Tài liệu Bài tập môn nhiên liệu và dầu mỏ khảo sát thành phần mỡ nhờn và các sản phẩm ứng dụng

Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ ĐỀ TÀI KHẢO SÁT THÀNH PHẦN MỠ NHỜN VÀ CÁC SẢN PHẨM ỨNG DỤNG Nhóm thực hiên: Nhóm 6 Thành viên: 1. Lê Tấn Lực 2. Trần Văn Lộc 3. Nguyễn Văn Bình 4. Phạm Như Sinh 5. Đinh Văn Sum 6. Nguyễn Tấn Tài 1 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ Mục Lục I. KHÁI NIỆM VỀ MỠ BÔI TRƠN. .................................................................. 3 II. VAI TRÒ VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG CỦA MỠ BÔI TRƠN ........................ 3 II.1. Vai trò của mỡ bôi trơn ...................................................................................... 3 II.1.1. Vai trò bôi trơn ............................................................................................ 3 II.1.2. Vai trò bảo vệ .............................................................................................. 4 II.1.3. Vai trò bịt kín .............................................................................................. 4 II.2. Phạm vi sử dụng của mỡ bôi trơn ...................................................................... 4 III.THÀNH PHẦN MỠ BÔI TRƠN. .................................................................. 5 III.1. Thành phân lỏng. .............................................................................................. 5 III.1.1 Dầu gốc khoáng. ......................................................................................... 5 III.1.2. Dầu gốc tổng hợp. ...................................................................................... 9 III.2. Chất làm đặc. .................................................................................................. 12 III.3. Các chất phụ gia và các chất biến đổi. ............................................................ 16 III.3.1. Phụ gia chống oxy hóa ............................................................................. 16 III.3.2. Phụ gia chống gỉ, bảo vệ bề mặt kim loại. ............................................... 17 III.3.3. Phụ gia có tính tẩy rửa và khuếch tán. ..................................................... 17 III.3.4. Phụ gia chống mài mòn và kẹt máy. ........................................................ 18 III.3.5. Phụ gia cải thiện độ nhớt và chỉ số độ nhớt. ............................................ 18 III.3.6. Phụ gia biến tính ma sát. .......................................................................... 18 III.3.7. Phụ gia chống tạo bọt. .............................................................................. 18 III.3.8. Phụ gia khử nhũ và tạo nhũ...................................................................... 19 III.3.9. Phụ gia chống ăn mòn. ............................................................................. 19 IV. ỨNG DỤNG CỦA MỠ BÔI TRƠN. .......................................................... 19 2 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ I. KHÁI NIỆM VỀ MỠ BÔI TRƠN. Theo định nghĩa của Hiệp hội thử nghiệm nguyên vật liệu Mỹ (ASTM – D288) thì “Mỡ bôi trơn là loại sản phẩm có nhiều dạng từ rắn cho đến bán lỏngdo sự phân bố của các tác nhân làm đặc chất bôi trơn dạng dung dịch và các thành phần khác được đưa vào để tạo nên các đặc tính của mỡ”. Theo địnhnghĩa này, mỡ là các chất bôi trơn dạng lỏng được làm đặc lại nhằm tạo nên cáctính chất mà chỉ riêng các chất bôi trơn dạng lỏng không có. Mặc dù hàng năm trên thế giới, lượng mỡ nhờn tiêu thụ ít hơn rất nhiều so với dầu nhờn, nhưng mỡ nhờn là loại sản phẩm không thể thay thế được trong kỹ thuật và công nghệ. Hàng trăm loại mỡ nhờn có thành phần và