thành phần và phân loại mỡ nhờn

Ngày nay mỡ nhờn bôi trơn được sử dụng với số lượng lớn, nó được bổ sung thêm những tính chất, ưu điểm mà dầu nhờn bôi trơn không có như : được ứng dụng để bôi trơn cho các cơ cấu không

Mở Đầu

Dầu mỡ nhờn là chất bôi trơn có tầm quan trọng rất lớn trong cuộc sống nói chung, cũng như trong sản xuất công nghiệp nói riêng Nó có ứng dụng trực tiếp trong việc bôi trơn các chi tiết chuyển động, giảm ma sát, giảm mài mòn, giảm ăn mòn các chi tiết máy móc, động cơ…

Dầu nhờn bôi trơn được sử dụng ở phạm vi rộng rãi, với số lượng lớn Nhưng điều kiện làm việc của nó còn bị hạn chế trong một số trường hợp như bôi trơn các ổ bi, ổ trục của động cơ, máy móc có nhiệt độ rất cao, chịu tải trọng lớn …Vì vậy tại các vị trí này ta phải thay thế dầu nhờn bôi trơn bằng mỡ nhờn bôi trơn ở dạng bán rắn Ngày nay mỡ nhờn bôi trơn được sử dụng với số lượng lớn, nó được bổ sung thêm những tính chất, ưu điểm mà dầu nhờn bôi trơn không có như : được ứng dụng để bôi trơn cho các cơ cấu không yêu cầu bôi trơn thường xuyên hoặc tại các vị trí hở yêu cầu sự thất thoát của chất bôi trơn thấp Mỡ nhờn cũng có tác dụng bịt kín để tránh sự xâm nhập của nước vào các vật liệu không nén được Có nhiều nguồn nguyên liệu và phương pháp để sản xuất các loại mỡ nhờn bôi trơn với các công dụng khác nhau Với những đặc điểm khác biệt đã nêu trên của mỡ nhờn bôi trơn, nên em đã chọn

đề tài tiểu luận là tìm hiểu về thành phần và công dụng của mỡ nhờn bôi trơn

MỠ NHỜN

1.1.Định nghĩa:

Mỡ nhờn bôi trơn là loại sản phẩm có nhiều dạng từ rắn cho đến bán lỏng Do thành phần của mỡ nhờn bao gồm dầu gốc, chất làm đặc và các thành phần phụ gia khác được đưa vào để cũng cố thêm những đặc tính vốn có hoặc tạo ra các tính chất mới cho mỡ

1.2.Thành Phần Của Mỡ:

1.2.1 Dầu Gốc

Dầu Gốc : là thành phần chủ yếu của mỡ (môi trường phân tán ) chiếm từ 70% đến 90% , nó đảm nhiệm chức năng bôi trơn

Đa số mỡ nhờn có dầu gốc là dầu khoáng Tuy nhiên, trong một số trường hợp để nâng cao chất lượng mỡ, người ta thường sử dụng các loại dầu tổng hợp để sản xuất

mỡ Các loại dầu khoáng thường được sử dụng để sản xuất các loại mỡ thông thường Dầu gốc có độ nhớt thấp được sử dụng để sản xuất mỡ sử dụng cho các chi tiết ma sát làm việc ở nhiệt độ thấp, vòng quay lớn, tải trọng nhỏ Dầu gốc có độ nhớt cao được

sử dụng để sản xuất mỡ sử dụng cho các chi tiết ma sát làm việc ở nhiệt độ cao, vòng quay nhỏ, tải trọng lớn Dầu gốc có độ nhớt trung bình được dùng sản xuất mỡ thông dụng, sử dụng ở điều kiện phổ biến bình thường nhất

Đối với những loại mỡ dùng ở nơi có nhiệt độ cao trên 200oC chỉ có thể sản xuất được khi dùng dầu tổng hợp

Trong thực tế, công nghệ hóa dầu không sản xuất dầu gốc chuyên dụng cho mục đích pha trộn sản xuất mỡ Vì thế khi sản xuất mỡ người ta thường sử dụng dầu gốc thương phẩm được sản xuất với mục đích khác nhau như: dầu biến thế, dầu công nghiệp, dầu truyền động…

