Khảo sát tính bôi trơn hấp phụ của hỗn hợp mỡ dẻo sản xuất từ dầu gốc cá ba sa cho cặp ma sát trục thép – bạc đồng

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan lu ận văn tốt nghiệp n ày là công trình nghiên c ứu của riêng tôi. Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực, những kết luận trong luận văn chưa từng được công bố ở bất k ỳ tài liệu nào. Nha Trang, tháng 09 năm 2011 Học viên cao học Nguyễn Văn Tâm ii LỜI CẢM TẠ Trong suốt thời gian thực hiện đề t ài, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt t ình và hết sức quý báu từ phía l ãnh đạo Khoa Kỹ thuật T àu thủy – Đại học Nha Trang, sự đóng góp chân tình của đồng nghiệp cũng như sự quan tâm tạo điều kiện giúp đỡ của Bộ môn Động lực – Khoa Kỹ thuật Tàu thủy, Xưởng Cơ khí – Khoa Cơ khí – Đại học Nha Trang về trang thiết bị để phục vụ cho thí nghiệm của đề t ài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Quách Đ ình Liên đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn về mặt chuy ên môn trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Gia Thái, Th.S Nguyễn Thái Vũ, Th.S Huỳnh Văn Nhu, Th.S Phan Quang Nh ữ đã quan tâm giúp đỡ hỗ trợ và đóng góp nhiều ý kiến quý báu. Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo đã trực tiếp giảng dạy trong suốt quá tr ình học tập và nghiên cứu. Học viên Nguyễn Văn Tâm iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ASTM: Hội thử nghiệm vật liệu Mỹ ( American Society for testing and Material ) DCBS: Dầu tinh chế từ mỡ cá ba sa MBTBS: Mỡ bôi trơn sản xuất từ dầu tinh chế từ mỡ cá ba sa MBT PHSH : Mỡ bôi trơn phân hủy sinh học TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam iv MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm tạ ii Danh mục các chữ viết tắt iii Mục lục iv Danh mục các hình vẽ sử dụng trong luận văn vi Danh mục các bảng biểu sử dụng trong luận văn viii Đặt vấn đề 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MỠ BÔI TRƠN 4 1.1. Lịch sử phát triển của mỡ bôi trơn 4 1.2. Khái quát về mỡ bôi trơn 6 1.2.1. Thành phần và cấu trúc của mỡ bôi trơn 7 1.2.2. Đặc điểm và tính chất mỡ bôi trơn 9 1.2.3. Phân loại mỡ bôi trơn 14 1.2.4. Phạm vi sử dụng của mỡ bôi trơn 15 1.3. Mỡ bôi trơn với chất làm đặc là xà phòng liti 16 1.3.1. Dầu gốc 16 1.3.2. Chất làm đặc 18 1.3.3. Công nghệ sản xuất mỡ phân hủy sinh học gốc liti 20 CHƯƠNG 2: CƠ S Ở LỰA CHỌN DẦU CÁ BA SA LÀM D ẦU GỐC ĐỂ SẢN XUẤT MỠ BÔI TRƠN VỚI CHẤT LÀM ĐẶC LÀ XÀ PHÒNG LITI DÙNG BÔI TRƠN CHO C ẶP MA SÁT TRỤC THÉP – BẠC ĐỒNG 23 2.1. Đặc điểm bôi trơn hấp phụ 23 2.1.1. Bôi trơn hấp phụ và phân loại 23 v 2.1.2. Ảnh hưởng cấu trúc phân tử của chất bôi trơn đến bôi trơn hấp phụ 30 2.2. Khả năng bôi trơn hấp phụ mỡ dẻo trên cặp ma sát trục thép – bạc đồng 33 2.2.1. Tổng quan về cặp ma sát Trục thép - Bạc đồng 33 2.2.2. Đặc điểm bôi trơn bằng mỡ dẻo đối với cặp ma sát trục thép bạc đồng 37 2.3. Cơ sở lựa chọn dầu cá ba sa làm dầu gốc sản xuất mỡ bôi trơn với chất làm đặc là xà phòng liti dùng bôi tr ơn cho cặp ma sát trục thép – bạc đồng 39 2.3.1. Cơ sở kỹ thuật 39 2.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của việc sử dụng mỡ có nguồn gốc từ dầu cá ba sa 40 2.3.3. Tính chất, cấu trúc và thành phần của dầu cá ba sa 41 2.3.4. Chất làm đặc sử dụng sản xuất mỡ bôi trơn dầu cá ba sa 48 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM 50 3.1. Thực nghiệm sản xuất thử mỡ bôi trơn dầu cá ba sa 50 3.1.1. Lựa chọn phương pháp sản xuất thử mỡ bôi trơn dầu cá ba sa 50 3.1.2. Trang thiết bị và nguyên liệu sản xuất thử mỡ bôi trơn dầu cá ba sa 53 3.1.3. Phân tích đánh giá tính ch ất hóa lý của mẫu mỡ bôi trơn dầu cá ba sa 57 3.2. Thử nghiệm khả năng bôi trơn của mỡ bôi trơn từ dầu cá ba sa trên cặp ma sát trục thép - bạc đồng 62 3.2.1. Mục đích thử nghiệm 62 3.2.2. Phương pháp khảo nghiệm 63 3.2.3. Thiết bị khảo nghiệm hệ số ma sát 64 3.2.4. Tiến hành khảo nghiệm 67 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 79 4.1. Những kết quả đã đạt được 79 4.2. Đề xuất ý kiến 79 Tài liệu tham khảo .81 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ lịch sử phát triển của vật liệu bôi tr ơn 4 Hình 1.2. Thành ph ần mỡ bôi trơn 7 Hình 1.3. Cấu trúc mỡ bôi trơn 8 Hinh 1.4. Sơ đồ của bộ phận xác định độ xuy ên kim 10 Hình 1.5. Dụng cụ đo nhiệt độ n hỏ giọt của mỡ 12 Hình 1.6. Sơ đồ nhiệt trong công nghệ tổng hợp MBT dầu khoáng 20 Hình 1.7. Sơ đồ nhiệt trong công nghệ tổng hợ p MBT dầu DTV 20 Hình 2.1. Ảnh hưởng giữa các thông số p, v, η đến độ dày lớp dầu bôi trơn, chế độ bôi trơn, hệ số ma sát. 24 Hình 2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hệ số ma sát của bề mặt 27 Hình 2.3. Liên kết giữa các phân tử axit béo đảm bảo độ bền cho lớp đ ơn phân tử hấp phụ 30 Hình 2.4. Sự biến đổi nồng độ axit stearic v à isostearic đến hệ số ma sát 31 Hình 2.5. Sự phá huỷ màng hấp phụ do sự phân nhánh của phân tử 31 Hình 2.6. Cấu trúc của lớp hấp phụ của hỗn hợp silanes 32 Hình 2.7. Sơ đồ sự bám hút của axit béo (a) v à sự trùng hợp ngược (b) 33 Hình 2.8. Một số loại bạc lót ổ tr ượt 33 Hình 2.9. Bạc lót hợp kim nhôm ổ tr ượt 33 Hình 2.10. Bạc lót ổ đỡ 35 Hình 2.11. Bạc lót ổ đỡ chặn 35 Hình 2.12. Một số kết cấu ổ trượt 36 Hình 2.13. Cấu trúc phân tử chung của các axit triglyxerit 43 vii Hình 2.14. Cấu trúc phân tử một số axit trong dầu cá ba sa 43 Hình 2.15. Ảnh hưởng của nồng độ axit béo đến giá trị của hệ số ma sát 46 Hình 2.16. Sự hấp phụ lại sau khi ma sát phá hỏng m àng hấp phụ 46 Hình 2.17. Cấu tạo Axit 12 – hydroxystearic 48 Hình 3.1. Sơ đồ tiến trình nấu thử MBTBS 52 Hình 3.2. Thiết bị tổng hợp MBTBS 53 Hình 3.3. Nồi nấu MBTBS 54 Hình 3.4. Thiết bị khuấy MBTBS 54 Hình 3.5. Thiết bị điểu khiển nhiệt độ 55 Hình 3.6. Thiết bị nạp dung dịch LiOH .56 Hình 3.7. Thiết bị đồng thể hóa 56 Hình 3.8. Ảnh hưởng của tỷ lệ 12-StOLi đến độ xuyên kim 58 Hình 3.9. Ảnh hưởng của tỷ lệ 12-StOLi đến ổn định keo 59 Hình 3.10. Ảnh hưởng của tỷ lệ 12-StOLi đến nhiệt độ nhỏ giọt 59 Hình 3.11. Các thông s ố đặc trưng cho tính bôi tr ơn 63 Hình 3.12. Máy khảo nghiệm ma sát 65 Hình 3.13. Sơ đồ cấu tạo máy khảo nghiệm ma sát 65 Hình 3.14. Cặp ma sát thử nghiệm bôi tr ơn bằng MBTBS 66 Hình 3.15. Sơ đồ khảo nghiệm 67 Hình 3.16. Mẫu khảo nghiệm ma sát 68 Hình 3.17. Hệ số ma sát của cặp ma sát thép đồng đ ược bôi trơn bằng MBTBS 76 Hình 3.18. Hệ số ma sát của cặp ma sát thép đồng đ ược bôi trơn bằng Castrol- spheerol AP3 77 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Các thành phần chính để sản xuất mỡ [3] 8 Bảng 1.2. Các loại MBT PHSH v à đặc tính kỹ thuật của chúng [4] 10 Bảng 1.3. Phân loại mỡ theo độ xuy ên kim [4] 15 Bảng 1.4. So sánh các chất bôi tr ơn sử dụng dầu gốc khác nhau 17 Bảng 1.5. Các tính chất của mỡ t ương ứng với chất làm đặc khác nhau [11] 19 Bảng 1.6. Công nghệ sản xuất mỡ Liti tr ên nền dầu khoáng và dầu thực vật [7] 20 Bảng 2.1. Hệ số ma sát của một số vật liệu khi đ ược bôi trơn bằng axit lauric [2].28 Bảng 2.2. Dải áp lực v à tốc độ làm việc cho phép của một số loại vật liệu l àm bạc lót [5] 34 Bảng 2.3. Tốc độ trượt tương đối giữa trục và bạc lót của một số thiết bị [5] 38 Bảng 2.4. Tính chất hóa lý của dầu cá ba sa 41 Bảng 2.5. Thành phần các axit béo của một số loại dầu mỡ động vật [6] 42 Bảng 2.6. Thành phần axit béo của Dầu cá ba sa [6] 43 Bảng 2.7. Thành phần axit béo của một số dầu thực vật [11] .44 Bảng 2.8. Chỉ tiêu kỹ thuật của Axit 12 – hydroxystearic 48 Bảng 2.9. Chỉ tiêu kỹ thuật của liti hydroxyt thương ph ẩm 48 Bảng 3.1. Tỷ lệ % chất l àm đặc cho từng mẻ với khối l ượng 500g 57 Bảng 3.2. Tính chất hóa lý của MBTB S 58 Bảng 3.3. Thành phần nguyên liệu để tổng hợp 500g MBTBS cho cặp ma sát thép – đồng 60 Bảng 3.4. Kết quả phân tích MBTBS cho cặp ma sát thép - đồng 61 Bảng 3.5. So sánh MBTBS với một số MBT t ương ứng 61 ix Bảng 3.6. Thông số kỹ thuật Castrol -Spheerol AP3 64 Bảng 3.7. Thông số kỹ thuật của máy khảo nghiệm ma sát 64 Bảng 3.10. Các đại lượng đặc trưng ứng với v = 0,5 m/s 72 Bảng 3.12. Các đại lượng đặc trưng ứng với v= 1,0 m/s 72 Bảng 3.13. Các đại lượng đặc trưng ứng với v= 1,5 m/s 72 Bảng 3.14. Các đại lượng đặc trưng ứng với v= 2,0 m/s 73 Bảng 3.16. Các đại lượng đặc trưng ứng với v= 3,0 m/s 73 Bảng 3.17. Các đại lượng đặc trưng ứng với v= 0,5 m/s 73 Bảng 3.18. Các đại lượng đặc trưng ứng với v= 1,0 m/s 74 Bảng 3.19. Các đại lượng đặc trưng ứng với v= 1,5 m/s 74 Bảng 3.20. Các đại lượng đặc trưng ứng với v= 2,0 m/s 74 Bảng 3.21. Các đại lượng đặc trưng ứng với v=2,5 m/s 75 Bảng 3.22. Các đại lượng đặc trưng ứng với v=3,0 m/s 75 Bảng 3.23. Kết quả đo hệ số ma sát khi đ ược bôi trơn bằng MBTBS 76 Bảng 3.24. Kết quả đo hệ số ma sát khi đ ược bôi trơn bằng Castrol-spheerol AP3 76 1 ĐẶT VẤN ĐỀ I. CƠ SỞ HÌNH THÀNH ĐỀ TÀI Hàng năm, trên thế giới lượng vật liệu bôi tr ơn sử dụng vào khoảng 40 triệu tấn trong đó mỡ bôi trơn (MBT) chiếm khoảng từ 2 – 5%. Trong đó khoảng từ 4 đến 12 triệu tấn bị thải ra môi tr ường gây ô nhiễm môi tr ường rất lớn [7,10,11]. Ngoài ra, nguồn nguyên liệu gốc khoáng không phải l à vô tận. Vì vậy, xu hướng chung của thế giới hiện nay l à chế tạo các loại vật liệu an to àn cho môi trường, trong đó có các vật liệu có khả năng phân hủy sinh học đi từ các nguy ên liệu có thể tái tạo được. Trước tình hình đó, một số nhà khoa học đã bắt tay vào nghiên cứu những sản phẩm như MBT cao cấp phân hủy sinh học từ dầu gốc l à dầu thực vật, xuất nhiên liệu sạch như biodiesle từ thực vật như dầu dừa, dầu cọ, mỡ động vật, gia súc, gia cầm, v.v Cụ thể là tại Công ty cổ phân phát triển phụ gia APP đ ã thành công và đưa vào s ử dụng rất hiệu quả mỡ bôi trơn phân hủy sinh học (MBT PHSH) có nguồn gốc từ dầu thực vật . Với mục đích mở rộng phạm vi sử dụng của các loại vật liệu có thể tái tạo được, tại An Giang một số nhà nghiên cứu đã chế tạo và sản xuất thành công dầu biodiesel từ dầu mỡ cá ba sa, cá tra. Trong thực tế, quá trình chế biến cá ba sa, cá tra d ùng trong thực phẩm phục vụ cho con người vẫn có một lượng lớn mỡ được thải ra ngoài môi trường mà không được tận dụng một cách triệt để v à hậu quả đã gây ô nhiễm môi trường nặng tại một số khu vực có các nhà máy chế biến thủy sản đóng tr ên địa bàn. Về mặt lý thuyết các loại mỡ này có thể sử dụng để chế biến thức ăn cho gia súc, sản xuất các chế phẩm công nghiệp như sản xuất sản phẩm biodiesel , v.v Mỡ bôi trơn có nguồn gốc từ mỡ cá, mỡ thải đ ã qua sử dụng có thể dễ dàng bị phân hủy do tác động của vi sinh vật ít gây ô nhiễm môi tr ường. Hơn nữa nó không gây nhi ễm độc thực phẩm khi sử dụng bôi tr ơn trong các máy móc chê biến thực phẩm mà có sự rò rỉ . Vì thế việc nghiên cứu nhằm sử dụng một cách hợp lý nguồn phế liệu mỡ cá n ày là hết sức cần thiết. Với ph ương châm “Tăng cường chế biến sản phẩm tinh chế và sản [...]... sát khả năng bôi trơn hấp phụ của MBT với chất làm đặc là xà phòng gốc liti trên nền dầu cá ba sa để bôi trơn cho cặp ma sát Trục thép – Bạc đồng III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Tính bôi trơn hấp phụ của mỡ bôi trơn sản xuất từ dầu cá ba sa IV PHẠM VI NGHIÊN CỨU Sản xuất thử MBT với chất làm đặc là xà phòng gốc liti trên nền dầu cá ba sa, 3 Các tính chất hóa lý của MBTBS, Đặc tính bôi trơn hấp phụ của MBTBS... tiêu của đề tài là khảo sát tính bôi trơn hấp phụ của hỗn hợp mỡ dẻo bôi trơn với chất làm đặc là xà phòng gốc liti trên nền dầu cá ba sa (DCBS) cho cặp ma sát trục thép – bạc đồng Từ yêu cầu đó mục tiêu của đề tài được cụ thể hóa như sau: 1, Sản xuất thử mỡ bôi trơn từ dầu cá ba (MBTBS), 2, Thử nghiệm MBTBS với các chỉ tiêu sau: - Các chỉ tiêu kỹ thuật như tính chất hóa lý của MBTBS, - Khảo sát khả... khả năng bôi trơn của MBT được sản xuất từ dầu gốc đã lựa chọn bôi trơn cho cặp ma sát thép đồng 23 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LỰA CHỌN DẦU CÁ BA SA LÀM DẦU GỐC ĐỂ SẢN XUẤT MỠ BÔI TRƠN VỚI CHẤT LÀM ĐẶC LÀ XÀ PHÒNG LITI DÙNG BÔI TRƠN CHO CẶP MA SÁT TRỤC THÉP – BẠC ĐỒNG 2.1 ĐẶC ĐIỂM BÔI TRƠN HẤP PHỤ Nhiều ứng dụng trong thực tế có những tr ường hợp không thể hình thành các dạng bôi trơn thủy động hoặc thủy động... môi tr ường Từ những luận điểm trên mà chúng tôi đề xuất đề tài Khảo sát tính bôi trơn hấp phụ của hỗn hợp mỡ dẻo sản xuất từ dầu gốc cá ba sa cho cặp ma sát Trục thép – Bạc đồng Đề tài sẽ góp phần giải quyết các vấn đề li ên quan trong lĩnh vực nghiên cứu vật liệu bôi trơn thay thế nguồn nguyên liệu gốc dầu mỏ và giảm thiểu tác động đến môi trường và vấn đề nhiễm độc thực phẩm II MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:... liệu tham khảo, bố cục của đề tài bao gồm 4 chương với các nội dung sau: Chương 1: Tổng quan về mỡ bôi trơn