Tối ưu hóa quy trình điều chế phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng từ ethylene propylene copolymer ocp 2530 pl dạng rắn

TÓM TẮT LUẬN VĂN Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt là một thành phần quan trọng, quyết định tính chất của dầu nhờn động cơ.. Mục tiêu của luận văn là điều chế được loại phụ gia tăng chỉ số độ

-

TRẦN NGUYỄN BẢO NGUYÊN

TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ PHỤ GIA TĂNG CHỈ SỐ ĐỘ NHỚT DẠNG LỎNG TỪ ETHYLENE – PROPYLENE COPOLYMER OCP 2530 PL DẠNG RẮN

Chuyên ngành : Công nghệ hóa học

Mã số: 60 52 75

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2011

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Thái Nguyễn Huy Chí

ThS Trần Hải Ưng

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS Nguyễn Đình Thành

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Quang Long

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG

Tp HCM ngày 28 tháng 08 năm 2012

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS.TS Phan Thanh Sơn Nam

2 TS Lý Cẩm Hùng

3 PGS Nguyễn Đình Thành

4 TS Nguyễn Quang Long

5 TS Thái Nguyễn Huy Chí

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN NGUYỄN BẢO NGUYÊN MSHV: 10050126

Ngày, tháng, năm sinh: 08/08/1983 Nơi sinh: Đồng Nai

Chuyên ngành: Công nghệ hóa học Mã số : 60 52 75

I TÊN ĐỀ TÀI: Tối ưu hóa quy trình điều chế phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng từ ethylene - propylene copolymer OCP 2530 PL dạng rắn II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tối ưu hóa quy trình điều chế phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng từ propylene – ethylene copolymer OCP 2530 PL dạng rắn - Đề xuất quy trình điều chế phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài)

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài)

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên):

Tp HCM, ngày tháng năm 20

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA….………

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS Thái Nguyễn Huy Chí và thầy ThS Trần Hải Ứng đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tiến hành luận văn Xin cảm ơn tất cả các thầy cô, bạn bè đã có những ý kiến đóng góp, phê bình hết sức quý báu để giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban lãnh đạo cùng toàn thể cán

bộ công nhân viên Nhà máy dầu nhớt Vilube đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Bên cạnh đó, tôi cũng xin gởi đến gia đình tôi, những người đã luôn động viên, ủng hộ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn lời cảm ơn chân thành nhất

Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt là một thành phần quan trọng, quyết định tính chất của dầu nhờn động cơ Phần lớn phụ gia tăng chỉ số độ nhớt được sử dụng

ở Việt Nam hiện nay đều được nhập khẩu ở dạng lỏng với giá rất cao Nhiệm

vụ của luận văn là tối ưu hóa quy trình điều chế phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng từ nguyên liệu ethylene – propylene copolymer OCP 2530 PL dạng rắn Mục tiêu của luận văn là điều chế được loại phụ gia tăng chỉ số độ nhớt có chất lượng tương đương phụ gia nhập khẩu với chi phí thấp hơn

Các yếu tố được khảo sát để tối ưu hóa quy trình điều chế phụ gia tăng chỉ

số độ nhớt bao gồm: nồng độ OCP 2530 PL, loại và nồng độ chất chống oxy hóa, thời gian và nhiệt độ điều chế Hàm mục tiêu của nghiên cứu bao gồm độ nhớt động học ở 1000C – KV100; độ nhớt ở nhiệt độ cao, ứng suất trượt cao – HTHS; chỉ số độ nhớt – VI, tỷ số HTHS/KV100 Các yếu tố về kinh tế cũng được xem xét trong nghiên cứu này

Sau quá trình khảo sát, một vài quy trình tối ưu được đề xuất dựa trên cả hai khía cạnh kỹ thuật và kinh tế

ASTRACT

Viscosity index improver is one of the most important compositions determine property of engine oil Almost kinds of viscosity improver used in Vietnam are expensive imported liquid products The mission of this research

is optimizing the procedure to make liquid viscosity index improver from solid ethylene – propylene copolymer OCP 2530 PL The goal of this research is making one kind of viscosity index improver has equivalent quality to imported products with the lower cost

The factors are studied to optimize procedure include: concentration of OCP 2530 PL; type and concentration of antioxidant; process temperature and time Decision functions include kinetic viscosity at 1000C – KV100, high temperature high shear viscosity – HTHS, viscosity index – VI, ratio of HTHS/KV100 Economy factor is also considered in this research

After studying, some procedures are proposed base on technical side and economic side also

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của 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

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm …

Trần Nguyễn Bảo Nguyên

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2

2.1 Tổng quan về dầu nhờn 2

2.1.1 Định nghĩa 2

2.1.2 Công dụng của dầu nhờn 2

2.2 Các thành phần cơ bản của dầu nhờn 4

2.2.1 Dầu gốc 4

2.2.2 Các loại phụ gia 7

2.3 Tổng quan về phụ gia tăng chỉ số độ nhớt – VII 12

2.3.1 Độ nhớt 12

2.3.2 Chỉ số độ nhớt – VI 16

2.3.3 Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt – VII 16

2.3.4 Các nghiên cứu về VII trên thế giới 18

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

3.1 Nguyên liệu nghiên cứu 20

3.1.1 Dầu gốc 20

3.1.2 Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng rắn 20

3.1.3 Phụ gia chống oxy hóa 21

3.1.4 Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng 21

3.2 Phương pháp điều chế và chuẩn bị mẫu thí nghiệm 22

3.2.1 Phương pháp điều chế 22

3.2.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 22

3.3 Phương pháp và thiết bị phân tích 22

3.3.1 Phân tích độ nhớt ở 400C và 1000C theo phương pháp ASTM D445 bằng máy đo độ nhớt tự động 22

3.3.2 Xác định chỉ số độ nhớt bằng phương pháp ASTM D2270 24

3.3.3 Xác định độ nhớt ở nhiệt độ cao, ứng suất trượt cao – HTHS

theo ASTM D4683 24

3.4 Phương pháp tối ưu hóa 27

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 29

4.1 Kết quả khảo sát sơ bộ 29

4.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của loại dầu gốc đến chất lượng phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng 29

4.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ OCP 2530 PL, nhiệt độ và thời gian điều chế đến chất lượng phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng 30 4.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của loại chất chống oxy hóa đến chất lượng phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng 39

4.2 Ma trận tối ưu hóa thực nghiệm 41

4.3 Biện luận kết quả 44

4.3.1 Biện luận kết quả theo khía cạnh kỹ thuật 44

4.3.2 Biện luận kết quả theo khía cạnh kinh tế - kỹ thuật 47

4.4 Đề xuất quy trình điều chế 1000 Kg phụ gia tăng chỉ số độ nhớt từ OCP 2530 PL theo quy trình 48 50

