Chƣơng 3 DẦU, MỠ BÔI TRƠN DUNG DỊCH LÀM MÁT
3.2 Mỡ bôi trơn
3.2.3 Sản xuất mỡ
Khi sản xuất các loại mỡ có tính trơ với mơi trƣờng hố học ngƣời ta phải dùng các hợp chất lỏng của flo, clo vì chúng có tính bền vững hóa hoc rất cao.
Chất làm đặc (còn gọi là pha rắn) chiếm khoảng 5%-30%, thực chất ở trong mỡ thì chất làm đặc khung cấu trúc không gian khung này đƣợc thấm ƣớt bởi pha lỏng và dầu nhờn. Chính nó làm nên tính dẻo của mỡ, cấu trúc của mỡ có hai loại: cấu trúc tinh và cấu trúc thơ. Trong đó cấu trúc tinh là cấu trúc của các phần tử nhỏ nhất của chất làm đặc tạo nên. Cịn cấu trúc thơ của mỡ có 3 dạng: hạt, sơ, trơn. Cấu trúc của mỡ phụ thuộc vào thành phần công nghệ sản xuất.
Căn cứ vào các chất làm đặc ngƣời ta phân mỡ ra làm các loại: mỡ xà phịng, mỡ hiđrơ cacbon, mỡ vơ cơ và hữu cơ.
Phần lớn các loại mỡ đang sử dụng hiện nay là mỡ xà phòng, loại mỡ này dùng xà phòng để làm đặc dầu nhờn trong đó xà phịng là muối của axit béo bậc cao với các kim loại. Xà phòng là sản phẩm của phản ứng hóa học xà phịng hóa giữa hyđrơxít kim loại với axít béo tạo ra xà phòng và nƣớc hoặc giữa hyđrơxít kim loại với glyxêzin (thành phần chính của dầu thực vật và mỡ động vật). Ta có cơng thức:
nRCOOH + Me(OH)n(RCOO)n → Me(COOH) + nH2O→ Me(RCOO)n Trong đó: R – gốc hiđrôcacbon
Me - cacbon kim loại Ví dụ: Xà phịng Natri
C17H35COOH + NaOH → C17H35COONa + H2O
Trong đó nếu xà phịng sản xuất từ dầu mỡ tự nhiên thì gọi là mỡ béo, còn đƣợc sản xuất từ phƣơng pháp tổng hợp gọi là mỡ tổng hợp.
Nguyên tử kim loại trong phân tử xà phòng ảnh hƣởng rất lớn đến tính chất của xà phịng và mỡ do đó ngƣời ta gọi tên mỡ theo tên của kim loại có trong xà phịng.
Ví dụ: Mỡ canxi, mỡ natri, mỡ nhôm, mỡ canxi-natri…
Mỡ dùng xà phòng của axit béo tổng hợp có phẩm chất kém hơn mỡ béo về tính chất nhớt nhiệt, tính bơi trơn dễ lỗng, dễ bị rửa vì giới hạn bền thấp khi gặp lạnh dễ bị đông cứng, nguyên nhân của những nhƣợc điểm này là do quá trình sản xuất axit béo tổng hợp cịn lẫn nhiều tạp chất khơng có lợi nhƣ ankan chƣa bị ơxi hố, axit béo bậc thấp, axit vô cơ…
Khoa Cơ khí Động lực
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ. Trang 59
Trong số các loại mỡ xà phịng thì mỡ canxi sử dụng nhiều nhất, trong thành phần của mỡ này nhất thiết phải có nƣớc vì nƣớc tham gia tạo tinh thể hiđrat của xà phòng, canxi ở đây đóng vai trị là chất phụ gia ổn định thể keo của mỡ canxi, nếu hàm lƣợng của nƣớc tới 5% thì mỡ bắt đầu có hiện tƣợng phân rã do đó hàm lƣợng nƣớc thích hợp nhất từ 1-3% mỡ này có ƣu điểm là giá thành thấp, tính chống xƣớc và mài mịn cao, bảo vệ kim loại tốt, có độ ổn định lớn, nhiệt độ mà mỡ có thể chịu đƣợc từ 30- 700C do đó mỡ canxi dùng chủ yếu là mỡ chống ma sát. Nhƣợc điểm là nhiệt độ nóng chảy thấp nên phạm vi sử dụng bị hạn chế.
a. Mỡ Natri.
