L ời cảm tạ
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 vào 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 dầuchủ yếu để sản xuất mỡ bôi tr ơn hiện nay do giá thành thấp và tạo ra được mỡ phù hợp với phần lớn các ứng dụng trong công nghiệp, trong các loại dầu gốc khoáng thì dầu naphten được ưa chuộng dùng để chế tạo mỡ bôi trơn hơn cả.
Tùy thuộc vào chất làm đặc, dầu nhờn có thể thay đổi trong khoảng từ 70 –95 %. Nếu chất làm đặc là xà phòng thì dầu chiếm khoảng 80 -90%. Nếu chất làm đặc là cácbuahidrô rắn (sáp) thì dầu chiếm khoảng 70%.
Dầu nhớt có trong mỡ bôi trơn thường có tính chi phối đến các tính chất: - Tính bôi trơn,
- Làm thay đổi các tính chất phụ thuộc vào 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 este tổng hợp,
- Dầu silicol,
- Mỡ động thực vật, - Este polifelin, - Clorua hydro.
Tỷ lệ dầu nhờn nhiều hay ít, tính chất tốt hay xấu có ảnh h ưởng trực tiếp đến tính chất của mỡ, cho nên việc chọn dầu để sản xuất mỡ nhờn là một việc rất quan trọng. Để đảm bảo cho mỡ có được những tính chất tốt, thỏa mãn yêu cầu trong sử dụng, dầu để làm mỡ phải có tính ổn định nhiệt, ổn định hóa học cao, tính dính bám và khả năng làm nhờn tốt, phải có độ nhớt thích hợp và chỉ số độ nhớt cao, không có tính ăn mòn kim loại.
Nếumỡ nhờn được dùng vào máy làm việc ở nhiệt độ thấp, phụ tải nhỏ, tốc độ quay nhanh thì phải chọn dầu có điểm đông đặc thấp, độ nhớt nhỏ, chỉ số độ nhớt cao.
Nếu mỡ được dùng vào máy làm việc ở nhiệt độ cao, tốc độ chậm, phụ tải lớn thì phải pha dầu có độ nhớt lớn.
Khi mỡ bôi trơn cần làm việc ở các điều kiện khắc nghiệt ng ười ta thường sử dụng dầu gốc là dầu tổng hợp với các tính chất h ơn hẳn so với dầu khoáng (tính chất nhớt nhiệt, tính chất nhiệt độ thấp tốt, độ bền nhiệt, độ bền chống oxy hóa cao, khoảng nhiệt độ làm việc rộng). Dầu tổng hợp bao gồm các hydrocacbon tổng hợp, các dieste, polyalphaolefin (PAOs), silicon …, m ột số tính chất của dầu gốc để tổng hợp mỡ bôi trơn được so sánh trong bảng 1.4.
Bảng 1.4. So sánh các chất bôi trơn sử dụngdầu gốckhác nhau
Tính chất Dầu động vật Dầu thực vật Dầu khoáng PAOs Các dieste Các polyol este PAGs Tính chất nhiệt độ thấp Kém Kém hơn dầu khoáng Kém Rất tốt Tốt Tốt Tốt Độ bền oxy hóa Kém Kém Khá Rất tốt Tốt Tốt Tốt Tương hợp với
dầu khoáng Tuyệt vời Tuyệtvời Tuyệt vời
Tuyệt
vời Tốt Khá Kém
Độ bay hơi thấp Kém Tốt Khá Tuyệt
Tương hợp với
sơn và vecni Tốt Rất tốt Tuyệt vời
Tuyệt
vời Kém Kém Kém
Tính bôi trơn Rất tốt Rất tốt Tốt Tốt Rất tốt Rất tốt Tốt Độ bền thủy
phân Kém Kém Tuyệt vời
Tuyệt
vời Khá Khá Rất tốt (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hòa tan phụ gia Rất tốt Tuyệt vời Tuyệt vời Khá Rất tốt Rất tốt Khá Hiện nay, dầu động vật, thực vật đ ược sử dụng làm dầu gốcnhằm đáp ứng các đòi hỏi về an toàn môi trường, đồng thời là nguyên liệu thay thế nguồn nguyên liệu từdầu mỏ đang dần cạn kiệt ngày càng trở nên cấp thiết.