4.5 Đánh giá hiệu quả tối ưu hóa 51

4.5.1 Đánh giá hiệu quả tối ưu hóa theo khía cạnh kỹ thuật 51

4.5.2 Đánh giá hiệu quả tối ưu hóa theo khía cạnh kinh tế - kỹ thuật 52 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54

a Kết luận 54

b Kiến nghị 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 56

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

OCP 2530 PL Ethylene – propylene copolymer OCP 2530 PL

VII Viscosity index improver – Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt

VI Viscosity index – chỉ số độ nhớt

KV100 Kinetic viscosity at 1000C – độ nhớt động học ở 1000C KV40 Kinetic viscosity at 400C – độ nhớt động học ở 400C HTHS High temperature high shear – độ nhớt ở điều kiện nhiệt

độ cao, ứng suất trượt cao

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Tính chất vật lý và hóa học của các loại dầu gốc

Bảng 2.2 Chỉ số độ nhớt của iso-parafin C21 và C24

Bảng 2.3 Phân loại dầu gốc theo tiêu chuẩn API

Bảng 2.4 Hệ thống phân loại độ nhớt SAE J300

Bảng 2.5 Phân loại phụ gia VII

Bảng 3.1 Tính chất các loại dầu gốc sử dụng trong nghiên cứu

Bảng 3.7 Kết quả đường chuẩn liên hệ giữa độ nhớt và momen xoắn

Bảng 4.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của loại dầu gốc đến chất lượng OCP

2530 PL dạng lỏng

Bảng 4.2 Mối liên hệ giữa độ nhớt động học của dầu gốc và độ nhớt động

học của phụ gia được điều chế từ phụ gia

Bảng 4.3 Bảng mã hóa điều kiện thí nghiệm khảo sát nồng độ OCP 2530

PL, nhiệt độ và thời gian điều chế

Bảng 4.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian điều chế

đến chất lượng phụ gia OCP 2530 PL dạng lỏng khi nồng độ OCP 2530 PL là 5.0%

Bảng 4.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian điều chế

đến chất lượng phụ gia OCP 2530 PL dạng lỏng khi nồng độ OCP 2530 PL là 6.0%

Bảng 4.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian điều chế

đến chất lượng phụ gia OCP 2530 PL dạng lỏng khi nồng độ OCP 2530 PL là 7.0%

Bảng 4.7 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian điều chế

đến chất lượng phụ gia OCP 2530 PL dạng lỏng khi nồng độ OCP 2530 PL là 8.0%

Bảng 4.8 Nhiệt độ, thời gian tối thiểu để hòa tan OCP 2530 PL rắn ở các

nồng độ khác nhau

Bảng 4.9 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của loại chất chống oxy hóa đến chất

lượng phụ gia OCP 2530 Pl dạng lỏng

Bảng 4.10 So sánh chất lượng phụ gia tăng chỉ số độ nhớt OCP 2530 PL

dạng lỏng khi sử dụng và không sử dụng chất chống oxy hóa Bảng 4.11 Ma trận thực nghiệm tối ưu hóa quy trình điều chế phụ gia tăng

chỉ số độ nhớt từ OCP 2530 PL

Bảng 4.12 Kết quả phân tích các mẫu OCP 2530 PL dạng lỏng tương ứng

với các điều kiện trong ma trận thực nghiệm tối ưu hóa

Bảng 4.13 Trọng số các hàm mục tiêu theo khía cạnh kỹ thuật

Bảng 4.14 Kết quả chấm điểm cho các quy trình điều chế phụ gia theo các

hàm mục tiêu về kỹ thuật

Bảng 4.15 Các quy trình điều chế tối ưu xét theo khía cạnh kỹ thuật

Bảng 4.16 Trọng số các hàm mục tiêu theo khía cạnh kinh tế - kỹ thuật Bảng 4.17 Kết quả chấm điểm cho các quy trình điều chế phụ gia theo các

hàm mục tiêu về kinh tế - kỹ thuật

Bảng 4.18 Các quy trình điều chế tối ưu xét theo khía cạnh kinh tế - kỹ

Bảng 4.22 So sánh giá của phụ gia tăng chỉ số độ nhớt lỏng được điều chế từ

OCP 2530 PL rắn và các phụ gia dạng lỏng nhập khẩu

Hình 2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với độ nhớt của dầu

Hình 2.5 Công thức cấu tạo các loại VII

Hình 2.6 Cơ chế hoạt động của phụ gia tăng chỉ số độ nhớt

Hình 3.1 Máy đo độ nhớt tự động

Hình 3.2 Phương pháp xác định chỉ số độ nhớt

Hình 3.3 Máy đo độ nhớt ở nhiệt độ cao, ứng suất trượt cao

Hình 4.1 Quy trình điều chế phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng từ OCP

2530 PL rắn

DANH MỤC ĐỒ THỊ

Đồ thị 3.1 Đường chuẩn liên hệ giữa độ nhớt và momen xoắn

Đồ thị 4.1 Ảnh hưởng của loại dầu gốc đến chất lượng phụ gia OCP 2530

PL dạng lỏng

Đồ thị 4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian điều chế đến chất lượng phụ

gia dạng lỏng khi nồng độ OCP 2530 PL là 5%

Đồ thị 4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian điều chế đến chất lượng phụ

gia dạng lỏng khi nồng độ OCP 2530 PL là 6%

Đồ thị 4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian điều chế đến chất lượng phụ

gia dạng lỏng khi nồng độ OCP 2530 PL là 7%

Đồ thị 4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian điều chế đến chất lượng phụ

gia dạng lỏng khi nồng độ OCP 2530 PL là 8%

Đồ thị 4.6 Ảnh hưởng của loại chất chống oxy hóa đến chất lượng phụ gia

OCP 2530 PL dạng lỏng

Đồ thị 4.7 Kết quả chấm điểm cho các quy trình điều chế phụ gia theo các

hàm mục tiêu về kỹ thuật

Đồ thị 4.8 Kết quả chấm điểm cho các quy trình điều chế phụ gia theo các

hàm mục tiêu về kinh tế - kỹ thuật

Đồ thị 4.9 So sánh chất lượng các loại phụ gia tăng chỉ số độ nhớt theo khía

cạnh kỹ thuật

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghiệp hiện nay, dầu nhờn đóng một vai trò rất quan trọng trong hoạt động sản xuất, giao thông vận tải và dân dụng Tác dụng chính của dầu nhờn là làm giảm ma sát, giảm mài mòn, làm mát và bảo vệ động cơ, giúp động cơ đạt được hiệu quả hoạt động tối ưu Theo thống kê, hiện nay, mức tiêu thụ dầu nhờn trên thế giới khoảng 40 triệu tấn mỗi năm với tốc độ tăng trưởng là 4% – 8%/ năm

Tất cả các sản phẩm dầu nhờn thương mại không thể thiếu một thành tố quan trọng là chất phụ gia Tuy chỉ chiếm từ 0,01 đến 20,00% nhưng phụ gia đóng vai trò sống còn và là yếu tố quyết định đến chất lượng của một thương hiệu dầu nhờn

Các loại phụ gia được phân chia theo chức năng như: chống oxy hoá, chống

ăn mòn, chống rỉ, chống tạo cặn, tăng chỉ số độ nhớt, chống tạo bọt, tạo nhũ, diệt khuẩn, tẩy rửa…

Trong các loại phụ gia trên, phụ gia tăng chỉ số độ nhớt đóng vai trò rất quan trọng trong dầu nhờn động cơ Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt giúp dầu nhờn

có độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ, do đó, bảo vệ động cơ ở nhiều điều kiện khác nhau cũng như dễ khởi động hơn

Các nhà máy sản xuất dầu nhờn hiện nay hầu hết đều sử dụng phụ gia tăng chỉ số độ nhớt được điều chế sẵn ở dạng lỏng Các phụ gia này được điều chế bởi một vài nhà sản xuất như Lubrizol, Infinium, Afton, Oronite… và phải nhập về từ nước ngoài Chính vì lý do đó, phụ gia tăng độ nhớt có giá cao và nguồn cung cấp không ổn định.