Khi cần sản xuất một số loại mỡ có tính trơ khi tiếp xúc với các sản phẩm từ dầu

mỏ như xăng, nhiên liệu diesel, nhiên liệu phản lực, các loại dầu nhờn…Người ta phải

sử dụng dầu gốc có nguồn gốc từ động vật, thực vật (dầu bông, dầu thầu dầu, dầu

hướng dương, dầu dừa …) Loại mỡ này không tan vào các hydrocacbon nên có tên gọi chung là mỡ chịu xăng

Khi sản xuất các loại mỡ trơ với các môi trường có tính hóa học cao, ăn mòn hoặc phá hủy mạnh như acid, kiềm, muối vô cơ… ta phải dùng các hợp chất lỏng của flo, clo có tính bền vững hóa học rất cao

Chất lượng của các loại dầu gốc dùng dể sản xuất mỡ phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra cho máy móc và các loại thiết bị kỹ thuật

1.2.2 Chất Làm Đặc

Chất làm đặc (pha phân tán ) chiếm hàm lượng từ 20% đến 25% Chất làm đặc ở trong mỡ có chức năng giữ vững thể keo, hạn chế tính linh động của môi trường phân tán, chống chảy dầu

Chất làm đặc tạo thành các khung có cấu trúc không gian, các khung này được môi trường phân tán là dầu gốc lấp đầy các khoảng rỗng, khe hở hoặc chỗ trống trong khung cấu trúc không gian của chất làm đặc, bị giữ lại tại đó được giữ lại nhờ lực hút mao dẫn chính nó làm nên các tính dẻo của mỡ

Về bản chất, chất làm đặc đóng vai trò chính trong quá trình hình thành cấu trúc

mỡ Căn cứ vào chất làm đặc người ta phân ra các loại mỡ sau: mỡ xà phòng, mỡ hydrocacbon, mỡ vô cơ và mỡ hữu cơ

Phần lớn mỡ đang sử dụng hiên nay là mỡ xà phòng (80-90%) Loại mỡ này dùng

xà phòng để làm đặc dầu nhờn Xà phòng là muối của các acid béo bậc cao với các kim loại, để sản xuất xà phòng người ta lấy acid béo của mỡ tự nhiên, các loại acid tổng hợp, các acid béo đơn lẻ được làm sạch, có từ 12-20 nguyên tử cacbon trong mỗi phân tử, acid có lợi nhất là loại mỗi phân tử có từ 16-18 nguyên tử cacbon, xà phòng là sản phẩm của phản ứng hóa học và xà phòng hóa giữa hydroxit kim loại với các acid béo tạo ra xà phòng và nước hoặc giữa hydroxít kim loại với glyxerin( thành phần chính của dầu thực vật và mỡ động vật)

nRCOOH + Me(OH)n → (RCOO)nMe + nH2O

Trong đó: R là gốc hydrocacbon

Me là cation kim loại Nếu mỡ dùng xà phòng được sản xuất từ dầu mỡ tự nhiên thì được gọi là mỡ béo, nếu dùng xà phòng sản xuất bằng phương pháp tổng hợp thì gọi là mỡ tổng hợp Nguyên tử kim loại trong phân tử xà phòng có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của xà phòng và của mỡ ,nên người ta gọi tên mỡ theo tên kim loại có trong xà phòng Thường gặp nhất là mỡ canxi, natri, canxi-natri, bari, nhôm, ở mức độ ít hơn còn có

mỡ chì, bạc

Ngày này xà phòng phức cũng được ứng dụng để làm đặc dầu nhờn Xà phòng dùng để sản xuất mỡ phần lớn được điều chế từ acid béo tổng hợp Đó là sản phẩm của quá trình oxi hóa hdrocacbon thuộc dãy đồng đẳng ankan (parapin) Acid béo tổng hợp để sản xuất mỡ sẽ tiết kiệm được các loại dầu thực vật,mỡ động vật quý hiếm và đắt tiền

