Nghiên cứu sử dụng mỡ đà điểu làm dầu mỡ bôi trơn cho thiết bị tàu thủy

Vì vậy chất bôi trơn dùng cho công nghệ thực phẩm không chỉ đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật như: Điều kiện nhiệt độ của môi trường, tải trọng, đặc tính bôi trơn, đặc trưng hình học của c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS.QUÁCH ĐÌNH LIÊN

Nha Trang, tháng 06 năm 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Trần Đình Phong

LỜI CÁM ƠN

Sau một thời gian làm việc tích cực, được sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng

dẫn PGS.TS Quách Đình Liên, thầy Th.S Phùng Minh Lộc, các quí thầy trong

Bộ môn Động lực và Khoa kỹ thuật tàu thủy,Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Học

và Môi Trường trường Đại học Nha Trang, Ban Lãnh đạo Tổng Công ty Khánh Việt, Ban Lãnh đạo Nhà máy thuốc lá Khatoco Khánh Hòa, các bạn đồng nghiệp, các cơ quan liên quan cho đến nay bản luận văn đã được hoàn thành Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với sự giúp đỡ trên Vì thời gian và trình độ còn hạn chế vì vậy bản luận văn chắc chắn còn nhiều sai sót, tôi mong được sự thông cảm và góp ý của các quí thầy, các bạn đồng nghiệp cũng như mọi người quan tâm đến vấn đề này để luận văn được hoàn chỉnh

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Trần Đình Phong

MỤC LỤC

Đề mục Trang

Mục lục i

Danh mục các chữ viết tắt iii

Danh mục các bảng sử dụng trong luận văn iv

Danh mục các hình vẽ sử dụng trong luận văn vii

Lời nói đầu x

Chương 1: Vật liệu bôi trơn và các thành phần chủ yếu của vật liệu bôi trơn 1

1.1 Tổng quan về bôi trơn và vật liệu bôi trơn 1

1.2 Các thành phần chủ yếu của vật liệu bôi trơn 3

1.2.1 Dầu gốc và các loại dầu gốc được dùng để pha chế vật liệu bôi trơn 4 1.2.2 Phụ gia cho vật liệu bôi trơn 9

1.2.3 Mỡ và pha chế mỡ dẻo làm vật liệu bôi trơn 10

1.2.3.1 Khái niệm về chất bôi trơn dẻo 10

1.2.3.2 Tính chất của mỡ nhờn 11

1.2.3.3 Phân loại mỡ 14

1.2.3.4 Chất làm đặc cho mỡ 15

1.2.3.5 Dầu nhớt dùng để pha chế mỡ 20

1.2.3.6 Phụ gia cho mỡ 24

1.2.3.7 Cấu trúc của mỡ 25

1.2.3.8 Sản xuất mỡ 29

1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 31

1.4 Tình hình nghiên cứu trong nước 33

Chương 2: Thử nghiệm tinh chế methylester từ mỡ đà điểu để làm dầu gốc pha chế mỡ bôi trơn. 36

2.1 Nguồn nguyên liệu mỡ đà điểu và ý tưởng nghiên cứu 36

2.1.1 Trên thế giới 36

2.1.2 Những xu thế chăn nuôi đà điểu Ostrich hiện nay trên thế giới 38

2.1.3 Quá trình nghiên cứu và phát triển chăn nuôi đà điểu ở Việt Nam 39

2.2 Thí nghiệm sản xuất tinh chế dầu gốc từ mỡ đà điểu 40

2.2.1 Giới thiệu về dầu gốc (methylester) 41

2.2.2 Sơ đồ qui trình công nghệ sản xuất methylester làm dầu gốc từ mỡ đà điểu 41

2.2.3 Bố trí thí nghiệm 45

2.2.4 Kết quả và nhận xét……… 50

Chương 3: Thử nghiệm nấu mỡ bôi trơn từ methylester tinh chế từ mỡ đà điểu 67

3.1 Thí nghiệm sản xuất mỡ bôi trơn từ dầu gốc của mỡ đà điểu trên nền xà phòng Liti hydroxit (LiOH) 67

3.1.1 Dầu làm môi trường phân tán cho mỡ bôi trơn 67

3.1.2 Phụ gia cho mỡ bôi trơn 71

4.1.3 Chất làm đặc 71

3.1.4 Phương pháp tổng hợp mỡ bôi trơn 73

3.1.5 Thiết bị thí nghiệm 73

3.1.6 Qui trình sản xuất mỡ bôi trơn 74

3.1.7 Lựa chọn phương án pha chế thành phần của mỡ bôi trơn 78

3.1.8 Sản phẩm mỡ thu được và các tính chất cơ bản của mỡ 78

3.2 Thực nghiệm đối chứng mỡ bôi trơn được sản xuất từ dầu gốc mỡ đà điểu 79 3.2.1 Phương pháp thực nghiệm 79

3.2.2 Tiến hành thực nghiệm đối chứng 80

Phần kết luận và đề xuất ý kiến 89

Tài liệu tham khảo 91

Phụ lục 1 93

Phụ lục 2 105

Phụ lục 3 110

TTNCGC Thụy Phương: Trung tâm Nghiên cứu gia cầm Thụy Phương

Bộ Nông nghiệp và PTNT: Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn

CHDC Nhân dân Lào: Cộng hòa dân chủ Nhân dân Lào

TBKT: Tiến bộ kỹ thuật

Viện Nghiên Cứu CNSH và Môi Trường Trường Đại học Nha Trang: Viện Nghiên

Cứu Công Nghệ Sinh Học và Môi Trường Trường Đại học Nha Trang

NLGI (USNational Lubricating Grease Institute): Viện nghiên cứu mỡ bôi trơn

của Mỹ

NXB KHKT: Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật

DTV Việt Nam: Dầu thực vật Việt Nam

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam.

DANH MỤC CÁC BẢNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

1 Bảng 1-1: Các thành phần chính để sản xuất mỡ dẻo 04

2 Bảng 1-2: Đánh giá các tính chất của dầu nhớt được pha chế từ các 07

loại dầu gốc khoáng và tổng hợp 3 Bảng 1-3: Phạm vi nhiệt độ sử dụng và các dầu khoáng và tổng hợp 08

được sử dụng 4 Bảng 1-4: So sánh tính chất sử dụng của một số loại dầu 09

5 Bảng 1-5: Điểm nhỏ giọt của một số loại mỡ có chất làm đặc khác nhau 12

6 Bảng 1-6: Phân loại mỡ theo NLGI 14

7 Bảng 1-7: Hệ xà phòng kép li ti (Lithium complex soap systems) 18

8 Bảng 1-8: Các chất lỏng làm đặc tạm thời (Temporarily thickened fluids) 20

9 Bảng 1-9: So sánh một số tính chất của các loại mỡ có dầu gốc và 21

chất làm đặc khác nhau 10 Bảng 1-10: Hàm lượng của chất phụ gia trong mỡ 24

11 Bảng 1-11: Một số loại mỡ được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm 25

12 Bảng 1-12: Cấu trúc thường gặp ở một số loại mỡ với chất làm đặc 29

khác nhau và các tính chất sử dụng của nó 13 Bảng 2-1: Kết quả phân tích mẫu mỡ đà điểu thô chưa qua tinh chế 43