Trong thành phần cấu trúc của mỡ này khơng có nƣớc, mỡ có khả năng hấp thụ hơi ẩm khi đó sẽ làm giảm các tính chất quan trọng nhƣ giới hạn bền, tính ổn định cơ học, nhiệt độ sử dụng từ -20÷1100C.
b. Mỡ canxi-Natri.
Nó bao gồm các tính chất của hai loại mỡ kể trên ít nhạy cảm với nƣớc và độ ẩm nhiệt độ làm việc nhỏ hơn 1000C đƣợc sử dụng ở những nơi làm việc có tốc độ quay lớn.
c. Mỡ Liti.
Đƣợc sản xuất rất nhiều do nhiệt độ nhỏ giọt cao, ít tan trong nƣớc, nhiệt độ sử dụng từ 60-1400C mỡ này có tính ổn định cơ học và tính ổn định độ keo rất tốt.
d. Mỡ chì.
Có khả năng chịu tải trọng cao, thơng thƣờng chì khơng có xà phịng để tạo sự pha rắn mà còn kết hợp với các loại xà phòng khác và hiđro cacbon.
e. Mỡ hữu cơ.
Với chất làm đặc là các hợp chất hữu cơ của clo, flo, các polyme... Loại mỡ này đƣợc sản xuất với khối lƣợng không nhiều chỉ để dùng trong các trƣờng hợp đặc biệt nhƣ nhiệt độ cao, mơi trƣờng ăn mịn mạnh.
f. Mỡ vô cơ.
Dùng chất làm đặc là hợp chất hoặc đơn chất vô cơ nhƣ silic, đất sét, than grapyt đƣợc dùng để sản xuất mỡ có tính chất đặc biệt mà các loại trên khơng có, khả năng chịu nhiệt có thể 6000C nhƣng giá thành rất đắt.
g. Các loại phụ gia.
Các chất phụ gia có tác dụng làm cho cấu trúc của mỡ đƣợc tốt hơn, làm tăng các tính chất ổn định nhiệt, ổn định hố học, ổn định cơ học, tính bơi trơn, tăng độ bám dính, tăng khả năng làm kín…
Khoa Cơ khí Động lực
3.2.4. Đánh giá chất lượng mỡ bôi trơn:
Chất lƣợng của mỡ nhờn phụ thuộc vào cấu trúc của nó, cấu trúc của mỡ nhờn có bền vững và ổn định thì mỡ mới có chất lƣợng tốt. Cấu trúc và chất lƣợng của mỡ chủ yếu phụ thuộc vào một số yếu tố về thành phần và công nghệ chế biến mỡ.
a. Ảnh hưởng của chất làm đặc.
Các cation xà phòng
Cùng một gốc axit béo có ảnh hƣởng tới khả năng làm đặc, tính chịu nƣớc và chịu nhiệt của mỡ - Tính chịu nhiệt Li > Na > Ba > Ca > K > Zn > Pb - Tính chịu nƣớc Pb > Ca > Li > K > Na - Độ nhớt và ổn định hóa học Li > Na > Ca > Al
Ảnh hưởng của gốc axit béo
Bản chất của gốc axit béo trong xà phòng quyết định tới khả năng làm đặc, tính ổn định hóa học, ổn định cấu trúc và ổn định nhiệt của mỡ.
Độ ổn định cấu trúc của mỡ nhờn phụ thuộc chủ yếu vào độ tan của xà phòng trong dầu. Độ tan này phụ thuộc vào bản chất xà phòng và dầu nhờn hịa tan nó. Độ tan của xà phịng trong dầu nhờn tăng theo chiều dài mạch cacbon của gốc axit tạo ra xà phòng
Xà phòng với gốc axit béo có mạch cacbon nhỏ hơn 16 khó có khả năng tạo mỡ hoặc mỡ chỉ tạo thành ở nhiệt độ rất cao. Ngun do vì các loại xà phịng này tan q kém trong dầu.