Mỡ dùng xà phòng của acid béo tổng hợp có phẩm chất thường kém hơn mỡ béo

về tính chất nhớt-nhiệt, tí nh bôi trơn, dễ loãng, dễ rửa vì giới hạn bền thấp, khi gặp lạnh sẽ bị đông cứng, thời gian dừng nghỉ khi đang sử dụng mỡ kéo dài dẽ làm cho mỡ biến chất hơn Nguyên nhân của những nhược điểm trên la do quá trình sản xuất ra acid béo tổng hợp còn lẫn nhiều tạp chất không có lợi như ankan chưa bị oxy hóa,acid béo bậc thấp, acid vô cơ có nhiều sản phẩm không được oxy hóa khác Nếu được làm sạch tốt, chọn lọc tốt và được nhiệt luyện tốt thì mỡ tổng hợp sẽ không thua kém mỡ béo về mặt chất lượng

Các loại dầu gốc tự nhiên hay dùng nhất để sản xuất mỡ thường là dầu bông, dầu thầu dầu, dầu lanh, mỡ hóa học và mỡ công nghiệp Để sản xuất mỡ có chất lượng cao (khoảng 1.5% ) người ta dùng xà phòng của acid đơn lẻ như: acid sterit (C17H35COOH ) ,acid oleic (CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH)

Xà phòng là hợp chất tan không tốt trong dầu khoáng Ở điều kiện bình thường hoặc ở nhiệt độ cao hơn, một phần lớn xà phòng trong mỡ đều ở dạng keo hoặc ở dạng phân tán thô Do đó chỉ với hàm lượng xà phòng không nhiều (khoảng 10%) đã có thể tạo ra mỡ có các tính chất điển hình của các chất dẻo

1.2.3 Chất Phụ Gia.

Với 2 thành phần chính là dầu gốc và chất làm đặc thì mỡ chưa thể đáp ứng đủ về yêu cầu, tính chất để sử dụng, nên ngoài 2 thành phần này người ta còn cho têm vào

mỡ các chất phụ gia có tính chất đặc biệt khác để cải thiện hoặc tạo thêm tính chất mới cho mỡ Thành phần chủ yếu của các chất cho thêm này rất khác nhau, có trường hợp chiếm tới 15% khối lượng của mỡ, các chất thêm có tác dụng làm cho cấu trúc của mỡ tốt hơn, làm tăng cường có chọn lọc những tính chất sử dụng quan trọng của mỡ như: tăng các tính chất ổn định nhiệt, ổn định hóa học, ổn định keo, tinh năng bôi trơn, tăng

độ bám dính, tăng khả năng làm kín và nhiều tính chất khác tùy thuộc vào điều kiện sử dụng

2 Phân Loại Mỡ:

2.1 Phân Loại Mỡ Nhờn Theo Chất Làm Đặc

2.1.1 Mỡ Nhờn Gốc Xà Phòng

 Đầu tiên là mỡ canxi loại mỡ đại trà lâu đời và rẻ tiền nhất, mỡ canxi tổng hợp được sản xuất từ xà phòng canxi của acid béo tổng hợp Mỡ canxi béo được sản xuất từ xà phòng canxi của dầu thô hoặc mỡ hóa học Trong thành phần của mỡ canxi nhất thiết phải có nước, vì nước tham gia tạo tinh thể hydrat của xà phòng canxi Do đó, loại mỡ này còn có tên gọi là mỡ hydrat hóa Như vậy, nước trong mỡ canxi tạo ra cấu trúc không gian của mỡ Nếu loại hết nước thì sẽ phá vỡ cấu trúc của mỡ, làm mỡ tự phân

rã thành dầu nhờn và xà phòng Ở đây nước đóng vai trò là chất phụ gia ổn định thể keo của mỡ canxi Nếu hàm lượng nước dưới 0.5% thì mỡ có hiện tượng phân ră, c cn nếu hàm lượng nước tới 5%,tuy cao hơn mức quy định, nhưng thực tế chưa gây ảnh hưởng gì tới các tính chất sử dụng của mỡ, hàm lượng nước trong mỡ thích hợp nhất là

từ 1-3%

Đánh giá mỡ Canxi:

• Ưu điểm: giá thành thấp, tính chống xước và chống mài mòn cao, bảo vệ kim loại tốt, thể keo tương đối ổn định, mức chịu nước đáp ứng nhu cầu theo yêu cầu đảm bảo cho việc sử dụng đại trà

