Phụ gia là những chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, hoặc là những nguyên tố đƣợc thêm vào dầu nhờn để nâng cao các tính chất riêng biệt cho sản phẩm cuối cùng.
Sau khi có dầu nhờn gốc, để sản xuất dầu nhờn thƣơng phẩm, ngƣời ta phải pha thêm các phụ gia nhằm mục đích tăng cƣờng các tính chất sẵn có hoặc tạo ra những khả năng mà trong dầu nhờn gốc chƣa có. Sau đây là các chủng loại phụ gia sử dụng chủ yếu cho dầu nhờn động cơ:
Phụ gia chống oxy hóa bao gồm các dẫn xuất của phenol, amin nhƣ: 2,6-di-tert-butyl-p-crezol, phenyl- -naphtalamin. Các chất phụ gia này nhằm mục đích làm chậm quá trinh oxy hóa của dầu, giảm bớt ăn mòn chi tiết và tạo cặn
Phụ gia tăng chỉ số nhớt: là các polyme tan đƣợc trong dầu có tác dụng làm tăng độ nhớt của dầu mỏ, nghĩa là làm cho tốc độ thay đổi độ nhớt của dầu theo nhiệt độ giảm đi. Các phụ gia này đƣợc chia thành 02 nhóm: dạng hydrocacbon (copolyme etylen-propylen, polyizobutylen; copolyme styren- izopren,...) và dạng ester (polymetacrylat, polyacrylat và các copolyme của ester styenmaleic).
Phụ gia ức chế ăn mòn: có chức năng giảm thiểu việc tạo thành các peoxyt hữu cơ, axit và các thành phần oxy hóa khác làm xuống cấp động cơ, bảo vệ ổ đỡ và các bề mặt khác khỏi ăn mòn. Các phụ gia loại này gồm: Di- thiophotphat kim loại (kẽm), sunphonat kim loại và kim loại kiềm cao, các tác nhân hoạt động bề mặt nhƣ các axits béo, amin, axit ankylsulfinic, clo hóa
parafin,...
Phụ gia tẩy rửa: Với nồng độ 2-10%, các chất tẩy rửa có thể ngăn cản, loại trừ các cặn không tan trong dầu, cặn sạn, cacbon và các hợp chất chì trên các bộ phận của động cơ đốt trong. Chúng tác dụng bằng cách hấp thụ lên các hạt không tan, giữ chúng lại trong dầu nhằm giảm tối thiểu cạn lắng và giữ sạch các chi tiết của động cơ. Tác nhân quan trọng nhất có tính tẩy rửa là các phụ gia có chứa kim loại, chúng bao gồm: sunphonat, phenolat, salixylat, photphonat. Phần lớn sunphonat và salixylat của canxi hoặc magiê đƣợc sử dụng nhƣ các chất tẩy rửa chức kim loại.
Phụ gia hạ điểm đông: Ở nhiệt độ thấp thì khả năng lƣu động của dầu sẽ bị giảm, vì vậy cần pha các phụ gia hạ điểm đông đặc nhằm hạ thấp nhiệt độ đông đặc của dầu. Các phụ gia này là các naphtalen đã đƣợc alkyll hóa, các alkylphenol mạch dài.
Ngoài ra còn có các loại phụ gia khác nhƣ: phụ gia phân tán (ngăn ngừa, chống quá trình tạo cặn và lắng đọng trong điều kiện họat động ở nhiệt độ thấp), chất ức chế, phụ gia chống mài mòn, phụ gia biến tính, giảm ma sát, phụ gia ức chế tạo bọt.
Phụ gia để pha chế dầu nhờn phải đáp ứng đƣợc yêu cầu: tan trong dầu gốc, ổn định hóa học, không độc hại, có tính tƣơng hợp và độ bay hơi thấp.