Xà phịng với gốc axit béo có mạch cacbon lớn hơn 18 tan tốt trong dầu, nên có khả năng tạo mỡ tốt, nhƣng do mạch cacbon q dài nên tính ổn định hóa học của mỡ kém.
Kết quả thực tế cho thấy, xà phịng có gốc axit béo với mạch cacbon từ 16 đến 18 là thích hợp nhất với việc tạo cấu trúc cho mỡ và đảm bảo chất lƣợng cho mỡ thành phẩm.
Ngoài số nguyên tử cacbon của mạch cấu tạo mạch cacbon của gốc axit cũng ảnh hƣởng tới tính chất của mỡ. Xà phòng gốc axit no dễ làm đặc mỡ, mỡ tạo ra có
Khoa Cơ khí Động lực
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ. Trang 61
tính ổn định nhiệt và ổn định oxy hóa tốt. Ngƣợc lại xà phịng khơng no (có liên kết đơi trong mạch cacbon) khó làm đặc mỡ, mỡ tạo ra có tính chịu nhiệt và oxy hóa kém.
b. Ảnh hưởng của các yếu tố khác.
ảnh hưởng của dầu nhờn
Dầu nhờn chiếm tỷ lệ cao trong hợp phần của mỡ, do đó tính chất của dầu ảnh hƣởng khá rõ rệt đến sự hình thành và tính chất của mỡ.
Dầu nhờn dùng để sản xuất mỡ cần có độ nhớt động học thích hợp, trung bình vào khoảng 10 - 50 cst ở 500C. Dầu có độ nhớt lớn quá hoặc bé quá đều khó tạo thành khung cấu trúc cho mỡ, nên chất lƣợng mỡ tạo thành không tốt.
Dầu có gốc parafin tạo ra mỡ nhờn có tính ổn định nhiệt và oxy hóa cao. Dầu nhờn có chỉ số độ nhớt cao sẽ tạo ra loại mỡ nhờn mềm và mịn nhất.
Ngoài ra còn yêu cầu dầu nhờn có độ dính bám, tính chống ăn mòn kim loại, tính bơi trơn càng tốt thì chất lƣợng mỡ nhờn tạo thành càng cao.
ảnh hưởng của chất ổn định cấu trúc
Việc thêm vào mỡ nhờn một thành phần nào đó của cấu tử thứ 3 với vai trị ổn định cấu trúc là rất cần thiết các chất ổn định cấu trúc thƣờng là: Nƣớc, rƣợu, glyxêrin và các phênolamin. Các chất này có khả năng làm tăng độ tan của xà phịng trong dầu nhờn. Do đó làm bền liên kết giữa xà phòng và dầu nhờn tạo ra một cấu trúc tốt cho mỡ.
Ví dụ: Với mỡ xà phòng canxi một lƣợng nƣớc dƣới 3% có tác dụng ổn định cấu trúc mỡ cịn lớn hơn 3% thì làm cấu trúc của mỡ kém đi.
Ảnh hưởng của phụ gia chất độn
Ngƣời ta thƣờng pha vào mỡ nhờn một số loại phụ gia để cải thiện chất lƣợng mỡ. Thơng thƣờng có các loại phụ gia chống oxy hóa, chống xƣớc, chống mài mòn, chống ăn mòn…
Việc dùng phụ gia trong từng trƣờng hợp phải tính đến ảnh hƣởng của chúng đối với tính chất của tầng loại mỡ.
Ví dụ: Đối với mỡ có phản ứng kiềm yếu nên dùng hợp chất amin làm phụ gia chống oxy hóa. Mỡ có phản ứng axit lại phải chọn phụ gia gốc phenol.
Ảnh hưởng của lượng kiềm tự do và axit béo khơng xà phịng hóa
Trong mỡ gốc xà phịng bao giờ cũng có một lƣợng kiềm tự do <0,2% tồn tại ở dạng Glyxerat, là chất ổn định cấu trúc cho mỡ nhờn ngồi ra cịn một lƣợng axit béo
Khoa Cơ khí Động lực
khơng xà phịng hóa. Hai thành phần này là những yếu tố quan trọng quyết định chất lƣợng của mỡ nhờn.