• Nhược điểm: nhiệt độ nóng chảy thấp nên phạm vi sử dụng của nó bị hạn chế Ở

100oC mỡ bị mất nước nên khung cấu trúc không gian bắt đầu bị phá hủy và mỡ bắt đầu phân rã dần Nhiệt độ càng cao tốc độ phân rã càng nhanh, nhiệt độ được phép sử dụng từ 30 oC -70oC Mỡ canxi có tính ổn định cơ học thấp khi bảo quản trong kho, trong bao bi hay ở trạng thái tra nạp mà các cơ cấu máy móc tạm dừng làm việc trong thời gian kéo dài

Mỡ canxi chủ yếu dùng làm mỡ chống ma sát, ngoài ra còn được dùng làm mỡ bảo quản tương đối tốt vì chịu được nước, mưa gió, hơi ẩm và ánh sáng nhưng với điều kiện môi trường không quá 50oC

 Mỡ canxi phức hợp khác với mỡ canxi thường là đã khắc phục được những nhược điểm của mỡ canxi thương Mỡ canxi phức hợp được sản xuất từ canxi xà phòng phức hợp của acid béo bậc cao và acid béo bậc thấp (stearic, acetic)

• Ưu điểm: mỡ canxi phức hợp không tan trong nước, có tính ổn định cơ học cao

• Nhược điểm: là trong mỡ thường xuất hiện và tích tụ các sản phẩm có tính acid

 Mỡ natri gồm có mỡ béo và mỡ tổng hợp Trong thành phần cấu trúc của mỡ không cần có nước, hàm lượng nước có trong mỡ cần được hạn chế hoặc không có, để tránh tác hại do nước gây ra Độ tan của natri trong nước tương đối cao, nên chúng không được sử dụng ở những vị trí chịu tác động của nước

Mỡ natri có khả năng hấp thụ hơi ẩm, khi đó sẽ giảm hàng loại các tính chất quan trọng như: giới hạn bền, tính ổn định cơ học, nhiệt độ nhỏ giọt Nếu mỡ tác dụng với một lượng nước vừa phải thì sẽ tạo với nước thể nhũ tương, có thể bảo vệ bề mặt được bôi trơn chống tác nhân ăn mòn tốt hơn mỡ canxi Mỡ natri có tính ổn đinh cao với nhiệt độ nhỏ giọt trên 103oC, nhiệt độ sử dụng hữu hiệu nhất đối với mỡ natri từ 20 đến 110oC

 Mỡ canxi –natri là mỡ xà phòng phức hợp canxi-natri ,nó bao gôm cả hai tính chất của hai loại mỡ kiểu trên Nó được sử dụng ở nhiệt độ <100oC, ít nhạy cảm với nước và độ

ẩm so với natri Tuy vậy loại mỡ này vẫn là loại tan tốt trong nước và thường được sử dụng ở những nơi có tốc độ vòng quay lớn

 Mỡ liti được sản xuất nhiều do nhiệt độ nhỏ giọt cao, ít tan trong nước, từ xà phòng liti người ta sử dụng các loại mỡ dùng ở nhiệt độ thấp đến các loại mỡ dùng ở nhiệt độ cao Khoảng nhiệt độ mà mỡ liti được phép sử dụng là từ -60oC đến 140oC, mỡ liti có tính ổn định cơ học và tính ổn định keo tốt

 Mỡ xa phòng nhôm được sản xuất ít hơn các loại mỡ trên, chúng được sản xuất từ xà phòng nhôm của acid stearic và ôleic với dầu gốc có độ nhớt cao, đây là loại mỡ chịu nước, bám dính tốt, tính ổn định cơ học cao song tính chịu nhiệt kém Do vậy dùng để bảo vệ các bề mặt thường xuyên có tiếp xúc với môi trường có độ ẩm cao hoặc nước

 Mỡ bari có tính chất tương tự như mỡ liti nhưng độ trội hơn về mặt chịu nước, chịu nhiệt Loại mỡ này dùng để bôi trơn các thiết bị tàu ngầm

