Cơ tính của mỡ

Chính nhờ sự độc đáo về cơ tính của mỡ mà chúng đ-ợc ứng dụng một cách rộng rãi trong kỹ thuật.Những cơ tính trên là tiền đề cho việc xây dựng cơ sở khoa học để sản xuất và ứng dụng vật liệu bôi trơn dạng dẻo này. Nh-ng việc

đánh giá những tính chất cơ học của mỡ bôi trơn gặp phải một loạt những khó khăn. Trong số những khó khăn đó bao gồm độ nhạy cảm lớn của cấu trúc do chất làm đặc tạo nên đối với sự tác động của các yếu tố bên ngoàI, tính cấp

thiết của việc tiêu chuẩn hoá và xác định các thông số đặc tr-ng cho thể rắn cũng nh- thể lỏng đối với mỗi loại mỡ.

Ng-ời ta đã quy -ớc dùng những chỉ tiêu cơ bản đặc tr-ng cho cơ tính của mỡ và xác định chúng khi thử nghiệm mỡ trong đIều kiện tr-ợt thuần tuý.Có thể đ-a ra hai chỉ tiêu đIển hình : Giới hạn độ bền vững khi tr-ợt gh và độ nhớt hiệu quả hq. Những chỉ tiêu này có thể thấy qua hình 8. Đ-ờng cong trên

đồ thị ( hình 8) biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất tr-ợt  với giá trị biến dạng t-ơng đối  trong suốt một chu trình thử nghiệm.

Cùng với sự bắt đầu biến dạng ở đIều kiện vận tốc tr-ợt không đổi (d/dt = const) độ bền vững  tăng lên và tai một giá trị  bằng gh thì  đạt giá trị

max . Giá trị này đ-ợc lấy làm giá trị giới hạn độ bền vững của mỡ.Các công trình nghiên cứu cho thấy ở giai đoạn biến dạng, trong mẫu thử tồn tại hai dạng biến dạng: biến dạng thuận nghịch và biến dạng không thuận nghịch.

Thêm nữa, loại biến dạng không thuận nghịch xẩy ra với sự tăng bền trong cấu trúc của mỡ, nghĩa là hiện t-ợng này về bề ngoài thì giống với hiện t-ợng biến cứng trong kim loại .Vào thời đIểm, khi  bắt đầu bằng gh thì quá trình tăng độ bền vững của mỡ cũng kết thúc.

Từ đó suy ra max chính là giới hạn độ bền vững gh và nó đặc tr-ng cho độ vững lớn nhất có thể có của thành phần khung cốt do chất làm đặc tạo nên.



(d  / d t) = const

ma x

ôđ

  

Hình 8. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa ứng xuất tr-ợt với độ biến dạng t-ơng đối khi tốc độ biến dạng của mỡ không thay đổi.

Nh- vậy, chỉ tiêu về độ bền vững đ-ợc xét d-ới dạng giới hạn độ bền vững, về định l-ợng nó thể hiện một trong những tính chất đIển hình làm cho mỡ gần giống với chất rắn.Mặc dù mỡ là thuộc loại vật liệu mềm dẻo (với độ bền vững giới hạn ở đIều kiện nhiệt độ trong phòng dao động trong khoảng từ5 đến 20g/cm2, nghĩa là từ 500 đến 2000 H/m2 ), những tính chất về độ bền vững của mỡ đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình khai thác xe. Thực tế, chính giá trị giới hạn độ bền vững của mỡ xác định khả năng mỡ bị văng ra khỏi chi tiết đang quay và khả năng duy trì mỡ trong các ổ, cụm.

Sự tiếp tục biến dạng sau khi đã đạt tới giá trị gh sẽ làm đứt gẫy những mối liên kết mà nhờ có mối liên kết này trong mỡ tồn tại khung cốt. Song đồng thời cùng lúc đó giữa những mảng vỡ đó liên tục xuất hiện các mối liên kết mới.

Tính chất tuyệt vời này của mỡ làm cho trong nó luôn luôn có khung cốt đ-ợc tạo ra từ pha rời rạc, kể cả trong quá trình biến dạng. Những khung cốt này, để phá vỡ chúng cần phải tốn một năng l-ợng nhất định.