Bên cạnh phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng, một số công ty cũng đã tự điều chế phụ gia từ nguyên liệu dạng rắn để sử dụng Tuy nhiên, do quy trình điều chế chưa được khảo sát và tối ưu hóa nên chất lượng phụ gia không cao, chỉ có thể sử dụng cho các sản phẩm dầu nhờn cấp thấp để tiết giảm giá thành

Do đó, việc khảo sát và tối ưu hóa quy trình điều chế phụ gia tăng chỉ số

độ nhớt dạng lỏng từ nguyên liệu dạng rắn là nhu cầu xuất phát từ thực tiễn, giúp giảm giá thành sản xuất dầu nhờn, đồng thời có thể linh hoạt, chủ động về nguồn nguyên liệu

Từ những ý nghĩa thực tiễn đó, tôi xác định mục tiêu của đề tài như sau:

1 Tối ưu hóa quy trình điều chế phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng từ ethylene – propylene copolymer OCP 2530 PL dạng rắn

2 Xây dựng quy trình điều chế phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng từ ethylene – propylene copolymer OCP 2530 PL dạng rắn

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về dầu nhờn

2.1.1 Định nghĩa: Dầu nhờn là sản phẩm được tạo thành từ dầu gốc và có

hoặc không có phụ gia, có tác dụng giảm lực ma sát giữa 2 bề mặt tiếp xúc

2.1.2 Công dụng của dầu nhờn:

2.1.2 1 Công dụng bôi trơn và giảm ma sát

Dầu nhờn có nhiều công dụng trong đó công dụng quan trọng nhất là bôi trơn các bề mặt có chuyển động trượt giữa các chi tiết, làm giảm ma sát, do đó làm giảm tổn thất cơ giới trong động cơ, tăng hiệu suất có ích của toàn động

cơ, tức là tăng tính hiệu quả kinh tế cho hoạt động của động cơ Nguyên nhân của việc giảm ma sát là do khi bôi trơn sẽ có sự thay thế trực tiếp giữa các chi tiết máy bằng ma sát nội tại của màng chất lỏng ngăn cách các chi tiết máy Ma sát nội tại giữa các màng chất lỏng này luôn luôn nhỏ hơn rất nhiều so với các dạng ma sát khác

2.1.2 2 Làm kín khoảng cách giữa xilanh và piston

Màng dầu bôi trơn ngăn cách các chi tiết chuyển động trong động cơ, ngoài tác dụng bôi trơn, giảm ma sát, chống mài mòn còn có tác dụng làm kín Trên thực tế bề mặt của xecmăng, rãnh xecmăng và thành xylanh không trơn tru Qua kính hiển vi ta sẽ thấy bề mặt của chúng nhấp nhô Chính vì thế xecmăng không thể hoàn toàn ngăn cản hơi đốt từ trong buồng đốt có áp suất cao lọt ra ngoài vào cacte là nơi có áp suất thấp, do vậy làm giảm công suất của động cơ Dầu máy có chức năng lấp vào các khoảng trống giữa các bề mặt xecmăng và thành xylanh, có tác dụng làm kín, ngăn cản tối đa không cho các khí nóng trong quá trình đốt cháy đi qua xecmăng của piston đi vào cacte Độ kín của hệ piston – xecmăng – xylanh phụ thuộc vào độ nhớt của dầu bôi trơn Vì vậy khi lắp ráp cụm chi tiết máy phải bôi trơn dầu vào rãnh xecmăng và bề mặt xylanh

2.1.2 3 Làm sạch và thải bỏ những chất cặn bẩn có hại

Trên bề mặt ma sát, trong quá trình làm việc thường có vảy rắn tróc ra khỏi

bề mặt Dâù bôi trơn sẽ cuốn trôi các vảy tróc, sau đó giữ lại trong các bầu lọc của hệ thống bôi trơn tránh cho bề mặt bị cào xước Vì vậy khi động cơ chạy rà sau khi lắp ráp hoặc sửa chữa thường có nhiều mạt kim loại còn sót lại trong quá trình lắp ráp và nhiều vảy tróc ra khi chạy rà nên phải dùng dầu bôi trơn

có độ nhớt nhỏ để tăng khả năng rửa trôi các mạt bẩn trên bề mặt và sau đó chạy rà phải thay nhớt mới phù hợp hơn Ngoài ra, trong động cơ diezen khi nhiên liệu cháy tạo ra muội than, cần tránh hiện tượng muội bám cặn trên thành 18olyme nhiều gây cháy xecmăng, cũng như muội làm nghẽn bộ lọc các đường dẫn dầu bôi trơn Trong động cơ xăng pha chì khi xăng cháy cũng tạo ra một lượng muội chì, cần tránh sự đóng cặn của muội chì Tất cả hiện tượng vừa nói trên góp phần tạo ra hai loại cặn trong dầu máy trong quá trình làm việc là cặn bùn và cặn cứng

Cặn bùn được tạo thành do sự kết hợp giữa hơi nước, bụi, sản phẩm xuống cấp và nhiên liệu cháy dở Ban đầu cặn bùn tồn tại ở dạng những hạt rất nhỏ

mà không có bầu lọc nào có thể tách chúng ra được Lúc ban đầu tác hại không lớn vì chúng ít và rời rạc Nhưng cùng với thời gian cặn bùn tích tụ nhiều, đóng cục lại và sẽ gây tác hại, làm hạn chế sự lưu thông của dầu

Cặn cứng (Vecni) là sản phẩm của quá trình oxy hoá các hợp phần kém ổn định có trong dầu trong nhiệt độ và áp suất cao Cặn cứng làm thành một lớp cứng trên các chi tiết có nhiệt độ cao của động cơ Các bộ phận bơm, xecmăng, piston và các ổ đỡ rất dễ bị đóng cặn cứng Nếu để cho các cặn cứng tích tụ trên các chi tiết này động cơ không thể làm việc một cách bình thường được Dầu nhờn với phụ gia tẩy rửa sẽ có tác dụng ngăn cản sự tích tụ của cặn bùn, cặn cứng, giữ cho bề mặt các chi tiết luôn được sạch và tạo điều kiện cho động cơ hoạt động một cách trơn tru

