Science, Principal Researcher at N.S. Enikolopov Institute of Synthetic Polymer Materials

70 Profsoyuznaya St., Moscow, 117393

anapon@ispm.ruШевченкоВ. Г.ShevchenkoV. G.

Виталий Георгиевич Шевченко – доктор химических наук, ведущий научный сотрудник

д. 70, ул. Профсоюзная, Москва, 117393

Vitaliy Shevchenko – D.Sc. in Chemistry, Leading Researcher

70 Profsoyuznaya St., Moscow, 117393

anapon@ispm.ruФГБУ «ГНЦ РФ Институт теоретической и экспериментальной физики им. А.И. Алиханова» НИЦ «Курчатовский институт»РоссияAlikhanov Institute for Theoretical and Experimental Physics, NRC Kurchatov InstituteRussian FederationИнститут синтетических полимерных материалов имени Н.С. Ениколопова РАНРоссияEnikolopov Institute of Synthetic Polymer Materials, Russian Academy of SciencesRussian Federation201816062018010-126069Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20182018Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1351

Для повышения износостойкости деталей машин в промышленности и сельском хозяйстве применяются разнообразные синтетические смазки с мезогенными присадками, так как добавление присадки в базовую смазку приводит к снижению коэффициента трения и уменьшению износа детали. Такие многокомпонентные системы, как смазки, с присадками являются лиотропными жидкими кристаллами (ЖК) и демонстрируют богатый мезоморфизм, который также влияет на их трибологические характеристики. Построение фазовых диаграмм ЖК смазок с присадками в зависимости от концентрации и термодинамических величин является важной исследовательской задачей в связи с необходимостью оптимизации компонентного состава смазок и выяснения режимов их наиболее эффективного функционирования. В этой связи кроме проведения механических испытаний деталей в присутствии смазочных композиций необходимо изучать физико-химические свойства и проводить структурные исследования многокомпонентных смазок. Настоящее исследование было проведено с целью дополнить имеющиеся данные оптической и рентгеновской спектроскопии, электронной микроскопии и теоретические оценки термодинамических параметров смазочных композитов результатами диэлектрической спектроскопии. С помощью данного метода впервые исследованы электрические свойства смазочных композиций на основе Литола-24, включающие в себя мезогенные присадки в виде гомологов карбоксилатов меди (II), валерата и изовалерата меди, с концентрацией 1 масс. %, 5 масс. %, 10 масс. % и 20 масс. %. Получены частотные зависимости диэлектрической проницаемости, электропроводности, тангенса угла потерь, температурные и концентрационные зависимости электрических величин смазочных композиций при использовании измерительного электрического поля в диапазоне частот 100 Гц – 1 МГц и при нагреве от комнатной температуры до температур, превышающих температуры плавления Литола-24. Подтверждена возможность возникновения фазовых переходов между колончатой и изотропной жидкокристаллическими фазами при концентрациях присадок 1 масс. %, 5 масс. % и 10 масс. %, по порядку величин оценены энергии активации смазочных композиций. Полученные результаты применимы для анализа трибологических показателей смазочных композиций.