1.3.2. Chất làm đặc
Các chất làm đăc không chỉ có tác dụng làm đặc, làm hạn chế sự linh động của dầu mà nó còn có tác dụng làm thay đổi tính chất của chất bôi, r ất nhiều tính chất của MBT được xác định dựa vào chất làm đặc. Nếu chất làm đặc chịu nhiệt, mỡ có thể làm việc ở nhiệt độ cao, nếu chất l àm đặc không bị ảnh hưởng bởi nước, mỡ cũng sẽ có tính chất như vậy.
Chất làm đặc là phần “khung” của mỡ, nhờ có chất l àm đặc mà dầu nhờn bám vào đó và tồn tại ở dạng hỗn hợp dẻo, mềm. Nếu không có chất l àm đặc thì không thể hình thành mỡ được.
Chất làm đặc cho MBT gốc liti chủ yếu là xà phòng ltit của 12-StOH do đó so với xà phòng liti của axit béo khác, 12-StLi cho mỡ có độ bền cao hơn[7].Để tăng độ bền cơ học và tính chịu nhiệt cao người ta sử dụng xà phòng phức liti (xà phòng 12-StOLi tạo phức với xà phòng liti của một ddiaxxit – thường là axit azelaic. bảng 1.5 mô tả các tính chất của mỡ t ương ứng với các chất làm đặc khác nhau.
Bảng 1.5. Các tính chất của mỡ tương ứng với chất làm đặc khác nhau [11]
Đặc tính
Mỡ xà phòngđơn và phức Mỡ hữu cơ và mỡ vô cơ
Mỡ gốc Nhôm Mỡ gốc
Natri Mỡ gốc Canxi Mỡ gốc xà phòng Liti Polyurê Mỡ đất sét
Đơn Phức Đơn Đơn Phức Đơn Phức
Nhiệt độ nhỏ giọt (C) 110 260 96 - 104 96 - 104 230 - 250 177 - 204 260 243 260 + Nhiệt độ làm việc lớn nhất (C) 79 177 120 80 177 130 180 180 180 Độ chịu nước (bền
thủy phân) Tốt Tốt–rất tốt Kém Tốt Vừa phải Tốt Rất tốt Tốt Vừa phải Độ ổn định cơ học (làm việc) Kém Tốt TB Khá Khá tốt Rất tốt Tốt Kém–TB Vừa phải–khá Độ ổn định chống ôxy hóa Tốt Khá–tốt TB Khá TB khá Tốt Tốt Tốt–rất tốt Tốt Khả năng chống gỉ Tốt Tốt Tốt Khá Khá Khá Tốt Khá tốt Khá Khả năng bơm Kém TB khá TB kém Tốt TB khá Tốt Tốt Tốt Tốt Độ ổn định keo Tốt Tốt TB khá TB kém Tốt Rất tốt Rất tốt Rất tốt Rất tốt
Xu hướng phát triển Không Đang tăng Giảm Giảm Giảm
Tốt (hàng đầu
hiện nay)
1.3.3. Công nghệ sản xuất mỡ phân hủy sinh học gốc liti
Mỡ bôi trơn được tổng hợp dựa trên nhiều phương pháp và tùy thuộcvào tính chất dầu gốc, chất làm đặc hay từng loại công dụng của mỡ để lựa chọn ph ương pháp tổng hợp cho hợp lý. Mỡ bôi tr ơn phân hủy sinh học cũng dựa tr ên các phương pháp thông dụng và phổ biến được diễn ra các giai đoạn nh ưtrong bảng 1.6.
Bảng 1.6. Công nghệ sản xuất mỡLiti trên nền dầu khoángvà dầu thực vật[7]
STT Công nghệ sản xuất mỡ liti trên nền dầu khoáng
Công nghệ sản xuất mỡ liti trên nền dầu
thực vật
1 Nạp hỗn hợp và axit béo vào nồi
phản ứng Nạp hỗn hợp, axit béo (và phụ gia) 2 Trung hòa axit béo và xà phòng
hóa trigyxerid có trong axit béo
Trung hòa axit béo và xà phòng hóa trigyxerid
3 Xử lý nhiệt ở 220oC Xử lý nhiệt ở 190oC ÷ 220oC 4 Làm nguội kết tinh đẳng nhiệt Làm nguội
5 Nạp phụ gia (Nạp phụ gia)
Sơ đồ của quá trình sản xuất mỡ được trình bày trên hình 1.6, 1.7.
