Tài liệu Nghiên cứu nâng cao chất lượng dầu phanh tổng hợp vh32

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DẦU PHANH VH 3.2 Chủ nhiệm đề tài: ThS. TRẦN THẮM 8342 HÀ NỘI 12 - 2010 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DẦU PHANH VH 3.2 Thực hiện theo Hợp đồng Đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 66.10.RD/HĐ-KHCN ngày 25 tháng 02 năm 2010 giữa Bộ Công Thương và Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam Chủ nhiệm đề tài: ThS. TRẦN THẮM Các cán bộ tham gia thực hiện đề tài: 1. Nguyễn Công Bắc- Thành viên 2. Nguyễn Thị Huyền Châu - Thành viên 3. Th.s. Nguyễn Công Long - Thành viên 4. Trần Ngọc Hương - Thành viên 5. Th.s.Phạm Thị Thúy Nga - Thành viên 6. Lương Thị Thương - Thành viên HÀ NỘI 12-2010 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây do sự xuất hiện các loại ô tô có kết cấu mới , sự thay đổi đáng kể về điều kiện sử dụng đã làm cho các loại dầu phanh cũ hạn chế đáp ứng được yêu cầu về chất lượng. Ở Việt Nam, qua nghiên cứu khảo sát các tính chất đặc thù của khí hậu, nhận thấy rằng dầu phanh sử dụng ở trong nước so với loại sử dụng ở vùng ôn và hàn đới phải làm việc ở nhiệt độ cao hơn, khí hậu ẩm ướt, bụi bẩn nhiều, sự hoạt động của vi khuẩn mạnh hơn,... Vì vậy dầu phanh cần có đặc tính riêng phù hợp với yêu cầu đó. Thực tế đòi hỏi cần có một loại dầu phanh chất lượng tương đương với các loại dầu phanh tốt của nước ngoài nhưng đáp ứng các yêu cầu đặc thù ở trong nước. Xét về mặt kinh tế và thực tiễn, chi phí cho dầu phanh sản xuất ra rẻ hơn là nhập dầu phanh thành phẩm, nguồn hàng chủ động và dễ dàng hơn. Do đó đề tài đi sâu nghiên cứu nâng cao chất lượng dầu phanh tổng hợp VH3.2 của Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam. Mục tiêu của đề tài là xây dựng phương pháp giảm khả năng hút ẩm cho dầu phanh VH 3.2 trên cơ sở bổ sung hợp phần là este borat của glycol. Trong quá trình nghiên cứu, đề tài tiến hành những nội dung sau: - Tổng hợp được hợp phần phụ chống ẩm, giảm khả năng hút ẩm cho dầu phanh VH3.2. - Khảo sát tỷ lệ bổ sung hợp phần phụ vào hợp phần chính trong dầu phanh nhằm xác định tỷ lệ thích hợp. - Thử nghiệm khả năng chống ẩm của sản phẩm gồm có thành phần chính và thành phần phụ. - Xây dựng quy trình pha chế sản phẩm dầu phanh. - Xác định chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm. -1- MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………. 1 MỤC LỤC................................................................................................ 2 KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT....................................................................... 4 TÓM TẮT NHIỆM VỤ........................................................................... 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. 1.YÊU CẦU TÍNH CHẤT SỬ DỤNG CỦA DẦU PHANH………...................... 6 1.2. CÁC LOẠI DẦU PHANH HIỆN NAY………………………………………… 1.2.1. Dầu phanh DOT 3, DOT 4…………………………..…………….......... 7 1.2.2 Dầu phanh DOT 5…………………………...…………………………… 8 1.2.3. Dầu phanh DOT 5.1…………………………….………..……………… 9 1.3. THỰC TRẠNG DẦU PHANH VIỆT NAM HIỆN NAY…………………….. 10 1.3.1. Dầu phanh nhập ngoại………………………..……….…….…….…… 10 1.3.2. Dầu phanh sản xuất trong nước…………………………………………. 11 1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ẨM DẦU PHANH TRÊN THẾ GIỚI....….. 14 1.5. GIẢI PHÁP CẢI THIỆN DẦU PHANH TỔNG HỢP VH 3.2.......................... 15 1.5.1. Đặc trưng dầu phanh VH 3.2…………………………………………… 16 1.4.2. Tác hại của nước trong hệ thống phanh dầu…………………………... 18 1.4.3. Đặt hướng nghiên cứu tổng hợp hợp phần phụ………………………… CHƯƠNG 2 19 THỰC NGHIỆM 2 .1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………………………….….……................ 21 2.1.1. Hóa chất và dụng cụ…..………………………………….….…………... 