Để đảm bảo các công dụng của dầu bôi trơn yêu cầu dầu bôi trơn có thành phần và có chất lượng phù hợp Thành phần và chất lượng đó phụ thuộc vào các loại dầu nhờn gốc và các phụ gia sử dụng trong pha chế cũng như điều kiện tại xưởng pha chế dầu nhờn

2.1.2 4 Chống ăn mòn

Nước là một nguyên nhân gây nên sự rỉ sét của các chi tiết được chế tạo từ kim loại Mỗi một thể tích nhiên liệu đốt cháy trong động cơ sản ra hơn một thể tích nước, mặc dù phần lớn lượng nước này ở thể hơi và thoát ra qua ống xả, tuy nhiên còn một ít đọng lại trong 19oly xi lanh hay lọt qua xecmăng và ngưng lại trong cacte Hiện tượng này thường xảy ra khi thời tiết lạnh hay khi động cơ chưa được sưởi ấm Thêm vào đó là các sản phẩm phụ sinh ra do nhiên liệu cháy dở Nhưng khí cháy có tính ăn mòn cũng lọt qua xecmăng rồi ngưng lại hoặc hoà tan trong dầu, ngoài ra còn các chất axít được tạo thành do sự oxy hoá dầu Vì vậy khả năng tạo rỉ sét và ăn mòn càng trở nên trầm trọng Các chi tiết cần được bảo vệ chống lại sự ăn mòn và chống rỉ

Màng dầu bôi trơn phủ lên bề mặt các chi tiết ma sát có tác dụng chống rỉ sét cho máy móc trong thời gian ngừng hoạt động, đặc biệt là các bộ phận ẩm ướt như tuốc bin hơi, máy móc làm việc trên công trường, đồng ruộng Ngoài

ra chúng còn có tác dụng hạn chế tối đa sự lan truyền của chất axit, một sản phẩm của quá trình cháy các loại nhiên liệu nhiều lưu huỳnh trong động cơ 19olyme Tuổi thọ của động cơ phụ thuộc một phần vào khả năng trung hoà của dầu máy đối với những hợp chất có tác dụng ăn mòn Để dầu nhờn đảm bảo được tính năng này phải sử dụng các phụ gia mang tính kiềm có tác dụng trung hoà các axit tạo ra khi nhiên liệu cháy Thông thường trong quá trình sử dụng dầu nhờn, hàm lượng phụ gia ngày sẽ giảm dần Khi phụ gia thấp dưới quy định cho phép thì dầu không còn đủ phẩm chất và phải thay thế

2.1.2 5 Chống mài mòn

Dầu nhờn có tác dụng ngăn chặn tối đa sự mài mòn xảy ra ở các nơi có nhiều chuyển dịch tương đối giữa các bề mặt với tốc độ thấp, ở giữa các bề mặt chịu tải cao

Ở điều kiện nhiệt độ và áp lực cao, màng dầu bôi trơn có khả năng bị phá huỷ nên yêu cầu trong dầu bôi trơn phải có những phụ gia chống mài mòn, tạo thành trên các chi tiết kim loại một màng chất bảo vệ bền vững Chúng sẽ trượt

2.1.2 6 Làm mát động cơ

Do ma sát tại các bề mặt làm việc như piston- xylanh trục khuỷu – bậc lót đều phát sinh nhiệt Mặt khác một số chi tiết như piston, vòi phun còn nhận nhiệt của khí cháy truyền đến Do đó, nhiệt độ ở một số chi tiết là rất cao, có thể phá hỏng các điều kiện làm việc bình thường của động cơ như gây ra bó kẹt, giảm độ bền của các chi tiết, kích nổ ở động cơ xăng, giảm hệ số nạp… Nhằm giảm nhiệt cho các chi tiết máy cần có hệ thống làm mát trong quá trình động cơ hoạt động Làm mát động cơ dựa vào hệ thống làm mát chỉ thực hiện được 60% công việc làm mát Nước làm mát phần trên động cơ là các đỉnh xylanh, 20oly xylanh và các van, còn trục khuỷu các ổ đỡ, trục cam, các bánh răng, piston và các cụm chi tiết khác được làm mát bằng dầu máy Dầu máy cacte theo hệ thống bôi trơn (có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chi tiết ) được dẫn đến các bề mặt có nhiệt độ cao để tải bớt nhiệt đi và cacte lại được làm mát bằng bộ tản nhiệt không khí Đặc biệt dầu bôi trơn là phương tiện chính làm mát piston Thực tế cho thấy khi dòng dầu làm mát dẫn đến đỉnh dưới của piston gặp trục trặc thì piston sẽ bị kẹt ngay Nếu vì một lý do nào đó lượng dầu không đủ để tản bớt nhiệt, khiến nhiệt độ vượt ngưỡng an toàn sẽ làm cho kim loại của vòng bị nóng chảy ra và bị phá huỷ

Chức năng làm mát này đòi hỏi phải chịu nhiệt độ cao nghĩa là dầu giữ được tính ổn định, không bị biến chất do tác dụng của oxy trong không khí ở nhiệt độ cao Để đạt được tính ổn định đó trên thực tế phải nhờ tới các phụ gia chống oxy hoá Muốn tản nhiệt tốt phải thay dầu trước khi độ nhiễm bẩn của dầu quá cao nằm tại các hệ thống dẫn dầu, đồng thời giữ mức dầu trong cacte cao hơn mức dầu tối thiểu cho phép

2.2 Các thành phần cơ bản của dầu nhờn

Từ xưa, con người đã biết sử dụng nhiều loại dầu nhờn khác nhau như mỡ nước, mỡ động vật, dầu thảo mộc, các sản phẩm dầu mỡ tổng hợp, các loại dầu

mỡ quánh… Ngày nay, dầu nhờn có nguồn gốc từ dầu mỏ được sử dụng phổ biến nhất Nguyên liệu chủ yếu của loại dầu nhờn này là dầu gốc, gồm các hydrocacbon tự nhiên và tổng hợp khác nhau Tuy nhiên, dầu gốc không có đủ

các tính năng cần thiết nên người ta thường cho thêm các phụ gia để tăng cường tính năng cho dầu nhờn

2.2.1 Dầu gốc

2.2.1.1 Khái niệm về dầu gốc

Nguyên liệu chính để sản xuất dầu gốc là phân đoạn nặng sau chưng cất khí quyển có nhiệt độ sôi trên 300oC Trong phân đoạn này có chứa các hợp chất hydrocacbon với số nguyên tử cacbon từ 21 đến 40 hay cao hơn, chủ yếu là :

- Paraffin mạch thẳng và mạch nhánh

- Naphten vòng thơm hay đa vòng, có hoặc không có mạch nhánh alkyl

- Các hydrocacbon thơm đơn vòng hay đa vòng, có hoặc không có mạch nhánh alkyl

- Các hợp chất lai hợp mà chủ yếu là loại lai hợp giữa naphten và paraffin, giữa naphten và hydrocacbon thơm