công dụng khác nhau đã được nghiên cứu và sản xuất cho đến ngày nay. Mỡ nhờn sản xuất từ nguồn dầu nhờn gốc dầu mỏ và các loại xà phòng của axit béo chiếm tới trên 90% tổng lượng mỡ nhờn, là loại mỡ thông dụng nhất; còn rất nhiều loại khác tuy không thông dụng bằng, nhưng đặc chế sử dụng trong các trường hợp cụ thể. II. VAI TRÒ VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG CỦA MỠ BÔI TRƠN II.1. Vai trò của mỡ bôi trơn Mỡ nhờn có tác dụng bôi trơn phụ trợ cho dầu nhờn. Vai trò chủ yếu củanó cũng giống như dầu bôi trơn. Tuy nhiên, mỡ nhờn còn có những vai trò khác mà dầu nhờn không có được. II.1.1. Vai trò bôi trơn Cũng giống như dầu nhờn, vai trò chủ đạo của mỡ nhờn là tạo ra sự bôi trơn toàn bộ để giảm sự ma sát và chống được tác hại do mài mòn ở các bộ phậncó ổ trục. Để bổ sung thêm tác dụng bôi trơn của dầu nhờn, mỡ có tác dụng bôitrơn ở những nơi có áp lực cao (trục xe, chốt nhíp), ở những chỗ trống, hở,không có bầu dầu, ở nơi có sức ly tâm lớn. Tuy nhiên sự bôi trơn của mỡ không thể thay thế hoàn toàn cho dầu đượcvì mỡ ở trạng thái đặc sệt, không lưu thông được, dùng mỡ bôi trơn sẽ tốn nhiềuđộng lực của động cơ khi máy móc làm việc. 3 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ II.1.2. Vai trò bảo vệ Khi bôi trơn lớp mỡ lên bề mặt các dụng cụ, khí tài, máy móc, chế tạo bằng kim loại sẽ có tác dụng chống lại sự xâm nhập, ăn mòn của môi trườngxung quanh như hơi nước, axit - kiềm, bụi bẩn... có thể gây nên sự han gỉ, pháhoại bề mặt kim loại.So với dầu nhờn, mỡ có tác dụng bảo vệ tốt hơn vì chúng ở trạng thái đặcsệt, không bị chảy trôi, có tính bám dính và ổn định tốt. II.1.3. Vai trò bịt kín Mỡ được dùng để bịt kín trong các trường hợp cần lắp các ống dẫn thểlỏng hay khí. Mỡ được bôi vào các ren nối hoặc các khớp nối đường ống, cácđệm nắp máy, các khe hở giữa các bộ phận...Mỡ có tác dụng bịt kín tốt hơn nhiều so với dầu vì mỡ ở thể đặc sệt và bám dính lên bề mặt kim loại tốt hơn. Do vậy, mỡ tránh được sự rò rỉ và chảy giọt. Tuy nhiên, mỡ khác với dầu nhờn ở chỗ nó không có vai trò làm nguội và làm sạch vì mỡ không lưu thông được. II.2. Phạm vi sử dụng của mỡ bôi trơn Mỡ bôi trơn thường dùng thay thế chủ yếu cho dầu bôi trơn ở những nơi đòi hỏi chất bôi trơn phải giữ nguyên được trạng thái cấu trúc ban đầu của nó, đặc biệt là ở những nơi điều kiện để bôi trơn thường xuyên bị hạn chế hay về mặt kinh tế là không thể chấp nhận.Mỡ được sử dụng để bôi trơn phổ biến nhất là ở các ổ bi cầu và các ổ conlăn của các máy công cụ, mô tơ điện và nhiều loại ổ trục khác nhau. Để có được đặc tính thích hợp và nhiệt độ nhỏ giọt cao, người ta thường sử dụng mỡ xà phòng Liti, Natri hoặc mỡ phức canxi-natri.Mỡ phải ngăn được sự rò rỉ trong điều kiện ẩm ướt và ngăn được tác dụngxúc tác của kim loại và chúng có độ ổn định oxy hoá tốt. Mỡ được dùng bôi trơn ở những nơi mà dầu không thể thực hiện được vì thể lỏng dễ bị trôi đi mất như ở các trục đứng, trục ngang. Điều quan trọng là mỡ phải bảo vệ được các ổ trụckhỏi bị tác dụng của môi trường bằng cách ngăn không để cho hơi ẩm hoặc các chất bẩn xâm nhập vào ổ trục. 4 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ III.THÀNH PHẦN MỠ BÔI TRƠN. Các loại mỡ bôi trơn được chế biến bằng công nghệ dựa trên phương pháp làm đặc các loại dầu bôi trơn thể lỏng nhờ các chất làm đặc riêng biệt theo các công đoạn và các điều kiện kỹ thuật nhất định. Mỡ là hỗn hợp của dầu nhờngốc dầu mỏ hoặc dầu nhờn tổng hợp với 5% đến trên 30% một loại chất làm đặcnào đó. Dầu nhờn làm nhiệm vụ bôi trơn còn chất làm đặc có chức năng giữ dầulỏng ở trạnh thái bán rắn trong mỡ và chống chảy. Chất làm đặc có thể là bất cứloại vật liệu rắn nào đó mà khi phối liệu với các loại dầu thích hợp trong những