21 2.1.2. Tổng hợp este borat của glycol……………………….………………….. 21 2.1.3. Khảo sát sự hút ẩm của chất nền có bổ sung este borat………………….. 24 2.1.4. Pha chế dầu phanh………………………………………………………. 24 2.2. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ……………………….…………. 25 2.2.1. Xác định độ nhớt động học ……………………………………………… 25 2.2.2. Đo độ trương nở cuppen ………………………………………………... 25 2.3.3. Đo độ ăn mòn kim loại. ………………………………………………… 27 2.2.4. Xác định điểm đông đặc………………………………………………… 27 2.2.5. Đo tỷ trọng ………………………………...……………………………. -2- 28 2.2.6. Xác định nhiệt độ chớp lửa cốc hở……………………………………… 29 2.2.7. Xác định tạp chất cơ học………………….………………………........... 29 2.2.8. Xác định độ pH …………………………….…………………………… 30 2.2.9. Xác đinh nhiệt độ sôi hồi lưu cân bằng …………….…………………... 30 2.2.10. Xác định hàm lượng nước……………………………………………… CHƯƠNG 3 31 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1.TỔNG HỢP ESTE BORATE CỦA DIETYLENGLYCOL MONO METYL ETE 32 3.1.1. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy…………………………..………………… 32 3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng……………………………................. 34 3.2. TỔNG HỢP ESTE BORATE CỦA DIETYLENGLYCOL MONO ETYL ETE 35 3.2.1. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy…………………..………………………… 35 3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng……………………………………… 36 3.3. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM......................................................... 37 3.3.1. Sự hút ẩm chất nền có bổ sung este borat……… ...…………………….. 38 3.3.2. Tính chất lý hóa của các hỗn hợp chất nền………...……………………. 41 3.3.3. Đánh giá một số tính chất của dầu phanh……………………………….. 43 3.3.3.1. Khả năng trương nở cuppen…………………………………............. 43 3.3.3.2. Tính chất của dầu phanh pha chế được………………....................... 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................... 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................... 47 PHỤ LỤC................................................................................................. -3- 50 KÝ HIỆU VIẾT TẮT DOT - Department Of Transportation DEG - Dietylenglycol DEGMME - Dietylenglycol mono metyl ete DEGMEE - Dietylenglycol mono etyl ete %KL - Phần trăm khối lượng %TT - Phần trăm thể tích E1 - Este borat 1 E2 - Este borat 2 DP1 - Dầu phanh 1 DP2 - Dầu phanh 2 -4- TÓM TẮT NHIỆM VỤ Dầu phanh tổng hợp VH 3.2 là loại dầu phanh đầu tiên do nước ta sản xuất ra và so với các loại dầu phanh nhập ngoại cùng thời kỳ đó thì dầu phanh VH 3.2 có một số ưu điểm phù hợp hơn với điều kiện nước ta. Thành phần của dầu phanh tổng hợp VH 3.2 gồm có chất nền là dietylenglycol và phụ gia đa chức HBF. Thực tế cho thấy dầu phanh trên cơ sở glycol và dẫn xuất của chúng có nhiều ưu điểm như nhiệt độ sôi cao, hệ số nhiệt – nhớt tốt, không làm nở cao su thiên nhiên và tổng hợp. Song chúng có một nhược điểm cơ bản là háo nước làm giảm nhiệt độ sôi của dầu xuống. Trong nghiên cứu này, đề tài tiến hành nâng cao chất lượng dầu phanh tổng hợp VH 3.2 trên cơ sở bổ sung hợp phần phụ là este borat của glycol làm giảm khả năng hút ẩm của dầu. Đề tài đã lựa chọn được tỷ lệ pha chế chất nền thích hợp, đã đánh giá tính chất lý hóa đặc trưng của chất nền có bổ sung hợp phần phụ và so sánh với chất nền của dầu phanh VH 3.2 là dietylenglycol. Chất lượng của sản phẩm cuối cùng là dầu phanh có sử dụng hợp phần phụ được khảo sát, đánh giá và so sánh với sản phẩm dầu phanh tổng hợp VH 3.2. Kết quả thấy rằng, hợp phần phụ là este borat của glycol đáp ứng đầy đủ tính chất để làm hợp phần trong dầu phanh. Việc cải tiến dầu phanh VH 3.2 theo kết quả của đề tài là thực tế cải tiến được và có thể đi vào thực tế sản xuất. -5- CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. YÊU CẦU TÍNH CHẤT SỬ DỤNG CỦA DẦU PHANH Dầu