Những hydrocacbon trong phân đoạn này có trọng lượng phân tử lớn và có cấu trúc phức tạp, đặc biệt là dạng hydrocacbon lai hợp tăng lên rất nhiều

Bảng 2.1 : Tính chất vật lý và hóa học của các loại dầu gốc

Tính chất / thành phần hóa học Dầu parafin Dầu naphten Dầu aromatic

100 0,8628

229

107 -15

440 1,4755

40 5,0

0 0,9194

174

73 -30

330 1,5068

36 4,0 -185 0,9836

160

17 -24

246 1,5503 Phân tích qua đất sét

% thành phần thơm

% thành phần no

8,5 91,3

43

54

80

14 Loại nguyên tử carbon

Các hydrocacbon naphten là loại chiếm đa số trong phân đoạn này, số vòng naphten có thể từ 1 đến 4 vòng Xung quanh vòng naphten thường có nhánh phụ là các nhóm metyl và đồng đẳng Những loại naphten có 1 hoặc 2 vòng và

có nhánh phụ là các hydrocacbon parafin dài, nhánh phụ thường là mạch alkyl thẳng hoặc nhánh và thường ít nhánh

Các hợp chất thơm ở phân đoạn dầu nhớt thường gặp là loại 1, 2 hay 3 vòng thơm Đại bộ phận các hợp chất thơm ở phân đoạn dầu nhớt là loại lai hợp, lai hợp naphten và hydrocacbon thơm hay parafin

Ngoài các hydrocacbon, trong dầu gốc còn có các hợp chất dị nguyên tố chứa oxy, nitơ, lưu huỳnh Nói chung các hợp chất phi hydrocarbon là rất có hại, chúng tạo màu sẫm cho sản phẩm, làm giảm độ ổn định oxy hóa của sản phẩm

Tính chất của dầu gốc phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hydrocacbon Người ta thấy các hợp chất n-parafin với phân tử lượng lớn thường là parafin rắn (sáp), chúng làm giảm độ linh động của dầu nhớt nên hàm lượng của chúng cũng phải giảm đến mức cần thiết, đặc biệt đối với các loại dầu bôi trơn làm

việc ở nhiệt độ âm Trong khi đó các iso-parafin lại là thành phần rất tốt trong dầu bôi trơn vì chúng có độ nhớt thích hợp và tính chất nhớt nhiệt rất tốt

Số liệu bảng trên cho thấy, nếu mạch càng dài, nhánh phụ ở vị trí đầu mạch

và lại có nhánh thì chúng có chỉ số độ nhớt đặc biệt cao và đó là các cấu tử thích hợp nhất trong thành phần của dầu gốc có chất lượng cao

Các hydrocacbon naphten hay hydrocacbon thơm 1 vòng hay 2 vòng với mạch nhánh parafin dài khi có cùng nhiệt độ sôi thì độ nhớt cũng xấp xỉ nhau Khi tăng chiều dài nhánh, độ nhớt tăng lên rõ rệt và chỉ số độ nhớt cũng tốt, đặc biệt là khi mạch nhánh alkyl lại phân nhánh Còn đối với các naphten và hydrocacbon thơm nhiều vòng hoặc lai hợp naphten-hydrocacbon thơm thường

có độ nhớt rất cao, song chỉ số độ nhớt lại rất thấp Như vậy các hợp chất này không phải là cấu tử cần thiết để tạo ra sản phẩm dầu bôi trơn chất lượng cao Mặt khác trong quá trình bảo quản hay làm cho các hợp chất này có xu hướng tạo nhựa mạnh làm giảm nhanh chóng tính năng sử dụng của dầu nhớt

Như vậy chỉ có các hợp chất hydrocacbon với cấu trúc gồm naphten hay hydrocacbon thơm 1 vòng có nhánh iso-parafin dài và các iso-parafin mới là những cấu tử lý tưởng cho dầu bôi trơn vì chúng không chỉ có độ nhớt đảm bảo

mà còn có chỉ số độ nhớt rất cao cho phép chế tạo được dầu nhớt có chất lượng cao

2.2.1.2 Phân loại dầu gốc

Dầu gốc được phân loại dựa vào dựa vào 3 tiêu chí :

Dựa vào bản chất hoá học của các hydrocarbon, dầu gốc được chia làm 3 loại :

+ Parafin : Độ ổn định oxy hóa cao, điểm chảy cao, chỉ số độ nhớt cao + Naphten : Độ ổn định nhiệt nhỏ hơn dầu parafin, hàm lượng lưu huỳnh thấp, điểm đông đặc thấp, trị số acid tổng cao, chỉ số độ nhớt thấp

+ Aromatic : Độ bền oxy hóa thấp, độ bền nhiệt thấp , điểm đông cao, hàm lượng lưu huỳnh cao, chỉ số độ nhớt rất thấp

Theo tiêu chuẩn API, dầu gốc được chia thành 5 nhóm :

Bảng 2.3 : Phân loại dầu gốc theo tiêu chuẩn API

Sunfua

% Hydrocarbon bão hòa

sản xuất

I > 0.03 < 90 80 ≤ VI ≤ 120 Trích ly chiết tách bằng dung môi

II ≤ 0.03 ≥ 90 80 ≤ VI ≤ 120 Xử lý bằng hydro

V Tất cả các loại dầu gốc còn lại không nằm trong nhóm I, II, III, IV

2.2.2 Các loại phụ gia

Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thậm chí cả những nguyên tố được đưa thêm vào dầu nhờn để nâng cao tính chất riêng biệt của sản phẩm cuối cùng Phụ gia được pha vào sản phẩm dầu mỡ với nồng độ thông

thường 0,01  20% khối lượng

Phụ gia có thể sử dụng riêng biệt, cũng có thể dùng hỗn hợp một số phụ gia được pha trộn thành phụ gia hỗn hợp

2.2.2.1 Phụ gia chống oxy hóa

Phản ứng ôxy hoá là phản ứng trong đó ôxy kết hợp với các chất khác, trong đó có sự trao đổi điện tử Đây là một khía cạnh quan trọng của quá trình bôi trơn khi mà oxy không khí có thể tác dụng với các hợp phần của dầu bôi trơn ở những điều kiện vận hành khác nhau Để làm giảm sự tạo thành các sản phẩm oxy hoá từ dầu nhờn, người ta sử dụng các chất ức chế oxy hoá Chúng

có tác dụng làm giảm bớt các peroxyt hữu cơ, do đó kết thúc các phản ứng và

vì thế làm giảm tối đa sự tạo thành axit, muội, 25olymer và cặn bùn…

Phản ứng ức chế:

ROO. + InhH  ROOH + Inh.

Inh. + .OOR  InhOOR ( hợp chất không hoạt động)

Trong đó Inh là chất ức chế ôxy hoá

+ Nhóm thứ nhất: Bao gồm các hoá chất phản ứng với các gốc khơi mào, các gốc peroxyt và hydroperoxyt để tạo thành các hợp chất không hoạt động + Nhóm thứ hai: Gồm những chất hoá học có tác dụng phân huỷ những hợp chất trên thành những hợp chất kém hoạt động

2.2.2.2 Phụ gia thụ động hóa kim loại

Các chất phụ gia làm ngăn cản hoặc làm chậm tác động xúc tác được gọi là các chất khử hoạt tính kim loại hoặc thụ động hóa kim loại Các chất khử hoạt tính kim loại chung nhất là các dẫn xuất halogen và propylendiamin của disalixiliden

N- salixiliden etylamin Các chất này khử hoạt tính kim loại có mặt trong dầu bôi trơn do hình thành các phức chelat Các chất thụ động kim loại là các phụ gia dầu bôi trơn tác động bằng cách tạo màng trên bề mặt là các phụ gia dầu bôi trơn có tác động bằng cách tạo màng trên bề mặt kim loại Chúng có thể được xem như chất ức chế ăn mòn vì chúng ngăn cản quá trình oxy hóa dầu nhờn bởi tác động xúc tác

OH

OH

của kim loại và làm chậm quá trình tạo ra các chất ăn mòn, chất khử hoạt tính kim loại, tác dụng như các chất ức chế oxy hóa

2.2.2.3 Phụ gia chống ăn mòn

Chức năng của một số chất ức chế ôxy hoá là giảm tối thiểu việc tạo thành các peroxyt hữu cơ, axit và các thành phần ôxy hoá khác làm xuống cấp dầu bôi trơn, đặc biệt là dầu động cơ, vì vậy chúng cũng tác động như một chất ức chế ăn mòn và do đó phục vụ cả hai mục đích Bởi thế người ta có thể nói rằng chất ức chế ăn mòn bổ xung tác dụng thực tiễn của các chất chống ôxy hoá Các chất ức chế ăn mòn tạo thành một màng bảo vệ trên bề mặt của kim loại, ngăn cản sự tiếp xúc giữa tác nhân ăn mòn như axit peroxyt và các chất khác như kim loại nền Màng hấp phụ bảo vệ cũng giảm tối đa tác dụng xúc tác ôxy hoá của kim loại

Các chất ức chế ăn mòn được sử dụng rộng rãi trong dầu bao gồm

Các benzothiazol

Các tecpen sunfua hóa như limomen sunfua

Một vài phụ gia ức chế ăn mòn trong một số môi trường có thể gây ăn mòn trong các môi trường khác như ZnDDP, thông thường nó được dùng với nồng

độ từ 0,2  3%

2.2.2.4 Phụ gia chống rỉ

Rỉ là sự hình thành sắt hydroxyt, là một dạng đặc biệt quan trọng của ăn mòn bề mặt Vì thế ức chế bề mặt sắt chống rỉ là một yêu cầu đối với tất cả các loại dầu Vì vậy chất ức chế rỉ được dùng cho các chất bảo vệ kim loại đen

H N N N

chống rỉ Rỉ thường liên quan đến sự tạo thành sắt hydroxyt Fe(OH)2 những phụ gia này có tác dụng chống lại sự ảnh hưởng của axit ăn mòn và hơi ẩm Chúng vừa trung hoà các chất axit vừa tạo ra trên bề mặt kim loại một lớp màng bảo vệ Lớp màng này có tính kị nước Nó có tác dụng chống ẩm không cho nước thấm qua Tuỳ loại dầu người ta sử dụng chất chống rỉ khác nhau Đối với dầu thuỷ lực, dầu tuần hoàn thì dùng các axit ankylsuxinic… và các dẫn xuất của chúng Còn đối với dầu bôi trơn động cơ dùng các sulfonat, este… Đối với dầu bánh răng dùng dầu amin dazolin Các amin photphat, sulfonat trung tính hay kiềm chủ yếu dùng cho dầu bảo quản Hiêu quả ức chế rỉ được kiểm tra bằng độ dài mạch ankyl của phụ gia Việc giảm kích thước của các nhóm ankyl làm giảm độ hoà tan của dầu và do đó làm tăng xu hướng các phân

tử phụ gia tách ra khỏi dung dịch và dính trên bề mặt Các sulfonat của canxi

và natri được sử dụng phổ biến với nồng độ từ 0,1  2% Các amin béo được sản xuất từ axit béo với nồng độ 1,5  2% sẽ tác dụng như chất ức chế rỉ

2.2.2.5 Phụ gia tẩy rửa

Tác nhân quan trọng nhất có tính tẩy rửa là các phụ gia chứa kim loại Thông thường những loại phụ gia này là loại kiềm cao có chứa Cacbonat kim loại phân tán trong dầu, do đó chúng có khả năng trung hòa axit tạo thành trong quá trình lưu huỳnh cháy và tiếp xúc với nước Dạng bảo vệ này đặc biệt quan trọng trong các động cơ 27olyme sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao Các chất tẩy rửa có tác dụng kéo cặn ra bề mặt chúng bám dính Về nguyên tắc các chất tẩy rửa có chứa:

+ Các nhóm phân cực như sunfonat, cacbon xilyl

R

SO3

Chất tẩy rửa thường chứa hàm lượng kim loại cao ( tới 10 lần so với hệ số

tỷ lượng) chúng thường có tính kiềm hoặc kiềm cao Các chất tẩy rửa được phân loại theo độ kiềm Các chất phân tán không thường được sử dụng phối hợp với các chất tẩy rửa kim loại để tạo thành cặn ở nhiệt độ thấp

2.2.2.6 Phụ gia phân tán

Là các phụ gia có khả năng ngăn ngừa hoặc làm chậm qúa trình tạo cặn và lắng đọng trong điều kiện hoạt động ở nhiệt độ thấp Như vậy chức năng cơ bản của một chất phân tán là làm yếu lực liên kết giữa các tiểu phân riêng biệt với nhau Tạo điều kiện làm tan rã các kết tủa xốp và các khối kết tụ do đó cho phép từng tiểu phân có thể tồn tại như một thực thể riêng biệt

Cấu trúc chung của một chất phân tán không giống với cấu trúc của một chất tẩy rửa Trong đó chất phân tán có một đuôi hydrocacbon hoặc một nhóm

đi đầu giúp cho chất phân tán tan được hoàn toàn trong dầu gốc được sử dụng chất phân tán cũng có một đầu phân cực Các chất phân tán được sử dụng rộng rãi nhất đều có chứa các nhóm chức như amin, amit hoặc hydroxyt este

Lượng chất phân tán được sử dụng nói chung phụ thuộc vào chất rắn cần phân tán trong dầu Hậu quả của chất phân tán là kết quả của sự tác động qua lại đặc biệt giữa các tác nhân được chọn và các chất phân tán

2.2.2.7 Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt

Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt đóng một vai trò quan trọng đối với nhiều tính chất của dầu nhờn Đây là đối tượng nghiên cứu của đề tài, sẽ được trình bày chi tiết trong chương sau

2.2.2.8 Phụ gia giảm nhiệt độ đông đặc

Các chất hạ điểm đông là các phụ gia có tác dụng hạ thấp nhiệt độ đông đặc của dầu bôi trơn Các phụ gia này là các hợp chất hữu cơ có tác dụng làm giảm nhiệt độ đông đặc của dầu do làm chậm lại sự tạo thành các tinh thể sáp hoàn hảo bằng cách bao bọc xung quanh hoặc dùng kết tinh với sáp Chất hạ điểm đông không gây ảnh hưởng đến nhiệt độ kết tủa và mang tinh thể của sáp tách

ra, chỉ hình dạng bên ngoài và kích thước của tinh thể là bị thay đổi Phần lớn các phụ gia hạ điểm đông có chứa các sản phẩm polime hoá và ngưng tụ Trong

số chúng có một số loại đồng thời là chất cải thiện chỉ số nhớt Dải trọng lượng phân tử polime có tác dụng làm các chất cải thiện chỉ số nhớt nằm trong

khoảng 5000  100.000

Những sản phẩm chủ yếu được áp dụng cho mục đích này gồm

+ Các ankylphenol mạch dài:

+ Naptalen đã được ankyl hoá:

Nhiệt độ đông đặc của dầu độ nhớt thấp gốc 29olymer29 có thể được hạ xuống 100C bằng cách thêm 1% hay ít hơn polymetacrylat hoặc naptalen hay fenol đã được ankyl hoá

2.2.2.9 Phụ gia chống tạo bọt

Để tránh hoặc giảm sự tạo bọt người ta sử dụng các loại phụ gia này, chúng còn được gọi là chất huỷ hoặc phá bọt Sự tạo bọt mạnh ảnh hưởng xấu tới tính chất bôi trơn của dầu và làm tăng sự oxy hoá của chúng cho không khí trộn mạnh vào dầu Khả năng chống lại sự tạo bọt của dầu bôi trơn khác nhau một cách đáng kể và phụ thuộc vào loại dầu thô, phương pháp và mức độ chế biến

và độ nhớt của dầu Khả năng này có thể khống chế được bằng cách bổ xung một lượng nhỏ chất chống tạo bọt vào dầu Chất được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là polymetylsiloxan

Chúng được pha với tỷ lệ thấp hơn so với bất kỳ chất phụ gia nào khác (0,001  0,0001) nói chung người ta cho rằng các phân tử phụ gia chống tạo bọt bám vào bọt không khí làm giảm sức căng bề mặt, các bọt bong 29oly nhỏ

OH R

R R

R R

vì thế mà tụ lại tạo thành các bọt sóng lớn nổi lên trên bề mặt lớp bọt và vỡ ra làm thoát không khí ra ngoài.

2.2.2.10 Phụ gia tạo nhũ, khử nhũ

Chất tạo nhũ là những chất hoạt động bề mặt để phân tách nước trong dầu

hay dầu trong nước Từ hệ nước trong dầu người ta nhận được chất lỏng thuỷ

lực chống cháy, chất bôi trơn dùng trong khoan đá và một loại môi trường dùng

kéo sợi kim loại Có 3 nhóm tạo nhũ: anion, cation, không ion

2.3 Tổng quan về phụ gia tăng chỉ số độ nhớt

Lực F

Velocity =

Mặt phẳng tĩnh, diện tích A Mặt phẳng chuyển động, diện tích A

2.3.1.2 Ý nghĩa của độ nhớt trong dầu nhờn

Độ nhớt là một tính chất quan trọng và cơ bản nhất của dầu nhớt :

- Là nhân tố cho sự hình thành màng bôi trơn ở hai điều kiện bôi trơn thủy động (màng dày) và bôi trơn thủy động đàn hồi (màng mỏng)

- Ảnh hưởng đến khả năng sinh nhiệt trong các bộ phận thiết bị máy móc

- Xác định điều kiện của động cơ có thể khởi động dễ dàng ở điều kiện lạnh, chịu được sự sinh nhiệt trong ổ bi, bánh răng, xylanh

- Ảnh hưởng đến khả năng sinh nhiệt trong các bộ phận thiết bị máy móc

- Xác định điều kiện của động cơ có thể khởi động dễ dàng ở điều kiện lạnh, chịu được sự sinh nhiệt trong ổ bi, bánh răng, xylanh

- Đánh giá khả năng làm kín cũng như mức độ tiêu hao và thất thoát của dầu

2.3.1.3 Phân loại độ nhớt

2.3.1.3.1 Độ nhớt tuyệt đối

Theo đơn vị SI, độ nhớt được định nghĩa là lực tiếp tuyến trên một đơn vị diện tích (N/m) cần dùng trong quá trình chuyển động tương đối (m/s) giữa hai mặt phẳng nằm ngang được ngăn cách nhau bởi một lớp dầu dày 1 mm

Đó là độ nhớt động lực học hay độ nhớt tuyệt đối và được tính bằng đơn vị Pascal giây (Pa.s) Đây là thông số duy nhất thực sự có ý nghĩa đối với người

Độ nhớt tuyệt đối = Ứng suất trượt

Tốc độ trượt

=

F / A

V / h Đơn vị: Poise (P) = 100 cP = 100 mPa.sec

Độ nhớt động học =

Độ nhớt tuyệt đối

Tỷ trọng chất lỏng Đơn vị: Centistokes (cSt) = mm/ s

kỹ sư do nó ảnh hưởng tới khả năng chịu tải của các ổ đỡ hoặc tới sự chảy của dầu trong các đường ống có áp

2.3.1.3.2 Độ nhớt tương đối

Là tỷ số giữa ứng suất trượt và tốc độ trượt của các chất lỏng phi Newton như mỡ bôi trơn hay dầu đa cấp, được tính toán dựa theo phương trình Poiseuille và được đo theo đơn vị poise Độ nhớt biểu kiến thay đổi theo tốc độ trượt và nhiệt độ do đó các giá trị độ nhớt biểu kiến phải được ghi kèm theo các giá trị tốc độ trượt và nhiệt độ (tiêu chuẩn ASTM D1092)

Dầu gốc là dạng chất lỏng Newton có độ nhớt không phụ thuộc vào tốc độ trượt (ứng suất trượt tỷ lệ tuyến tính với tốc độ trượt) và hằng số tỷ lệ chính là

độ nhớt động học Đây là đặc điểm điển hình của chất lỏng Newton Việc pha thêm các phụ gia polyme làm dầu trở thành chất lỏng phi Newton và có độ nhớt thay đổi theo tốc độ trượt và gọi là độ nhớt biểu kiến

Độ nhớt biểu kiến được xác định ở nhiệt độ thấp, dùng nhớt kế quay mô phỏng tương tự điều kiện khởi động máy theo phương pháp ASTM D2602 hoặc dùng nhớt kế Brookfield theo ASTM D2983

- Hình 2.2 : Tương quan độ nhớt- tốc độ trượt của chất lỏng Newton và chất lỏng phi Newton

Hình 2.3 : Ảnh hưởng của tốc độ trượt tới độ nhớt của dầu Newton và dầu phi Newton

2.3.1.3.3 Độ nhớt động học

Khi lấy độ nhớt tuyệt đối (độ nhớt động lực học) của một chất lỏng đem chia cho tỷ trọng ở cùng điều kiện nhiệt độ sẽ thu được giá trị độ nhớt động học Ý nghĩa của độ nhớt động học đặc trưng cho khả năng cản trở dòng chảy của chất lỏng dưới tác dụng của trọng lực

Theo tiêu chuẩn ASTM D445 , để xác định độ nhớt động học của một chất lỏng, ta lấy một lượng mẫu có thể tích cố định và cho chảy qua một ống mao quản thủy tinh có đường kính xác định (còn gọi là nhớt kế) và được giữ ở nhiệt

độ nhất định Giá trị độ nhớt động học (đơn vị là cSt) thu được bằng cách lấy thời gian chảy đo được (đơn vị giây) nhân với hằng số nhớt kế

2.3.1.4 Cấp độ nhớt của dầu nhờn động cơ

Đối với dầu động cơ, ta sử dụng hệ thống phân loại theo cấp độ nhớt SAE (Society for Automotive Engineers) được lập ra vào năm 1911 Hệ thống phân loại này vẫn còn thích hợp sau nhiều lần bổ sung và hiệu chỉnh Hệ thống phân loại độ nhớt SAE J300 hiện nay được thể hiện trong bảng sau :

Bảng 2.4 : Hệ thống phân loại độ nhớt SAE J300

Cấp độ nhớt SAE Độ nhớt động học

tối thiểu ở 100oC (cSt)

Độ nhớt động học tối đa ở 100oC (cSt)

Dầu gốc (Dầu Newton)

Dầu gốc có thêm phụ gia tang chỉ số độ nhớt

Tốc độ trượt D, s-1

Độ nhớt, mPa.s

Tuy nhiên, chỉ số độ nhớt VI chỉ thể hiện mối quan hệ giữa độ nhớt và nhiệt

độ trong khoảng từ 40oC ÷ 100oC Hai loại dầu nhớt hay dầu gốc có cùng chỉ số

độ nhớt có thể hoàn toàn khác biệt nhau khi ở điều kiện nhiệt độ từ -50oC ÷ -5oC

2.3.3 Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt – VII

2.3.3.1 Khái niệm về VII

Phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt (VII) là các polyme tan được trong dầu, có tác dụng làm tăng chỉ số độ nhớt của dầu Nhờ đó, tốc độ thay đổi độ nhớt của dầu theo nhiệt độ giảm đi

- Hình 2.4 : Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với độ nhớt của dầu

2.3.3.2 Phân loại VII

Bảng 2.5: Phân loại phụ gia VII

Olefin 35olymer35n

(OCP)

Dầu động cơ Hiệu quả rất cao, độ bền trượt cao

Styrene butadiene (SBR) Dầu động cơ Hiệu quả cao, dùng cho sản phẩm cao

cấp

Styrene isoprene (SIP) Dầu động cơ Hiệu quả cao

Radial Isoprene (RIP) Dầu động cơ Hiệu quả cao

Polyisobutylene (PIB) Dầu hộp số Độ bền trượt rất tốt, thường sử dụng

trong dầu thủy lực Styrene esters (MSC) Dầu thủy lực Rất hiệu quả với dầu truyền động tự

động Polymethacrylate (PMA) Dầu thủy lực

Dầu động cơ

Rất tốt khi sử dụng ở điều kiện nhiệt

độ thấp , độ bền trượt kém

2.3.3.3 Công thức cấu tạo của các loại VII

Hình 2.5 Công thức cấu tạo các loại VII

2.3.3.4 Công thức hóa học của các VII chính

2.3.3.5 Cơ chế hoạt động của VII

 Ở nhiệt độ thấp, các polyme tồn tại ở dạng cuộn tròn nên làm độ nhớt

của dầu nhớt tăng không đáng kể Khi tăng nhiệt độ lên, các sợi polyme duỗi ra

làm độ nhớt của dầu nhớt tăng lên Điều này giúp độ nhớt của các sản phẩm ở

nhiệt độ cao tăng lên Nhờ đó sự thay đổi độ nhớt của sản phẩm theo nhiệt độ

sẽ giảm đi

- Hình 2.6 : Cơ chế hoạt động của phụ gia tăng chỉ số độ nhớt VII

 Trong các loại VII, Copolyme etylen-propylen (OCP) là loại đang được

sử dụng rộng rãi, đặc biệt cho dầu động cơ, do chất lượng tốt và hiệu quả kinh

tế cao

2.3.4 Các nghiên cứu về VII trên thế giới

Cuối những năm 1940 : Polyisobutylene được giới thiệu là phụ gia cải

thiện chỉ số độ nhớt

Những năm 1950 : Polymethacrylate được bổ sung vào loại những phụ

gia chức năng

Giữa những năm 1960 : Olefin copolyme được giới thiệu

Đầu những năm 1970 : Copolyme styren butadien hydro hóa ra đời

Giữa những năm 1970 : Hỗn hợp Olefin copolyme và Polymethacrylate

Cuối những năm 1980 : Sự ra đời của các polyme dạng sao (star polyme)

Giữa những năm 1990 : Sự thống trị của Olefin copolyme cho dầu trong

hệ thống quay, Polymethacrylate lại chiếm ưu thế trong thị trường dầu thủy lực

và dầu hộp số Còn dầu truyền động tự động là sự cạnh tranh giữa Styrene esters và Polymethacrylate

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3 1 Nguyên liệu nghiên cứu

Bảng 3.1 : Tính chất các loại dầu gốc sử dụng trong nghiên cứu

39oly màu

Trong, 39oly màu

Trong, 39oly màu

Tỷ trọng @ 15oC, Kg/ l ASTM D 4052 0.8666 0.8685 0.8536 Điểm chớp cháy, COC, oC ASTM D 92 230 212 224

27.0 5.03

Hàm lượng chất bay hơi % khối lượng < 0.2

Hàm lượng tro % khối lượng < 0.4

Hàm lượng propylene % khối lượng 24

SSI(*) - 24

Độ nhớt ở 1000C (*) cSt 10.7

(*): Kết quả đo dung dịch 1% của OCP 2530 PL trong SN 150

3.1 3 Phụ gia chống oxy hóa:

Trong đề tài nghiên cứu này, tôi khảo sát 3 loại phụ gia chống oxy hóa:

- Phụ gia ATO01: các tính chất của phụ gia ATO01 được trình bày trong bảng 3.3

Bảng 3.3 : Tính chất phụ gia ATO01

Tính chất Chỉ số acid

(mg KOH/g)

Chỉ số xà phòng (mg KOH/g)

Chỉ số Iot (gI 2 /100g)

Điểm mây (°C)

Tiêu

chuẩn < 1 162 – 172 90 – 105 < 20

- Phụ gia ATO02 và phụ gia ATO03: là hai gói phụ gia đảm nhận nhiều vai trò trong dầu nhớt như chống mài mòn, rỉ sét, làm sạch máy, làm mát máy… và có kết hợp tính chống oxy hóa, dùng trong thành phần dầu nhớt với