điều kiện xác định chúng sẽ tạo ra một cấu trúc đồng nhất dạng rắn hoặc nửarắn. III.1. Thành phần lỏng. Dầu làm nhiệm vụ bôi trơn và là thành phần chính của mỡ, thông thường chiếm 70-95% thành phần mỡ. Do là thành phần chính nên hàm lượng dầu và tính chất lý hóa của dầu đều có ảnh hưởng rõ ràng đến tính năng làm việc của mỡ. Nếu mỡ bôi trơn dùng cho các bộ phận làm việc ở nhiệt độ thấp, phụ tải nhẹ và tốc độ quay nhanh thì phải dùng dầu có nhiệt độ đông đặc thấp, độ nhớt thấp và chỉ số độ nhớt cao. Nếu mỡ làm việc ở nơi có phụ tải lớn, nhiệt độ cao và tố cđộ chậm thì phải dùng dầu có độ nhớt cao và pha thêm chất độn ( như bộtgraphit..). Trong nhiều trường hợp phải dùng dầu tổng hợp thay cho dầu khoáng trong chế biến mỡ. Dầu tổng hợp mang đến cho mỡ tính năng chịu lạnh và chịu nhiệt tốt. Các loại mỡ chế biến từ dầu tổng hợp có thể làm việc trong dải nhiệtđộ rộng từ -70oC đến 400oC III.1.1 Dầu gốc khoáng. Phân đoạn gasoil nặng bao gồm c ác hydrocarbon từ C21÷ C35 , thậm chí có thể lên tới C40. Với phân tử lượng lớn như vậy, thành phần hoá học của phân đoạn này rất phức tạp: hàm lượng paraffin ít trong khi naphten và aromat nhiều hơn. Dạng cấu trúc hỗn hợp tăng. Tỷ lệ t hành phần của các hydrocarbon trong dầu nhờn thay đổi tuỳ thuộc vào nguồn dầu thô. Song chúng đều chứa các dạng hydrocarbon sau: 5 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ Parafin -Trong dầu nhờn gốc, parafin là các parafin mạch dài, có khốilượng phân tử lớn, bao gồm cả n-parafin và iso-parafin. Trong đó hàm lượng n- parafin thường cao hơn so với iso-parafin. Mỡ nhờn làm từ dầu có hàm lượng parafin càng lớn thì khoảng nhiệt độlàm việc càng rộng, khả năng chống oxy hóa tăng. N-parafin làm tăng điểmchảy của dầu. Tuy nhiên, một số iso-parafin có thể giảm điểm chảy. Các n- parafin có điểm chảy cao hơn nhiệt độ môi trường. Trong khi đó đối với các iso- parafin, chúng có điểm chảy thấp hơn so với n-parafin. Điểm chảy càng giảmkhi mức độ phân nhánh tăng. Với cùng số nguyên tử carbon, các parafin có nhánh dài nhưng số nhánh ít thuận lợi hơn so với các parafin có nhiều nhánh ngắn. Tuy nhiên, các loại dầu có hàm lượng parafin cao làm giảm khả năng hòa tan các chất phụ gia có. Những yếu tố này gây ra những khó khăn trong việc tạora các loại mỡ hiệu suất cao từ những loại dầu này. Các tính chất nhiệt độ thấpcủa mỡ bôi trơn có nguồn gốc từ dầu parafinic không phải là mối quan tâm lớnvì một số chức năng của chất làm đặc như sự khống chế điểm chảy tràn là tốt. Naphten -Các hợp chất vòng no tồn tại trong dầu nhờn có thể ở dạng 1vòng, 2 vòng hoặc 3 vòng. Chúng có thể có các mạch nhánh parafin ngắn hoặcdài. Hàm lượng của các naphten trong dầu gốc tương đối lớn và là một thành phần rất quan trọng. Nhìn chung các naphten giúp cho dầu có khả năng chốngoxy hoá cao, nhiệt độ đông đặc thấp, tuy nhiên điểm chảy thấp. Các naphtenicmạch nhánh dài, đặc biệt là các naphten 1 vòng có mạch nhánh dài là thành phần rất tốt vì chúng có độ nhớt cao, ít thay đổi theo nhiệt độ. Trong khi đó, cácnaphten có mạch nhánh ngắn giúp làm tăng độ nhớt nhưng lại khiến chỉ số độnhớt của dầu giảm. Aromatic -Hydrocarbon thơm 1 vòng, 2 vòng cũng như các hydrocarbonthơm nhiều vòng ngưng tụ; đồng thời có cả các cấu trúc hỗn hợp giữa aromaticvà naphten, giữa aromatic và các chất phi hydrocarbon. Các hợp chất đa vòngngưng tụ càng chứa nhiều vòng thì độ bền oxy hoá càng kém. Cũng giống nhưnaphtenic, các aromatic có mạch nhánh càng dài thì độ nhớt 6 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ càng ít phụ thuộc vào nhiệt độ (chỉ số độ nhớt cao). Dầu thơm, mặc dù có khả năng hòa tan tốt và tăng độ đặc của mỡ, tuy nhiên độ oxy hóa kém ổn định hơn, vì vậy chúng không sử dụng hiệu quả để