In order to improve the wear resistance of machine parts in industry and agriculture, the various synthetic lubricants with mesogenic additives are used. It is established that adding an additive to the base lubricant leads to a decrease in the friction coefficient and a decrease in the wear of the machine parts. Such multi-component systems, lubricants and additives, are lyotropic liquid crystals (LC) and exhibit rich mesomorphism which also affects their tribological characteristics. The composing of phase diagrams of LC lubricants with additives depending on the concentration and thermodynamic quantities is an important research task in connection with the need to optimize the composition of lubricants and to determine the regimes of their most effective employment. In this regard, in addition to mechanical testing of specimens in the presence of lubricant compositions, it is necessary to study the physicochemical properties and carry out structural studies of multicomponent lubricants. We were motivated by the possibility to complement the existing data on the optical and X-ray spectroscopy, electron microscopy and theoretical studies of the thermodynamic parameters of lubricant composites by dielectric spectroscopy (DE). Using the method of DE spectroscopy, we first investigated the electrical properties of lubricating compositions based on Litol’s-24 comprising mesogenic additives as homologues carboxylates of copper (II), valerate and isovalerate copper in the concentration range 1, 5, 10 and 20 wt. %. We found the frequency dependence of the dielectric permeability, conductance, dielectric loss, as well as the temperature and concentration dependence of the electrical quantities of lubricant compositions in the measuring electric field of the frequency range 100 Hz – 1 MHz and at heating from room temperature to temperatures exceeding Litol’s-24 melting temperature. The paper confirms the possibility of the occurrence of phase transitions between the columnar and isotropic liquid-crystalline phases at the concentrations of additives of 1, 5 and 10 wt. %, and estimates the activation energies of the lubricant compositions in order of magnitude. The obtained results are applicable for the analysis of tribological characteristics of lubricant compositions.