Sự đứt gẫy mối liên kết và dẫn đến sự phá vỡ khung cốt không xẩy ra một cách tức thời, mà với một tốc độ nhất định và phụ thuộc vào đIều kiện cũng nh- vào giai đoạn biến dạng. Cũng t-ơng tự nh- vậy khi nói tới sự xuất hiện những mối liên kết mới giữa các mảng của khung cốt sau khi bị phá vỡ. Khi giá trị biến dạng t-ơng đối  cao hơn giá trị giới hạn gh thì tốc độ của quá

trình biến dạng lớn hơn quá trình tạo thành mối liên kết mới, bởi vậy trong tr-ờng hợp này độ bền vững của mỡ yếu đi ( quá trình làm mềm mỡ). Hiện t-ợng này thể hiện ở chỗ là độ bền vững  bị giảm xuống ( hình 8 ).Quá trình giảm độ bền vững tiếp tục cho đến khi tốc độ phá huỷ mối liên kết trong khung cốt và tốc độ xuất hiện các mối liên kết mới cân bằng nhau. Mức độ cân bằng này có khả năng duy trì lâu khi tốc độ biến dạng không thay đổi.Tại thời

đIểm cân bằng quá trình phá huỷ khung cốt trong mỡ, tốc độ biến dạng đạt tới giá trị ổn định ôđ . Chế độ biến dạng ổn định ứng với sự ổn định của giá trị giới hạn độ bền vững  = ôđ (hình 8 ).

Trong quá trình chảy của dầu không chứa pha cứng ( thành phần rắn trong dầu ) giữa ôđ với tốc độ biến dạng có quan hệ tuyến tính ( hoặc gradien tốc độ

D bằng d/dt ). Mối quan hệ trên đ-ợc thể hiện qua ph-ơng trình tuyến tính của Niutơn:

 = D

Trong đó:  - hệ số tỷ lệ. Hệ số này không phụ thuộc vào , cũng không phụ thuộc vào D, và nh- đã rõ nó đ-ợc gọi là hệ số độ nhớt động học hoặc độ nhớt động học.

Độ nhớt động học là một thông số của chất lỏng đặc tr-ng cho cơ tính của chất lỏng trong dòng chaỷ tầng ở đIều kiện nhiệt độ cho tr-ớc.

Vấn đề với mỡ không phải chỉ có thế, Ngoài thành phần dầu lấy từ dầu mỏ, trong mỡ còn có chất dùng làm khung cốt-đó là chất làm đặc. Trong tr-ờng hợp này, khi quá trình biến dạng đạt tới giá trị ổn định ôđ, ngoài lực trở

kháng sinh ra trong quá trình chuyển dịch t-ơng đối của các lớp môi tr-ờng phân tán, còn có ba thành phần trở kháng khác nữa. Đó là lực trở kháng sinh ra trong quá trình đứt gẫy liên tục mối liên kếtgiữa các phần tử chất làm đặc, trở kháng đơn thuần của lực bám cơ khí giữa các mảng khung cốt với nhau và lực trở kháng liên quan tới sự chảy của môi tr-ờng phân tán của chính khung cốt hoặc các mảng của nó. Sự tồn tại trong thành phần của mỡ chất làm đặc và lực trở kháng phụ đ-ợc tạo nên trong mối liên kết với chất làm đặc làm mối quan hệ giữa ôđ và D trở nên không tuyến tính. Tỷ số ôđ/ D đối với mỡ lại phụ thuộc vào D hoặc vào  ( Khác với nó tỷ số t-ơng tự của chất lỏng không phụ thuộc vào D và  ) và tỷ số này đ-ợc gọi là độ nhớt hiệu quả hq.

Suy ra, độ nhớt hiệu quả của mỡ ở điều kiện nhiệt độ không đổi là một biến số, bởi vậy cần phải hiểu đặc tr-ng cho tính nhớt của mỡ d-ới dạng sự phụ thuộc của độ nhớt hiệu quả hq vào D. Nói cách khác, mỗi một giá trị tính toán đ-ợc của độ nhớt hiệu quả hq cần phải kèm theo một giá trị građiên t-ơng ứng. Kinh nghiệm cho thấy khi tốc độ biến dạng tăng lên thì độ nhớt hiệu quả của mỡ giảm xuống và tiến gần tới độ nhớt của dầu có trong thành phần của mỡ. Một trong những đặc đIểm của tính chất nhớt của mỡ đ-ợc minh hoạ ở hình 9.