Chương 2: Cơ sở lựa chọn dầu cá ba sa l àm dầu gốc sản xuất mỡ bôi trơn với chất làm đặc là xà phòng liti dùng bôi trơn cho cặp ma sát Trục thép – Bạc đồng Chương 3: Thực nghiệm Chương 4: Kết luận và đề xuất ý kiến 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MỠ BÔI TR ƠN 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MỠ BÔI TR ƠN... thường sử dụng mỡ xà phòng Liti, Natri hoặc mỡ phức canxi-natri 1.3 MỠ BÔI TRƠN VỚI CHẤT LÀM ĐẶC LÀ XÀ PHÒNG LITI 1.3.1 Dầu gốc Dầu gốc là thành phần chủ yếu đảm nhiệm chức năng bô i trơn, vì thế phẩm chất của mỡ phụ thuộc rất nhiều v ào phẩm chất của dầu gốc hợp phần Dầu gốc có thể là dầu gốc khoáng, dầu gốc tổng hợp hay dầu gốc động thực vật Dầu gốc khoáng là dầu chủ yếu để sản xuất mỡ bôi tr ơn hiện... hợp với chế độ làm việc của cặp ma sát thép đồng - Xác định tích chất hóa lý, khả năng đáp ứng của dầu gốc d ùng làm nguyên liệu sản xuất MBT Những vấn đề mà đề tài cần phải đạt được - Xác định được tính chất hóa lý, khả năng đáp ứng của dầu gốc sử dụng l àm nguyên liệu để sản xuất MBT, - Sản xuất thử MBT với những y êu cầu đã nêu, có khả năng bôi trơn cho cặp ma sát, - Khảo sát khả năng bôi trơn của. .. độ làm việc phù hợp với từng loại mỡ - Từ những đặc điểm, tính chất của MBT có thể xác định được những yêu cầu cần phải có của dầu gốc sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất mỡ bôi tr ơn Vấn đề đặt ra của đề tài: - Tìm hiều cơ chế bôi trơn bằng mỡ dẻo từ đó xác định những yêu cầu về MBT giảm ma sát, chống hao m òn - Tìm hiểu chế độ làm việc của cặp ma sát thép đồng sử dụng MBT để bôi trơn sau đó xác định... bôi trơn thường có tính chi phối đến các tính chất: - Tính bôi trơn, - Làm thay đổi các tính chất phụ thuộc v ào nhiệt độ, - Khả năng bền ô xy hoá, - Các tính chất ở nhiệt độ thấp, - Xu hướng bay hơi, - Và các tính chất khác của mỡ Với vai trò là pha lỏng trong sản phẩm mỡ ng ười ta thường dùng các loại dầu được gọi là dầu nền (gốc) : - Dầu khoáng, - Dầu tổng hợp hydrocđrocacbon, dầu poliglicol, - Dầu. .. đặc là xà phòng gốc liti cho cặp ma sát Trục thép – Bạc đồng Cụ thể ở đây là khảo sát hệ số ma sát của cặp ma sát thép - đồng được bôi trơn bằng MBTBS V Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN - Bước đầu sản xuất thử nghiệm vật liệu bôi trơn mới, - Giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nhiễm độc thực phẩm, - Cơ sở cho việc nghiên cứu tiếp theo sâu hơn về MBTBS VI BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI Với những mục tiêu của nghiên cứu . quan về cặp ma sát Trục thép - Bạc đồng 33 2.2.2. Đặc điểm bôi trơn bằng mỡ dẻo đối với cặp ma sát trục thép bạc đồng 37 2.3. Cơ sở lựa chọn dầu cá ba sa làm dầu gốc sản xuất mỡ bôi trơn với. TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: Mục tiêu của đề tài là khảo sát tính bôi trơn hấp phụ của hỗn hợp mỡ dẻo bôi trơn với chất làm đặc là xà phòng gốc liti trên nền dầu cá ba sa (DCBS) cho cặp ma sát trục thép – bạc. có đồng thời góp phần cải thiện môi tr ường. Từ những luận điểm trên mà chúng tôi đề xuất đề tài Khảo sát tính bôi trơn hấp phụ của hỗn hợp mỡ dẻo sản xuất từ dầu gốc cá ba sa cho cặp ma sát Trục thép