tạo ra mỡ bôi trơn nhiệt độ cao. Khi sử dụng naphthenic hay nguyên liệu thơm, việc sử dụng các chất ức chế quá trình oxy hóa là điều cần thiết. Độ đàn hồi chuẩn của mỡ bôi trơn cũngquan trọng, trong đó dầu thơm bị ảnh hưởng nhiều hơn các loại dầu naphthenic. So sánh thành phần hoá học của các nhóm dầu nhờn phân loại theo Việndầu mỏ Hoa Kỳ (API): * Phân loại theo thành phần hoá học Dầu nhờn gốc được phân loại theo thành phần họ hydrocarbon chiếm chủyếu và sẽ mang tên loại đó. Với cách phân chia như vậy sẽ có 3 loại lớn là: dầu parafinic, dầu naphtenic và dầu aromatic. Tuy nhiên, trên thực tế, để sản xuấtdầu nhờn thương phẩm người ta chủ yếu chỉ sử dụng 2 loại: parafinic vànaphtenic. Dầu parafinic thể hiện các tính chất tốt ở khoảng nhiệt độ cao trongkhi dầu naphtenic thể hiện các tính chất tốt ở khoảng nhiệt độ thấp. 7 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ Các phân chia này đơn giản nhưng không phản ánh được bản chất củadầu nhờn gốc. Với mục đích làm chất bôi trơn nên dầu nhờn gốc được sản xuất và đánh giá dựa theo độ nhớt của nó. Hơn nữa, trong thực tế không tồn tại các loại dầu nhờn thuần chủng như vậy, mà chỉ có các loại dầu nhờn chứa đồng thờicả 3 loại hydrocarbon. Thông thường để sản xuất dầu nhờn gốc, người ta phatrộn nhiều loại dầu nhờn khác nhau nhằm đạt được các tính chất tối ưu. * Phân loại theo Viện dầu mỏ Mỹ (API) Dầu nhờn được phân loại dựa trên 3 tiêu chuẩn: hàm lượng lưu huỳnh,hàm lượng các chất bão hoà, chỉ số độ nhớt. Theo cách phân loại này, dầu nhờngốc được chia thành 5 loại. Trong đó, loại I, II và III là dầu gốc khoáng; loại IVlà các poly-alphaolefin (PAO); loại V là các loại dầu còn lại (như este,..).Các tiêu chuẩn so sánh, đánh giá các nhóm dầu nhờn khác nhau phân loạitheo API: 8 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ Nhóm II+ và nhóm III+ không phải là các nhóm chính thức, chỉ được sửdụng trên thị trường. Thực chất, đó là các trường hợp riêng của nhóm II vànhóm III. Phân loại dầu gốc khoáng theo thành phần chưng cất trung tính SN70, SN 150, SN 500, SN 700, BS 150, BS 200… * Phân loại theo chỉ số độ nhớt HVI > 85 MVI > 60 LVI < 30 *Ảnh hưởng của dầu gốc đến tính năng của mỡ Loại dầu được sử dụng phổ biến để sản xuất mỡ nhờn là hỗn hợp dầu có độ nhớt từ ISO VG 100 tới VG 220. Mỡ bôi trơn sử dụng cho khoảng nhiệt độthấp và tốc độ cao được sản xuất từ dầu gốc có độ nhớt thấp. Mỡ dùng chotrường hợp tải trọng cao, hay tải trọng thay đổi liên tục thì lại được tổng hợp từcác loại dầu có độ nhớt cao hơn. Mỡ bôi trơn làm từ dầu có độ nhớt thấp có đặctính tốt ở nhiệt độ thấp và vận chuyển tốt, chủ yếu sử dụng trong vòng bi trơn vàcác khớp nối có tốc độ vòng bi chống ma sát cao. Mỡ bôi trơn từ dầu gốc có độnhớt cao được sử dụng trong vòng bi chạy chậm và bánh răng mà hoạt động theo tải trọng cao. Tăng độ nhớt dầu giảm thiểu tổn thất bay hơi của nó, tăng cường độ kết dính và ngăn ngừa tính ăn mòn, kiểm soát tiếng ồn, và cải thiện sự dung nạp nước. III.1.2. Dầu gốc tổng hợp. Dầu nhờn có nguồn gốc là sản phẩm của những phản ứng hóa học được gọi là dầu nhờn tổng hợp. Tính ưu việt của dầu tổng hợp là có thể làm việc trong 9 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ phạm vi nhiệt độ rộng hơn, trơ về mặt hóa học, ít tiêu hao, tiết kiệm năng lượng, không gây độc hại…Mỡ bôi trơn có nguồn gốc từ dầu tổng hợp được sử dụng khi mỡ đi từ dầu gốc khoáng không thực hiện được các chức năng mong muốn. Mỡ có nguồn gốc từ dầu khoáng không có khả năng làm việc trong các trường hợp như: nhiệt độ cực cao và nơi đòi hỏi tuổi thọ chất bôi trơn cao, hoạt động sạch hơn, nghĩa là, sự hình thành cặn dầu, cặn carbon ít hơn. Mỡ bôi trơn tổng hợp dựa trên dầu tổng hợp có thể làm việc ở khoảng