Mỡ chịu nhiệt độ cao với este ổn định nhiệt và chất chống oxy hoá mới

Mỡ chịu nhiệt độ cao được sử dụng cho các vị trí có nhiệt độ cao trên mức bình thường. Tuy nhiên, mặc dù tất cả các hợp chất này đều cho thấy các đặc tính
thuận lợi liên quan đến khả năng chống nhiệt độ cao, nhưng hiệu suất của chúng về chất lượng làm đặc cần được đánh giá. Hiện nay đã có những nghiên cứu khả năng sản xuất mỡ có khả năng chịu được nhiệt độ cao trên cơ sở este tổng hợp ổn định nhiệt được xử lý bằng hệ thống chống oxy hóa hiệu suất cao.

Mỡ chịu nhiệt độ cao với este ổn định nhiệt và chất chống oxy hoá mới

Mỡ chịu nhiệt độ cao là sản phẩm có tuổi thọ cao phù hợp để sử dụng ở nhiệt độ cao như: Ổ trục trơn và ổ trục lăn, thanh trượt, trục ​​truyền động, bánh răng, xích… Mỡ chịu nhiệt độ cao có các đặc điểm chung sau:

• Điểm nhỏ giọt cao.
•  Khả năng chống oxy hóa cao.
• Tỷ lệ bay hơi thấp ở nhiệt độ cao.
• Tách dầu được kiểm soát ở nhiệt độ cao.
• Độ ổn định cơ học tốt (mặc dù điều này là mong muốn đối với bất kỳ loại mỡ nào).

Để có được các đặc tính trên, dầu gốc (là thành phần chính của mỡ) thường được chọn từ các sản phẩm tổng hợp nhóm IV hoặc V chất lượng cao: PAO, este, silicon hoặc hợp chất flo, chẳng hạn. Những chất lỏng này thực sự sẽ thể hiện khả năng chống oxy hóa tốt đến vượt trội và các đặc tính bay hơi thấp đến cực thấp. Chất lượng của mỡ thu được sẽ phụ thuộc phần lớn vào hiệu suất của chất lỏng gốc, đặc biệt là trong điều kiện khắc nghiệt.

Chất làm đặc thường được chọn giữa các sản phẩm như:

• Polyurea, vì khả năng chống oxy hóa tốt.
• Đất sét hoặc silica biến tính hữu cơ, vì chúng không tan chảy.
• Polytetrafluoroethylene (PTFE), vì quán tính oxy hóa đáng chú ý.

Tuy nhiên, mặc dù tất cả các hợp chất này đều cho thấy các đặc tính thuận lợi liên quan đến khả năng chống nhiệt độ cao, nhưng hiệu suất của chúng về chất lượng làm đặc cần được đánh giá. Hiện nay đã có những nghiên cứu khả năng sản xuất mỡ có khả năng chịu được nhiệt độ cao trên cơ sở este tổng hợp ổn định nhiệt được xử lý bằng hệ thống chống oxy hóa hiệu suất cao.

Nghiên cứu sử dụng mỡ chịu nhiệt độ cao với este ổn định nhiệt và chất chống oxy hoá mới

Khi xem xét các mỡ có bán trên thị trường, phần lớn trong số chúng tuyên bố có thể sử dụng được ở nhiệt độ lên đến 120°C, 150°C, đôi khi là 170°C, nhưng chỉ một số ít loại mỡ có thể chịu được nhiệt độ cao hơn. Chúng ta cùng xem xét nhiệt độ hoạt động bao gồm phạm vi từ 180°C đến 250°C. Phạm vi nhiệt độ hoạt động liên tục cao như vậy vẫn giữ được độ ổn định nhiệt oxy hóa và các tính chất hoá lý quan trọng khác.

Nghiên cứu mức độ liên quan của việc sử dụng mỡ gốc este ở những khu vực có nhiệt độ trên 180°C để hiểu rõ hơn về vị trí chính xác của mỡ gốc este trên biểu đồ nhiệt độ,theo biểu đồ càng về phía bên trái chúng ta có thể tận dụng tối đa este tổng hợp làm chất lỏng cơ bản cho mỡ chịu nhiệt độ cao.