phanh được sử dụng như một loại dầu bôi trơn đa năng trong hầu hết các bộ phận như phanh hãm bánh lái, hộp số tự động, cửa sổ tự động và những bộ phận tương tự. Vì vậy đòi hỏi dầu phanh phải đáp ứng được những tính chất sau: - Tính bôi trơn tốt để chống mài mòn, bào mòn giảm ma sát. - Nhiệt độ sôi cao, áp suất hơi bão hòa nhỏ, độ bay hơi thấp để tránh việc tạo nút khí , gây bó phanh, làm phanh mất tác dụng, hao phí dầu. - Độ nhớt nằm trong giới hạn thích hợp theo yêu cầu của sử dụng. Độ nhớt quá cao làm phanh khó khăn, áp suất và công suất hao phí lớn. Độ nhớt quá nhỏ làm dầu dễ bị chảy, làm giảm áp suất và hệ số truyền động, làm mức độ ăn mòn, bào mòn tăng lên. Ngoài ra dầu cần có hệ số nhiệt - nhớt tốt tức là có độ nhớt phụ thuộc ít nhất vào nhiệt độ để sử dụng được quanh năm với các vùng khí hậu, địa hình khác nhau. - Tính tạo bọt nhỏ với không khí và các khí khác hoặc chính xác hơn là có khả năng đẩy khí ra khỏi dầu và không tạo bọt, tránh cho việc dầu lẫn khí bị co lại khi nén. - Hệ số giãn nở thấp để tránh bị bó phanh khi phanh nóng. - Nhiệt độ đông đặc thấp, cụ thể là dầu có tính linh động ở nhiệt độ âm tối đa của nơi sử dụng. - Có nhiệt độ chớp cháy cao hoặc không cháy hay khó cháy. - Dầu cần đồng nhất với các vật liệu trong hệ thống phanh. Điều này có nghĩa là các kim loại đen và màu, các chất dẻo, cao su, sơn có tiếp xúc với dầu không bị dầu ăn mòn, phá hủy hoặc ngược lại chúng cũng không được là nguyên nhân làm dầu biến chất hư hỏng. Đặc biệt trong hệ thống phanh người ta phải sử dụng cao su làm cupen để chắn dầu. Đây là khâu yếu nhất và hay hư hỏng nhất vì vậy độ trương nở cupen -6- của dầu cần phải nhỏ. Một khâu yếu khác của hệ thống phanh là phần kim loại đen ở ngoài không khí không hoàn toàn ngập trong dầu, rất hay bị gỉ. Khi bị gỉ hệ thống phanh bị mài mòn, kẹt, tắc, phớt chắn dầu bị hỏng, pittong và xi lanh mất khả năng di động và hệ thống phanh mất tác dụng. Vì vậy tính đồng nhất ở đây bao gồm cả mặt tích cực đòi hỏi dầu phải bảo vệ được các vật liệu có liên quan đến hệ thống phanh. - Dầu cần có môđun đàn hồi có thể tích mọi phía cao tức là có tính chịu nén tốt để phanh làm việc chính xác và an toàn. - Có khả năng truyền nhiệt tốt để giảm bớt nhiệt độ ở vùng ma sát. - Dầu càng ít bị hấp thụ nước càng tốt vì khi hấp thụ nước, nhiệt độ sôi của dầu sẽ bị giảm, dầu dễ bị phân hủy, gây ăn mòn, gỉ kim loại và dễ tạo nút hơi. 1. 2. CÁC LOẠI DẦU PHANH HIỆN NAY 1.2.1. Dầu phanh DOT 3, DOT 4 Các loại dầu phanh DOT 3 và DOT 4 có màu vàng sáng, được sản xuất trên cơ sở chất nền là glycol. Dung dịch glycol có hai bất lợi. Chúng có độ hút ẩm lớn, nước hấp thụ vào dầu sẽ gây ra hai vấn đề nghiêm trọng: hạ điểm sôi và gây ăn mòn. Dung dịch glycol cũng phá hoại sơn, nếu dung dịch bị đổ vào lớp sơn của ôtô, sơn sẽ bị mất màu và bị tróc ra. Nếu dầu phanh bị đổ vào sơn thì ta phải mau chóng phun rửa sạch với nhiều nước. Dầu phanh DOT 3 có các phụ gia chọn lọc góp phần tăng cường tính năng của hệ thống phanh. Vì vậy nó được sử dụng khá phổ biến trong hệ thống phanh ôtô. So với một số loại dầu phanh khác thì dầu phanh DOT 3 có các ưu điểm là : - Chống ăn mòn, mài mòn tốt. - Không ảnh hưởng tới các vật liệu làm kín. - Có độ nhớt thích hợp. - Có độ bền cắt, xé cao. - Có tính bôi trơn và tính năng chống oxy hoá tốt. - Có khả năng hút ẩm trong một thời hạn nhất định. - Có dải nhiệt độ làm việc rộng. So với dầu phanh DOT 3, thành phần nền của dầu phanh DOT 4 bổ sung thêm hợp phần phụ là dẫn xuất của glycol. Nhờ vậy tính năng của nó cũng được -7- cải thiện 1 phần, đáp ứng nhu cầu cao hơn của các loại xe đời sau. Tuy nhiên nhược điểm của loại dầu phanh này là giá thành của nó khá cao so với dầu phanh DOT3. Vì thế, trên thị trường hiện nay, DOT 3 vẫn là loại dầu phanh được sử dụng rộng rãi nhất. 