nhiệt độ cao (95 315°C, hoặc 200 - 600°F) hoặc khoảng nhiệt độ thấp (-40 đến -75°C, hoặc -40 đến -100°F). Tuy nhiên, chi phí của dầu tổng hợp là cao hơn đáng kể hơn so với dầu khoáng.Trong số các loại dầu tổng hợp, dieste, các polyalkylene glycol, silicon, este acid phosphoric, ete perfluoroalkyl và chlorofluoroalkyl đóng một vai trò quan trọng và được sử dụng nhiều hơn cả. So với mỡ đi từ dầu khoáng, mỡ bôi trơn từ dầu tổng hợp được sử dụng ít hơn nhiều một phần là do chi phí cao hơn, hơn nữa chỉ được sử dụng chỉ giới hạn trong các sản phẩm chuyên môn cao. Polysiloxan mạch thẳng không màu, có tính ưa nước, có khả năng chịu nén, trơ về mặt hóa học, không độc hại, bền trong môi trường ăn mòn kể cả ở nhiệt độ cao, duy trì độ nhớt thấ p trong khoảng nhiệt độ rộng, độ bay hơi thấp. Este có thể tạo mỡ làm việc tốt trong khoảng nhiệt độ-60 tới 130ºC.Các hydrocacbon tổng hợp thường được tạo ra bằng các polyme hóa cácolefin nhẹ, hoặc ankyl hóa hydrocacbon thơm. Các ankylat nhiều nhánh củahydrocacbon thơm có nhiệt độ chảy thấ p, chỉ số độ nhớt và độ bền nhiệt cao hơn so với các ankylat chỉ có một nhánh. Khi sử dụng các ankylat này làm môi trường phân tán để sản xuất mỡ như mỡ Benton thì khoảng làm việc có thể đạt-60 đến 200°C, khả năng chống mài mòn tốt. Polyglycol có khả năng bay hơi thấ p hơn dầu khoáng, khó tạo gôm và khó cháy hơn. Ngoài ra chúng còn có chỉ số độ nhớt cao, dẫn nhiệt tốt, tính chống mài mòn cao, nhiệt độ chảy thấp, trơ với cao su. Nhờ những tính chất này polyglycol thích hợp để tạo mỡ nửa lỏng và mỡ dùng trong hộp giảm tốc. 10 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ Polyphenyl ete trong phân tử chứa từ 4-6 vòng benzene có độ bền cao trong môi trường chứa oxi, tác nhân phóng xạ và nhiệt độ cao phù hợ p tạo mỡ làm việc trong những điều kiện khắc nghiệt. Các hợp chất floclorocacbon là sản phẩm halogen hóa phân đoạn kerosene và các phân đoạn dầu mỏ khác. Chúng rất khó cháy, độ bền nhiệt rấtcao, bền trong môi trường axit, môi trường ăn mòn, không bị oxi hóa, tính bôi trơn tốt nhưng chỉ số độ nhớt thấp và đặc biệt gây ô nhiễm môi trường nên hiện nay không được sử dụng. Các loại mỡ bôi trơn làm từ dầu tổng hợp có những điểm sau đây: 1. Làm việc ở khoảng nhiệt độ rộng tốt 2. Khả năng chống oxy hóa tuyệt vời 3. Bảo vệ chống ăn mòn cao 4. Ít biến động ở nhiệt độ cao 5. Quá trình oxy hóa ổn định 6. Áp suất cực kỳ cao/ đặc tính chống mài mòn 7. Phù hợp với mỡ khác 8. Điện tính tốt 9. Khả năng bôi trơn bề mặt phi kim loại 10. Môi trường tương thích, không có hoặc ít độc tính, giảm nguy cơ cháy 11. Phân hủy vi khuẩn Mỡ đi từ dầu tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong máy bay, tên lửa, tàu không gian hoặc trong kỹ thuật quân sự. Khi tổng hợp các chất làm đặc và chất lỏng này, dầu mỡ được sử dụng hầu như chỉ trong các thiết bị hiệu suất cao. Đốivới một số ứng dụng tên lửa, tuổi thọ phục vụ là một phút, hoặc ít hơn. Ngoại trừ các polyglycol alkylene, tất cả dầu tổng hợp được sử dụng trong mỡ có độ nhớt trong phạm vi của các dầu gốc khoáng HVI. Tuy nhiên, chỉ số độ nhớt và điểm chớp cháy của dầu tổng hợp cao hơn; điểm chảy tràn lại thấp hơn đáng kể so với dầu khoáng. Ngoài chi phí cao hơn, este có thêm nhượcđiểm do dễ gây ra sự trương nở. Do đó, phải chú ý đến các loại vật liệu được sử dụng trong thiết bị có sử dụng mỡ ester. Mỡ ester được sử dụng trong 11 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ trường hợp có phạm vi nhiệt độ làm việc rộng, chẳng hạn như bôi trơn máy bay. Các loại mỡ bôi trơn làm từ polyalkylene glycol có nhiệt độ ổn định hợp lý. Silicon, hoặc polysiloxanes, có tính lưu động tốt ở nhiệt độ thấp, biến động thấp, khả năng chống oxy hóa tốt, khả năng chịu nước tốt, đàn hồi tốt và nhiệt độ ổn định.Các tính chất này giúp cho mỡ có thể được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao và nhiệt độ làm việc rộng. Tuy nhiên, mỡ bôi trơn có nguồn gốc từ siliconekhông thích hợp cho các ứng dụng liên quan đến tải trọng cao, vì chúng không bảo vệ chống mài mòn. Phân loại theo tính chất hóa học - Hydrocacbon tổng hợp PAO, polybuten..