5. Sản xuất dầu nhờn thƣơng phẩm
Để có đƣợc dầu nhờn thƣơng phẩm đáp ứng đƣợc các yêu cầu sử dụng, phải nghiên cứu để tiến hành loại bỏ các thành phần không có lợi nhƣ: nhựa, các hợp chất của lƣu huỳnh, oxy, nitơ, các naphten, hydrocacbon thơm hoặc hỗn hợp của chúng. Ví dụ: parafin có khả năng làm tăng chỉ số độ nhớt nhƣng lại làm cho dầu mất tính linh động nên cũng cần loại bỏ bớt. Tuy nhiên, công việc này rất phức tạp và tốn kém, nó chỉ thực hiện đƣợc trong một chừng mực nhất định. Vì vậy, để tăng cƣờng phẩm chất cho dầu nhờn thành phẩm, buộc phải pha thêm phụ gia, những chất này làm cải thiện tốt hơn các tính chất sử dụng của dầu nhờn.
Khi phụ gia đƣợc cho vào dầu gốc với những tỉ lệ xác định sẽ tạo ra dầu thành phẩm gọi là dầu nhờn.
Dầu nhờn thƣơng phẩm có chất lƣợng cao hay thấp, có đảm bảo tiêu chuẩn và các chỉ tiêu chất lƣợng hay không là phụ thuộc rất lớn vào việc tinh chế và công nghệ sản xuất dầu gốc và các phụ gia, cụ thể hơn là qui trình công nghệ pha chế giữa dầu gốc và phụ gia. Đó là những yếu tố quan trọng nhất và quyết định tới việc điều chế dầu nhờn thƣơng phẩm có chất lƣợng
cao.
6. Các đặc trƣng hóa lý và tiêu chuẩn của dầu bôi trơn 6.1 Độ nhớt 6.1 Độ nhớt
Độ nhớt của một số phân đoạn dầu nhờn là một đại lƣợng vật lý đặc trƣng cho trở lực do ma sát nội tại của nó sinh ra khi chuyển động. Do vậy, độ nhớt có liên quan đến khả năng bôi trơn của dầu nhờn.
Để thực hiện nhiệm vụ bôi trơn, dầu nhờn phải có độ nhớt phù hợp, phải bám chắc lên bề mặt kim loại và không bị đẩy ra ngoài, có nghĩa là nó phải có ma sát nội tại nhỏ.
Độ nhớt của dầu nhờn phụ thuộc chủ yếu và thành phần hóa học. Các hydrocacbon parafin có độ nhớt thấp hơn so với các loại khác. Chiều dài và độ phân nhánh của mạch hydrocacbon càng lớn, độ nhớt sẽ tăng lên. Các hydrocacbon thơm và naphten có độ nhớt cao. Đặc biệt, số vòng càng nhiều thì độ nhớt càng lớn. Các hydrocacbon hỗn hợp giữa thơm và naphten có độ nhớt cao nhất.
Độ nhớt của dầu nhờn thƣờng đƣợc đo bằng poazơ (P). centipoazơ (cP) – đối với độ nhớt động lực, hoặc stôc (St), centitốc (cSt) – đối với độ nhớt động học.
6.2 Chỉ số độ nhớt
Một đặc tính cơ bản nữa của dầu nhờn đó là sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ. Thông thƣờng, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt sẽ giảm. Dầu nhờn đƣợc coi là dầu bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó ít bị thay đổi theo nhiệt độ, ta nói rằng dầu đó có chỉ số nhớt cao. Ngƣợc lại, nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, có nghĩa là dầu có chỉ số nhớt thấp.
Chỉ số nhớt VI (Viscosity Index) là độ nhớt chuyên dùng để đánh giá sự thay đổi của độ nhớt của dầu nhờn theo nhiệt độ. Quy ƣớc dầu gốc parafin có độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ, VI=100; họ dầu gốc naphten có độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, VI=0. Chỉ số độ nhớt là một đại lƣợng có tính quy ƣớc và có thể xác dịnh theo tiêu chuẩn ASTM D2270.
6.3 Điểm bắt cháy
Điểm bắt cháy là nhiệt độ thấp nhất tại đó lƣợng hơi thoát ra trên bề mặt dầu nhờn đủ để bắt cháy khi ngọn lửa tới gần.