Mỡ chịu nhiệt độ cao được pha chế cẩn thận khi lựa chọn chất lỏng este cơ bản, xử lý nó bằng hệ thống chống oxy hóa hiệu suất cao, làm đặc nó bằng hợp chất vô cơ, và cuối cùng đánh giá hiệu suất nhiệt độ cao của các sản phẩm thu được. Một lĩnh vực đặc biệt quan tâm trong nghiên cứu này là khả năng làm đặc hiệu quả một este có độ ổn định nhiệt cao, vì thực ra câu hỏi không phải là liệu chất lỏng cơ bản như vậy có thể được làm đặc hay không, mà là liệu độ ổn định cơ học có đạt đến mức độ tối ưu nhất hay không?

Tối ưu hóa khả năng chống oxy hóa nhiệt của dầu gốc Este tổng hợp

Este tổng hợp, được biết đến với hiệu suất cao ở nhiệt độ cao hơn, đã được xem xét và thử nghiệm. Một số tính năng cơ bản đã được sử dụng như các chỉ số tốt về hiệu suất trong điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như điểm chớp cháy và tốc độ bay hơi.

Phân tích nhiệt trọng lượng đã chứng minh là một công cụ đáng tin cậy để đánh giá chất lượng của dầu gốc (và mỡ thu được) và hiểu rõ hơn về hiện tượng bay hơi.

Sử dụng thử nghiệm ASTM D4636, được thiết kế cho dầu động cơ phản lựcMđể đánh giá khả năng chống oxy hóa xúc tác của chất lỏng bôi trơn ở nhiệt độ cao, khi có kim loại phủ và có bọt khí (204°C, 72 giờ). Độ nhớt và sự thay đổi số axit được đo sau khi thử nghiệm. Đây là thử nghiệm oxy hóa và ăn mòn nghiêm ngặt.

Một thử nghiệm hữu ích khác là thử nghiệm micro-coking GFC-Lu-27-T-07, ban đầu được ngành công nghiệp ô tô thiết kế để đánh giá xu hướng cốc hoá và khả năng tẩy rửa của dầu tiếp xúc với bề mặt kim loại nóng, nơi có sự chênh lệch nhiệt độ
.
Là sản phẩm tổng hợp, cấu trúc của este có thể được điều chỉnh và thiết kế để tối đa hóa độ ổn định nhiệt oxy hóa và giảm thiểu độ bay hơi, đây là một trong những lý do tại sao chúng được sử dụng trong chất bôi trơn động cơ phản lực, trong số các ứng dụng khác ( Hình 3).

Đặc biệt, este neopolyol, một loại este cụ thể, được biết là có khả năng chống oxy hóa, phân hủy nhiệt và cốc hoá tuyệt vời, nhờ vào cấu trúc của chúng. Tất cả chúng đều có điểm chung là có một cacbon bậc bốn trong chuỗi cacbon của chúng khiến chúng đặc biệt bền ở nhiệt độ cao hơn: sự vắng mặt của hydro trong β của oxy rượu ức chế sự phân hủy nhiệt do phản ứng loại bỏ.

Bằng cách lựa chọn cẩn thận các axit phản ứng với neopolyol, có thể tối ưu hóa hơn nữa khả năng chống oxy hóa nhiệt, và cuối cùng thu được este có độ nhớt cao, thể hiện độ bay hơi rất thấp và độ ổn định oxy hóa nhiệt tối đa ( Hình 4 – NYCOBASE 9600X).

Hình 5 và 6 cho thấy kết quả thử nghiệm oxy hóa và ăn mòn ASTM D4636 và kết quả thử nghiệm cốc hóa vi mô GFC-Lu-27-T-07, so với PAO có độ nhớt tương tự (400 mm2/giây ở 40°C.

NYCOBASE 9600X là sự lực chọn tốt nhất cho mục đích của nghiên cứu, vì nó chứng minh:

• Độ bay hơi rất thấp, dẫn đến ít bốc hơi trong hoạt động.
• Khả năng chống oxy hóa vượt trội, dẫn đến xu hướng trùng hợp thấp.
•  Xu hướng kết cốc thấp, có nghĩa là dầu cuối cùng sẽ cháy sạch.

Trong bước thứ hai, NYCO đã sử dụng chuyên môn của mình trong việc tạo ra các loại dầu động cơ phản lực nhiệt độ cao thế hệ trước để thiết kế một hệ thống chống oxy hóa cụ thể cho thấy phản ứng tuyệt vời trong các este neopolyol. Công nghệ này cung cấp khả năng bảo vệ vượt trội chống lại sự phân hủy oxy hóa nhiệt.