Hình 1.6. Sơ đồ nhiệt trong công nghệ tổng hợp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
MBT dầu khoáng
Hình 1.7. Sơ đồ nhiệt trong công nghệ tổng hợp
Phương pháp sản xuất MBT có nguồn gốc từ dầu động thực vật tr ên cơ sở xà phòng liti cũng được thực hiện giống nh ư các phương pháp s ản xuất MBT nguồn gốc dầu khoáng và cũng được tiến hành theo các bước như sau:
Phương pháp sản xuất MBT dầu gốc là dầu thực vật trên nền xà phòng Liti [7]
Bước 1: Cho Axit 12 – hydroxystearic và dầu thực vật với tỷ lệ là 17% so với tổng lượng dầu vào nồi phản ứng và nâng nhiệt độ lên 70–80oC.
Bước 2: Nạp dung dịnh LiOH 9 – 10% (nhiệt độ dung dịnh 60 -70oC) thành dòng nhỏ vào nồi phản ứng chứa hỗn hợp Axit 12 –hydroxystearic và dầu thực vật,
Bước 3: Duy trì hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ 95 – 100oC đủ để trung hòa lượng axit đã nạp và xà phòng hóa hết lượng trilyerit có trong 12-StOH.
Bước 4: Đuổi nước 100 –120oC. Kiểm soát phản ứng bằng chỉ số kiềm d ư và chỉ số axit.
Bước 5: Nâng nhiệt độ lên 190 - 200oC để tạocấu trúc mỡ
Bước 6: Tắt gia nhiệt và nạp dầu còn lại vào nồi nấu để nhiệt độ mỡ xuống đến 80oC.
Bước 7: Tiếp tục làm nguội tự nhiên đến 100oC và nạp phụ gia sau đó giữ nhiệt độ trong khoảng 30 phút
Bước 8: Cho hỗn hợp qua máy đồng thể hóa
Trong suốt quá trình tổng hợp mỡ phải duy trì khuấy.
Trên cơ sở tổng quan về mỡ bôi tr ơn, các vấn đề được rút ra như sau:
-Mỡ được đặc trưng bởi các tính chất hóa lý và các tính chất sử dụng. Việc xác định các tính chất này không những cho phép đánh giá đúng chất l ượng, giá trị sử
dụng của mỡ nhờn mà cònđặt ra được chế độ bảo quản, chế 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 mòn.
- Tìm hiểu chế độ làm việc của cặp ma sát thép đồngsử dụng MBT để bôi trơn sau đó xác định được loại MBT sử dụng phù 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 dùng làm nguyên liệu sản xuất MBT.
Những vấn đề màđề tài cần phải đạt được
- Xác định được tính chất hóa lý, khả năng đáp ứng của dầu gốc sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất MBT,
- Sản xuất thử MBT với những yêu cầu đã nêu, có khả năng bôi trơn cho cặp
ma sát,
- Khảo sát khả năng bôi tr ơn của MBT được sản xuất từ dầu gốc đã lựa chọn bôi trơn cho cặp ma sát thép đồng.
CHƯƠNG 2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 đàn hồi và thậm chí cũng khó để tiến hành bôi trơn thủy tĩnh, dạng bôi trơn này được gọi là bôi trơn giới hạn[2]. Trong đó, bôi trơn hấp phụ được hiểu như là một đặc thù của dạng của bôi trơn giới hạn, nó được hình thành khi có sự biến đổi độ nhớt cục bộ trên bề mặt ma sát hoặc tạo ra màng mỏnglàm phân cách sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai bề mặt ma sát.
Có thể nói bôi trơn hấp phụ là một dạng của bôi trơn giới hạn mà tồn tại trong trường hợp vận tốc trượt thấp hoặc vừa phải với áp lực lớn nh ưng nhiệt độ làm việc không cao, tại chế độ làm việc kiểu này thì không thể hình thành các dạng bôi trơn thuỷ động hoặc thủy động đàn hồi hay bôi trơn thủy tĩnh mà thay vào đó là sự hấp phụ lớp đơn phân tử trên bề mặt vật rắn (do tính hấp phụ của vật liệu bôi trơn lên bềmặt của cặp ma sát), lớp đ ơn phân tử này tạo thành lớp màng mỏng dính bám trên bề mặt tiếp xúc của cặp ma sát, nó có bề dày mỏng đến mức làm cho cơ chế tiếp xúc giữa các mấp mô giống nh ư sự tiếp xúc trực tiếp giữa các bề mặt ma sát, nhờ đó mà giảm được masát và hao mòn khi hai bề mặt ma sát trượt tương đối với nhau.