Dầu nhờn thƣờng đƣợc xác định điểm bắt cháy cốc hở theo ASTM-D.92 và cốc kín theo ASTM-D.93. Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng để phát hiện một lƣợng nhỏ các chất dễ bay hơi lẫn trong dầu.
Ngoài ra, dầu nhờn còn có một số đặc trƣng hóa lý khác nhƣ: điểm đông đặc, tỷ trọng, độ bền oxy hóa, ăn mòn đồng, hàm lƣợng tro, trị số axxít và kiềm,...
7. Các lĩnh vực ứng dụng và thị trƣờng
Trong động cơ, dầu nhờn có nhiều tác dụng nhƣ giảm ma sát giữa hai bộ phận tiếp xúc trực tiếp với nhau, bôi trơn, giải nhiệt làm mát, làm sạch, làm kín, chống ăn mòn, bảo vệ kim loại. Tuy nhiên, tác dụng cơ bản nhất của nó vẫn là giảm ma sát hay là bôi trơn nên độ nhớt là chỉ tiêu có ảnh hƣởng quan trọng nhất đến chất lƣợng của một sản phẩm dầu nhờn thƣơng mại.
Lĩnh vực ứng dụng chính của dầu nhờn là các động cơ, thiết bị nhƣ môtô, ôtô, máy kéo, các máy móc, thiết bị công nghiệp,... Ở đây dầu nhờn có tác dụng bôi trơn, máy móc sẽ bị hỏng ngay nếu không có dầu nhờn. Việc chọn đúng, sử dụng hợp lý dầu nhờn cũng là vấn đề rất quan trọng vì nếu chọn đúng thì hệ số ma sát có thể giảm từ 100 đến 1000 lần so với ma sát khô.
Trong thực tế, dầu động cơ chiếm một tỷ lệ khá lớn trong công nghiệp sản xuất dầu bôi trơn nói chung (khoảng 40%) và đƣợc sử dụng phổ biến.
Thị trƣờng dầu động cơ rất đa dạng, phong phú nhờ có sự ra đời ngày càng có nhiều các chất phụ gia, cho nên tùy thuộc vào đặc điểm động cơ mà những hãng xe hơi khuyến cáo ngƣời tiêu dùng sử dụng loại dầu nào. Có thể tự đánh giá hay lựa chọn cho mình một loại dầu thích hợp, nhƣng tốt hơn cả hãy hỏi ý kiến của các chuyên gia hay nhờ kỹ thuật viên của hãng tƣ vấn.
8. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐỘ TẠO BỌT CỦA DẦU NHỜN – ASTM D 892 8.1 Phạm vi áp dụng
Phƣơng pháp này dùng để xác định tính chất tạo bọt của dầu nhờn tại một nhiệt độ đặc biệt.
8.2 Mục đích và ý nghĩa
Khuynh hƣớng tạo bọt của dầu nhờn có thể gây nên những vấn đề nghiêm trọng cho hệ thống khi hoạt động với tốc độ cao, thể tích bơm lớn và sự bắn tung tóe dầu. Sự thiếu hụt dầu, sự tạo bong bóng hay sự chảy tràn làm mất mát dầu nhờn có thể gây nên những hỏng hóc cho máy móc. Phƣơng pháp kiểm tra này sử dụng cho việc đánh giá những loại dầu dùng cho họat động ở điều kiện bình thƣờng.
8.3 Tóm tắt phƣơng pháp
Mẫu dầu đƣợc duy trì ở nhiệt độ 24oC và đƣợc sụt qua bằng một dòng khí có tốc độ không đổi trong 5 phút, sau đó để lắng trong 10 phút. Phần thể
tích bọt còn lại đƣợc xác định nhƣ là độ tạo bọt. Thực nghiệm đƣợc lặp lại trên mẫu thứ hai ở 93,5oC và để cho xẹp bọt ở 24o
C.
8.4 Tiến hành thực nghiệm 8.4.1 Thiết bị - hóa chất a. Thiết bị:
- Thiết bị kiểm tra độ tạo bọt
- Bể kiểm tra - Hệ thống cung cấp khí - Đồng hồ bấm giây - Nhiệt kế Hình 12.1 Thiết bị xác định tạo bọt b. Hóa chất - Petroleum distillate - Toluen - Axeton - Petroleum spirit 8.4.2 Chuẩn bị thiết bị
Tiến hành làm sạch hệ thống ống đong dùng cho kiểm tra mẫu và đầu vào của hệ thống cấp khí sau mỗi lần sử dụng để tránh gây nên sai số.