(C,H) - Este hữu cơ : Este diaxit, este polyol.. (C,H,O ) - Polyglycol - Các chất bôi trơn tổng hợp khác : Este phosphat, silicol.. ( C,H, P, Si) III.2. Chất làm đặc. Chất làm đặc có nhiệm vụ tạo ra cấu trúc rắn và nửa rắn của mỡ, chúng giữ cho dầu tồn tại trong cấu thể đặc sệt không bị chảy loãng ra, chiếm từ 530%thành phần của mỡ. Có nhiều loại chất làm đặc như xà phòng (mỡ gốc xà phòng), các hydrocacbon rắn (mỡ gốc sáp), các chất rắn thể vô cơ như bentoit(đất sét), silicagen, … hoặc các chất làm đặc gồc hữu cơ như polyme, các ureat,ureit, các bột màu, bitum và bồ hóng. Xà phòng là những muối kim loại của axit cacboxylic trong tự nhiên. Những kim loại phù hợp để tạo chất làm đặc xà phòng được sử dụng là: liti,natri, canxi, bari và nhôm. Những loại mỡ đầu tiên được chế tạo từ các xà phòngCa, sau đó được làm từ xà phòng Na. Ngày nay xà phòng liti được sử dụng rộng rãi hơn, nó có nhiêt độ nhỏ giọt ổn định và cao hơn so với các muối Na, Ca, Ba(nhiệt độ nhỏ giọt khoảng 350F).Dưới đây là tình hình sử dụng loại chất làm đặc ở một số nước: 12 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ Tình hình sử dụng mỡ từ các chất làm đặc khác nhau Axit cacboxylic, chất béo, dầu là những hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng được sử dụng phổ biến để tạo xà phòng. Ví dụ như axit stearic có trong mỡ động vật, axit oleic có trong hạt đậu tương, bông và nhiều dầu thực vật khác. Các chất béo, dầu sử dụng trực tiếp để tạo xà phòng gồm: Mỡ động vật như mỡ bò, dầu thực vật sẵn có trong tự nhiên như trong hạt, rau củ…Thường có quá trình hydro hóa để chuyển những chất bão hòa có mặt trong chất béo tự nhiên, những axit nhận được từ dầu thực vật. Từ đó cải thiệnđộ bền oxi hóa để nhận được mỡ bôi trơn.Các ion, cation kim loại trong xà phòng quyết định những đặc tính trong mỡ bôi trơn, quyết định khả năng làm đặc, khả năng chịu nước và nhiệt độ nhỏgiọt…Phần cacboxyl trong mỡ ảnh hưởng đến đặc tính khác. Như chiều dài và nhánh của nó ảnh hưởng đến sự hòa tan, tính đồng nhất và đặc tính bề mặt của mỡ. Để đạt sự đồng nhất tối ưu cần những cacboxyl dài tối ưu, nhưng nếu quá dài hay quá ngắn cũng ảnh hưởng đến tính làm đặc.Cấu trúc mỡ bôi trơn biến thiên trong khoảng hẹp. Dưới đây là bảng cấu trúc chất làm đặc mỡ.Một vài loại mỡ được làm từ hỗn hợp các loại xà phòng như Ca với Nađược gọi là mỡ hỗn hợp nhằm nâng cao chất lượng mỡ bôi trơn. Ngoài hai thành phần chủ yếu trên trong mỡ bôi trơn còn có một số chất độn như bột graphit hay một số loại phụ gia để cải thiện một số tính chất cần thiết của mỡ nhờn như tính ổn định hóa học, tính chịu nhiệt độ thấp, tính bám dính… 13 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ Một số hình ảnh cấu trúc chất làm đặc * Mỡ Li đơn Chiếm 55% lượng sản xuất trên thế giới. *Mỡ Nhôm Al • Chiếm 5% lượng sản xuất trên thế giới • Là mỡ thực phẩm – Al đơn: nhiệt độ làm việc < 60oC – Al phức: nhiệt độ làm việc < 160oC – Khả năng bám dính cao – Tính bền nước tuyệt vời. * Mỡ Li phức 14 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ Chiếm 14% lượng sản xuất trên thế giới. Cấu trúc chất làm đặc Li phức. * Mỡ Canxi. Là mỡ công nghiệp đầu tiên, chiếm 13% lượng sản xuất trên thế giới. Cấu trúc chất làm đặc Ca. * Mỡ Natri. • Chiếm 2% lượng sản xuất trên thế giới. • Là mỡ kinh tế . – Nhiệt độ làm việc: đến120oC . – Khả năng bám