 Mỡ chì có khả năng chịu tải trọng cao Thông thường, mỡ chì không chỉ sử dùng riêng cho xà phòng chì làm pha rắn mà kết hợp với các loại xà phòng khác hoặc là với các hydrocacbon, hay gặp hơn là mỡ chì xerezin và mỡ chì natri

2.1.2 Mỡ Nhờ Gốc Sáp (Hydrocacbon rắn)

Nhóm mỡ này có tính chất làm đặc hydrocacbon rắn có nhiệt độ nóng chảy cao như parafin, serezin, perolatom, ozokerit, các loại mỡ sáp tự nhiên hoặc mỡ sáp tổng hợp khác nhau

Sáp dùng trong mỡ chia làm hai loại:

• Loại thạch lạp( parafin rắn ) có nhiệt độ nóng chảy thấp

• Loại địa lạp (ozokerit ) có nhiệt độ nóng chảy cao hơn Mỡ gốc sáp có tính ổn định tốt nên thường được dùng mỡ bảo quản

Ví dụ mỡ pháo là sản phẩm của Liên Xô (cũ),được sản xuất nhờ cách làm đặc dầu khoáng bằng petrolatum (60-70%) và xerizin (5%) có chứa 0.2% NaOH, nhiệt độ nhỏ giọt không dưới 50oC

2.1.3 Mỡ Nhờn Gốc Vô Cơ

Nhóm này có chất làm đặc là chất vô cơ có độ phân tán cao Phụ thuộc vào việc sử dụng loại chất làm đặc vô cơ nào người ta phân ra các loại mỡ như mỡ nhờn silicagen,

mỡ nhờn đất set, mỡ nhờn bent/onit, mỡ graphit

Loại mỡ này không bị nóng chảy ,có độ ổn định cao,thường làm mỡ bôi trơn chuyên dụng trong một số nghành công nghiệp như hóa chất ,xi măng , sành sứ, sắt thép có nhiệt độ làm việc lên tới 200oC Tuy nhiên giá thành của loại mỡ này cao hơn các loại mỡ thường hàng trăm lần

2.1.4 Mỡ nhờn gốc hữu cơ

Nhóm mỡ này có chất làm đặc là các chất hữu cơ rắn, có bề mặt riêng khá lớn, chịu được nhiệt độ cao và kháng nước tốt Trong nhóm này nhiều loại mỡ có thành phẩm là dầu khoáng hoặc dầu tổng hợp với các chất làm đặc khác nhau:

 Mỡ trùng hơp có tính chất làm đặc là polyme như polyetylen ,polyprolylen , polytrifroetylen

 Mỡ ureat có chất làm đặc là các dẫn xuất ankyl,axyl,arylvà ure,có khả năng làm việt trong khoảng nhiệt độ khá rộng từ 70 đến 2000C

 Mỡ ureit có chất làm đặc là ureit ,sản phẩm tương tác giữa các polyizoxyanat vớicác amin của acid abietc

 Mỡ bột màu có chất làm đặc là bột màu như phtalxyamin, indrantren, izovilantron .loại mỡ nay có tính ổn định cao ,rất chịu nhiệt có khả năng làm việc trong khoảng 250-3000C có khi lên tới 5000C Ngoài ra còn có mỡ bitum, mỡ bồ hóng

2.2 Phân Loại Mỡ Nhờn Theo Công Dụng.

Dựa vào công dụng , có thể chia các loại mỡ nhờn thành bốn nhóm sau :

 Mỡ bôi trơn chủ yếu nhằm chống ma sát, bổ sung cho chức năng dầu bôi trơn, mỡ dùng bôi trơn ở nững chi tiết máy mà dầu bôi trơn ở thể lỏng không thể thực hiện được chức năng bôi trơn

 Mỡ bảo quản với chức năng chủ yếu là bảo vệ bề mặt kim loại của trang thiết bị, máy móc chống tác dụng của không khí,nước, các chất ăn mòn Để bề mặt không bị han rỉ,

hư hại, mỡ này còn có tên là mỡ bảo vệ, có các loại mỡ bảo quản lỏng, mỡ bảo quản dẻo