Nh- vậy,độ nhớt hiệu quả về l-ợng , nó thể hiện một trong những tính chất của mỡ, một tính chất làm cho mỡ có đặc điểm gần giống với chất lỏng. Giá trị của

độ nhớt hiệu quả xác định những tổn hao về năng l-ợng để làm dịch chuyển một cách t-ơng đối các chi tiết đ-ợc bôi trơn, để đẩy mỡ qua các ống, kênh dẫn mỡ.Với hai loại mỡ có giới hạn độ bền vững nh- nhau, trong cùng một

điều kiện loại mỡ tốt hơn sẽ là loại có độ nhớt hiệu quả nhỏ hơn.

Cần nhớ rằng , khi građiên tốc độ có giá trị thấp thì độ nhớt hiệu quả của mỡ lớn gấp hàng trăm hàng nghìn lần so với độ nhớt của dầu trong thành phần cuă mỡ ( do trong mỡ có chất làm đặc). Nh-ng bởi vì khi giá trị građiên tốc độ

tăng lên thì độ nhớt hiệu quả giảm mạnh (hình 9 ), nên theo ph-ơng trình Niutơn ,ứng suất tr-ợt trong mỡ hoặc là đ-ợc duy trì ở giá trị không đổi, hoặc thay đổi rất nhỏ. Nói cách khác, lực cần thiết để duy trì dòng chảy tầng của mỡ phải đủ lớn,nh-ng thay đổi không lớn trong khoảng građIên tốc độ rộng, có nh- vậy thì lực đảm bảo cho dòng chảy tầng của chất lỏng mới tăng theo quy luật tuyến tính từ giá trị 0 đến giá trị ứng với sự xuất hiện hiện t-ợng chảy rối.

 hq

Mỡ đặc quánh

DÇu

D

Hình 9.Sự phụ thuộc độ nhớt của dầu và độ nhớt Hiệu quả của mỡ vào građiên tốc độ.

Đặc điểm thứ hai về tính nhớt của mỡ thể hiện ở chỗ, khi ở građiên tốc độ thấp và trung bình trong phạm vi nhiệt độ sử dụng độ nhớt của mỡ thay đổi rất ít so với chính độ nhớt của dầu chứa trong mỡ đó.Nói cách khác, về đặc tính nhớt-nhiệt thì mỡ trội hơn hẳn dầu lỏng.

Mặc dù các thiết bị dùng để xác định giá trị giới hạn độ bền vững và độ nhớt hiệu quả từ lâu đã đ-ợc thiết kế và tiêu chuẩn hoá (OCT 7143-54

7163-63 và 9127-59 ), song cho đến bây giờ việc đ-a chúng vào sử dụng còn rất khiêm tốn. Các chỉ tiêu định mức về giới hạn độ bền vững và độ nhớt hiệu quả chỉ đ-ợc sử dụng cho một số loại mỡ trong khai thác ô tô máy kéo và tăng- thiết giáp. Hiện nay để đánh giá chất l-ợng mỡ ng-ời ta vẫn sử dụng chỉ tiêu cũ- độ xuyên kim ( OCT 5346-50 ).

Độ xuyên kim là độ lún trong sâu mỡ của một vật hình chóp của thiết bị tiêu chuấn sau một khoảng thời gian 5 giây. Độ xuyên kim đ-ợc tính bằng đơn vị milimet. Giới hạn độ bền vững và độ nhớt hiệu quả cùng đồng thời ảnh h-ởng tới độ xuyên kim, do vậy độ xuyên kim đặc tr-ng cho cả hai tính chất của mỡ –tính chất bền vững và tính chất nhớt.Nh-ợc đIểm của chỉ tiêu độ xuyên kim là ở chỗ, nó không thể đánh giá đ-ợc khả năng làm việc của mỡ.

Định mức chỉ tiêu này chỉ có thể giải thích bởi tính truyền thống đã có và tính cần thiết đối vơí các nhà máy dầu trong việc dùng chỉ tiêu trên để kiểm tra cùng một kiểu sản phẩm.