So sánh giữa công nghệ này (NYCOPERF AO 337) và các kết hợp truyền thống của chất chống oxy hóa amin (ví dụ như dioctyl diphenylamine, octylated phenyl alpha-naphthylamine) cho thấy rõ hiệu suất vượt trội của công nghệ NYCO, như thể hiện trong kết quả thử nghiệm bay hơi chảo nhôm ở 200°C trên 2 este đã pha chế và trên kết quả thử nghiệm micro-coking (Hình 7).

Các hiện tượng dự kiến ​​xảy ra trên dầu bị đun nóng mạnh là:

•  Bay hơi, dẫn đến mất khối lượng.
•  Phân hủy nhiệt, dẫn đến các hợp chất nhẹ hơn, dễ bay hơi và mất khối lượng.
• Oxy hóa, dẫn đến nhiều sản phẩm chứa oxy.
• Trùng hợp các sản phẩm phân hủy, dẫn đến lắng đọng và vecni.

Quá trình bay hơi thực sự là một hiện tượng không đáng kể so với các cơ chế oxy hóa nhiệt. Có thể nhận thấy rằng NYCOBASE 9600X, do bản chất hóa học của nó, có vẻ có xu hướng tạo cốc thấp vốn có. Các chất chống oxy hóa, thông qua tác dụng ức chế của chúng đối với quá trình phân hủy nhiệt và oxy hóa, có vẻ như làm chậm thời gian cảm ứng, khi quá trình phân hủy nhanh bắt đầu tăng theo cấp số nhân.

Để có được chất lỏng cơ bản tốt nhất có thể cho công thức của mỡ chịu nhiệt độ cao và tối đa hóa các đặc tính oxy hóa nhiệt, các nhà nghiên cứu đã tự nhiên chọn kết hợp este NYCOBASE 9600X có độ ổn định nhiệt cao với hệ thống chống oxy hóa hiệu suất cao NYCOPERF AO 337 của NYCO. Các thử nghiệm oxy hóa xác nhận sự kết hợp như vậy dẫn đến kết quả vượt trội về khả năng chống lại sự phân hủy oxy hóa nhiệt và xu hướng tạo cốc (Hình 8): độ ổn định nhiệt của
chất lỏng được pha chế). Các đặc tính như vậy được tận dụng trong các ứng dụng như dầu xích chịu nhiệt độ cao chẳng hạn, nơi đôi khi có thể đạt được nhiệt độ cao tới 300°C. Công nghệ này được cấp bằng sáng chế như một hệ thống chống oxy hóa hiệu suất cao trong dầu xích chịu nhiệt độ cao.

Biểu đồ TGA cho thấy rõ 3 pha phác thảo các tính chất mà chúng ta đang tìm kiếm trong một chất lỏng cơ bản như vậy:

• Pha bay hơi chậm.
•  Pha phân hủy nhanh (nhiệt phân).
•  Pha trùng hợp, để lại rất ít cặn.

Lựa chọn chất làm đặc hiệu quả trên cơ sở dầu gốc đã chọn

Một khía cạnh cơ bản của nghiên cứu này là xác định rằng dầu gốc cơ sở đã chọn có thể được làm đặc đúng cách để tạo ra mỡ ổn định về mặt cơ học. Chất làm đặc vô cơ được ưu tiên cho vì chúng dễ xử lý, tiết kiệm chi phí và phù hợp với nhiệt độ khắc nghiệt. Do đó, dầu gốc cơ sở đã chọn được làm đặc bằng đất sét bentonit và silica, và các loại mỡ thu được được pha chế hoàn toàn bằng chất chống oxy hóa, phụ gia phốt pho và lưu huỳnh, và chất khử hoạt tính kim loại (Hình 10).

Kết luận

Mỡ chịu nhiệt độ cao được pha chế bằng dầu gốc este cơ bản, xử lý nó bằng hệ thống chống oxy hóa hiệu suất cao, làm đặc nó bằng hợp chất vô cơ, và cuối cùng đánh giá hiệu suất nhiệt độ cao của các sản phẩm thu được có độ ổn định nhiệt cao, độ ổn định cơ học tối ưu…Qua bài viết này hy vọng các bạn sẽ lựa chọn đúng loại mỡ chịu nhiệt độ cao phù hợp cho nhiệt độ hoạt động thực tế cảu mình.