3.2.5 Các loại mỡ và cách sử dụng:
Ngƣời ta có các cách phân loại mỡ nhƣ sau:
a. Phân theo chất làm đặc.
Mỡ gốc xà phòng:
Xà phòng kim loại kiềm (Li, Na, K) dùng phổ biến nhất là mỡ nhờn gốc xà phịng Liti, ít dùng nhất là mỡ nhờn gốc xà phịng kali. Mỡ gốc xà phịng Na có nhiệt độ nóng chảy cao chịu đƣợc nhiệt nhƣng kém chịu nƣớc. Ngày nay thay thế bằng mỡ gốc xà phòng liti vừa chịu nhiệt vừa chịu nƣớc.
Xà phòng của kim loại kiềm thổ: Mg, Ca, Ba: Có nhiệt độ nóng chảy trung bình kém chịu nhiệt nhƣng chịu nƣớc tốt.
Xà phòng của các kim loại khác Zn, Al, Pb: Có tính chịu nƣớc kể cả nƣớc mặn. Xà phòng hỗn hợp của hai kim loại nhƣ: Na + Ca, Li + Ca…
Mỡ nhờn gốc sáp (Hydrocacbon rắn):
Loại thạch lạp (prafin rắn) có nhiệt độ nóng chảy thấp. Loại địa lạp có nhiệt độ nóng chảy cao hơn.
Thƣờng đƣợc dùng làm mỡ bảo quản.
Mỡ nhờn gốc vô cơ
Gồm mỡ silicat, mỡ nhờn đất sét, mỡ grafit… loại mỡ này khơng bị nóng chảy có độ ổn định khá cao thƣờng dùng mỡ bôi trơn chuyên dụng trong một số ngành xi măng, sắt thép có nhiệt độ nóng chảy khoảng 2000C.
b. Phân loại theo phạm vi sử dụng.
Mỡ bôi trơn hữu cơ thông thƣờng: Là loại mỡ dùng hầu hết ở các loại xe máy có phạm vi nhiệt độ sử dụng khoảng 500C – 2000C, chúng đƣợc phân biệt theo nhiệt độ nóng chảy gồm 3 phân nhóm: Mỡ bơi trơn nóng chảy thấp loại này có nhiệt độ nhỏ giọt 40-700C sử dụng cho các loại máy làm việc có nhiệt độ thấp do nhóm mỡ này là các loại mỡ bảo quản và thành phần chủ yếu là dầu nhờn có độ nhớt lớn…
Mỡ bơi trơn nóng chảy trung bình có nhiệt độ từ 6500C-100C 0C thành phần gồm có dầu nhờn và xà phịng canxi.
Mỡ bơi trơn nóng chảy cao có nhiệt độ nhỏ giọt nhỏ hơn 1000C.
Mỡ bôi trơn chuyên dùng: Là các loại mỡ chuyên dùng cho các bộ phận máy móc theo quy định của nhà thiết kế chế tạo mà không đƣợc thay thế tùy tiện bằng các loại mỡ khác.
Khoa Cơ khí Động lực
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ. Trang 63
Ví dụ: Mỡ bơi trơn các loại đồng hồ, cho ôtô, hàng hải các loại đƣờng sắt…
c. Phân loại theo công dụng.
Mỡ chống ma sát Mỡ bảo quản Mỡ làm kín.
d. Phân loại theo Viện mỡ bôi trơn của Mỹ (NLGI).
Viện dầu mỡ quốc gia mỹ NLGI (National Lubricating Grease Institute) phối hợp với hiệp hội kỹ sƣ ô tô SAE (Society of Automotive Engineers) và hiệp hội thử nghiệm vật liệu hoa kỳ ASTM (American Society for Testing and Materials) đã phát triển hệ thống cho việc chỉ định mô tả, phân loại và đặc tính của mỡ dùng cho ô tô gồm:
- Loại phục vụ cho khung gầm: NLGI LA NLGI LB - Loại phục vụ cho ổ trục bánh xe NLGI G-A NLGI G-B NLGI G-C
- NLGI LA: cho những bộ phận của khung gầm và khớp các đăng ở trong xe khách, xe tải, ít thay mỡ
- NLGI LB: cho những bộ phận của khung gầm và khớp các đăng trong xe khách xe tải làm việc dƣới điều kiện: định kỳ thay mỡ kéo dài, tải cao rung động mạnh, dễ hở, nƣớc và các chất nhiễm bẩn dễ xâm nhập.