Ống đong: Rửa ống đong với phân đoạn cất dầu mỏ, sau đó với dung môi dầu mỏ. Thực hiện việc sấy khô ống đong trong không khí. Rửa lại ống đong bằng nƣớc cất, sau đó tráng lại với axeton và tiến hành sấy khô.
Hệ thống khuếch tán khí: làm sạch hệ thống khuếch tán khí với phân đoạn cất dầu mỏ, toluen, dung môi dầu mỏ. Ngâm hệ thống khuếch tán khí
vào 300ml phân đoạn cất dầu mỏ
8.4.3 Quy trình thực nghiệm
Qui trình I – Trong trƣờng hợp không lắc và khuấy, rót 200 ml mẫu vào cốc, gia nhiệt đến 49 3oC và cho phép làm lạnh đến 24 3oC, mẫu phải đƣợc kiểm tra trong khoảng thời gian 3 giờ sau khi nhúng ống đong chứa mẫu bể ở nhiệt độ 93,5o
C.
Rót mẫu vào ống đong 1000 ml cho đến vạch 190 ml, nhúng ống đong vào trong bể ổn nhiệt ít nhất là đến vạch 900 ml, sau đó duy trì ở 24 0,5 o
C. Khi nhiệt độ của mẫu bằng với nhiệt độ của bể, nhúng đầu khuếch tán vào trong bình chứa mẫu và tiến hành sục khí với tốc độ dòng khí khoảng 94 5 ml/phút trong vòng 5 phút 3s tính từ khi bắt đầu xuất hiện bọt khí đầu tiên.
Sau khi hết thời gian sục khí, tắt máy sục khí và ghi nhận thể tích của bọt (là thể tích tính từ bề mặt của lớp dầu đến bề mặt của lớp bọt). Tổng lƣợng khí sụt qua hệ thống khoảng 470 25 ml.
Để yên ống đong trong 10 phút 10s và ghi nhận lại thể tích lớp bọt.
Qui trình II – Rót mẫu vào ống đong 1000 ml thứ 2 cho đến vạch 180 ml. nhúng ống đong vào trong bể ổn nhiệt ít nhất là đến vạch 900 ml, sau đó duy trì ở 93,5 0,5 oC. Khi nhiệt độ của mẫu bằng với nhiệt độ 93 1 o
C, nhúng đầu khuếch tán vào trong bình chứa mẫu và tiến hành sục khí với tốc độ dòng khí khoảng 94 5 ml/phút trong vòng 5 phút 3s tính từ khi bắt đầu xuất hiện bọt khí đầu tiên.
Sau khi hết thời gian sục khí, tắt máy sục khí và ghi nhận thể tích của bọt (là thể tích tính từ bề mặt của lớp dầu đến bề mặt của lớp bọt). Để yên ống đong trong 10 phút 10s và ghi nhận lại thể tích lớp bọt.
Qui trình III – Làm tan bọt sau khi kiểm tra ở 93,5oC bằng cách khuấy và làm lạnh mẫu đến 43,5oC bằng cách để yên ống đong chứa mẫu trong không khí ở nhiệt độ phòng, sau đó ngâm mẫu vào bể ổn nhiệt ở 24 0,5o
C. Khi nhiệt độ mẫu bằng với nhiệt độ của bể ổn nhiệt, lặp lại việc kiểm tra nhƣ trên ở nhiệt độ 24oC. Ghi nhận thể tích bọt sau khi sụt khí và để yên.