14 Bảng 2-2: Xác định nhiệt độ rán thích hợp 46

15 Bảng 2-3: Xác định nhiệt độ trung hòa 46

16 Bảng 2-4: Xác định thời gian trung hòa 47

17 Bảng 2-5: Xác định nồng độ NaCl thích hợp cho quá trình rửa 47

18 Bảng 2-6: Xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình rửa dầu 47

19 Bảng 2-7: Xác định nhiệt độ thích hợp cho phản ứng chuyển ester 48

20 Bảng 2-8: Xác định tỉ lệ dung dịch methanolxide/dầu của phản ứng 48

chuyển ester

21 Bảng 2-9: Xác định tỉ lệ giữa NaOH và methenol của dung dịch 49

methanolxide cho phản ứng chuyển ester 22 Bảng 2-10: Xác định thời gian khuấy phù hợp cho phản ứng chuyển ester 49

23 Bảng 2-11: Kết quả xác định chế độ rán dầu 51

24 Bảng 2-12: Kết quả xác định nhiệt độ trung hòa lần 1 53

25 Bảng 2-13: Kết quả xác định nhiệt độ trung hòa lần 2 54

26 Bảng 2-14: Kết quả xác định thời gian trung hòa lần 1 55

27 Bảng 2-15: Kết quả xác định thời gian trung hòa lần 2 56

28 Bảng 2-16: Kết quả xác định nồng độ NaCl thích hợp cho quá trình rửa 58

29 Bảng 2-17: Kết quả xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình rửa dầu 59

30 Bảng 2-18: Kết quả xác định nhiệt độ thích hợp cho phản ứng 60

chuyển ester 31 Bảng 2-19: Kết quả xác định tỉ lệ dung dịch methanolxide của phản ứng 62

chuyển ester 32 Bảng 2-20: Kết quả xác định tỉ lệ giữa NaOH và methanol của 63

dung dịch methanolxide dùng cho phản ứng chuyển ester 33 Bảng 2-21: Kết quả xác định thời gian khuấy phù hợp cho phản ứng 65

chuyển ester 34 Bảng 2-22: Chỉ tiêu kỹ thuật của dầu gốc được tinh chế từ mỡ đà điểu. 66

35 Bảng 3-1: Thành phần axit béo của dầu tinh chế từ mỡ đà điểu 67

36 Bảng 3-2: Thành phần phụ gia có trong mỡ bôi trơn 71

37 Bảng 3-3: Chỉ tiêu kỹ thuật của Axit 12 – hydroxystearic (C18H36O3) 72

38 Bảng 3-4: Chỉ tiêu kỹ thuật của Liti hydroxyt (LiOH) 72

39 Bảng 3-5: Thành phần nguyên liệu 73

40 Bảng 3-6: Tính chất của mỡ bôi trơn theo tỷ lệ pha chất phụ gia 78

41 Bảng 3-7: Kết quả phân tích mỡ bôi trơn được sản xuất từ dầu gốc 79

tinh chế của mỡ đà điểu 42 Bảng 3-8: Thông số kỹ thuật của máy khảo nghiệm ma sát 81

43 Bảng 3-9: Tổng hợp kết quả thực nghiệm của mỡ Castrol - Spheerol sx 3 86

44 Bảng 3-10: Tổng hợp kết quả thực nghiệm của mỡ bôi trơn được 86

chế biến từ dầu gốc của mỡ đà điểu

45 Bảng 3-11: Đối chiếu các chỉ tiêu của các mẫu mỡ 88

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

1 Hình 1-1: Dụng cụ đo nhiệt độ nhỏ giọt của mỡ 11

2 Hình 1-2: Sơ đồ của bộ phận xác định độ xuyên kim và nguyên lý xác định 12

độ xuyên kim 3 Hình 1-3: Cấu trúc phân tử của xà phòng lithium 12 – hydroxystearate 16

4 Hình 1-4: Cấu trúc phân tử của xà phòng canxi 16

5 Hình 1-5: Điểm nhỏ giọt của mỡ hỗn hợp lithium và calcium ở các tỉ lệ 17

thành phần khác nhau 6 Hình 1-6: Công thức cấu tạo của phức hợp thành từ Axit 12 – hydroxystearic 17 và axit azelaic 7 Hình 1-7: Sợi của xà phòng Lithium 12 - hydroxystearate - borate (ảnh chụp 18

qua kính hiển vi điện tử trước và sau khi trượt với140 000 s-1) 8 Hình 1-8: Công thức cấu tạo của xà phòng can xi phức 18

9 Hình 1-9: Công thức cấu tạo của xà phòng nhôm phức 19

10 Hình 1-10: Công thức cấu tạo của xà phòng titan phức 19

11 Hình 1-11: Công thức cấu tạo của chất làm đặc muối natri của axit 19

12 Hình 1-12: Công thức cấu tạo của chất làm đặc Carbamate - like thickeners 19 13 Hình 1-13: Giới hạn nhiệt độ của một số loại mỡ 23

14 Hình 1-14: Cấu trúc của chất bôi trơn dẻo 25

15 Hình 1-15: So sánh cấu trúc của mỡ li ti truyền thống và mỡ li ti phức,có 26

pha thêm phụ gia EP vào phân tử xà phòng để cải thiện khả năng chịu tải của mỡ 16 Hình 1-16: Cấu trúc bên trong mỡ quan sát qua kính hiển vi điện tử được 27

làm đặc bởi các chất 17 Hình 1-16:(tiếp theo): Cấu trúc bên trong mỡ quan sát qua kính hiển vi 28

điện tử được làm đặc bởi các chất

18 Hình 1-17: Sơ đồ các bình phản ứng dùng để sản xuất mỡ 30

19 Hình 2-1: Qui trình tinh chế dầu gốc từ mỡ đà điểu 42

20 Hình 2-2: Máy khuấy từ có gia nhiệt 45

21 Hình 2-3: Máy sấy chân không 45

22 Hình 2-4: Đồ thị biểu diễn kết quả chế độ rán dầu 51

23 Hình 2-5: Đồ thị biểu diễn kết quả nhiệt độ trung hòa lần 1 53

24 Hình 2-6: Đồ thị biểu diễn kết quả nhiệt độ trung hòa lần 2 54

25 Hình 2-7: Đồ thị biểu diễn kết quả thời gian trung hòa lần 1 55

26 Hình 2-8: Đồ thị biểu diễn kết quả thời gian trung hòa lần 2 56

27 Hình 2-9: Đồ thị biểu diễn kết quả nồng độ NaCl thích hợp cho 58

quá trình rửa 28 Hình 2-10: Đồ thị biểu diễn kết quả nhiệt độ thích hợp cho quá trình 59

rửa dầu 29 Hình 2-11: Đồ thị biểu diễn kết quả nhiệt độ thích hợp cho phản ứng 61

chuyển ester 30 Hình 2-12: Đồ thị biểu diễn kết quả tỉ lệ dung dịch methanolxide của 62

phản ứng chuyển ester 31 Hình 2-13: Đồ thị biểu diễn kết quả tỉ lệ giữa NaOH và methanol của 64

dung dịch methanolxide dùng cho phản ứng chuyển ester 32 Hình 2-14: Đồ thị biểu diễn kết quả thời gian khuấy phù hợp cho phản ứng 65