- NLGI GA: ổ trục bánh xe trong xe khách, xe tải và một số xe khác trong điều kiện: xe thay mỡ thƣờng xuyên.
- NLGI GB: điều kiện: tải nhẹ đến trung bình gặp trong hầu hết các xe hoạt động trong thành phố bình thƣờng, trên đƣờng cao tốc.
- NLGI GC: Tải nhẹ đến khắc nghiệt, nhiệt độ cao, những xe chạy dừng thƣờng xuyên.
f. Mỡ bảo quản.
-Điều kiện sử dụng:
Mỡ bảo quản đƣợc sử dụng để bảo vệ các chi tiết kim loại chống lại sự ơxi hố, sự ăn mịn và các hố chất khác. Điều kiện sử dụng của mỡ tuỳ thuộc vào yếu tố khí hậu trang thiết bị, bề mặt cần bảo quản, nhiệt độ khơng khí về mùa hè có thể lên tới 500C.
Khoa Cơ khí Động lực
Độ ẩm có thể tới 100%. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm… sẽ phát sinh và phát triển các q trình ăn mịn.
-Tính chất:
Phải có khả năng tạo màng bảo vệ trên bề mặt kim loại, Có tính bám dính tốt,
Có tính chịu nƣớc đây là tính chất đặc trƣng cho khả năng của mỡ không bị rửa trôi khỏi bề mặt kim loại. Khơng hồ tan trong nƣớc, khơng tạo thành nhũ tƣơng với nƣớc và khơng bị thay đổi tính chất khi bị nƣớc tác dụng.
Một số loại mỡ bảo quản: Mỡ bảo quản của Nga Ví dụ:
PVK, PP95/5, AMC-1, AMC-3, UN-3 Trong đó:
K - mỡ bên cất V - là chịu nƣớc U – thông dụng N – chịu nhiệt thấp M – dùng cho tàu thuyền A – gốc xà phịng nhơm PVK: Thành phần gồm có dầu nhờn Petrolatum Chất làm đặc là Xêrezin 4% Thành phần khác MNI-7 Tính chất
Về màu sắc từ màu vàng đến nâu tốt Độ xuyên kim ở 250
C chƣa có Nhiệt độ nhỏ giọt ≥ 600C
Độ ăn mòn ở 500C trong 3 giờ giữ đƣợc Trị số axit, mg KOHg ≤ 0.5-1
Hàm lƣợng nƣớc % chƣa có
Hàm lƣợng tạp chất cơ học ≤ 0.07%
g. Mỡ làm kín.
Khoa Cơ khí Động lực
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ. Trang 65
Mỡ này dùng để làm kín các mối ghép ren các khe hở của hệ thống bơi trơn, hệ thống khí nén, làm kín các vịng đệm của bơm.
-Tính chất:
Khơng bị hồ tan bởi các mơi trƣờng tiếp xúc ngồi ra cịn có tính chịu xăng chịu nƣớc Có tính ổn định nhiệt cao
Khơng gây ăn mịn kim loại -Phân loại:
Mỡ làm kín của Nga Mỡ chịu xăng VU
Mỡ làm kín ren R-2, R-402, R-114… Tính chất
Mỡ VU: hỗn hợp dầu thầu dầu đã bị ơxi hố với glyxerin 4% đƣợc làm bằng xà phịng kẽm.
h. Một số hình ảnh tham khảo.
Hình 3.1. Dầu mỡ đƣợc chứa trong phi, can hoặc chai
Khoa Cơ khí Động lực
Hình 3.3. Mỡ đa dụng dùng cho vịng bi bánh xe
Hình 3.4. Mỡ gốc xà phịng Li dùng cho thƣớc lái
Hình 3.5. Mỡ Liti Glycol dùng làm kín
Khoa Cơ khí Động lực
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ. Trang 67
Hình 3.7. Mỡ dùng cho phanh đĩa
Hình 3.8. Mỡ bơi trơn nạng gài ly hợp