2.1.1. Bôi trơn hấp phụ và phân loại
Như đã trình bày ở trên, bôi trơn hấp phụ là một đặc thù của bôi trơn giới hạn và nó được hình thành trong trường hợp không thể hình thành các dạng bôi trơn thủy động hoặc thủy động đàn hồi và thậm chí cũng khó để tiến h ành bôi trơn thủy tĩnh. Trên hình 2.1 giải thích về điều kiện hình thành dạng bôi trơn này và ảnh hưởng của các yếu tố như áp lực, vận tốc, v.v đến sự hình thành cơ chế bôi trơn.
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.
Trên giản đồ trạng thái bôi tr ơn (hình 2-1), bôi trơn giới hạn tồn tại giữa trạng thái bôi trơn nửa ướt (hỗn hợp) và trạng thái ma sát khô, khi đó
P v He
có
giá trị rất nhỏ có thể do hình dáng bề mặt hoặc do biến dạng mà hai bề mặt tiếp xúc song song với nhau không thể tạo ta m àng bôi trơn thủy động, thủy động đàn hồi hoặc vi thủy động đàn hồi và có thể xảy ra một trong bốn tr ường hợp sau đây:
a) Tốc độ trượt quá thấp không hình thànhđược áp suất thủy động, nh ưng áp lực không lớn, nhiệt độ vùng tiếp xúc tăng không nhiều nên có thể duy trì được màng dầu mỏng giữa hai bề mặt tiếp xúc. Độ nhớt của dầu th ường được nâng lên, có thể bao phủ được bề mặt bôi trơn, không yêu cầu dầu có tính chất đặc biệt như
a) quan hệ giữa chế độ ma sát, giá trị hệ số ma sát với trị số;
b) quan hệ độ dày lớp dầuvới
P v He
tính chất chịu nhiệt, khả năng bám dính đặc biệt, phản ứng hóa học tạo lớp màng hấp phụ đối với bề mặt vật liệu ma sát.
b) Tốc độ thấp hoặc vừa phải, áp lực lớn nhưng nhiệt độ vẫn thấp, cần phải có tính chất đặc biệt mới duy trìđược màng dầu bôi trơn mỏng hai bề mặt tiếp xúc. Ma sát được giảm thiểu nhờ bề mặt tiếp đ ược bao phủ bởi lớp phân tử hấp phụ của dầu bôi trơn.
c) Tốc độ lớn áp lực vừa phải, nh ưng nhiệt độ vùng tiếp xúc cao là do năng lượng ma sát hoặc làm việc ở môi trường nhiệt độ cao. Có sự t ương tác hóa học giữa dầu bôi trơn và bề mặt tiếp xúc, nên phải chủ động hướng các tương tác này có lợi cho ma sát và hao mòn qua các phụ gia có trong dầu bôi tr ơn. Cơ chế tương tác này thường đưa về các dạng:
+ Hình thành các lớp xà phòng không thuận nghịch và các vật liệu nhớt khác trên bề mặt ma sát bởi các phản ứng hoá học giữa các phụ gia của d ầu bôi trơn với kim loại bề mặt,
+ Nhờ các tính chất của phụ gia pha trong dầu, độ nhớt của dầu đ ược nâng lênởgần bề mặt tiếp xúc làm giảm mức độ bôi trơn giới hạn, làm tăng mức độ bôi trơn thủy động, nhờ đó mà làm giảm tổn thất ma sát. Một số tính chất của phụ gia có trong dầu làm tăng độ bền của màng dầu do khả năng hấp phụ của dầu trên bề mặt,
+ Hình thành các lớp cấu trúc vô định hình, có cấu trúc mịn do phản ứng giữa phụ gia của dầu bôi tr ơn và vật liệu bề mặt vật rắn.
d, Áp lực tiếp xúc lớn, do những nguyên nhân khác nhau nhiệt độ tại vùng tiếp xúc tăng cao, có khi đến v ài trăm độ. Tính hấp phụ và các phản ứng kiểu xà phòng không tồn tại, phải có cơ chế tác động khác giữa dầu bôi tr ơn và bề mặt tiếp xúc. Phụ gia trong dầu đóng vai trò hết sức quan trọng trong điều kiện tiếp xúc này, nó phải chủ động tạo ra được:
+ Hình thành màng vật liệu vô cơ có khả năng chịu mòn trên bề mặt ma sát ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa kim loại v à ngăn cản dạng mòn mãnh liệt