chuyển ester 33 Hình 3-1: Cấu tạo chung của các axit triglyxerit 69

34 Hình 3-2: Thiết bị đồng thể hóa thí nghiệm 74

35 Hình 3-3 Nồi phản ứng 74

36 Hình 3-4: Sơ đồ tiến hành thí nghiệm 77

37 Hình 3-5: Sơ đồ thực nghiệm đối chứng mỡ bôi trơn 80

38 Hình 3-6: Sơ đồ cấu tạo của máy khảo nghiệm ma sát 82

39 Hình 3-7: Máy khảo nghiệm ma sát 83

40 Hình 3-8 : Mẫu ma sát thử nghiệm được bôi trơn bằng mỡ dẻo 83

42 Hình 3-10: Đồ thị biểu diễn hệ số ma sát của mỡ bôi trơn được chế biến từ 87

dầu gốc của mỡ đà điểu và mỡ bôi trơn Castrol - Spheerol sx 3

LỜI NÓI ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hàng năm thế giới tiêu thụ khoảng 40 triệu tấn vật liệu bôi trơn, trong đó mỡ bôi trơn chỉ chiếm khoảng 5% nhưng là sản phẩm không thể thay thế trong kỹ thuật Riêng ở Việt Nam hiện nay, mỗi năm tiêu thụ khoảng 20.000 tấn mỡ Trong số các

mỡ bôi trơn hiện nay, loại mỡ sản xuất từ nguyên liệu dầu khoáng và xà phòng của các axit béo chiếm tới hơn 99 %

Nước ta là một trong những nước có tiềm năng về tài nguyên rất lớn, các vật liệu bôi trơn đã qua sử dụng bị thải vào môi trường một cách bừa bãi cũng như bị rơi vãi, rò rỉ do tàu thuyền là nguồn gốc chủ yếu gây ô nhiễm Mặc dù chưa được thống kê đầy đủ nhưng lượng chất bôi trơn tích tụ trong môi trường chắc chắn gây

ra tác hại rất lớn

Hiện nay, khi các yêu cầu về an toàn môi trường ngày càng tăng, việc tạo ra các sản phẩm bôi trơn tổng hợp có khả năng phân hủy sinh học cao, thay thế cho các sản phẩm bôi trơn gốc dầu mỏ truyền thống ngày càng trở nên cấp thiết Bên cạnh đó, hàng năm các trung tâm giống đà điểu trên toàn quốc và cụ thể là trung tâm giống đà điểu của Tổng Công ty Khánh Việt là trung tâm sản xuất ra khoảng hơn 36,5 tấn mỡ đà điểu các loại hàng năm, phần nào gây ảnh hưởng đến môi trường khi chưa được sử dụng chúng một cách hiệu quả

Mặt khác trong công nghệ thực phẩm chất bôi trơn đóng một vai trò hết sức quan trọng Làm bẩn thực phẩm thông qua môi trường bôi trơn trong quá trình sản xuất và đóng gói sẽ làm hại cho người tiêu dùng Tất nhiên không chỉ có môi trường chất bôi trơn gây nhiễm cho thực phẩm mà còn nhiều nguyên nhân khác Nhưng sự nhiễm bẩn qua con đường bôi trơn rất khó tẩy rửa và xử lý Vì vậy chất bôi trơn dùng cho công nghệ thực phẩm không chỉ đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật như: Điều kiện nhiệt độ của môi trường, tải trọng, đặc tính bôi trơn, đặc trưng hình học của các cặp ma sát cần bôi trơn như các tiêu chuẩn cần phải có của các chất bôi trơn khác, mà còn phải đáp ứng được các yêu cầu của vệ sinh thực phẩm Để cho quá trình bôi trơn không còn là nguồn làm bẩn thực phẩm, phải dùng các phụ gia và các

quy định cụ thể Người ta thường dùng các giải pháp sau đây để hạn chế tác nhân làm bẩn thực phẩm trong quá trình chế biến và đóng gói thực phẩm của dầu mỡ bôi trơn:

- Phân loại nguồn gây hại và đánh giá khả năng rủi ro

- Sử dụng đúng các quy định của pháp luật và các tiêu chuẩn trong từng lĩnh vực chế biến

- Hạn chế khả năng gây nhiễm thông qua việc thiết kế các cấu trúc máy chế biến và đóng gói dùng trong chế biến thực phẩm, đặc biệt là cấu trúc và phương án của hệ thống bôi trơn

- Sử dụng chất bôi trơn có tính trơ với môi trường, có các tính chất đáp ứng với các yêu cầu đặt ra của ngành thực phẩm

- Sử dụng các quy phạm tiên tiến và phổ biến các nguyên tắc kiểm tra chất lượng Bên cạnh đó trong các vấn đề chung liên quan đến độ tin cậy, tuổi thọ của máy

thì vấn đề ma sát, mòn, bôi trơn có vai trò quan trọng Nó quyết định đến trên 95%

độ tin cậy và tuổi thọ của máy và thiết bị

Công dụng của dầu mỡ bôi trơn là: giảm thiểu ma sát của cặp ma sát, giảm hao mòn, có tác dụng làm mát, làm sạch bề mặt ma sát, bảo vệ bề mặt của cặp ma sát khỏi ăn mòn và han gỉ, trong một số máy móc, chất bôi trơn có tác dụng làm kín không gian công tác

Vì những chức năng đó nên vật liệu bôi trơn cần phải có các tính chất sau: Phải có tính bôi trơn, không được phản ứng với vật liệu chế tạo các bề mặt của cặp

ma sát, hoặc với các phương tiện kiểm tra, phải bảo toàn được các tính chất của mình trong thời gian sử dụng dài, không giảm phẩm cấp trong quá trình tàng trữ bảo quản, không có khả năng tác dụng hóa học mạnh và chứa các thành phần tác dụng không có lợi cho môi trường tự nhiên, trong các điều kiện sử dụng bình thường không được bốc cháy, cần phải duy trì các tính chất sử dụng cần phải có trong suốt thời kỳ sử dụng, trong phạm vi ứng suất và nhiệt độ của cặp ma sát, các tiện ích phải dễ dàng và chi phí thấp, giá thành phải thấp

Các tính chất yêu cầu trên đối với dầu, mỡ trong thực tế rất khó đạt được tất

cả, nếu có đạt được thì giá thành của chất bôi trơn sẽ rất cao, khó chấp nhận trên thị trường Vì vậy, tùy theo điều kiện sử dụng mà người ta tạo ra các vật liệu bôi trơn thích ứng Mỗi loại dầu, mỡ đáp ứng cho một điều kiện làm việc, nên thị trường vật liệu bôi trơn hiện nay rất phong phú, nhiều chủng loại và tác dụng của mỗi chủng loại có khác nhau nên đòi hỏi người tiêu dùng phải có những hiểu biết nhất định về vật liệu bôi trơn

Từ những phân tích trên, chúng ta thấy Tribology không dừng lại ở những vấn

đề kỹ thuật mà nó còn là ngành khoa học đòi hỏi sự tham gia đóng góp nghiên cứu của các nhà khoa học từ nhiều lĩnh vực Với xu thế phát triển của các ngành công nghiệp như hiện nay, đòi hỏi rất đa dạng về chủng loại dầu mỡ bôi trơn không những đảm bảo về số lượng, chất lượng mà còn phải đảm bảo không gây ô nhiễm môi trường Trong khi đó nguồn dầu mỏ ngày càng cạn kiệt Để đáp ứng nhu cầu

đó, trên thế giới cũng như ở nước ta đã và đang có nhiều nhà khoa học nghiên cứu

ra nhiên liệu thay thế dần cho nhiên liệu gốc dầu mỏ bằng nhiên liệu gốc dầu động, thực vật

Trên thực tế mỡ đà điểu khá nhiều Trong mỡ đà điểu thường chứa các acid béo không no rất cần thiết cho hoạt động sống của con người Trong quá trình chế biến mỡ đà điểu dùng trong thực phẩm vẫn có một lượng lớn mỡ cứng được tách ra

Về mặt lý thuyết các loại mỡ cứng có thể sử dụng để sản xuất các chế phẩm công nghiệp như sản xuất sản phẩm biodiesel hay mỡ bôi trơn trong máy chế biến thực phẩm Vì thế việc nghiên cứu nhằm sử dụng một cách hợp lý nguồn mỡ đà điểu làm thức ăn cho con người và sử dụng trong công nghiệp là cần thiết Ngoài ra, khi sử dụng dầu bôi trơn có nguồn gốc mỡ đà điểu, dầu thải đã qua sử dụng có thể dễ dàng

bị phân hủy do tác động của vi sinh vật do vậy ít gây ô nhiễm môi trường

Với phương châm “Tăng cường chế biến sản phẩm tinh chế ”, “Sản xuất

các sản phẩm có giá trị gia tăng” từ nguyên liệu kém giá trị kinh tế Do vậy, việc

nghiên cứu chế biến và khảo nghiệm các tính năng mỡ đà điểu thành thực phẩm hay dầu mỡ bôi trơn trong công nghiệp là cần thiết nhằm nâng cao giá trị thương phẩm

cho nghành chăn nuôi đà điểu góp phần sử dụng một cách có hiệu quả nguồn mỡ đà điểu vốn sẵn có

Từ những luận điểm trên đó là lý do đề xuất đề tài: “Nghiên cứu sử dụng mỡ

đà điểu làm dầu mỡ bôi trơn cho thiết bị tàu thủy”

Nhằm góp phần nhỏ bé của mình vào việc hoàn thiện sử dụng dầu mỡ động,

thực vật làm nguyên liệu thay thế để sử dụng cho thiết bị tàu thủy Sau một thời gian nghiên cứu nay tôi đã hoàn thành được luận văn với 3 nội dung cơ bản sau:

• Chương 1: Vật liệu bôi trơn và các thành phần chủ yếu của vật liệu bôi trơn

• Chương 2: Thử nghiệm tinh chế methylester từ mỡ đà điểu để làm dầu gốc pha chế mỡ bôi trơn

• Chương 3: Thử nghiệm nấu mỡ bôi trơn từ methylester tinh chế từ mỡ

∗ Mục tiêu cần đạt được:

- Tinh chế nguyên liệu mỡ đà điều thành các ester để pha chế dầu mỡ bôi trơn

- Pha chế và thử nghiệm để đạt được các tính chất cần có của mỡ bôi trơn có dầu gốc là ester tinh chế từ mỡ đà điểu

- Thử nghiệm khả bôi trơn cho các ổ trượt bằng đồng (thông qua mô hình Trục thép C45 – Bạc đồng), xác định các thông số cơ bản như áp lực giới hạn, tốc độ mài mòn khi được bôi trơn bằng dầu mỡ được sản xuất từ mỡ đà điểu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Mỡ bôi trơn được tinh chế sản xuất từ mỡ

đà điểu

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Tạo ra được sản phẩm dầu gốc (methylester) từ mỡ đà điểu để từ đó thử nghiệm pha chế và nấu mỡ từ dầu gốc (methylester) được tinh chế từ mỡ đà điểu + Đối chứng thử nghiệm các tính chất bôi trơn của mỡ bôi trơn được sản xuất

từ dầu gốc mỡ đà điểu với các loại mỡ bôi trơn khác

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Thông qua việc nghiên cứu sử dụng mỡ đà điểu dùng làm dầu mỡ bôi trơn cho thiết bị tàu thủy, nhằm nâng cao hiệu quả về mặt kinh tế và giúp phần cải thiện môi trường Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể áp dụng cho các thiết bị cần bôi trơn như:

- Các thiết bị trên tàu thủy

- Các thiết bị trong công nghệ chế biến thực phẩm

- Các thiết bị cơ khí nông cụ…

CHƯƠNG 1

VẬT LIỆU BÔI TRƠN VÀ CÁC THÀNH PHẦN CHỦ

YẾU CỦA VẬT LIỆU BÔI TRƠN

1.1 Tổng quan về bôi trơn và vật liệu bôi trơn

Từ lâu con người đã phát hiện ra nguồn dầu mỏ và lấy nó làm chất đốt phục vụ cho đời sống đặc biệt là làm nhiên liệu chạy các loại động cơ và bôi trơn các thiết bị máy móc Ngày nay nhiều nguồn năng lượng mới được đưa vào sử dụng trong thực tiễn, nhưng nguồn năng lượng chính sử dụng trong giao thông vận tải vẫn được cung cấp từ dầu mỏ

Dầu mỏ được khai thác từ trong lòng đất, trên đất liền hay ngoài đại dương, với trình độ khoa học tiến bộ như ngày nay con người có thể thăm dò phát hiện, và khai thác chúng với hiệu quả cao nhất Nhưng chúng ta đều đã biết, dầu mỏ không phải là tài nguyên vô tận, nó sẽ cạn kiệt trong vòng khoảng 50 - 100 năm nữa khi nhu cầu sử dụng dầu mỡ ngày một tăng cao Biết rõ điều này, từ lâu con người đã nghiên cứu để tìm ra những nguồn năng lượng, nguồn tài nguyên mới để thay thế dầu mỏ, trong đó chúng ta phải kể đến nguồn nguyên liệu động thực vật

Về mặt môi trường, các loại nguyên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ không phải

là nguồn nguyên liệu sạch, bởi khi bị đốt cháy hoặc bôi trơn nó sẽ sản sinh ra một lượng khí CO2 tương ứng và một số thành phần khác, ngoài ra còn một lượng các loại khí khác gây độc hại cho môi trường như: SO2, Hydrocacbon, CO,

NOx,…Nhưng đối với dầu động thực vật thì ngược lại, nó phát sinh khí thải ít hơn nhiều so với nguyên liệu nguồn gốc từ dầu mỏ Bụi trong khí thải được giảm một nửa, các hợp chất hydrocacbon được giảm thiểu đến 40% Dầu động thực vật gần như không chứa lưu huỳnh, không độc và có thể phân huỷ bằng sinh học Do vậy, nếu dùng nguyên liệu chế biến từ dầu động thực vật, môi trường sẽ được cải thiện hơn so với khi dùng nguyên liệu có nguồn gốc dầu mỏ Với những ưu điểm hơn hẳn

nguyên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ thì nguyên liệu có nguồn gốc từ động thực vật

đã được nghiên cứu và đưa vào trong đời sống có hiệu quả

Ngày 08 – 03 - 2004 Bộ trưởng Bộ Công nghiệp đã ký quyết định phê duyệt quy hoạch phát triển ngành dầu động thực vật tại Việt Nam đến năm 2010, với quyết định này sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành dầu động thực vật Với tất cả các những vấn đề trên đã tạo tiền đề cho chúng ta thực hiện việc nghiên cứu đề tài

∗ Khái niệm về chất bôi trơn [3]

Chất bôi trơn đưa vào cặp ma sát có tác dụng làm giảm thiểu ma sát, hao mòn

và tăng hiệu suất cho cặp truyền động Thực chất của việc bôi trơn là thay ma sát ngoài bằng ma sát nội của chất bôi trơn, làm giảm ma sát và tránh tiếp xúc giữa hai

bề mặt của cặp ma sát Vật liệu bôi trơn và các đặc tính cần phải có đó là:

Tác dụng của bôi trơn:

- Giảm thiểu ma sát của cặp ma sát

- Giảm hao mòn

- Có tác dụng làm mát

- Làm sạch bề mặt ma sát

- Bảo vệ bề mặt của cặp ma sát khỏi ăn mòn và han gỉ

- Trong một số máy móc, chất bôi trơn có tác dụng làm kín không gian công tác

Vì những chức năng đó nên vật liệu bôi trơn cần phải có các tính chất sau:

- Phải có tính bôi trơn

- Không được phản ứng với vật liệu chế tạo các bề mặt của cặp ma sát, hoặc với các phương tiện kiểm tra

- Phải bảo toàn được các tính chất của mình trong thời gian sử dụng dài

- Không giảm phẩm cấp trong quá trình tàng trữ bảo quản

- Không có khả năng tác dụng hóa học mạnh và chứa các thành phần tác dụng không có lợi cho môi trường tự nhiên

- Trong các điều kiện sử dụng bình thường không được bốc cháy

- Cần phải duy trì các tính chất sử dụng cần phải có trong suốt thời kỳ sử dụng,

trong phạm vi ứng suất và nhiệt độ của cặp ma sát

- Sử dụng dễ dàng và chi phí thấp

- Giá thành thấp

Các tính chất, yêu cầu trên đối với dầu mỡ, trong thực tế rất khó đạt được tất

cả, nếu có đạt được thì giá thành của chất bôi trơn sẽ rất cao, khó chấp nhận trên thị trường Vì vậy tùy theo điều kiện sử dụng mà người ta tạo ra các vật liệu bôi trơn thích ứng Mỗi loại dầu mỡ đáp ứng cho một điều kiện làm việc, nên thị trường vật liệu bôi trơn hiện nay rất phong phú, nhiều chủng loại và tác dụng của mỗi chủng loại có khác nhau nên đòi hỏi người tiêu dùng phải có những hiểu biết nhất định về vật liệu bôi trơn

1.2 Các thành phần chủ yếu của vật liệu bôi trơn [3]

Chất bôi trơn lỏng, thường gọi là dầu bôi trơn Nó là loại chất lỏng đặc biệt dùng để bôi trơn cho cặp ma sát Ngoài các yêu cầu như đã trình bày ở mục trên chất lỏng bôi trơn cần có một số tính chất:

- Phối hợp an toàn với vật liệu của cặp ma sát

- Tính không độc hại và các tính chất khác có liên quan đến bảo vệ môi trường

Ngoài ra tuỳ theo yêu cầu chuyên môn máy móc thiết bị, đặc biệt là điều kiện làm việc, các yêu cầu về độ tin cậy cũng như an toàn của thiết bị mà dầu nhờn phải

có một số tính chất khác nữa

Trong bảng 1-1 sau đây liệt kê các thành phần chính của chất bôi trơn dẻo

- Phụ gia biến đổi ma sát

- Chất khử kích hoạt kim loại (metal deactivators)

- Phụ gia cải thiện chỉ số nhớt

- Chất ức chế điểm chảy

- Phụ gia dính

- Phụ gia không thấm nước

- Các loại thuốc nhuộm màu

- Phụ gia biến đổi cấu trúc

1.2.1 Dầu gốc và các loại dầu gốc được dùng để pha chế vật liệu bôi trơn [1]

a Dầu gốc: Là loại dầu trực tiếp nhận được từ dầu mỏ hoặc từ các nguồn

nguyên liệu nhựa đường, hoặc từ hợp chất tổng hợp

b Dầu nền: Là dầu nhận được từ hỗn hợp nhiều dầu thành phần khác nhau

c Dầu bôi trơn: Là dầu gốc khi đã cho thêm vào nó các loại phụ gia cần thiết

trong quá trình pha chế Dầu bôi trơn là thành phẩm cuối cùng để sử dụng Hiện nay dầu bôi trơn được sử dụng thường là dầu khoáng, dầu tổng hợp và dầu nhũ tương

d Dầu khoáng: Ở thể lỏng trong điều kiện sử dụng, nó được tổng hợp từ các

dầu thành phần được tinh chế từ sản phẩm dầu mỏ hoặc nguyên liệu hắc ín có pha thêm các phụ gia quý hiếm Dầu khoáng chiếm tỉ trọng lớn trong các loại dầu bôi trơn hiện nay Trong nhiều trường hợp dầu khoáng không đáp ứng được các tính chất cần thiết cho điều kiện sử dụng người ta phải dùng dầu tổng hợp

e Dầu tổng hợp: Ở dạng chất lỏng, nhận được từ tổng hợp hóa học hoặc bằng

phương pháp tinh chế đặc biệt các nguyên liệu khoáng chất Hiện nay có mấy loại dầu tổng hợp được sử dụng như sau:

+ Dầu tổng hợp hydrocacbon

+ Poly-izo-buten

+ Các chất thơm alkyl

+ Dầu hydrocabua chưng cất ướt (hydrocraking)

+ Dầu tổng hợp ướt (Hydrosynthetic)

f Dầu este: Các dầu này gồm các loại: Este mạch đơn giản, diester, polyeste,

este tổng hợp, este fosforat

g Dầu silicol: Silicol là các polyme thể lỏng, có khung cấu tạo là chất vô cơ,

trong đó các nguyên tử silic liên kết với các nguyên tử oxy (…-Si-O-Si-O-…), gắn kết với các nguyên tử silic là các nhóm metyl (-CH3) được gọi là metyl-silicol

h Este-silic: Là chất lỏng, ở trong các điều kiện sử dụng là các este của các

axít silic và các rượu hydroxit hoặc phenol và các hỗn hợp khác

i Polyglycol: Là hợp chất nhận được trong phản ứng của ôxít alkyl

k Este polyfenyl: Là hợp chất hóa học, trong đó các vòng thơm thường là

benzen được nối với các este, các nguyên tử ôxy

l Florua và florua có nguồn gốc từ hydrocacbon: Đây là loại chất lỏng có

nguồn gốc từ hydrocacbon parafin dầu mỏ hoặc các hydrocacbon thơm, trong các phân tử cuả nó các nguyên tử hydro được xếp đặt bằng các nguyên tử flo (F), clo (Cl) hoặc cả hai nguyên tố này

m Perfloruapolyeste: Là hợp chất hóa ở thể lỏng có xuất xứ từ các polieste,

nhận được bằng phương pháp tương tự như điều chế poly-alkyl-glycol trong phản ứng của các ôxit florua alkyl với các hợp chất có chứa hydro hoạt tính