dính rất cao – Tính bền gỉ rất tốt. * Mỡ Bentone. • Chiếm 3% lượng sản xuất trên thế giới• Là mỡ làm việc ở nhiệt độ rất cao – Nhiệt độ làm việc có thể đến 160-180oC . – Dễ sản xuất. 15 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ * Mỡ hỗn hợp Li/Ca. • Chiếm 2% lượng sản xuất trên thế giới• Là mỡ đa dụng, kinh tế, kết hợp các ưu điểm của mỡ Li và mỡ Ca. * Mỡ Polyuré. • Chiếm 5% lượng sản xuất trên thế giới • Là mỡ làm việc ở nhiệt độ rất cao, thời gian sống rất dài – Nhiệt độ làm việc có thể đến 160-180oC – Bền cơ ở nhiệt độ cao – Khả năng chống mài mòn và chống oxy hóa tốt – Khả năng bơm tốt – Không tạo cặn khi bị cháy. III.3. Các chất phụ gia và các chất biến đổi. Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim, vô cơ, thậm chí các nguyên tố hóa học được pha vào các sản phẩm dầu mỡ với nồng độ thông thường 0,015% khối lượng. Trong một vài trường hợp có thể vài phần triệu tới trên 10%. III.3.1. Phụ gia chống oxy hóa Cơ chế tác dụng: phụ gia này ức chế quá trình tạo gốc tự do, phân hủy các peroxyt làcác tác nhân gây oxi hóa, thụđộng hóa các kim loại.- Phụ gia ức 16 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ chế oxy hóa ở nhiệt độ thấp được dùng cho dầu tuốc bin, dầu biến thế, dầu công nghiệp… Đó là những dẫn xuất của phenol, amin thơm…- Phụ gia ức chế oxy hóa ở nhiệt độ cao được dùng cho dầu nhờn động cơ. Đó là các muối của axit hữu cơ như kẽm dialkyldithiophosphat, muối củaalkylsalixylat…Các loại hợp chất chủ yếu: -Các dẫn xuất của phenol: alkylphenol, các phenol có chứa N hoặc S(các dẫn xuất của ure,cácphenolsulfua); Các amin thơm: dialkylphelamin, dialkylphenylalphanaftylamin, phenyl alphanaftylamin… -Các hợp chất kẽm của dialkyldithiophotphat (ZnDDP)… -Các dẫn xuất phenol có khả năng chống oxi hóa ở nhiệt độ cao trong khi các amin có khả năng chống oxi hóa ở nhiệt độ thấp nên trong mỡ cần có hỗn hợ p các chất này với tỷ lệ 1:1 để đảm bảo chất lượng của mỡ trong điều kiện bảo quản (nhiệt độ thường) và trong điều kiện làm việc (nhiệt độ cao). III.3.2. Phụ gia chống gỉ, bảo vệ bề mặt kim loại. Cơ chế tác dụng: hấp phụ chọn lọc lên bề mặt kim loại tạo thành lớp màng ngăn chống ẩm, trung hòa các axit.Tùy loại dầu mà người ta sử dụng chất chống gỉ khác nhau, như đối với dầu tuốc bin, dầu thủy lực, dầu tuần hoàn thì dùng các axit alkylsucxinic,alkylthioaxetic… và những dẫn xuất của chúng. Đối với dầu bôi trơn động cơ dùng các sulfonat, amin phosphat, este, ete và dẫn xuất của axit dibazic… đốivới dầu bánh răng dùng imidazolin. Các amin phosphat, sulfonat trung tính haykiềm chủ yếu dùng cho dầu bảo quản… III.3.3. Phụ gia có tính tẩy rửa và khuếch tán. Phụ gia tẩy rửa thường là chất hoạt động bề mặt, dễ hấp thụ lên bề mặt kim loại, khiến chất cặn bẩn không thể tích tụ lại. Phụ gia khuếch tán ngăn cản các sản phẩm oxy hóa, các cặn cơ học kết dính lại với nhau, khiến cho những phần tử này tồn tại ở trạng thái keo, lơ lửng trong dầu. Những phụ gia này thường là các muối kim loại với các chất hữu cơ có mạch cacbon dài và có 17 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ các nhóm phân cực như nhóm -OH, -C6H4OH, -COOH, NH2, SO3H… cụ thể là các muối sulfonat, phenolat, salixylat… III.3.4. Phụ gia chống mài mòn và kẹt máy. Các phụ gia này cải thiện tính bôi trơn của dầu nhờn, chống hiện tượng mài mòn máy. Cơ chế tác dụng: hấp phụ hóa học lên bề mặt kim loại, phản ứngvới lớp lim loại bề mặt tạo cho bềmặt một lớp màng bảo vệ.Chúng thuộc nhóm các chất hữu cơ - lưu huỳnh, hữu cơ - halogen, hữu cơ - phospho.. Các hợ p chất chính: ZnDDP, tricresylphotphat, dithiocacbamat, sulfua, disulfua, các dẫn xuất của axit béo… III.3.5. Phụ gia cải thiện độ nhớt và chỉ số độ nhớt. Phụ gia loại này tan được