 Mỡ làm kín với chức năng làm kín các khớp nối ren của các đường ống dẫn, các cụm nắp bít, đệm lót và các chỗ nối của các hệ thống bơm và máy móc, thiết bị Có các loại mỡ làm kín khớp nối ren, mỡ làm kín máy bơm, mỡ chân không

 Mỡ cáp là mỡ chuyên dùng cho việc chống ăn mòn và mài mòn của các hệ thống cáp như: cáp mỏ, cáp khoan, cáp cần cẩu, thang máy và các loại máy nâng Có các loại cáp điện dùng bôi trơn các tấm ốp tiếp xúc và các mối nối ray nhằm bảo đảm độ đẫn điện

ổn định của mối nối, loại mỡ cáp thép có kha năng làm việc trong khoảng nhiệt độ từ -30 đến 40oC dùng để bôi trơn cáp trong quá trình làm việc luôn tiếp xúc với nước của ngành vận chuyển gỗ hay hàng hóa theo đường thủy

2.3 Phân Loại Mỡ Theo NLGI

Viện dầu nhờn quốc gia Mỹ NLGI (Nation Lubribacating Grease Institute) phối hợp với hiệp hội kỹ sư ôtô-SAE (Society of Automotive Engineers) và hiệp hội 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 ôtô (xem bảng sau)

ASTM 250C/0.1 mm

Dạng ngoài

3 Công Dụng Của Mỡ Nhờn.

3.1 Tác Dụng Bôi Trơn Bề Mặt Chi Tiết

Cũng tương tự như dầu nhờn, mỡ tạo ra các bề mặt làm việc, nhờ đó mà làm giảm

được sử dụng bôi trơn các bề mặt làm việc với phụ tải lớn, nhiệt độ cao hoặc những nơi có tốc độ dịch chuyển giữa các bề mặt thấp Tốt, hoặc ở những nơi làm việc sử dụng dầu nhờn không đảm bảo : các bề mặt hở, những vị trí khó tiếp xúc… Như vậy, tuy cũng là công cụ bôi trơn, làm nhờn song mỡ bôi trơn lại không trùng lặp với công

cụ bôi trơn, làm nhờn cửa dầu nhờn mà sự bổ sung cho công dụng bôi trơn, làm nhờn của dầu

3.2 Tác Dụng Bảo Vệ Bề Mặt Chi Tiết

Việc sử dụng mỡ bôi trơn cho phép tạo ra trên các bề mặt làm việc một lớp màng bảo vệ ngăn cách sự tác động của các tác nhân gây ăn mòn, oxy hóa So với dầu nhờn, tính chất bảo vệ của mỡ tốt hơn Do vậy nó thường xuyên được sử dụng bôi trơn, bảo

vệ các bề mặt tiếp xúc với môi trường có độ ẩm cao hoặc chứa các sản phẩm khí ăn mòn

3.3 Tác Dụng Làm Kín Các Mối Lắp Ghép

Do có tính dính bám tốt, nên các mỡ có khả năng làm kín tốt hơn dầu nhờn, mỡ được làm kín các khớp nối, ren…

4 Ảnh Hưởng Của Chất Làm Đặc.

4.1 Ảnh Hưởng Của Chất Làm Đặc.

Ta chủ yếu xem xét chất làm đặc là xà phòng, vì nó là loại mỡ thông dụng nhất dùng bôi trơn các động cơ xe máy, mỗi loại xà phòng có cấu trúc và tính chất riêng,do

dó tính chất mỡ chịu ảnh hưởng rất lớn của tính chất xà phòng làm đặc có trong mỡ 4.1.1 Ảnh Hưởng Của Cation Xà Phòng

Các cation xà phòng của cùng gốc acid béo có ảnh hưởng tới khả năng làm đặc, tính chịu nước và tính nhiệt của mỡ

 Tính chịu nhiệt của mỡ nhờn khi xà phòng có cùng gốc là acid béo stearic, được sắp xếp theo chiều hướng giảm dần với thứ tự các cation sau :

Li > Na > Ba > Ca > K > Zn > Pb

 Tính chịu nước của mỡ được sắp xếp theo chiều hướng giảm dần của dãy sau: