TỔNG QUAN
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 đóng vai trò quan trọng trong việc bôi trơn các bề mặt chuyển động, giúp giảm ma sát và tổn thất cơ giới trong động cơ, từ đó nâng cao hiệu suất và tính hiệu quả kinh tế của hoạt động động cơ Sự giảm ma sát diễn ra nhờ vào việc thay thế trực tiếp giữa các chi tiết máy bằng màng chất lỏng, mà ma sát nội tại của màng này luôn thấp hơn nhiều so với các dạng ma sát khác.
2.1.2 2 Làm kín khoảng cách giữa xilanh và piston
Màng dầu bôi trơn đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn cách các chi tiết chuyển động của động cơ, không chỉ giúp bôi trơn và giảm ma sát mà còn làm kín Bề mặt của xecmăng, rãnh xecmăng và thành xylanh không hoàn toàn nhẵn mịn, dẫn đến việc xecmăng không thể ngăn chặn hoàn toàn hơi đốt từ buồng đốt cao áp thoát ra ngoài cacte áp suất thấp, gây giảm công suất động cơ Dầu máy giúp lấp đầy các khoảng trống giữa xecmăng và thành xylanh, tạo ra độ kín tối đa để ngăn cản khí nóng từ quá trình đốt cháy đi vào cacte Độ kín của hệ thống piston – xecmăng – xylanh phụ thuộc vào độ nhớt của dầu bôi trơn, vì vậy việc bôi trơn dầu vào rãnh xecmăng và bề mặt xylanh khi lắp ráp là rất cần thiết.
2.1.2 3 Làm sạch và thải bỏ những chất cặn bẩn có hại
Trong quá trình làm việc của động cơ, vảy rắn thường tróc ra khỏi bề mặt ma sát và dầu bôi trơn sẽ cuốn trôi các vảy này, giữ lại trong bầu lọc để bảo vệ bề mặt khỏi bị cào xước Sau khi lắp ráp hoặc sửa chữa, động cơ chạy rà thường có nhiều mạt kim loại còn sót lại, do đó cần sử dụng dầu bôi trơn có độ nhớt nhỏ để tăng khả năng rửa trôi các mạt bẩn Sau khi chạy rà, cần thay nhớt mới phù hợp hơn Đối với động cơ diesel, muội than được tạo ra khi nhiên liệu cháy có thể gây cặn trên thành ống và nghẽn bộ lọc dầu bôi trơn Tương tự, trong động cơ xăng pha chì, muội chì cũng cần được kiểm soát để tránh sự đóng cặn Những hiện tượng này dẫn đến sự hình thành hai loại cặn trong dầu máy: cặn bùn và cặn cứng.
Cặn bùn hình thành từ sự kết hợp giữa hơi nước, bụi, sản phẩm xuống cấp và nhiên liệu cháy dở Ban đầu, cặn bùn ở dạng hạt nhỏ, không thể tách ra bằng bầu lọc, do đó tác hại không lớn Tuy nhiên, theo thời gian, cặn bùn tích tụ và đóng cục lại, gây ra tác hại nghiêm trọng, làm hạn chế sự lưu thông của dầu.
Cặn cứng (Vecni) hình thành từ quá trình oxy hóa các hợp phần không ổn định trong dầu ở nhiệt độ và áp suất cao, tạo ra lớp cứng trên các chi tiết động cơ có nhiệt độ cao Các bộ phận như bơm, xecmăng, piston và ổ đỡ dễ bị tích tụ cặn cứng, gây cản trở hoạt động bình thường của động cơ Sử dụng dầu nhờn có phụ gia tẩy rửa giúp ngăn ngừa sự tích tụ của cặn bùn và cặn cứng, giữ cho bề mặt chi tiết luôn sạch và cho phép động cơ hoạt động trơn tru Để đạt được hiệu quả tối ưu, dầu bôi trơn cần có thành phần và chất lượng phù hợp, tùy thuộc vào loại dầu nhờn gốc và phụ gia trong quá trình pha chế cũng như điều kiện tại xưởng.
Nước là nguyên nhân chính gây rỉ sét cho các chi tiết kim loại, với mỗi thể tích nhiên liệu đốt cháy trong động cơ sản sinh ra hơn một thể tích nước, phần lớn dưới dạng hơi thoát ra qua ống xả Tuy nhiên, một lượng nhỏ nước có thể đọng lại trong xi lanh hoặc qua xecmăng và tích tụ trong cacte, đặc biệt trong thời tiết lạnh hoặc khi động cơ chưa được sưởi ấm Ngoài ra, các sản phẩm phụ từ quá trình cháy không hoàn toàn cũng tạo ra khí ăn mòn, gây hại khi lọt qua xecmăng và hòa tan trong dầu, cùng với các axít hình thành từ sự oxy hóa dầu Do đó, việc bảo vệ các chi tiết kim loại khỏi rỉ sét và ăn mòn là rất cần thiết.
Màng dầu bôi trơn không chỉ bảo vệ các chi tiết ma sát khỏi rỉ sét trong thời gian máy móc ngừng hoạt động, mà còn hạn chế sự lan truyền của axit do quá trình cháy nhiên liệu chứa lưu huỳnh Tuổi thọ động cơ phụ thuộc vào khả năng trung hòa các hợp chất ăn mòn của dầu máy, nhờ vào các phụ gia kiềm Tuy nhiên, hàm lượng phụ gia này sẽ giảm dần trong quá trình sử dụng, và khi xuống dưới mức quy định, dầu sẽ không còn đảm bảo chất lượng và cần được thay thế.
Dầu nhờn đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn mài mòn ở các bề mặt có chuyển động tương đối chậm và chịu tải cao Trong điều kiện nhiệt độ và áp lực cao, màng dầu bôi trơn có thể bị phá hủy, do đó, cần bổ sung các phụ gia chống mài mòn để tạo ra một lớp bảo vệ bền vững trên các chi tiết kim loại Những phụ gia này giúp duy trì khả năng trượt hiệu quả giữa các bề mặt.
Do ma sát tại các bề mặt làm việc như piston, xylanh và trục khuỷu, nhiệt độ có thể tăng cao, gây ra các vấn đề như bó kẹt và giảm độ bền của động cơ Để giảm nhiệt, hệ thống làm mát là cần thiết, nhưng chỉ thực hiện được 60% công việc Nước làm mát chủ yếu tập trung vào các đỉnh xylanh và van, trong khi dầu máy làm mát các chi tiết như trục khuỷu, piston và bánh răng Dầu máy được dẫn đến các bề mặt có nhiệt độ cao để hấp thụ nhiệt và được làm mát qua bộ tản nhiệt không khí Đặc biệt, dầu bôi trơn là phương tiện chính làm mát piston; nếu dòng dầu không đủ, nhiệt độ sẽ vượt ngưỡng an toàn, dẫn đến nguy cơ kim loại vòng bị nóng chảy và hư hỏng.
Chức năng làm mát yêu cầu dầu phải chịu được nhiệt độ cao mà không bị biến chất do oxy trong không khí Để đảm bảo tính ổn định của dầu, cần sử dụng các phụ gia chống oxy hoá Để duy trì khả năng tản nhiệt hiệu quả, cần thay dầu trước khi mức độ nhiễm bẩn quá cao trong hệ thống dẫn dầu và giữ mức dầu trong cacte cao hơn mức tối thiểu cho phép.
Các thành phần cơ bản của dầu nhờn
Từ xa xưa, con người đã sử dụng nhiều loại dầu nhờn như mỡ nước, mỡ động vật và dầu thảo mộc Hiện nay, dầu nhờn từ dầu mỏ trở thành loại phổ biến nhất, với nguyên liệu chính là dầu gốc, bao gồm các hydrocacbon tự nhiên và tổng hợp Tuy nhiên, dầu gốc thường không đủ tính năng cần thiết, vì vậy các phụ gia thường được thêm vào để cải thiện hiệu suất của dầu nhờn.
2.2.1.1 Khái niệm về dầu gốc
Dầu gốc được sản xuất chủ yếu từ phân đoạn nặng sau quá trình chưng cất khí quyển, với nhiệt độ sôi trên 300 o C Phân đoạn này chứa các hợp chất hydrocacbon có số nguyên tử cacbon từ 21 đến 40 hoặc cao hơn.
- 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 Độ nhớt ở 40 o C, mm 2 /s Độ nhớt ở 100 o C, mm 2 /s
Nhiệt độ chớp cháy , o C Điểm 21olymer, o C
246 1,5503 Phân tích qua đất sét
( phân tích cấu trúc nhóm )
Hydrocacbon n-parafin và iso-parafin thường xuất hiện với số lượng ít hơn so với naphten, hydrocacbon thơm và dạng lai hợp, điều này cũng đúng với dầu thô thuộc họ parafinic Trong đó, iso-parafin có số lượng ít hơn n-parafin và đặc trưng bởi cấu trúc mạch chính dài, ít nhánh phụ, với các nhánh chủ yếu là nhóm metyl.
Hydrocacbon naphten chiếm ưu thế trong phân đoạn này, với số vòng từ 1 đến 4 Xung quanh vòng naphten thường có các nhánh phụ như nhóm metyl và đồng đẳng Các naphten có 1 hoặc 2 vòng thường đi kèm với nhánh phụ là các hydrocacbon parafin dài, trong đó nhánh phụ chủ yếu là mạch alkyl thẳng hoặc nhánh, thường có ít nhánh hơn.
Trong phân đoạn dầu nhớt, các hợp chất thơm thường gặp bao gồm loại 1, 2 hoặc 3 vòng thơm Hầu hết các hợp chất thơm trong dầu nhớt là loại lai hợp, kết hợp giữa naphten và hydrocacbon thơm hoặc parafin.
Dầu gốc không chỉ chứa hydrocacbon mà còn có các hợp chất dị nguyên tố như oxy, nitơ và lưu huỳnh Những hợp chất phi hydrocarbon này thường gây hại, làm sản phẩm có màu sẫm và giảm độ ổn định oxy hóa của nó.
Tính chất của dầu gốc chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hydrocacbon, trong đó các hợp chất n-parafin có phân tử lượng lớn thường là parafin rắn (sáp), làm giảm độ linh động của dầu nhớt Do đó, hàm lượng n-parafin cần được kiểm soát, đặc biệt trong các loại dầu bôi trơn hoạt động ở nhiệt độ âm Ngược lại, iso-parafin lại là thành phần lý tưởng cho dầu bôi trơn nhờ vào độ nhớt phù hợp và tính chất nhớt nhiệt tốt.
Bảng 2.2 : Chỉ số độ nhớt của iso-parafin C21 và C24 Hydrocacbon Số nguyên tử C trong phân tử Chỉ số độ nhớt
Dữ liệu trong bảng cho thấy rằng, khi mạch càng dài và nhánh phụ nằm ở vị trí đầu mạch, độ nhớt của chúng sẽ đặc biệt cao Đây là những cấu tử lý tưởng nhất cho thành phần của dầu gốc chất lượng cao.
Các hydrocacbon naphten và hydrocacbon thơm, dù là 1 vòng hay 2 vòng, có độ nhớt tương đương khi có cùng nhiệt độ sôi Độ nhớt tăng rõ rệt khi chiều dài nhánh parafin tăng, đặc biệt là khi mạch nhánh alkyl phân nhánh Ngược lại, các naphten và hydrocacbon thơm nhiều vòng hoặc lai hợp thường có độ nhớt cao nhưng chỉ số độ nhớt lại thấp, không phù hợp để sản xuất dầu bôi trơn chất lượng cao Hơn nữa, trong quá trình bảo quản, các hợp chất này dễ tạo nhựa, làm giảm nhanh chóng tính năng sử dụng của dầu nhớt.
Các hợp chất hydrocacbon như naphten và hydrocacbon thơm 1 vòng với nhánh iso-parafin dài cùng các iso-parafin mới là những thành phần lý tưởng cho dầu bôi trơn Chúng không chỉ đảm bảo độ nhớt mà còn có chỉ số độ nhớt cao, cho phép sản xuất dầu nhớt chất lượng tốt.
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 có độ ổn định oxy hóa cao, điểm chảy và chỉ số độ nhớt đều cao, trong khi đó naphten có độ ổn định nhiệt thấp hơn, hàm lượng lưu huỳnh thấp, điểm đông đặc thấp và trị số acid tổng cao, nhưng chỉ số độ nhớt lại thấp hơn so với parafin.
+ 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
VI Phương pháp 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
III ≤ 0.03 ≥ 90 VI ≥ 120 Hydro isome hóa
IV PolyAlphaOlefins (PAO) – Dầu tổng hợp
V Tất cả các loại dầu gốc còn lại không nằm trong nhóm I, II, III, IV
Phụ gia là các hợp chất hữu cơ, vô cơ và kim loại được bổ sung vào dầu nhờn nhằm cải thiện các đặc tính của sản phẩm cuối Thông thường, phụ gia được pha trộn với dầu mỡ với nồng độ từ 0,01% đến 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 quá trình mà ôxy kết hợp với các chất khác thông qua sự trao đổi điện tử, đóng vai trò quan trọng trong bôi trơn Oxy không khí có thể tương tác với các thành phần của dầu bôi trơn trong các điều kiện vận hành khác nhau Để giảm thiểu sự hình thành sản phẩm oxy hoá từ dầu nhờn, các chất ức chế oxy hoá được sử dụng, giúp làm giảm peroxyt hữu cơ và ngăn chặn các phản ứng tiếp theo, từ đó giảm thiểu sự hình thành axit, muội, polymer và cặn bùn.
Inh + OOR InhOOR ( hợp chất không hoạt động)
Trong đó Inh là chất ức chế ôxy hoá
Nhóm thứ nhất bao gồm các hóa chất phản ứng với gốc khơi mào, gốc peroxyt và hydroperoxyt, tạo thành các hợp chất không hoạt động Nhóm thứ hai gồm những chất hóa học có khả năng phân hủy các hợp chất này thành những hợp chất kém hoạt động.
2.2.2.2 Phụ gia thụ động hóa kim loại
Các chất phụ gia có khả năng ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình xúc tác được gọi là chất khử hoạt tính kim loại hoặc thụ động hóa kim loại Những chất khử hoạt tính kim loại phổ biến nhất bao gồm các dẫn xuất halogen và propylendiamin của disalixiliden.
Tổng quan về phụ gia tăng chỉ số độ nhớt – VII
2.3.1.1 Khái niệm về độ nhớt Độ nhớt là số đo chống lại sự chảy của dầu nhớt được xác định bằng tỷ số giữa ứng suất trượt và tốc độ trượt Trong đó : Ứng suất trượt là lực trượt trên một đơn vị diện tích vuông góc với phương thẳng đứng (Pa)
Tốc độ trượt là sự chênh lệch tốc độ trên một đơn vị khoảng cách theo phương thẳng đứng
- Hình 2.1 : Độ nhớt tuyệt đối
Chiều dày màng chất lỏng h
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
Theo đơn vị SI, độ nhớt được định nghĩa là lực tiếp tuyến trên một đơn vị diện tích (N/m) cần thiết cho chuyển động tương đối (m/s) giữa hai mặt phẳng nằm ngang ngăn cách bởi lớp dầu dày 1 mm Độ nhớt này được gọi là độ nhớt động lực học hay độ nhớt tuyệt đối, và đơn vị đo là Pascal giây (Pa.s) Đây là thông số quan trọng nhất đối với người sử dụng, vì độ nhớt tuyệt đối tương ứng với ứng suất trượt.
V / h Đơn vị: Poise (P) = 100 cP = 100 mPa.sec Độ nhớt động học = Độ nhớt tuyệt đối
Tỷ trọng chất lỏng, được đo bằng đơn vị Centistokes (cSt) hoặc mm/s, ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu tải của các ổ đỡ và sự lưu thông của dầu trong các đường ống có áp lực.
Độ nhớt biểu kiến là tỷ số giữa ứng suất trượt và tốc độ trượt của các chất lỏng phi Newton như mỡ bôi trơn và dầu đa cấp, được tính toán theo phương trình Poiseuille và đo bằng đơn vị poise Độ nhớt này thay đổi theo tốc độ trượt và nhiệt độ, vì vậy các giá trị độ nhớt biểu kiến cần được ghi kèm theo tốc độ trượt và nhiệt độ tương ứng, theo tiêu chuẩn ASTM D1092.
Dầu gốc là chất lỏng Newton với độ nhớt không phụ thuộc vào tốc độ trượt, trong đó ứng suất trượt tỷ lệ tuyến tính với tốc độ trượt, và độ nhớt động học là hằng số tỷ lệ Tuy nhiên, khi thêm các phụ gia polyme, dầu trở thành chất lỏng phi Newton với độ nhớt thay đổi theo tốc độ trượt, được gọi là độ nhớt biểu kiến Độ nhớt biểu kiến được xác định ở nhiệt độ thấp bằng cách sử dụng nhớt kế quay theo phương pháp ASTM D2602 hoặc 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
Tốc độ trượt D, s -1 Độ nhớt, mPa.s
Hình 2.3 : Ảnh hưởng của tốc độ trượt tới độ nhớt của dầu Newton và dầu phi Newton
Độ nhớt động học của một chất lỏng được tính bằng cách chia độ nhớt tuyệt đối (độ nhớt động lực học) cho tỷ trọng của chất lỏng ở cùng điều kiện nhiệt độ Giá trị này thể hiện khả năng cản trở dòng chảy của chất lỏng dưới tác động của trọng lực.
Theo tiêu chuẩn ASTM D445, để xác định độ nhớt động học của chất lỏng, ta sử dụng một mẫu có thể tích cố định chảy qua ống mao quản thủy tinh với đường kính xác định, được giữ ở nhiệt độ nhất định Độ nhớt động học (đơn vị cSt) được tính bằng cách nhân thời gian chảy đo được (đơn vị giây) 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 100 o C (cSt) Độ nhớt động học tối đa ở 100 o C (cSt)
Dầu gốc có thêm phụ gia tang chỉ số độ nhớt
Tốc độ trượt D, s -1 Độ nhớt, mPa.s
Chỉ số độ nhớt được dùng để đo tốc độ thay đổi độ nhớt động học của dầu nhớt theo nhiệt độ từ 40 o C đến 100 o C
Các loại dầu có chỉ số độ nhớt thấp (VI = 0) có độ nhớt phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, tăng nhanh khi nhiệt độ giảm và giảm nhanh khi nhiệt độ tăng Ngược lại, dầu có chỉ số độ nhớt cao (VI > 0) cũng tăng độ nhớt khi nhiệt độ giảm, nhưng với tốc độ chậm hơn, và giảm độ nhớt khi nhiệt độ tăng, nhưng không đáng kể như dầu có chỉ số độ nhớt thấp.
Chỉ số độ nhớt VI chỉ phản ánh mối quan hệ giữa độ nhớt và nhiệt độ trong khoảng 40 oC đến 100 oC Tuy nhiên, hai loại dầu nhớt hoặc dầu gốc có cùng chỉ số độ nhớt có thể khác biệt hoàn toàn khi ở nhiệt độ từ -50 oC đến -5 oC.
2.3.3 Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt – VII
Phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt (VII) là các polyme hòa tan trong dầu, giúp tăng chỉ số độ nhớt của dầu Nhờ vào tính năng này, tốc độ thay đổi độ nhớt của dầu theo nhiệt độ sẽ giảm, mang lại hiệu suất hoạt động ổn định hơn cho các loại động cơ.
- Hình 2.4 : Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với độ nhớt của dầu
Bảng 2.5: Phân loại phụ gia VII
Loại Ứng dụng Chú thích
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) is known for its excellent shear stability, making it a preferred choice in hydraulic oils Styrene esters (MSC) are highly effective in automatic transmission fluids, enhancing their performance Additionally, Polymethacrylate (PMA) is commonly utilized in hydraulic oils, contributing to their overall efficiency.
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
Khối ngẫu nhiên SBR, OCP
2.3.3.5 Cơ chế hoạt động của VII
Ở nhiệt độ thấp, các polyme trong dầu nhớt tồn tại dưới dạng cuộn tròn, dẫn đến sự tăng độ nhớt không đáng kể Khi nhiệt độ tăng, các sợi polyme duỗi ra, làm tăng độ nhớt của dầu nhớt Hiện tượng này giúp độ nhớt của sản phẩm tăng lên ở nhiệt độ cao, từ đó giảm thiểu sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ.
- Hình 2.6 : Cơ chế hoạt động của phụ gia tăng chỉ số độ nhớt VII
Copolime etylen-propylen (OCP) là một trong những loại VII được sử dụng phổ biến nhất, đặc biệt trong dầu động cơ, nhờ vào chất lượng vượt trội 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 copolyme ra đời
Cuối những năm 1970 : Copolyme styrene isopren mạch thẳng được công bố
Cuối những năm 1980 : Sự ra đời của các polyme dạng sao (star polyme)
Giữa những năm 1990, Olefin copolyme chiếm ưu thế trong dầu cho hệ thống quay, trong khi Polymethacrylate dẫn đầu thị trường dầu thủy lực và dầu hộp số Đối với dầu truyền động tự động, sự cạnh tranh diễn ra giữa Styrene esters và Polymethacrylate.
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu nghiên cứu
Các loại dầu gốc được sử dụng trong nghiên cứu:
Bảng 3.1 : Tính chất các loại dầu gốc sử dụng trong nghiên cứu
CHỈ TIÊU PHƯƠNG PHÁP SN150 AP Core150 J150
Cảm quan Quan sát Trong,
Tỷ trọng @ 15 o C, Kg/ l ASTM D 4052 0.8666 0.8685 0.8536 Điểm chớp cháy, COC, o C ASTM D 92 230 212 224 Điểm chảy, o C ASTM D 97 -9 -15 -18 Độ nhớt , cSt
Chỉ số độ nhớt – VI ASTM D 2270 103 105 113
3.1 2 Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng rắn:
Loại phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng rắn được sử dụng để nghiên cứu là OCP 2530 PL
Bảng 3.2 : Tính chất phụ gia OCP 2530 PL
CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ KẾT QUẢ
Hàm lượng chất bay hơi % khối lượng < 0.2
Hàm lượng tro % khối lượng < 0.4
Hàm lượng propylene % khối lượng 24
(*): 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
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 ATO03 là hai gói phụ gia quan trọng trong dầu nhớt, giúp chống mài mòn, rỉ sét, làm sạch và làm mát máy móc Chúng còn có tính năng chống oxy hóa, được sử dụng với tỷ lệ 8.0% trong thành phần dầu nhớt.
3.1 4 Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng:
Các loại phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng được sử dụng để so sánh như sau:
Bảng 3.4: Tính chất các loại phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng nhập khẩu
PHÂN TÍCH LZ 7075 LZ 7077 Paratone
100 0 C (CSt) (*) ASTM D445 9.59 11.10 9.97 13.56 Chỉ số độ nhớt
(*): Độ nhớt mẫu pha loãng 10% trong dầu gốc SN150.
Phương pháp điều chế và chuẩn bị mẫu thí nghiệm
- Ngâm OCP 2530 PL dạng hạt với dầu gốc trong 24 giờ
Gia nhiệt và khuấy mẫu theo thời gian quy định để thu được phụ gia OCP 2530 PL dạng lỏng Phụ gia này sau khi thu được sẽ được mã hóa và lưu trữ mẫu.
3.2 2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm
- Mẫu phụ gia OCP 2530 PL dạng lỏng được pha loãng trong dầu gốc SN
150 theo tỷ lệ trong bảng 3.5
Bảng 3.5 Phương pháp pha mẫu thí nghiệm Nồng độ OCP
Khối lượng OCP 2530 PL dạng lỏng (g)
Khối lượng dầu gốc SN 150 (g)
Nồng độ OCP rắn trong mẫu phân tích (%)
- Khuấy mẫu thí nghiệm ở 50 0 C trong 30 phút
- Sử dụng mẫu thí nghiệm để đo các chỉ tiêu cần khảo sát.
Phương pháp và thiết bị phân tích
3.3 1 Phân tích độ nhớt ở 40 0 C và 100 0 C theo phương pháp ASTM D445 bằng máy đo độ nhớt tự động
Thiết bị phân tích: máy đo độ nhớt tự động
Hãng sản xuất: Herzorg – Đức
Hình 3.1 Máy đo độ nhớt tự động Cấu tạo thiết bị:
Thiết bị gồm các bộ phận chính như sau:
Bồn ổn nhiệt là thiết bị có hai bồn riêng biệt, chứa dung chất ổn nhiệt, với khả năng duy trì nhiệt độ từ 30°C đến 150°C Các bồn này được gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu và điều khiển tự động với độ chính xác lên đến ±0.1°C.
Nhớt kế với 3 bầu đo 42oly cho phép thực hiện 3 lần đo mẫu trong một lần phân tích Mỗi bầu đo được trang bị đầu dò điện tử để xác định thời điểm bắt đầu và kết thúc phép đo Các hằng số nhớt kế của các thiết bị này được xác định rõ ràng.
Bảng 3.5 Hằng số nhớt kế
Trong đó, C1, C2, C3 lần lượt là hằng số nhớt kế của 3 bầu trên nhớt kế
Bộ phận bơm mẫu tự động đóng vai trò quan trọng trong quá trình đo độ nhớt, tự động bơm mẫu vào nhớt kế Sau khi phép đo kết thúc, bộ phận này còn có nhiệm vụ rửa sạch và thổi khô nhớt kế, đảm bảo sẵn sàng cho mẫu đo mới.
- Bộ phận xử lý và hiển thị kết quả: ghi nhận, tính toán và hiển thị kết quả phân tích
Nguyên lý hoạt động: thiết bị hoạt động theo phương pháp ASTM D445
- Bồn ổn nhiệt được gia nhiệt và giữ ở nhiệt độ phân tích: 40 0 C hoặc
- Bộ phận bơm mẫu tự động bơm mẫu vào nhớt kế Mẫu được ổn nhiệt ở nhiệt độ phân tích trong 10 phút
Mẫu chảy tự do trong mao quản của nhớt kế và qua bầu đo, nơi đầu dò điện tử ghi nhận thời gian chảy của mẫu từ điểm đầu đến điểm cuối.
- Bộ phận xử lý tính toán và hiển thị kết quả đo theo công thức:
KV độ nhớt động học Đơn vị: CSt
A hằng số nhớt kế Đơn vị: CSt/giây t thời 43olymer43ng bình của 2 lần đo Đơn vị: giây
Bộ phận lấy mẫu tự động sẽ đẩy toàn bộ mẫu ra khỏi nhớt kế và tiến hành vệ sinh nhớt kế bằng dung dịch kerosene và acetone Sau khi vệ sinh, khí nén được sử dụng để thổi khô nhớt kế, sẵn sàng cho lần phân tích tiếp theo.
3.3 2 Xác định chỉ số độ nhớt bằng phương pháp ASTM D2270:
- Hình 3.2 Phương pháp xác định chỉ số độ nhớt
Tiêu chuẩn ASTM D 2270 quy định phương pháp xác định chỉ số độ nhớt cho dầu bôi trơn và các sản phẩm tương tự, dựa trên giá trị độ nhớt động học đo ở nhiệt độ 40 độ C.
Chỉ số VI là một chỉ số định lượng đánh giá sự biến đổi độ nhớt của dầu theo nhiệt độ, thông qua việc so sánh sự thay đổi tương đối về độ nhớt giữa hai loại dầu cơ sở.
Hai loại dầu cơ sở :
Họ dầu (H) của Pensylvania, loại hoàn toàn parafin, độ nhớt ít biến đổi theo nhiệt độ, qui ước VI = 100
Họ dầu (L) của Gulf Coast loại có bản chất naphten tiêu biểu cho sự thay đổi độ nhớt nhanh theo nhiệt độ, qui ước VI = 0
Các loại dầu cơ sở trên được đặc trưng bằng độ nhớt động học ở 40 0 C
(100 o F) và 100 o C (210 o F) xây dựng thành bảng
Các loại dầu có chỉ số độ nhớt nhỏ hơn 100 :
Nếu độ nhớt động học ở 100 oC nhỏ hơn hoặc bằng 70 cSt, hãy tra cứu giá trị L và H theo phụ lục 1 Đối với các giá trị không có trong bảng, có thể sử dụng phương pháp nội suy để xác định Lưu ý rằng các loại dầu có độ nhớt động học ở 100 oC dưới 2 cSt không có khái niệm chỉ số độ nhớt rõ ràng.
Nếu độ nhớt động học ở 100 o C trên 70 cSt, giá trị L và H được tính toán theo công thức sau :
L : độ nhớt động học ở 40 o C của loại dầu có VI = 0 và có cùng độ nhớt động học ở 100 o C với mẫu sản phẩm cần xác định VI (mm /s)
H : độ nhớt động học ở 40 o C của loại dầu có VI = 100 và có cùng độ nhớt động học ở 100 o C với mẫu sản phẩm cần xác định VI (mm /s)
Y : độ nhớt động học ở 100 o C của mẫu dầu cần xác định VI (mm /s)
U : độ nhớt động học ở 40 o C của mẫu dầu cần xác định VI (mm /s)
Chỉ số độ nhớt của mẫu dầu nhớt được xác đinh theo phương trình sau :
Các loại dầu có chỉ số độ nhớt từ 100 trở lên :
Nếu độ nhớt động học ở 100 o C nhỏ hơn hoặc bằng 70 cSt, hãy tra cứu giá trị H theo phụ lục 1 Đối với các giá trị không có trong bảng, có thể sử dụng phương pháp nội suy để xác định Lưu ý rằng, các loại dầu có độ nhớt động học ở 100 o C dưới 2 cSt sẽ không được báo cáo số liệu chỉ số độ nhớt.
Nếu độ nhớt động học ở 100 o C trên 70 cSt, giá trị H được tính toán theo công thức sau :
Y : độ nhớt động học ở 100 o C của mẫu dầu cần xác định VI (mm /s)
H : độ nhớt động học ở 40 o C của loại dầu có VI = 100 và có cùng độ nhớt động học ở 100 o C với mẫu sản phẩm cần xác định VI (mm /s)
Chỉ số độ nhớt của mẫu dầu nhớt được xác đinh theo phương trình sau
3.3 3 Xác định độ nhớt ở nhiệt độ cao, ứng suất trượt cao – HTHS (high shear high temperature) theo phương pháp ASTM D4683:
Thiết bị: máy đo độ nhớt ở nhiệt độ cao, ứng suất trượt cao
Hãng sản xuất: Tannas – Hoa Kỳ
Hình 3.3 Máy đo độ nhớt ở nhiệt độ cao, ứng suất trượt cao
Thiết bị gồm các bộ phận chính sau :
- Buồng mẫu : gia nhiệt và ổn định mẫu thí nghiệm ở 150 0 C, sai số ±0.1 0 C
- Rotor và stator : rotor hình nón được lắp bên trong stator Khoảng cách giữa rotor và stator được điều chỉnh sao cho ứng suất trượt được duy trì ở 1 x
- Bộ phận đo và hiển thị kết quả : đo và hiển thị momen xoắn gây ra trong quá trình rotor quay trong mẫu phân tích
Nguyên lý hoạt động : theo phương pháp ASTM D4683
Cài đặt máy theo các thông số :
Lập đường chuẩn liên hệ giữa độ nhớt và momen xoắn :
- Đo momen xoắn của các dung dịch nhớt chuẩn có độ nhớt đã biết trước
- Lập đồ thị liên hệ và phương trình chuẩn
- Đo momen xoắn của mẫu cần phân tích
- Dựa vào đường chuẩn liên hệ giữa độ nhớt và momen xoắn để tính độ nhớt của mẫu cần đo
Bảng 3.7 Kết quả đường chuẩn liên hệ giữa độ nhớt và momen xoắn Mẫu nhớt chuẩn Độ nhớt (cSt) Momen xoắn
Mẫu chuẩn 4 4.123 1088 Đồ thị 3.1 Đường chuẩn liên hệ giữa độ nhớt và momen xoắn
3.3 Phương pháp tối ưu hóa
Việc tối ưu hóa quy trình điều chế phụ gia tăng chỉ số độ nhớt được thực hiện qua 3 bước sau:
Bước đầu tiên là thực hiện khảo sát sơ bộ để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến chất lượng của phụ gia, nhằm tăng chỉ số độ nhớt sau quá trình gia công Qua đó, chúng ta có thể xác định những yếu tố chính cần tiếp tục nghiên cứu.
Bước 2: Khảo sát sự ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố chính đến chất lượng phụ gia tăng chỉ số độ nhớt sau quá trình gia công
Bước 3: Tính điểm và chọn trọng số cho các hàm mục tiêu
Cách tính điểm cho các hàm mục tiêu về kỹ thuật: độ nhớt động học ở
100 0 C, chỉ số độ nhớt, HTHS, HTHS/KV100:
Gọi X Max là kết quả cao nhất của hàm mục tiêu đo được trong ma trận thực nghiệm
Gọi X Min là kết quả thấp nhất của hàm mục tiêu đo được trong ma trận thực nghiệm
0 200 400 600 800 1000 1200 Độ nhớt động học (cSt)
Gọi Y là điểm số của mẫu theo hàm mục tiêu đang xét
Gọi X là kết quả đo của mẫu theo hàm mục tiêu đang xét Điểm số cho hàm mục tiêu đang xét được tính như sau:
Cách tính điểm cho các hàm mục tiêu về kinh tế như sau :
Nồng độ chất chống oxy hóa :
Bước 4: Chọn và biện luận các điều kiện tối ưu để điều chế phụ gia tăng chỉ số độ nhớt.
Phương pháp tối ưu hóa
4.1 Kết quả khảo sát sơ bộ
4.1 1 Khảo sát ảnh hưởng của loại dầu gốc đến chất lượng phụ gia OCP 2530 PL dạng lỏng
Các thông số cố định:
- Nồng độ OCP 2530 PL dạng rắn: 6.0 %
- Chất chống oxy hóa: không sử dụng
Thông số khảo sát: loại dầu gốc SN 150, AP Core 150, J 150
Bảng 4.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của loại dầu gốc đến chất lượng phụ gia OCP 2530 PL dạng lỏng
Mã số Loại dầu gốc
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Kết quả khảo sát sơ bộ
4.1 1 Khảo sát ảnh hưởng của loại dầu gốc đến chất lượng phụ gia OCP 2530 PL dạng lỏng
Các thông số cố định:
- Nồng độ OCP 2530 PL dạng rắn: 6.0 %
- Chất chống oxy hóa: không sử dụng
Thông số khảo sát: loại dầu gốc SN 150, AP Core 150, J 150
Bảng 4.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của loại dầu gốc đến chất lượng phụ gia OCP 2530 PL dạng lỏng
Mã số Loại dầu gốc
3 AP Core 150 60.57 9.88 148.46 3.22 32.59 Đồ thị 4.1 Ảnh hưởng của loại dầu gốc đến chất lượng phụ gia OCP 2530
- Độ nhớt động học của phụ gia chịu ảnh hưởng của độ nhớt dầu gốc điều chế 51olym Mối 51oly hệ này được thể hiện trong bảng 4.2
Bảng 4.2 trình bày mối quan hệ giữa độ nhớt động học của dầu gốc và độ nhớt động học của phụ gia được chế tạo từ loại dầu gốc đó Cụ thể, độ nhớt động học của dầu gốc ở 100°C (cSt) và độ nhớt động học của phụ gia ở cùng nhiệt độ (cSt) sẽ được so sánh để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của dầu gốc đến tính chất của phụ gia.
- Mẫu phụ gia được điều chế từ dầu gốc AP Core 150 có các chỉ số VI,
HTHS, HTHS/KV100 vượt trội so với 2 loại dầu gốc còn lại Do đó, ta chọn
AP Core 150 để tiếp tục các khảo sát tiếp theo
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 OCP 2530 PL dạng lỏng
Các thông số cố định:
- Loại dầu gốc: AP Core 150
- Chất chống oxy hóa: không sử dụng
Các thông số khảo sát:
- Thời gian điều chế: 120 phút, 180 phút, 240 phút
Bảng 4.3 Bảng mã hóa điều kiện thí nghiệm khảo sát nồng độ OCP 2530
PL, nhiệt độ và thời gian điều chế
Mã số Nồng độ OCP
Kết quả khảo sát mối quan hệ giữa tính chất phụ gia và chỉ số độ nhớt dạng lỏng với nồng độ OCP 2530 PL, nhiệt độ và thời gian điều chế được trình bày chi tiết trong các bảng 4.4, 4.5, 4.6 và 4.7.
Kết quả khảo sát cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian điều chế đến chất lượng phụ gia OCP 2530 PL dạng lỏng với nồng độ 5.0% là rất quan trọng Bảng 4.4 trình bày chi tiết các thông số và kết quả thu được từ nghiên cứu này.
- Kđn: mẫu không đồng nhất
Màu vàng đậm của OCP 2530 PL dạng lỏng được thể hiện trong đồ thị 4.2, cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian điều chế đến chất lượng của phụ gia này khi nồng độ OCP 2530 PL đạt 5.0%.
Với nồng độ OCP 2530 PL 5.0%, ta có một số nhận xét sau:
Ở nhiệt độ 100°C, khi thời gian điều chế kéo dài, độ nhớt động học và chỉ số độ nhớt (VI) tăng lên rõ rệt Sau 240 phút, mẫu trở nên đồng nhất với độ nhớt động học cao hơn.
VI tăng lên cao nhất Do đó, ta chọn điều kiện của mẫu 28 để tiếp tục khảo sát
Ở nhiệt độ 120 độ C, sau 180 và 240 phút điều chế, độ nhớt động học và chỉ số độ nhớt (VI) đạt giá trị cao nhất, khiến mẫu trở nên đồng nhất Vì vậy, điều kiện của mẫu 20 và 32 được chọn để tiếp tục khảo sát.
Ở 140 độ C, tất cả các mẫu đều đồng nhất, nhưng màu sắc chuyển từ vàng đến vàng sậm, cùng với độ nhớt, VI và HTHS có xu hướng giảm Hiện tượng này xảy ra do một số thành phần trong dầu gốc và mạch polymer của phụ gia bị oxy hóa và cắt mạch khi gia nhiệt Để khắc phục tình trạng này, việc sử dụng chất chống oxy hóa hiệu quả là cần thiết Do đó, chúng tôi đã chọn các mẫu 12, 24, 36 để tiếp tục khảo sát.
Kết quả khảo sát cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian điều chế đến chất lượng phụ gia OCP 2530 PL dạng lỏng với nồng độ 6.0% là rất quan trọng Bảng 4.5 trình bày các dữ liệu chi tiết về sự thay đổi chất lượng của phụ gia khi điều chỉnh các yếu tố này.
- Kđn: mẫu không đồng nhất
Màu vàng đậm của OCP 2530 PL dạng lỏng cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian điều chế đến chất lượng phụ gia này Đồ thị 4.3 minh họa rõ ràng sự thay đổi chất lượng khi nồng độ OCP 2530 PL đạt 6.0%.
Với nồng độ OCP 2530 PL 6.0%, ta có một số nhận xét sau:
Ở nhiệt độ 100 độ C, độ nhớt động học và VI không thay đổi rõ rệt theo thời gian Mẫu 29 sau 240 phút vẫn không đồng nhất, với độ nhớt động học chỉ đạt 9.17, thấp hơn mẫu 28 có độ nhớt 9.71 trong cùng điều kiện Điều này cho thấy rằng với nồng độ OCP 2530 PL 6%, mẫu không thể hòa tan hoàn toàn trong 240 phút ở nhiệt độ 100 độ C Vì vậy, điều kiện của các mẫu 5, 17, 29 sẽ không được sử dụng trong các khảo sát tiếp theo.
Ở nhiệt độ 120°C, sau 180 và 240 phút điều chế, độ nhớt động học và chỉ số độ nhớt (VI) đạt giá trị cao nhất, khiến mẫu trở nên đồng nhất Vì vậy, điều kiện của mẫu 21 và 33 được chọn để tiếp tục khảo sát.
Tại nhiệt độ 140°C, tất cả các mẫu đều đồng nhất và tương tự như mẫu OCP 2530 PL 5% cũng đã bị oxy hóa Để tiến hành khảo sát chính xác, cần có mặt của chất chống oxy hóa Do đó, các mẫu 13, 25, và 37 được lựa chọn để tiếp tục nghiên cứu.
Bảng 4.6 trình bày kết quả khảo sát về ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian điều chế đến chất lượng của phụ gia OCP 2530 PL dạng lỏng, với nồng độ OCP 2530 PL là 7.0%.
- Kđn: mẫu không đồng nhất
Nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian điều chế đến chất lượng phụ gia OCP 2530 PL dạng lỏng cho thấy rằng với nồng độ 7.0%, màu vàng đậm là đặc trưng nổi bật của sản phẩm Đồ thị 4.4 minh họa rõ ràng mối quan hệ giữa các yếu tố này và chất lượng của OCP 2530 PL.
Với nồng độ OCP 2530 PL 7.0%, ta có một số nhận xét sau:
Ở nhiệt độ 100°C, độ nhớt động học và VI không thay đổi rõ rệt theo thời gian Mẫu 30 sau 240 phút vẫn không đồng nhất, với độ nhớt động học chỉ đạt 9.11, thấp hơn mẫu 28 có độ nhớt 9.71 trong cùng điều kiện Điều này cho thấy nồng độ OCP 2530 PL 7% không cho phép hòa tan hoàn toàn mẫu trong 240 phút ở 120°C Do đó, các điều kiện của mẫu 6, 18, 30 sẽ không được sử dụng trong các khảo sát tiếp theo.
Ma trận tối ưu hóa thực nghiệm
Dựa trên kết quả khảo sát sơ bộ, chúng tôi đã xây dựng ma trận thực nghiệm để tối ưu hóa điều kiện điều chế phụ gia, nhằm tăng chỉ số độ nhớt từ OCP 2530 PL.
Các thông số cố định:
- Loại dầu gốc: AP Core 150
- Loại chất chống oxy hóa: ATO01
Các thông số khảo sát:
- Nồng độ OCP 2530PL – Nhiệt độ - Thời gian: theo điều kiện điều chế các mẫu 12, 13, 20, 21, 24, 25, 26, 28, 32, 33, 36, 37, 38, 39 đã được khảo sát trong phần trên
- Nồng độ chất chống oxy hóa: 0.1%, 0.2%, 0.3%
Bảng 4.11 Ma trận thực nghiệm tối ưu hóa điều kiện điều chế phụ gia tăng chỉ số độ nhớt từ OCP 2530 PL
Nồng độ ATO01 (%) Nhiệt độ (
Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng 4.12
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
Mã số KV40 (cSt) KV100 (cSt) VI HTHS
- Kđn: mẫu không đồng nhất
Biện luận kết quả
4 1 Biện luận kết quả theo khía cạnh kỹ thuật
4.3.3 1 Trọng số các hàm mục tiêu Đối với một phụ gia tăng chỉ số độ nhớt sử dụng cho dầu nhờn động cơ, có
Độ nhớt động học ở 100°C là yếu tố quan trọng để đánh giá hiệu quả tăng độ nhớt của phụ gia Khi phụ gia có độ nhớt cao, lượng phụ gia cần thiết trong công thức pha chế sản phẩm với độ nhớt nhất định sẽ được giảm thiểu, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Chỉ số độ nhớt (VI) là thước đo khả năng ổn định độ nhớt của sản phẩm khi nhiệt độ thay đổi Một chỉ số độ nhớt cao cho thấy sản phẩm có độ nhớt ổn định hơn và có thể hoạt động hiệu quả trong một khoảng nhiệt độ rộng hơn.
Chỉ số HTHS (High Temperature High Shear) là một thông số quan trọng cho biết độ nhớt còn lại của dầu nhớt khi hoạt động trong động cơ dưới điều kiện nhiệt độ cao và ứng suất trượt lớn Chỉ số này đóng vai trò then chốt trong việc đánh giá hiệu quả bôi trơn và khả năng bảo vệ động cơ của sản phẩm, giúp đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Tỷ số HTHS/KV100 là chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng duy trì độ nhớt của sản phẩm trong động cơ dưới điều kiện thực tế, tương tự như chỉ số HTHS Chỉ số này giúp xác định hiệu quả bôi trơn và bảo vệ động cơ, từ đó hỗ trợ trong việc lựa chọn quy trình tối ưu cho việc điều chế phụ gia tăng chỉ số độ nhớt, dựa trên vai trò kỹ thuật của các chỉ số để đặt trọng số cho từng hàm mục tiêu.
Bảng 4.13 Trọng số các hàm mục tiêu theo khía cạnh kỹ thuật
Hàm mục tiêu Trọng số Độ nhớt động học ở 100 0 C – KV100 0.1
Chỉ số độ nhớt - VI 0.2
Kết quả chấm điểm cho các quy trình điều chế phụ gia theo các hàm mục tiêu về kỹ thuật được thể hiện trong bảng 4.14
Bảng 4.14 Kết quả chấm điểm cho các quy trình điều chế phụ gia theo các hàm mục tiêu về kỹ thuật
Mã số KV100 (cSt) VI HTHS (cSt) HTHS/
84 2.8 2.6 2.1 2.0 2.23 Đồ thị 4.7 Kết quả chấm điểm cho các quy trình điều chế phụ gia theo các hàm mục tiêu về kỹ thuật
Theo kết quả phân tích, năm quy trình có điểm số cao nhất lần lượt là 48, 66, 51, 65 và 47, được xếp hạng từ cao xuống thấp.
Bảng 4.15.Các quy trình điều chế OCP 2530 PL dạng lỏng tối ưu xét theo khía cạnh kỹ thuật
Mã số Nồng độ OCP
4 2 Biện luận kết quả theo khía cạnh kinh tế - kỹ thuật:
Phương pháp tối ưu trong kinh tế - kỹ thuật nhằm sản xuất sản phẩm chất lượng cao với chi phí thấp, vì vậy cần xác định các trọng số phù hợp.
Bảng 4.16 Trọng số các hàm mục tiêu theo khía cạnh kinh tế - kỹ thuật
Hàm mục tiêu Trọng số
Nồng độ chất chống oxi hóa 0.1
Kết quả chấm điểm cho các quy trình điều chế phụ gia theo các hàm mục tiêu về kinh tế - kỹ thuật như sau:
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
Mã số Chất lượng sản phẩm
Nồng độ chất chống oxy hóa
Thời gian điều chế Tổng điểm
84 2.23 10.0 3.0 5.0 5.0 3.91 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
Theo kết quả phân tích, về mặt kinh tế - kỹ thuật, năm quy trình có điểm số cao nhất lần lượt là 61, 62, 64, 47 và 63 Các quy trình này được đánh giá dựa trên các tiêu chí cụ thể.
Bảng 4.18.Các quy trình điều chế OCP 2530 PL dạng lỏng tối ưu xét theo khía cạnh kinh tế - kỹ thuật
Mã số Nồng độ OCP
Đề xuất quy trình điều chế 1000 Kg phụ gia tăng chỉ số độ nhớt từ
từ OCP 2530 PL theo quy trình 48:
Hình 4.1 Quy trình điều chế phụ gia tăng chỉ số độ nhớt OCP 2530
PL dạng lỏng từ OCP 2530 PL dạng rắn
Cắt, nghiền thành dạng hạt
Hòa tan OCP 2530 PL trong AP core 150 Điều kiện: 120 0 C Thời gian: 180 phút
Cân 50 Kg OCP 2530 PL dạng hạt
Chuyển OCP 2530 PL dạng hạt vào bồn
Bước 1: Sử dụng máy cắt và máy nghiền cắt khối OCP 2530 PL thành dạng hạt
Bước 2: Đầu tiên, bơm 947 kg dầu gốc AP Core 150 vào bồn gia công phụ gia Sau đó, cân 50 kg OCP 2530 PL dạng hạt và cho vào bồn, ngâm cùng với dầu gốc trong 24 giờ.
Bước 3: Cân 3 Kg chất chống oxy hóa vào bồn gia công phụ gia, sau đó gia nhiệt bồn lên 120°C và giữ trong 180 phút Kết quả thu được là phụ gia dạng lỏng với chỉ số độ nhớt tăng cao.
Đánh giá hiệu quả tối ưu hóa
4.5 1 Đánh giá hiệu quả tối ưu hóa theo khía cạnh kỹ thuật
Quy trình 48 mang lại kết quả tối ưu nhất về mặt kỹ thuật Để đánh giá hiệu quả của quá trình tối ưu hóa, cần so sánh chất lượng của phụ gia tăng chỉ số độ nhớt với các mẫu đối chứng.
- Mẫu phụ gia tăng chỉ số độ nhớt đang được điều chế theo quy trình hiện tại: quy trình 01
- 4 mẫu phụ gia dạng lỏng nhập ngoại
Bảng 4.19 So sánh chất lượng các loại phụ gia tăng chỉ số độ nhớt theo khía cạnh kỹ thuật
Tên mẫu Nhà sản xuất KV100 (cSt) VI HTHS (cSt) HTHS/
Trong bài viết này, chúng tôi so sánh chất lượng các loại phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dựa trên khía cạnh kỹ thuật Áp dụng phương pháp tính điểm và các trọng số như đã nêu trong phần 4.3.1, chúng tôi đã đưa ra điểm số cho các mẫu phụ gia cụ thể, bao gồm SV 201 Infinium 13.56, 159, 4.29 và 25.66 Đồ thị 4.9 minh họa sự so sánh này một cách trực quan.
Bảng 4.20 Kết quả chấm điểm so sánh các loại phụ gia tăng chỉ số độ nhớt theo khía cạnh kỹ thuật
Qua bảng so sánh trên, ta nhận thấy:
- Sau khi tối ưu hóa, chất lượng phụ gia tăng chỉ số độ nhớt tăng lên rất đáng kể so với quy trình hiện tại
Chất lượng phụ gia sau khi được tối ưu hóa không chỉ không thua kém so với các loại phụ gia dạng lỏng nhập ngoại mà còn đạt được số điểm cao nhất.
4.5 2 Đánh giá hiệu quả tối ưu hóa theo khía cạnh hiệu quả kinh tế:
Chi phí để điều chế 1.000 KG phụ gia tăng chỉ số độ nhớt theo quy trình 48 được tính như sau:
Bảng 4.21 Chi phí sản xuất 1000 Kg phụ gia tăng chỉ số độ nhớt dạng lỏng từ
(USD/KG) Khối lượng (KG) Thành tiền
Bảng 4.22 trình bày sự so sánh giá cả giữa phụ gia tăng chỉ số độ nhớt được sản xuất từ dạng rắn và phụ gia dạng lỏng nhập khẩu Việc phân tích này giúp hiểu rõ hơn về chi phí và hiệu quả của các loại phụ gia trong ngành công nghiệp.
Nhà sản xuất - Lubrizol Lubrizol Oronite Infinium Giá
Việc gia công phụ gia tăng chỉ số độ nhớt từ nguyên liệu rắn OCP 2530 PL đã cho thấy khả năng giảm chi phí cho loại nguyên liệu này từ 33% đến 65%.
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Qua quá trình khảo sát, tối ưu hóa quy trình, ta có một số kết luận sau:
- Khi xét theo khía cạnh kỹ thuật thuần túy, các quy trình 48, 66, 51, 65,
47 đạt kết quả tối ưu
- Khi xét theo khía cạnh kinh tế kết hợp với kỹ thuật, các quy trình 61, 62,
64, 47 và 63 đạt kết quả tối ưu
Chất chống oxy hóa ATO01 hiệu quả trong việc giảm mức độ oxy hóa ở nhiệt độ 100°C và 120°C Tuy nhiên, khi nhiệt độ đạt 140°C, OCP 2530 PL vẫn bị oxy hóa, dẫn đến giảm chất lượng phụ gia và hiện tượng đổi màu.
Chất lượng của phụ gia lỏng được chế biến từ OCP 2530 PL dạng rắn tương đương với các loại phụ gia lỏng nhập khẩu, nhưng giá thành lại tiết kiệm từ 33% đến 65%.
Do thời gian hạn hạn hẹp nên đề tài còn một số điểm hạn chế, cần được khảo sát sâu hơn về các vấn đề sau:
Nghiên cứu này được thực hiện trong môi trường phòng thí nghiệm Để quy trình có thể áp dụng hiệu quả trong sản xuất, cần tiến hành khảo sát trên các thiết bị sản xuất thực tế nhằm điều chỉnh các thông số cho phù hợp.
- Do thời gian ngắn nên tôi không thể khảo sát và so sánh độ ổn định của phụ gia trong thời gian bảo quản
Các chỉ số chất lượng của phụ gia tăng độ nhớt như độ nhớt động học, chỉ số độ nhớt và HTHS thường giảm sau một thời gian sử dụng Do đó, nghiên cứu độ bền của phụ gia là cần thiết để đánh giá hiệu quả của chúng một cách toàn diện hơn.