Một vài lọai dầu nhờn có sử dụng các phụ gia mới có khả năng chống tạo bọt thì không yêu cầu phải kiểm tra tính tạo bọt, nhƣng sau một thời gian tồn trữ thì phụ gia này có thể mất đi họat tính và yêu cầu phải kiểm tra lại tính tạo bọt. Trong trƣờng hợp này ta phải thực hiện quá trình khuấy trộn trƣớc khi kiểm tra theo quy trình sau:
Chuẩn bị một bình chứa sạch có thể tích khỏang 1 lít dùng cho việc khuấy ở tốc độ cao. Cho 500 ml mẫu có nhiệt độ từ 18 đến 32o
C vào bình chứa và tiến hành khuấy ở tốc độ cao trong 1 phút. Sau đó để yên cho tan bọt và ổn định đến nhiệt độ 24 3oC ta tiến hành thực hiện quy trình kiểm tra qui trình I, II, III. Thời gian bắt đầu kiểm tra không quá 3 giờ sau khi khuấy trộn.
8.5 Báo cáo kết quả
Dữ liệu báo cáo đƣợc trình bày trong bảng sau: Bảng kết quả Kiểm tra Khuynh hƣớng tạo bọt Bọt ổn định Thể tích bọt, ml (sau khi sụt khí qua 5 phút) Thể tích bọt, ml (sau khi để yên 10
phút) Không khuấy trộn: Qui trình I Qui trình II Qui trình III Sau khuấy trộn: Qui trình I Qui trình II Qui trình III 8.6 Độ chính xác
Độ lặp lại: Sai số giữa những kết quả thử nghiệm trên cùng điều kiện do một ngƣời thao tác cho phép chỉ 1 trong 20 lần thử nghiệm là không lặp lại theo đồ thị 3.
Độ tái lặp: Sai số giữa hai kết quả độc lập trên hai điều kiện máy móc, con ngƣời khác nhau, chỉ cho phép 1 trong 20 trƣờng hợp là không lặp lại theo đồ thị 4.
BÀI 13. DẦU NHỜN CÔNG NGHIỆP Mã bài: HD B13
Giới thiệu
Dầu nhờn công nghiệp (thƣờng đƣợc gọi là dầu công nghiệp) bao gồm các loại dầu nhờn đƣợc sử dụng để bôi trơn các máy móc công nghiệp và duy trì hoạt động tất cả các loại máy móc, thiết bị công nghiệp.
Mục tiêu thực hiện
Học xong bài này học viên sẽ có khả năng:
- Mô tả đƣợc vai trò của dầu nhờn công nghiệp.
- Phân loại đƣợc dầu nhờn công nghiệp.
- Xác định các tính chất chính của dầu nhờn công nghiệp nhƣ: Độ nhớt, tỷ trọng.
- Thực hiện các thí nghiệm làm trong PTN
Nội dung chính
1. Giới thiệu chung về dầu nhờn công nghiệp
Tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng mà dầu bôi trơn công nghiệp đƣợc sản xuất, chế biến có phụ gia hay không phụ gia và những tính chất lý hóa khác nhau. Dầu nhờn công nghiệp đƣợc chia thành hai nhóm lớn nhƣ sau:
Nhóm dầu công nghiệp thông dụng: là dầu dùng cho các cơ cấu hoạt động của máy móc thiết bị ở điều kiện tải trọng thấp và nhiệt độ thấp, không có những yêu cầu đặc biệt về chất lƣợng.
Dầu công nghiệp thông dụng không có chất phụ gia và có thể đƣợc sử dụng trong bất kỳ cơ cấu thiết bị nào hoạt động với trọng tải nhẹ. Dầu công nghiệp thông dụng không có yêu cầu đặc biệt về chất lƣợng, trừ tính bôi trơn. Vì vậy, dựa vào độ nhớt để đánh giá mức độ ổn định, khả năng chống lão hóa của loại dầu này.
Nhóm dầu công nghiệp đặc biệt: là loại dầu nhờn chuyên dụng, dùng để bôi trơn từng thiết bị riêng biệt.
Dầu nhờn chuyên dụng là dầu nhờn đảm bảo khả năng làm việc của các máy móc thiết bị công nghiệp, các máy gia công kim loại và các thiết bị khác có chế độ hoạt động chuyên dụng.
Dầu nhờn chuyên dụng dùng cho các máy móc có cơ cấu tốc độ cao, hệ