смазочные композиции на основе Литола-24присадкикарбоксилаты медидиэлектрические измеренияLitol-24 based lubricant compositesadditivesкарбоксилаты медиdielectric measurementsReferencesУсольцева, Н.В. Жидкие кристаллы: дискотические мезогены [Текст] / Н.В. Усольцева [и др.]. – Иваново: Иван. гос. ун-т, 2004. – 546 с.Usol'ceva N.V., Akopova O.B., Bykova V.V., Smirnova A.I., Pikin S.A. Liquid crystals: discotic mesogens (Zhidkie kristally: diskoticheskie mezogeny). Ivanovo: Ivanovo State Un-ty, 2004, 546 p. (in Russ.).Акопова, О.Б. Карбоксилаты меди. Моделирование, синтез, мезоморфизм и трибологические свойства [Текст] / О.Б. Акопова [и др.] // Жидкие кристаллы и их практическое использование. – 2012. – Вып. 2(40). – С. 20–28.Akopova, O.B. Lapshin V.B., Terent’ev V.V., Bogdanov V.S. Copper(ii) carboxylates. Simulation, synthesis, mesomorphism and tribological properties (Karboksilaty medi. Modelirovanie, sintez, mezomorfizm i tribologicheskie svoistva). Liq. Cryst and Their Appl., 2012;2(40):20–28 (in Russ.).Терентьев, В.В. Повышение надежности сельскохозяйственной техники за счет использования пластичных смазочных материалов с мезогенными присадками-карбоксилатами меди [Текст] / В.В. Терентьев [и др.] // Жидкие кристаллы и их практическое использование. – 2014. – Вып. 14(2). – С. 97–102.Terentyev V.V., Akopova O.B., Telegin I.A., Bobrova N.V. Increasing reliability of agricultural machinery by using plastic lubricant additives with mesogenic copper carboxylates (Povyshenie nadezhnosti sel'skohoziaistvennoi tehniki za schet ispol'zovaniya plastichnyh smazochnyh materialov s mezogennymi prisadkami-karboksilatami medi). Liq. Cryst and Their Appl., 2014;14(2):97–102 (in Russ.).ГОСТ 21150-87. Смазка Литол-24. Технические условия – Введ. 1989-01-01. – М.: Изд-во стандартов, 2001. – 61 c.GOST 21150-87 Grease Litol-24. Specifications Smazka Litol-24. Tehnicheskie uslovija. – Vved. 1989-01-01. – Moscow: Izd-vo standartov Publ., 2001, 61 p. (in Russ.).Ельникова, Л.В. Инфракрасные спектры поглощения карбоксилатов меди(II) гомологов 4…21 // Москва, Препринт ИТЭФ. – 2016. – № 5–16.Elnikova L.V. Infrared absorption spectra for cooper(II) carboxylates of homologs 4 … 21 (Infrakrasnye spektry pogloshheniia karboksilatov medi(II) gomologov 4…21). Moscow, Preprint ITEP, 2016, No. 5–16 (in Russ.).Orlandi, S. Core charge distribution and self assembly of columnar phases: the case of triphenylenes and azatriphenylenes [Теxt] / S. Orlandi [et al.] // Chemistry Central Journal. – 2007. – Vol. 1(15). – P. 1–13.Orlandi S., Muccioli L., Ricci M., Berardi R., Zannoni C. Core charge distribution and self assembly of columnar phases: the case of triphenylenes and azatriphenylenes. Chemistry Central Journal, 2007;01(15):1–13.Эме, Ф. Диэлектрические измерения [Текст] / Ф. Эме. – М: Химия, 1967. – 224 c.Eme F. Dielectric measurements (Dielektricheskie izmereniya). Moscow: Himiya Publ., 1967, 224 p. (in Russ.).Programmable Automatic RCL Meter PM 6306. User manual. FLUKE. 1996 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.download-servicemanuals.com/en/manual.php?file=Fluke-4810.pdf – (Дата обращения: 05.09.2016).Programmable Automatic RCL Meter PM 6306. User manual. FLUKE. 1996. Available on: http://www.download-servicemanuals. com/en/manual.php?file=Fluke-4810.pdf (05.09.2016).Новик, А. Релаксационные явления в кристаллах [Текст] / А. Новик, Б. Берри. – М.: Атомиздат, 1975. – 472 с.Nowik A.S., Berry B.S. Anelastic Relaxation in Crystalline Solids (Relaksacionnye yavleniya v kristallah). New York-London, Academic Press, 1972, 683 p. (in Russ.).Torgova, S. Short Bent–Core Molecules: XRays, Polarization, Dielectricity, Textureand Electrooptics Investigations [Text] / S. Torgova [et al.] // Phys. Chem. Chem. Phys. 2017, DOI: 10.1039/C7CP03561F.Torgova S., Sreenilayam S.P., Panarin Y.P., Francescangeli O., Vita F., Vij J., Pozhidaev E.P., Minchenko M., Ferrero C., Strigazzi A. Short Bent–Core Molecules: X-Rays, Polarization, Dielectricity, Textureand Electro-optics Investigations. Phys. Chem. Chem. Phys., 2017, DOI: 10.1039/C7CP03561F.Yano, S. Dielectric relaxations in a few binary mixtures of pmethoxybenzylidene–p′nbutylaniline and a nematogenic or nonmesogenic compound / S. Yano, Y. Hayashi, K. Aoki // J. Chem. Phys. – 1978. – Vol. 68. – P. 5214–5218.Yano S., Hayashi Y., Aoki K. Dielectric relaxations in a few binary mixtures of pmethoxybenzylidene–p′nbutylaniline and a nematogenic or nonmesogenic compound. J. Chem. Phys., 1978;68:5214–5218.Martin, A.J. Extended Debye Theory for Dielectric Relaxations in Nematic Liquid Crystals [Text] / A.J. Martin, G. Meier, A. Saupe // Symp. Far. Soc. – 1971. – Vol. 5. – P. 119–133.Martin A.J., Meier G., Saupe A. Extended Debye Theory for Dielectric Relaxations in Nematic Liquid Crystals. Symp. Far. Soc., 1971;5:P. 119–133.Беляев, В.В. Вязкость нематических жидких кристаллов [Текст] / В.В. Беляев. – М.: Физматлит, 2002. – 224 с.Belyaev V.V. Vyazkost' nematicheskih zhidkih kristallov. Moscow, Fizmatlit Publ., 2002, 224 p. (in Russ.).Блайт, Э.Р. Электрические свойства полимеров [Текст] / Э.Р. Блайт, Д. Блур. – М.: Физматлит, 2008. – 376 с.Blait Je.R., Blur D. Elektricheskie svoistva polimerov. Moscow, Fizmatlit, 2008, 376 p. (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.