trong dầu, chúng là các polyme có tác dụngtăng độ nhớt trong dầu, đặc biệt chúng có thể làm tăng rất ít độ nhớt của dầu ở nhiệt độ thấp nhưng ở nhiệt độ cao lại làm tăng độ nhớt của dầu một cách đáng kể. Các phụ gia này được chia làm hai nhóm: nhóm hydrocacbon và nhóm este. Nhóm hydrocacbon có các chất như copolyme etylen-propylen, polyizobuten,copolyme styreneizopren. Nhóm este có các chất như polymetacr ylat, polyacrylat… III.3.6. Phụ gia biến tính ma sát. Cơ chế tác dụng: làm tăng độ bền của mỡ, giảm hệ số ma sát, cải thiệntính chất của mỡ trong quátrình vận hành. Các hợ p chất chính: các hợ p chất chứa N, S, Mo… III.3.7. Phụ gia chống tạo bọt. Silicon lỏng, đặc biệt là polymetylsiloxan là chất chống tạo bọt có hiệu quả nhất với nồng độ pha chế từ 1-20ppm. Thông thường nồng độ pha chế chấtchống tạo bọt là 3-5ppm đối với dầu động cơ và 15-20 ppm đối với dầu truyền động ôtô. Ngoài ra những chất như polymetacrylat, etanolamin, naphtalen alkylhóa… cũng là những phụ gia chống tạo bọt thích hợp cho dầu. 18 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ III.3.8. Phụ gia khử nhũ và tạo nhũ. Thể nhũ gây khó khăn cho chế độ bôi trơn bình thường của dầu và đôi khi phá vỡ khả năng bôi trơn do làm thay đổi sức căng bề mặt giữa các trường tiếp xúc. Để ngăn chặn hiện tượng này, người ta dùng phụ gia phá nhũ như các chấttrialkyl phosphat, polyetylenglycol…Phụ gia tạo nhũ được sử dụng trong trường hợp cần tạo ra hệ nhũ tươngdầu trong nước hoặc ngược lại với những mục đích khác nhau như tạo chất lỏngthủy lực chống cháy, chất bôi trơn dùng trong khoan đá và loại thể lỏng dùnggia công kim loại… Phụ gia nhóm này là các muối sulfonat, các axit béo và cácmuối của chúng, các este của axit béo, các phenol và phenol ete… III.3.9. Phụ gia chống ăn mòn. Cơ chế tác dụng: hấp phụ lên bề mặt kim loại tạo thành lớp màng bảo vệ, ngăn cản các tác nhân ăn mòn như axit, ẩm, giảm thiểu xúc tác oxi hóa của kim loại.Các hợ p chất chủ yếu:Các Dithiophotphat kim loại, Sulphonat kim loại,Sulfuaphenolat kim loại, các Axit béo, các amin…. IV. ỨNG DỤNG CỦA MỠ BÔI TRƠN. Chức năng chính của mỡ là dùng để bôi trơn, giảm ma sát, bảo vệ mặt chi tiết, nhưng tùy theo môi trường và điều kiện làm việc của chi tiết mà có các chủng loại mỡ bôi trơn khác nhau: -Mỡ cách điện: là mỡ silicon với chất làm đặc vô cơ. Bảo vệ cách điện, các thiết bị chuyển mạch ngay cả trong môi trường ẩmướt. Ngăn chặn tia lửa điện và giảm tổn thất điện. Hấp thụ các hạt dẫn điện hoặc mài mòn. Trung lập đối với các sản phẩm nhựa và cao su. Chống chịu tốt với các tác động của nước và hóa chất. -Mỡ dẫn điện: Mỡ đặc biệt với hóa chất và dầu tổng hợp ổn định nhiệt cao, có chứa hàm lượng cao các chất rắn dẫn điện. Được sử dụng để bôi trơn cho các vị trí tiếp xúc điện. 19 Bài tập môn học NHIÊN LIỆU VÀ DẦU MỖ -Mỡ chịu nhiệt độ lạnh: là loại sáp lithi được làm đặc bởi mỡ gốc là metyl phenol silicone thích hợp cho các quá trình vận hành ở nhiệt độ thấp. -Keo lắp ráp: được pha chế với công thức đặc biệt để vận hành ở nhiệt độ rất cao, những nơi phải chịu ăn mòn, mài mòn, bó máy, chịu xước của các mối nối, khớp nối, mối hàn, bản lề… - Bảo vệ chống xước, ăn mòn, bó máy. - Làm cho quá trình sửa chữa và vận hành dễ dàng. - Chống chịu được tải trọng cao nhờ có chứa cấu tử bôi trơn rắn hàm lượng cao. - Thời gian sử dụng dài, hiệu quả bôi trơn cao. -Mở bánh răng ( Hộp số): là loại mỡ lỏng với dầu gốc là dầu khoáng và chất làm đặc là xà phòng và bổ sung phụ gia chống ăn mòn và E.P. · Được thiết kế đặc biệt dùng cho những vị trí mà mỡ phải chạy qua một đoạn đường ống dài tránh được nguy cơ bị ‘bao vây’ · Loại mỡ này có thời gian bôi trơn lâu trong các thiết bị vừa hoặc bất cứ khi nào cần bịt kín (Hộp số). 20