Việc sử dụng dầu nền tổng hợp như là thành phần của dầu nhớt cần phải cân nhắc điều kiện làm việc cụ thể của nó Trong bảng 1-2 cho dưới đây giới thiệu cho

ta những đánh giá các tính chất sử dụng quan trọng nhất của các loại dầu nhớt có gốc là dầu tổng hợp so với dầu nhớt có gốc là dầu khoáng

Trong bảng 1-3 giới thiệu phạm vi nhiệt độ mà dầu có thể duy trì được tính bôi trơn của nó

Ngày nay đang có xu hướng dùng các dầu mỡ động thực vật cùng rượu este đơn hydric và các axít béo nhận được từ dầu thực vật làm thành phần để pha chế ra dầu bôi trơn Ưu điểm của các loại dầu nhớt này là ít gây độc, nên rất tốt cho việc bảo vệ môi trường

Trong các nguồn được dùng làm nguyên liệu để tinh chế ra các dầu gốc có thể

kể đến các dầu thực vật sau:

- Cải dầu

- Hướng dương

- Các loại đậu có dầu

- Cây cọ và các loại dầu thực vật khác

Bảng 1-2: Đánh giá các tính chất của dầu nhớt được pha chế từ các loại dầu

độ thấp **** **** ***** **** *** ** *** ** Tính bôi trơn

và xâm thực ***** **** *** *** *** ** *** *****

Ổn định thủy

phân ***** ***** ** *** **** **** ***** ***** Tính bay hơi

***** *** *** *** *** *** *** **

Tác dụng với

các vật làm kín *** ** ** ** *** ** ***** **** Hòa trộn với

dầu khoáng ***** ***** *** *** * * * *****

***** - Rất tốt, **** -Tốt , *** - Khá, ** - Đạt , * - Tạm được

Bảng 1-3: Phạm vi nhiệt độ sử dụng và các dầu khoáng và tổng hợp được

- Dầu thủy lực

- Dầu máy

- Dầu dùng trong công nghệ cơ khí

- Thành phần của nhũ tương dầu trong đúc bê tông (làm dễ tháo khuôn)

- Các thành phần trong vật liệu bôi trơn dẻo dễ phân hủy do vi khuẩn

Trong thời kỳ đầu của lịch sử phát triển ngành hàng không (đến những năm 70 của thế kỷ trước), người ta đã dùng dầu của cây thầu dầu (Ricinus communis) để bôi trơn cho các động cơ piston

So sánh các tính chất sử dụng của một số dầu nhớt bôi trơn thực vật so với dầu gốc khoáng được chỉ ra trong bảng 1-4

Bảng 1-4: So sánh tính chất sử dụng của một số loại dầu

Tính bôi trơn trung bình tốt

Chống hao mòn trung bình trung bình

Khả năng bốc cháy xấu xấu

Chống ăn mòn và xâm thực rất tốt đạt

Ổn định thủy phân tốt xấu

Tính bay hơi trung bình trung bình

Tác dụng với các vật liệu làm kín tốt đạt

Hòa trộn với dầu khoáng rất tốt tốt

1.2.2 Phụ gia cho vật liệu bôi trơn [3]

Dầu gốc có thể là dầu khoáng, dầu tổng hợp, trong một số trường hợp do phải đáp ứng yêu của các dụng cụ kỹ thuật hiện đại mà quyết định việc chọn dầu gốc để pha chế dầu bôi trơn Với mục đích cải thiện các tính chất bôi trơn cho dầu nhớt người ta phải pha chế các phụ gia Các phụ gia thường là các hợp chất hóa học tổng hợp, hoặc là các chế phẩm hóa học nhận được từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên Người ta phân ra một số loại phụ gia như sau:

- Phụ gia hạn chế sự ô xy hóa của dầu

- Phụ gia biến đổi các tính chất lưu biến

- Phụ gia hạ điểm đông đặc

- Phụ gia hòa tan và chống bám bẩn

- Phụ gia chống và tạo nhũ tương

- Phụ gia cải thiện tính bôi trơn

- Phụ gia chống hao mòn

- Phụ gia tạo mùi

- Phụ gia đa chức năng

1.2.3 Mỡ và pha chế mỡ dẻo làm vật liệu bôi trơn

1.2.3.1 Khái niệm về chất bôi trơn dẻo

Mỡ là chất bôi trơn có tính dẻo được sử dụng trong trường hợp không dùng được dầu nhờn Do đó so với dầu nhờn, mỡ có những đặc điểm và tính chất lý hóa riêng biệt để đáp ứng những yêu cầu trong sử dụng

Chất bôi trơn dẻo còn được gọi là hỗn hợp keo, trong đó các phân tử dầu bôi trơn được sắp xếp treo trên mạng lưới của các phân tử các chất làm đặc, đường kính của mỗi giọt dầu không vượt quá 1 micromet Hình dáng của chúng phụ thuộc vào đặc tính của chất làm đặc cũng như phương pháp tạo thành chất bôi trơn dẻo, các yếu tố chính là tốc độ làm nguội trong quá trình chế biến

Chất bôi trơn dẻo là chất lỏng phi Newton Sự khác biệt giữa chất lỏng Newton và chất lỏng phi Newton là ở chỗ, độ nhớt của chất bôi trơn dẻo không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất mà nó còn phụ thuộc vào gradient của tốc độ trượt (cắt) giữa các lớp chất lỏng Độ nhớt như thế được gọi là độ nhớt cấu trúc Tính chất này làm cơ sở để chế tạo các dụng cụ chuyên dùng cho bôi trơn và các cặp ma sát khi ta bôi trơn bằng vật liệu dẻo So với các chất lỏng, chất bôi trơn dẻo

có các tính chất đặc trưng, là nguyên nhân khiến nó được dùng ngày càng phổ biến

1.2.3.2 Tính chất của mỡ nhờn

a Độ nhỏ giọt

Hình 1-1: Dụng cụ đo nhiệt độ nhỏ giọt của mỡ

A Vỏ bọc nhiệt kế cùng mẫu mỡ khảo nghiệm

B Sơ đồ dụng cụ đo

1 Nhiệt kế; 2 Vỏ bọc nhiệt kế; 3 Hòm chứa mỡ; 4 Mỡ khảo nghiệm;

5 Ống nghiệm; 6 Bình cung cấp nhiệt

Độ nhỏ giọt là nhiệt độ thấp nhất, tại đó mỡ nóng chảy nhỏ xuống giọt đầu tiên hay sợi mờ chảy xuống chạm đáy ống nghiệm trong dụng cụ đo độ nhỏ giọt Độ nhỏ giọt cho biết nhiệt độ cao nhất mà mỡ còn sử dụng được Thông thường nhiệt độ sử dụng cao nhất thấp hơn nhiệt độ nhỏ giọt khoảng 10oC đến 20oC Tuy nhiên, xét về kết cấu thì mỡ là một hệ thể keo có kết cấu phức tạp do đó độ nhỏ giọt không đặc trưng hoàn toàn cho tính nóng chảy của mỡ Nhiều loại mỡ có độ nhỏ giọt gần giống nhau, những mức độ nóng chảy không giống nhau, như vậy tính ổn định nhiệt của mỗi loại mỡ cũng khác nhau Độ nhỏ giọt chỉ nói lên phần nào tính chất của mỡ

ở nhiệt độ cao

Loại xà phòng và độ no của xà phòng khác nhau thì độ nhỏ giọt của mỡ khác nhau Chất béo càng no thì nhiệt độ nhỏ giọt càng cao

Bảng 1-5: Điểm nhỏ giọt của một số loại mỡ có chất làm đặc khác nhau

Xà phòng natri (sodium soap)

Xà phòng ba ri (barium soap)

Xà phòng can xi (calcium soap)

Xà phòng nhôm (aluminium soap)

Xà phòng li ti (lithium soap)

Xà phòng can xi phức (calcium complex)

Xà phòng nhôm phức (aluminium complex)

Xà phòng li ti phức (lithium complex)

PTFE

165-190 120-150 60-100 100-120 170-200 225-250 200-260 250-300 230-300

b Độ đặc

Độ đặc chỉ trạng thái cứng, mềm của mỡ Qua độ đặc có thể chọn được loại

mỡ thích hợp cho các bề mặt ma sát dưới áp lực khác nhau

Hình 1-2: Sơ đồ của bộ phận xác định độ xuyên kim và nguyên lý xác định độ

Độ đặc của mỡ được đặc trưng bằng độ xuyên kim, là chiều sâu của khối chóp nón kim loại chuẩn rơi ngập vào mỡ trong một thời gian nhất định ở một nhiệt độ xác định Độ xuyên kim phụ thuộc vào độ nhớt của dầu nhờn, tỉ lệ chất làm đặc, loại

xà phòng và độ no của chất béo xà phòng hóa

Độ xuyên kim tỉ lệ nghịch với tỉ lệ chất làm đặc Nếu tỉ lệ chất làm đặc càng lớn, độ xuyên kim càng nhỏ

Mỡ được sản xuất từ chất béo no có độ xuyên kim nhỏ hơn từ cùng loại với chất béo không no Nếu mỡ được chế từ xà phòng cùng loại, nhưng dầu có độ nhớt khác nhau thì độ xuyên kim cũng khác nhau Nếu độ nhớt lớn thì độ xuyên kim nhỏ

Độ xuyên kim được coi là một trong những đặc tính chính của mỡ

c Tính ổn định thể keo

Tính ổn định thể keo là khả năng giữ vững kết cấu của mỡ dưới tác động của nhiệt độ và áp lực Tính chất này được đánh giá bằng tỉ lệ phần trăm trọng lượng dầu bị tách ra trong điều kiện thí nghiệm Để đánh giá tính ổn định thường dùng thí nghiệm tách dầu dưới ảnh hưởng của nhiệt độ và áp lực Mỡ được quấy kỹ rồi đổ vào phểu có giấy lọc, giữ ở một nhiệt độ nhất định trong 24 giờ Cân lượng dầu bị tách ra, tính tỉ lệ phần trăm trên lượng mỡ thí nghiệm

Lượng dầu tách ra càng nhiều, mỡ càng không ổn định Độ nhớt của dầu càng nhỏ, lượng dầu tách ra càng nhiều Cùng với thí nghiệm tăng nhiệt tách dầu còn có thí nghiệm tăng áp tách dầu

Tính ổn định ở thể keo của mỡ phụ thuộc vào độ dính của dầu, chất làm đặc và

kỹ thuật chế biến mỡ Độ dính của dầu tăng, chất làm đặc có khả năng làm đặc tốt

sẽ làm tăng tính ổn định thể keo mỡ

d Tính nhũ hóa của mỡ

Tính nhũ hóa là khả năng hòa tan của mỡ vào nước tạo nhũ tương Nếu khả năng này lớn (tính khử nhũ kém) thì mỡ hòa tan vào nước nhiều, mỡ sẽ không được dùng được ở nơi ẩm ướt

e Axit hữu cơ - Bazơ trong mỡ

Quá trình xà phòng hóa có thể xảy ra không hoàn toàn, do đó một lượng Axit hoặc bazơ tự do sẽ còn dư lại trong mỡ Với hàm lượng khoảng 0,2% bazơ tự do ở trong mỡ có tác dụng làm cho mỡ không bị thủy phân Nếu lượng bazơ quá lớn thì tính ổn định thể keo sẽ kém đi, lượng bazơ quá nhỏ hay khi mỡ có tính axit, mỡ sẽ mềm và tính ổn định hóa học kém Trong quá trình sử dụng và tồn chứa một lượng bazơ nhỏ có tác dụng giữ cho mỡ không bị axit hóa do hiện tượng ôxy hóa gây ra Lượng bazơ được biểu thị bằng % trọng lượng bazơ so với lượng mỡ thí nghiệm Axit không được có ở trong mỡ, vì sẽ gây ăn mòn Trị số axit được dùng để biểu thị lượng axit có trong mỡ, đồng thời để đánh giá mức độ lão hóa của mỡ Tính

ăn mòn được kiểm tra bằng phương pháp kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng, thép

Mỡ bôi trơn bánh răng

Mỡ bôi trơn ổ đỡ

Mỡ bảo quản

Mỡ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và các ngành kinh tế khác Để thuận lợi trong sử dụng người ta đã phân loại mỡ thành các loại có ứng dụng khác nhau Sự phân loại mỡ dựa trên độ kim xuyên của Viện nghiên cứu mỡ bôi trơn của

Mỹ (USNational Lubricating Grease Institute -NLGI) đề xuất từ năm 1925 có thể nói là cách phân loại đầu tiên trên thế giới về mỡ bôi trơn Theo cách phân loại này

mỡ được phân chia theo chỉ số NLGI và có các loại cho trong bảng 1-6

Tất nhiên, phương pháp này không thỏa mãn về vật lý và những năm sau người ta đã cố gắng làm cho nó tương quan hoặc thay thế nó bằng tính nhớt, ví dụ như đo bởi ứng suất uốn của nhớt kế quay Ngày nay, sự mô tả mỡ bôi trơn bằng các tiêu chuẩn ví dụ như ISO 6743 hoặc DIN 51825 Các tiêu chuẩn này dựa trên cơ

sở chủ yếu là độ đặc, nhiệt độ làm việc thấp nhất và lớn nhất, tính chịu nước, khả năng mang tải Đối với mỡ dùng cho ô tô được phân loại theo tiêu chuẩn ASTM D

4950

Nhưng đối với một số loại mỡ sự phân tích hữu hiệu là phải căn cứ vào các tính chất hóa học và vật lý của dầu nền và chất làm đặc, theo lẽ tự nhiên nếu tăng nồng độ chất làm đặc thì độ đặc của mỡ tăng Nhưng đặc tính này chỉ có giá trị tốt nhất khi tỉ lệ giữa chất pha và dầu nền là hợp lý

1.2.3.4 Chất làm đặc cho mỡ

Các chất làm đặc không chỉ có tác dụng làm đặc, mà nó còn có tác dụng làm thay đổi tính chất của chất bôi trơn lỏng Vì vậy phải cân nhắc để lựa chọn các chất làm đặc để nó không có ảnh hưởng không lợi cho các tính chất của chất bôi trơn lỏng, các chất làm đặc không những phải đảm bảo được tính chất bôi trơn vốn có của chất bôi trơn lỏng mà còn có tác dụng hỗ trợ để nâng cao khả năng bôi trơn của

mỡ ở điều kiện chất bôi trơn lỏng không thể đáp ứng (nhiệt độ cao, tải trọng bề mặt lớn…) Một số tính chất cơ bản của một vài chất làm đặc được cho trong bảng 1-1

a Xà phòng đơn

Về tổng quát, chất làm đặc tốt nhất là các axit béo với 18 nhóm carboxylic, nó

có 18 nguyên tử carbon Các xà phòng thường được điều chế từ 12 - hydroxystearic axit có nguồn gốc từ sinh vật hoặc từ stearic acid được điều chế từ động thực vật, hay từ các esters của nó, thông thường là các glyxerit (glyceride) của các loại chất

béo động thực vật, hoặc từ các hydroxide của các phần tử kiềm và axit kiềm (alkali

và alkaline earth metals

Xà phòng can xi được điều chế từ chưng cất 12 - hydroxystearic acid được gọi

là xà phòng canxi khan (anhydrous calcium soaps)

Hình 1-4: Cấu trúc phân tử của xà phòng canxi

∗ Xà phòng natri (Sodium Soaps)

So với mỡ li ti và mỡ canxi 12 - hydroxystearate, giá trị của mỡ xà phòng natri ngày nay thường thấp, mặc dù ở dạng nửa lỏng (semi - fluid) sản phẩm có một vài tính chất đặc biệt có thể dùng cho việc bôi trơn các bánh răng

∗ Mỡ được làm đặc bởi các loại xà phòng khác: Mỡ nền xà phòng nhôm, mỡ

xà phòng bari, mỡ xà phòng chì

∗ Xà phòng li ti phức (Lithium Complex Soaps)

Phổ biến nhất là xà phòng kép được hợp thành từ adxit 12 - hydroxystearic và axit azelaic có công thức cấu tạo:

Hình 1-6: Công thức cấu tạo của phức hợp thành từ Axit 12 – hydroxystearic và

axit azelaic

Xà phòng li ti phức có khả năng chịu tải tốt nhất có chứa axit boric hoặc axit phophoric Sự pha thêm một số axit khác vào axit azelaic và axit boric đã được khảo nghiệm một cách có hệ thống và được cho trong bảng 1-7

Bảng 1-7: Hệ xà phòng kép li ti (Lithium complex soap systems)

Hình 1-7: Sợi của xà phòng Lithium 12 - hydroxystearate - borate (ảnh chụp qua

kính hiển vi điện tử trước và sau khi trượt với140 000 s -1 )

∗ Xà phòng canxi phức

∗ Xà phòng sunfonat canxi phức (Calcium Sulfonate Complex Soaps)

∗ Xà phòng nhôm phức

Hình 1-9: Công thức cấu tạo của xà phòng nhôm phức

∗ Các xà phòng phức khác

Hình 1-10: Công thức cấu tạo của xà phòng titan phức

∗ Chất làm đặc ion hữu cơ khác

Hình 1-11: Công thức cấu tạo của chất làm đặc muối natri của axit

c Chất làm đặc hữu cơ không ion (Non - ionic Organic Thickeners)

Các chất làm đặc tựa cabarmat (Carbamate-like) có công thức cấu tạo:

Hình 1-12: Công thức cấu tạo của chất làm đặc Carbamate - like thickeners

f Chất lỏng được làm đặc tạm thời (Temporarily Thickened Fluids)

Trong lòng chất lỏng, nếu chất rắn ở dạng huyền phù thì độ nhớt của chất lỏng

sẽ tăng lên (bảng 1-8)

Bảng 1-8: Các chất lỏng làm đặc tạm thời (Temporarily thickened fluids)

Từ tính

(Magnetic)

Suspensions of ferrite particles in inert liquids

Magnetic field strength

Chi tiết quay nhanh phát ra âm thanh

Lưu biến điện

(Electrorheologi

cal)

Suspensions of silicates in silicone oils

Voltage Van thủy lực, chi

tiết làm việc nặng, ngâm trong chất lỏng, khớp cần bôi trơn

Tinh thể lỏng Compounds that form

smectic B-phases

Pressure –temperature

Khớp hoặc van thủy lực

1.2.3.5 Dầu nhớt dùng để pha chế mỡ

Dầu nhờn dùng để pha chế mỡ thường dùng là các loại dầu gốc nên được gọi tắt là dầu gốc Về nguyên tắc các dầu gốc đều có thể được dùng làm dầu gốc để pha

chế mỡ, nhưng chỉ đối với dầu gốc có độ nhớt động học ở nhiệt độ 40oC có giá trị (15 - 1500) mm2.s-1 mới được sử dụng Ở đây chỉ phân tích một số đặc điểm của các loại dầu gốc có ảnh hưởng đến tính chất và khả năng làm việc của mỡ

a Dầu gốc khoáng

Những dầu có chỉ số nhớt VI thấp thông thường yêu cầu chất làm đặc ít hơn đối với dầu có chỉ số cao khi chúng có cùng độ nhớt động học Những mỡ cần sử dụng ở phạm vi nhiệt độ rộng ngày nay được ưa thích hơn

- Dầu gốc hỗn hợp các thành phần không thể trộn lẫn được

Các mỡ là những chất bôi trơn duy nhất, mà các chất này với các chất làm đặc tạo ra sự chống đỡ không cho chất lỏng khác trộn lẫn vào một chất bôi trơn

Bảng 1-9: So sánh một số tính chất của các loại mỡ có dầu gốc và chất làm

đặc khác nhau

TT Chất làm

Phạm vi nhiệt độ làm việc ( o C)

Nhận xét

1 Xà phòng Natri

(Na)

Dầu khoáng -20 đến 100 Dễ tạo nhũ tương với nước, có thể hoá lỏng

2 Xà phòng li ti

(Li)

Dầu khoáng -20 đến 130

Bền vững với nước đến 90oC, dễ tạo thành nhũ tương với lượng nhỏ, mềm đi với lượng lớn là loại mỡ đa chức năng (MP)

3 Xà phòng li ti

kép

Dầu khoáng -30 đến 150

Bền vững với nước, là loại mỡ chịu nhiệt độ

cao (HT) và cũng là mỡ MP

4 Xà phòng

canxi (Ca)

Dầu khoáng -20 đến 50

Rất bền vững với nước, bị nước thâm nhập

chứ không phải hấp phụ

5 Xà phòng

nhôm (Al)

Dầu khoáng -20 đến 70

Bền vững trong nước với tính chất làm kín tốt khi ngâm trong môi trường nước

6 Xà phòng Na

phức

Dầu khoáng -20 đến 130

Rất bền vững trong nước, mỡ dùng cho HT

và HL

8 Xà phòng ba ri

phức

Dầu khoáng -20 đến 150

Rất bền vững trong nước, sử dụng cho HT,

HL và HV (độ nhớt cao), chịu được hơi, có

Bền vững trong nước, thích hợp cho HT,

HL, HV, độ nhớt thay đổi phụ thuộc vào

các yếu tố khác

11 Bentonite

Dầu khoáng hoặc ester

-20 đến 150 Bền vững trong nước, loại mỡ gel, dùng

Bền vững trong nước, thích hợp cho HT và

LT, chịu được hơi, có tính độc

15 Xà phòng li ti Dầu

silicon -40 đến 170

Rất bền vững trong nước, thích hợp cho HT

và LT ở điều kiện LL (tải thấp) và tốc độ

trung bình