1.2.2. Dầu phanh DOT 5 Dầu phanh DOT 5 có màu tím, được tổng hợp với chất nền là silicon. Dầu Silicone có cấu trúc polymer, trong đó nguyên tử carbon được thay bằng nguyên tử silic. Dimethylpolysiloxane, một trong những dầu silicon được dùng nhiều có cấu trúc như sau : Dầu phanh DOT 3 và DOT 4 có thể trộn lẫn với nhau, tuy nhiên không loại nào được trộn lẫn với dầu phanh DOT 5. Dung dịch silicon nhẹ hơn sẽ nổi lên trên dung dịch glycol. Người ta cho rằng sẽ có xu hướng hình thành một lớp màng nước giữa chúng và sẽ tạo ra sự gỉ sét ở mức đó. Ngoài ra, khi hai dung dịch này trộn lẫn sau đó khuấy trộn lên, chúng sẽ tạo bọt và hình thành màng bao bọt khí. Điều này sẽ gây mất hiệu lực phanh . Dung dịch silicon đã khắc phục được 1 số nhược điểm của dung dịch glycol. Silicon là một chất không hút ẩm, vì vậy nó không hấp thụ nước. Từ chỗ không hấp thụ nước, nên sẽ không gây ăn mòn hoặc ăn mòn rất ít đối với hệ thống phanh. Silicon không gây ảnh hưởng lên các bề mặt sơn, nhựa và cao su. Đây là yếu tố rất quan trọng trong công tác bảo quản dầu phanh cũng như lựa chọn loại vật liệu làm kín . Nhược điểm cơ bản của Silicon là ở giá thành: nó rất đắt, giá của dung dịch silicon cao hơn ba hoặc bốn lần loại dung dịch glycol. Ở một số vùng, giá của nó có khi đắt hơn đến mười lần. Mặt khác, dung dịch silicon có tính nén khi nóng lên. Điều này tạo ra sự mềm xốp ở bàn đạp phanh dưới những điều kiện làm việc khắc nghiệt. Dung dịch silicon cũng có xu hướng tạo ra bọt khi bị ép xuyên qua khe hở nhỏ hoặc chịu sự rung động quá mạnh. Do khuynh hướng tạo bọt, dung dịch silicon hay dầu phanh DOT 5 không nên sử dụng ở hệ thống -8- phanh ABS, trừ khi được sự chỉ định của nhà sản xuất. Ngoài ra, dung dịch silicon còn có nhược điểm đó là nó có thể làm cho một số đệm kín bằng cao su trương nở tới 10% thể tích. Khi sử dụng dung dịch silicon, đệm sơ cấp của xilanh chính bị trương nở sẽ dính vào nòng xilanh và không trở về hoàn toàn trạng thái ban đầu được gây kẹt phanh. Thực chất loại dầu phanh này không thể loại bỏ hoàn toàn tác hại của nước gây ra trong hệ thống phanh.Vì trong quá trình sử dụng, tuy dầu phanh không hút nước nhưng nước vẫn xâm nhập vào dầu phanh thông qua các con đường cơ học. Nó không hòa tan vào trong dầu mà lắng xuống tạo thành một lớp nước dưới đáy hệ thống phanh, lượng nước này chỉ có thể loại bỏ khi thay dầu. Sự tồn tại của lớp nước này sẽ mau chóng gây ăn mòn, oxi hóa các chi tiết bằng kim loại trong hệ thống phanh . Tuy có nhiều ưu điểm nổi bật hơn hẳn so với dầu phanh DOT 3, DOT 4 nhưng do giá thành quá cao, lại không tương hợp với các loại dầu phanh khác (không thể thay thế) cũng như không thích hợp với hệ thống chống bó cứng phanh ABS (do độ nhớt quá nhỏ ) nên loại dầu này cũng chưa được sử dụng phổ biến . 1.2.3. Dầu phanh DOT 5.1 Dầu phanh Dot 5.1 ban đầu thiết kế ra với mục đích sử dụng dành riêng cho xe đua. Nhưng các đặc tính vốn có của nó cũng rất thích hợp để sử dụng đối với các loại xe thông thường khác . DOT 5.1 ra đời trên cơ sở borate este. Có rất nhiều chất được sử dụng như trieste borate có công thức cấu tạo chung B(OR)3 có nhiệt độ sôi rất cao. Hay 1 loại este khác có công thức : Trong đó : R- gốc Glycol có hóa trị 2, R’- gốc polyankylenglycol Chất này có nhiệt độ sôi ướt là 177 0C . Trong thành phần dầu phanh mới, thành phần este của axit boric chiếm từ 30÷90%. Ngoài ưu điểm nổi bật là ít bị ảnh hưởng của nước thì dầu phanh DOT 5.1 còn có tính bôi trơn và chống ăn mòn rất tốt cũng như kế thừa những -9- ưu điểm của DOT 5. Do tính tương hợp của các hợp phần nên dầu phanh DOT 5.1 có thể sử dụng lẫn với dầu phanh DOT 3 và DOT 4. Tuy nhiên, loại dầu mới này có độ nhớt thấp không thích hợp với các loại xe thông thường hiện nay khi sử dụng riêng lẻ. 1. 3. THỰC TRẠNG DẦU PHANH VIỆT NAM HIỆN NAY Trên thị trường Việt Nam hiện nay có khá nhiều loại dầu phanh. Việc lựa chọn loại dầu phanh cho phù hợp với hoạt động của hệ thống phanh là một vấn đề rất quan trọng nhằm đảm bảo hiệu lực phanh cũng như tuổi thọ của hệ thống. 1.3.1 Dầu phanh nhập ngoại Trong các loại dầu nhập ngoại đang lưu thông trên thị trường nước ta, nhãn hiệu BP Oil có 3 loại dầu phanh. Các tính chất chung của chúng được mô tả trong bảng dưới đây [2] : Bảng 1.1 : Đặc tính của 1 số loại dầu phanh BP BP brake fluid sáng BP disc brake fluid sáng BP super disc brake fluid sáng Nhiệt độ sôi ( 0C ) >200 >260 >220 Nhiệt độ chớp cháy ( 0C ) >100 >100 >100 2,0 Polyalkylene glycol và các ether của nó 2,0 Polyalkylene glycol và ether, borate ether 2,0 Polyalkylene glycol và ether, borate este Tên dầu phanh Màu Độ nhớt ở 1000C (cSt ) Thành phần Ngoài ra trên thị trường còn có các loại dầu phanh castrol HD brake fluid, mobil universal brake fluid, Caltex, EssoMobil, Shell...Các loại dầu phanh này thỏa mãn các tiêu chuẩn DOT 3, thậm chí DOT 4 (Bảng 1.2) nhưng giá thành và ngay cả tính chất cũng chưa thực sự phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa và địa hình nước ta [2],[11],[19],[27] . -10- Bảng 1.2 Đặc tính của 1 số loại dầu DOT 4 nhập ngoại Chỉ tiêu Độ nhớt ở 40 0C ( cSt ) Độ nhớt ở 100 0C (cSt ) Độ trương nở cuppen 120±2 0C, 70±2h , % TT - Cuppen nội (quân đội) - Cuppen ngoại (mỹ ) Nhiệt độ chớp cháy, ( oC ) Độ pH Tạp chất cơ học , % KL Tỉ trọng ở 20 0C Trị số kiềm ( mg KOH/g ) Độ ăn mòn tĩnh (120±2h, 100±2oC) - thép CT3 - nhômD16 ( mg/cm2 ) - đồng M1 Nhiệt độ đông đặc ( oC ) Nhiệt độ sôi hồi lưu cân bằng khô (0C) Nhiệt độ sôi hồi lưu cân bằng ướt ( 0C) DOT 4 Caltex 8,3 2,16 DOT 4 EssoMobil 9,1 2,42 DOT 4 Shell 8,8 2,33 3,7 2,5 3,6 2,5 3,6 2,5 154 8,3 0,01 1,05 2,4 157 8,9 0,01 1,06 2,9 152 8,0 0,01 1,07 2,7 0,210 0,076 0,190 0,087 0,201 Max -24 270 165 0,186 0,092 0,194 Max -24 275 175 0,212 Max -24 260 150 1.3.2.Dầu phanh sản xuất trong nước. Trong thời gian qua, một số công ty trong nước đã tiến hành nghiên cứu và đã sản xuất được một số loại dầu phanh. Đó là các đơn vị có được sự hợp tác khoa học công nghệ với các công ty nước ngoài như: Công ty Phát triển Phụ gia và Sản phẩm Dầu mỏ (Công ty APP), Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam, Công ty Hóa dầu PLC thuộc Petrolimex…Tuy nhiên, các cơ sở trong nước mới chỉ sản xuất được một lượng nhỏ dầu phanh bước đầu đáp ứng phần nào yêu cầu của người sử dụng trong nước. * Dầu phanh của Công ty APP [5] Các loại dầu phanh của Công ty APP được nghiên cứu để phù hợp với điều kiện làm việc, đặc thù địa lý của Việt Nam. Chất lượng dầu phanh của Công ty này được xem là tốt nhất trong các loại dầu phanh sản xuất trong nước. Hàng -11- năm Công ty APP sản xuất ra 1000 tấn dầu phanh tại Hà Nội và 500 tấn tại thành phố Hồ Chí Minh. Các loại dầu phanh của Công ty APP bao gồm ba nhãn hiệu: APP VH 3.2, APP DOT 3, APP DOT 4. Các loại dầu phanh này được sản xuất từ chất lỏng tổng hợp chất lượng cao và các phụ gia đặc biệt chuyên dụng, sử dụng thích hợp cho hệ thống phanh và côn ôtô làm việc trong dải nhiệt độ rộng và cao, không tạo túi khí. Dầu phanh APP VH 3.2 đặc biệt thích hợp trong điều kiện khí hậu nhiệt đới và thích hợp cho hệ thống phanh đòi hỏi loại dầu phanh phẩm chất không cao hơn DOT 3. Dầu phanh APP DOT 3 và APP DOT 4 đạt được một số chỉ tiêu kỹ thuật quốc tế và tiêu chuẩn Âu, Mỹ về dầu phanh nên thích hợp cho nhiều hệ thống phanh dầu lắp trên các thiết bị vận tải có xuất xứ khác nhau . Một số đặc tính kỹ thuật của dầu phanh do hãng APP sản xuất được thể hiện ở Bảng 1.3. Bảng 1.3 : Chỉ tiêu kỹ thuật của dầu phanh công ty APP. Chỉ tiêu APP VH 3.2 APP DOT 3 Độ nhớt động học ở 100oC (cSt) 2,7 o 1,5 APP DOT 4 2,3 1,110 ÷ 1,125 Khối lượng riêng ở 20 C (kg/l) Độ pH Nhiệt độ sôi (oC) Độ nở cuppen (120oC, 70 h) (% V) Độ ăn mòn kim loại (100oC, 120h) Max - Thép (mg/cm2) - Nhôm (mg/cm2) - Đồng (mg/cm2) Nhiệt độ đông đặc (oC) 8,0 ÷ 10 220 7,5 ÷ 11,0 235 7,5 ÷ 11,0 240 1,0 ÷ 5,0 1,0 ÷ 8,0 1,0 ÷ 8,0 0,025 0,025 0,025 0,2 0,1 0,4 0,2 0,1 0,4 -10 -20 -40 *Dầu phanh của Công ty PLC [5] Công ty hóa dầu (PLC) trực thuộc Petrolimex cũng đã đưa ra thị trường 1 loại dầu phanh nhãn hiệu PLC brake fluid DOT 3. Đây là 1 chất lỏng trong suốt, lưu động dễ dàng có thành phần chính là hydrocacbon, polyglycol và -12- glycolether. Các phụ gia chọn lọc góp phần tăng cường tính năng của hệ thống phanh. Đặc trưng kỹ thuật của loại dầu phanh này được cho như trong bảng 1.4 Bảng 1.4. Đặc trưng kỹ thuật của PLC brake fluid DOT 3 TT Các chỉ tiêu kỹ thuật Phương pháp thử ASTM Mức quy định D 1298 1.040 1 Tỉ trọng 2 Nhiệt độ chớp cháy cốc hở (0C) D 92 >100 3 Độ nhớt động ở -40 0C (cSt) D 445 1459 4 Độ nhớt động ở 100 0C (cSt) D 445 1,5 5 Điểm sôi khô (0C) ISO 4925 252 ISO 4925 150 6 0 Điểm sôi ướt ( C) *Dầu phanh của Viện hoá học Công nghiệpViệt Nam [3],[5],[6] . Bảng 1.5. So sánh tính chất dầu phanh VH 3.2 với các loại dầu phanh nước Chỉ tiêu Độ nhớt động học ở 100oC (cSt) Nhiệt độ sôi thực (oC) Độ trương nở cuppen 120±2 0C ,70±2h (% V) - Cuppen nội - Cuppen ngoại ( Mỹ ) Nhiệt độ chớp cháy (oC) Độ pH Tỷ trọng Độ ăn mòn tĩnh (120±2h, 100±2oC) (mg/cm2 ) Max - Lên sắt CT3 - Lên nhôm D16 - Lên đồng M1 - Lên chì Tạp chất cơ học, % KL Nhiệt độ đông đặc (oC) Mùi Màu VH 3.2 (Liên Xô) Shell (Mỹ) Apollo (Mỹ) 2,7 2.0 2,1 2,0 2.4 2.3 230 190 210 200 210 220 1,2 1.0 14,0 5,2 9,1 5,9 14,0 4,6 12,6 4,5 7,3 -4,8 135 9,0 1,116 110 9,5 1,072 120 8,5 1,041 137 9,5 1,115 133 5,0 1,105 150 5,5 1,110 0,2832 0,1667 0,4256 0,4230 0,01 -22 Hắc Vàng 0,2925 0,1561 0,2596 0,6010 0,01 -50 dầu lạc Vàng 0,2320 0,3502 0,6002 0,6302 0,01 -50 Hắc Không màu 0,1250 0,0880 0,2920 0,5509 0,01 -50 dầu cá Vàng 0,2930 0,0993 0,4136 0,5290 0,02 -50 hắc đỏ 0,2804 0,1130 0,3504 0,7030 0,02 -50 hắc đỏ NHEVA ngoài. -13- DOT-3 Super (Nhật) HĐ(Ý) Trong những năm qua Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam đã có những nghiên cứu để sản xuất dầu phanh đáp ứng nhu cầu trong nước. Sản phẩm của Viện-dầu phanh VH 3.2, được sản xuất dựa trên chất nền là glycol với các phụ gia thích hợp. Dầu phanh VH 3.2 có màu vàng sáng. Sản phẩm đáp ứng được phần lớn các yêu cầu của dầu phanh Việt Nam. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của dầu phanh VH 3.2 so với dầu phanh nhập ngoại được thể hiện ở bảng 1.5. 1.4.CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ẨM DẦU PHANH TRÊN THẾ GIỚI Dầu phanh trên cơ sở glycol và dẫn xuất của chúng có nhiều ưu điểm như: nhiệt độ sôi cao, hệ số nhiệt – nhớt tốt, không làm nở cao su thiên nhiên và tổng hợp. Song chúng có một nhược điểm cơ bản là háo nước. Khi có nước độ nhớt ở nhiệt độ thấp, độ ăn mòn tạo nhựa trong quá trình tàng trữ tăng. Nhưng điều quan trọng hơn cả là nước làm giảm nhiệt độ sôi của dầu xuống. Với 3% nước, nhiệt độ sôi của dầu phanh giảm từ 260 – 2900C xuống chỉ còn 150 – 1600C. Nếu dầu có nhiệt độ sôi thấp khi phanh nóng dễ tạo ra các nút khí. Vì vậy từ năm 1973 bắt đầu từ Mỹ rồi lần lượt sang các nước khác đã đưa thêm một tiêu chuẩn mới đối với các dầu phanh đó là nhiệt độ sôi ướt hay nhiệt độ sôi ở trạng thái làm việc [29]. Sự xuất hiện yêu cầu mới đối với dầu phanh về nhiệt độ sôi đầu cao đã đặt ra cho các nhà chuyên môn những hướng nghiên cứu mới. Thứ nhất là nghiên cứu sử dụng các dẫn xuất của glycol như polyetylen glycol có nhiệt độ sôi cao, độ nhớt không quá cao, khả năng bôi trơn chống mài mòn tốt và ít hút ẩm [6]. Thứ hai là tìm kiếm các hợp chất mới mà trước đây chưa sử dụng thỏa mãn được yêu cầu không hút nước [30,31 ] như este của axit dicacboxylic, este của axit boric, các este của axit silixic. Ngoài ra còn có các este của axit photphoric, các dinitrin, ... đang được nghiên cứu và thử nghiệm [32,33]. Este của axit dicacboxylic là các sản phẩm của axit dicacboxylic mạch thẳng (adipic, glutaric..) với rượu bậc 1 có mạch nhánh, ví dụ: ancol 2-etylcacboxylic, ancol 3metyl butylic. Este của axit dicacboxylic có độ bay hơi và nhiệt độ đông đặc thấp, hệ số nhiệt - nhớt tốt, khả năng đồng nhất với các chất khác cao nên dễ pha chế phụ gia, ít ăn mòn, bào mòn... Về este của axit boric thì có rất nhiều chất được sử dụng như trieste boric có công thức cấu tạo chung là B(OH)3 có nhiệt độ -14- sôi rất cao, hoặc một chất este khác có cấu tạo [RO(CH2CH2)m]2(CnH2n)xH đã được nghiên cứu có nhiệt độ sôi ướt (4% nước) là 1690C. Hoặc theo [34] đã sử dụng một este ở dạng vòng có cấu tạo R B – OR’ Trong đó R- gốc glycol có hóa trị 2; R’ là gốc polyankylenglycol. Chất này có nhiệt độ sôi ướt (3% nước) là 1770C. Trong hợp phần dầu phanh mới, este của axit boric ngoài ưu điểm nổi bật là ít bị ảnh hưởng của nước; dầu phanh đi từ este của axit boric có tính bôi trơn và ăn mòn rất tốt. Các este của axit silixic là sản phẩm của axit silixic Si(OH)4 với rượu hay phenol có công thức cấu tạo: R1O-Si OR3. Trong đó: R1, R2, R3, R4 là các gốc hữu cơ hoặc các silicon: (RO)3-Si-O-Si(OR)3 Theo các paten [35,36,37] dầu phanh đi từ các este của axit silixxic có nhiều ưu điểm như độ bền nhiệt tốt, ít bị ảnh hưởng của độ ẩm, trung tính... Song cũng chỉ có ở Mỹ sử dụng làm dầu phanh vì giá đắt, bôi trơn kém [6]. Theo các phương pháp nghiên cứu ở trên thì năm 1966 lần đầu tiên hãng Castrol đã tạo được dầu phanh LMA hầu như không hút ẩm, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn SAE [39]. Thành phần chính của dầu này là các ete của glycol không chứa các nhóm hydroxyl ở cuối để làm kém tính ái nước. So với các loại dầu phanh glycol thông thường, dầu phanh LMA có nhiều ưu điểm nổi bật như: giữ được nhiệt độ sôi cao lâu, ít có khả năng tạo thành nút khí, độ nhớt ở nhiệt độ ẩm ít thay đổi. Nhưng khi bị nước lẫn vào, nhiệt độ sôi lại giảm đi mạnh hơn, nhanh hơn các loại dầu thông thường. 1.5. GIẢI PHÁP CẢI THIỆN DẦU PHANH TỔNG HỢP VH3.2 Tất cả các loại dầu phanh cao cấp sử dụng ở Việt Nam đều do các hãng nước ngoài đưa vào, tuy có chất lượng cao song giá cả chưa thật sự hợp lí. Ngoài ra, các sản phẩm chất lượng cao có tính toàn cầu sử dụng chưa hẳn đã phù hợp với đặc thù khí hậu và các điều kiện vận hành của phương tiện cơ giới tại Việt Nam. Như đã trình bày ở phần trên, dầu phanh VH 3.2 cũng như các loại dầu phanh đang lưu hành trên thị trường ở nước ta chủ yếu chỉ thỏa mãn tiêu chuẩn DOT 2, DOT 3. Trong khi đó nhu cầu sử dụng ô tô cũng ngày càng tăng cả về số -15- lượng cũng như chất lượng. Sự xuất hiện các loại ôtô có kết cấu mới, sự thay đổi đáng kể về các điều kiện sử dụng cũng như thị hiếu người dân đã dẫn tới nhu cầu ngày càng tăng về chủng loại dầu phanh chất lượng cao hơn nhưng chi phí phải thích hợp cũng như tính năng của nó phải phù hợp với điều kiện khí hậu, địa hình nước ta . Có 2 hướng nghiên cứu đã được đặt ra : - Thứ nhất là nghiên cứu 1 loại dầu phanh hoàn toàn mới . - Thứ 2 là nghiên cứu cải tiến loại dầu phanh đã có sẵn (hợp phần phụ và các loại phụ gia). Với trình độ khoa học kỹ thuật cũng như hiện trạng cơ sở vật chất kỹ thuật như nước ta thì con đường nghiên cứu thứ 2 được đông đảo các nhà khoa học theo đuổi, và đây cũng chính là hướng nghiên cứu của đề tài này: dựa trên nền tảng dầu phanh VH 3.2 của Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam để nghiên cứu nâng cao chất lượng . 1.5.1. Đặc trưng dầu phanh VH 3.2 [5],[6] Dầu phanh VH 3.2 là loại dầu phanh đầu tiên do nước ta sản xuất ra.Vào những năm 80 của thế kỷ XX, nước ta thiếu trầm trọng dầu phanh, nhiều xe tải đã phải dừng hoạt động làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới hoạt động giao thông vận tải trong nước. Trước tình hình đó, 1 nhóm các kỹ sư thuộc Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam đã tiến hành khảo sát điều kiện đặc thù trong nước, nghiên cứu và tổng hợp ra 1 loại dầu phanh phù hợp với điều kiện đặc thù trong nước (bảng 1.6). So với các loại dầu phanh nhập ngoại cùng thời kỳ thì dầu phanh VH 3.2 có 1 số ưu điểm phù hợp hơn với điều kiện nước ta: - Có nhiệt độ sôi cao hơn, áp suất hơi bão hòa nhỏ hơn . - Có tính bôi trơn tốt hơn, tức là phải có độ nhớt lớn, hệ số nhiệt - nhớt tốt, khả năng bôi trơn giới hạn đảm bảo. - Có tính chống ăn mòn ,chống gỉ tốt hơn. - Có tính rửa, phân tán tốt hơn. - Do ở Việt Nam có nhiều sông, suối, đường xấu nên phần ngoài xilanh rất dễ tiếp xúc với nước. Dầu phanh VH 3.2 chống được sự rửa trôi chất bôi trơn, chống kẹt phần ngoài không khí của xilanh. - Nhiệt độ đông đặc không cần cao lắm. -16- Thành phần dầu phanh VH 3.2 gồm có chất nền diethylene glycol và phụ gia đa chức HBF (hàm lượng 5 % khối lượng). 1.5.1.1 Chất nền của dầu phanh VH3.2 Xuất phát từ điều kiện những năm 80, khi nghiên cứu các chất làm chất nền cho dầu phanh VH3.2, nhóm tác giả đã chọn DEG làm chất nền cho dầu phanh. Các tính chất của DEG so với yêu cầu dầu phanh được tóm tắt ở bảng 1.6. Bảng 1.6 So sánh tính chất DEG với yêu cầu dầu phanh . Số TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Các chỉ tiêu Độ nhớt động ở 100 oC ( cSt ) Nhiệt độ sôi ( oC ) Độ bôi trơn, chống kẹt Độ chống oxi hoá ( giờ ) Độ nở cuppen ( % TT ) -cuppen nội -cuppen ngoại ( mỹ ) Độ ăn mòn (120±2h,100±2oC ) ( mg/cm2 ) - Lên sắt CT3 - Lên nhôm D16 - Lên đồng M1 - Lên chì Độ ăn gỉ gang Nhiệt độ đông đặc ( oC ) Áp suất hơi bão hoà ở 20oC ( Pa ) Tạp chất ( % KL) Độ pH Hàm lượng nước ( % KL) Độ tạo bọt Nhiệt độ chớp cháy ( oC ) Mùi Giá trị và đặc tính 2,3 244÷252 Bị kẹt 50 Dầu phanh ISO 4925 1,8 ÷ 2,5 Min 230 Tốt Nhận xét Tốt Tốt Kém Kém 1,3 1,6 1÷16 1÷16 Đạt Đạt 0,418 0,192 0,668 0,582 Rỉ nhiều - 10 2,7 Không 7,0 0,1 Nhỏ >135 Không Max 0,1 Max 0,4 Không Max -24 Nhỏ Không 7,5 ÷ 11,5 ≤ 3,5 nhỏ 150 ÷ 158 đặc trưng Yếu Đạt Kém Đạt Kém Đạt Tốt Tốt Được Tốt Tốt tốt yếu Theo đó, DEG có một số ưu, nhược điểm so với yêu cầu dầu phanh: ¾ Ưu điểm : DEG có nhiều tính chất thoả mãn được yêu cầu chất nền cho dầu phanh, đặc biệt là các chỉ tiêu quan trọng như độ nhớt, nhiệt độ sôi. DEG sẵn có và giá thành không cao. -17- ¾ Nhược điểm : Bên cạnh các ưu điểm thì DEG còn có các nhược điểm cần khắc phục : - Độ hút ẩm lớn - Khả năng chống oxy hoá. - Khả năng bôi trơn chống bào mòn, kẹt xước . - Khả năng chống ăn mòn. - Khả năng chống gỉ phía ngoài xilanh . Để khắc phục các nhược điểm của chất nền, giúp cho dầu phanh pha chế ra thoả mãn được các yêu cầu của dầu phanh trong nước thì cần phải nghiên cứu, pha thêm các phụ gia. 1.5.1.2 Phụ gia Trên cơ sở khảo sát từng loại phụ gia, tìm ra các chất thích hợp, nhóm tác giả đã tổng hợp được phụ gia đa chức HBF tương hợp tốt với chất nền diethylen glycol và giải quyết tốt các nhược điểm của chất nền. Phụ gia HBF có các tính chất sau đây: - Độ nhớt động học ở 500C: 26 ÷ 28 cSt. - Tỷ trọng: 1,070 ÷ 1,103 g/cm3 - pH: 10 ÷ 11 - Nhiệt độ sôi thực: 2400C - Màu: Vàng rơm đến nâu 1.5.2. Tác hại của nước trong hệ thống phanh dầu Như chúng ta đã biết dầu phanh DOT 3 có thành phần chất nền là glycol chứa các nhóm -OH có khả năng tạo ra liên kết hydro liên phân tử với nước, chính bởi vậy chúng hòa tan rất tốt trong nước, đồng thời hút nước cũng rất mạnh . Dầu phanh DOT 3 sau khoảng 1 năm sử dụng thì trung bình sẽ hút vào thêm 2% KL nước. Nhưng trong điều kiện khí hậu nóng ẩm mưa nhiều như nước -18-