MỞ ĐẦU VỀ MỠ BÔI TRƠN

KHÁI NIỆM VỀ MỠ BÔI TRƠN

Theo định nghĩa của Hiệp hội thử nghiệm nguyên vật liệu Mỹ (ASTM – D288) thì “Mỡ bôi trơn là loại sản phẩm có nhiều dạng từ rắn cho đến bán lỏng do sự phân bố của các tác nhân làm đặc chất bôi trơn dạng dung dịch và các thành phần khác được đưa vào để tạo nên các đặc tính của mỡ”. Theo định  nghĩa này, mỡ là các chất bôi trơn dạng lỏng được làm đặc lại nhằm tạo nên các tính chất mà chỉ riêng các chất bôi trơn dạng lỏng không có.

Mặc dù hàng năm trên thế giới, lượng mỡ nhờn tiêu thụ ít hơn rất nhiều  so với dầu nhờn, nhưng mỡ nhờn là loại sản phẩm không thể thay thế được trong kỹ thuật và công nghệ. Hàng trăm loại mỡ nhờn có thành phần và công dụng khác nhau đã được nghiên cứu và sản xuất cho đến ngày nay. Mỡ nhờn sản xuất từ nguồn dầu nhờn gốc dầu mỏ và các loại xà phòng của axit béo chiếm tới trên 90% tổng lượng mỡ nhờn, là loại mỡ thông dụng nhất; còn rất nhiều loại khác tuy không thông dụng bằng, nhưng đặc chế sử dụng trong các trường hợp cụ thể.

VAI TRÒ VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG CỦA MỠ BÔI TRƠN

Vai trò của mỡ bôi trơn

Mỡ nhờn có tác dụng bôi trơn phụ trợ cho dầu nhờn. Vai trò chủ yếu của nó cũng giống như dầu bôi trơn. Tuy nhiên, mỡ nhờn còn có những vai trò khác mà dầu nhờn không có được.

Vai trò bôi trơn

Cũng giống như dầu nhờn, vai trò chủ đạo của mỡ nhờn là tạo ra sự bôi trơn toàn bộ để giảm sự ma sát và chống được tác hại do mài mòn ở các bộ phận có ổ trục. Để bổ sung thêm tác dụng bôi trơn của dầu nhờn, mỡ có tác dụng bôi trơn ở những nơi có áp lực cao (trục xe, chốt nhíp), ở những chỗ trống, hở, không có bầu dầu, ở nơi có sức ly tâm lớn.

Tuy nhiên sự bôi trơn của mỡ không thể thay thế hoàn toàn cho dầu được vì mỡ ở trạng thái đặc sệt, không lưu thông được, dùng mỡ bôi trơn sẽ tốn nhiều động lực của động cơ khi máy móc làm việc.

Vai trò bảo vệ

Khi bôi trơn lớp mỡ lên bề mặt các dụng cụ, khí tài, máy móc, chế tạo bằng kim loại sẽ có tác dụng chống lại sự xâm nhập, ăn mòn của môi trường xung quanh như hơi nước, axit – kiềm, bụi bẩn… có thể gây nên sự han gỉ, phá hoại bề mặt kim loại.

So với dầu nhờn, mỡ có tác dụng bảo vệ tốt hơn vì chúng ở trạng thái đặc sệt, không bị chảy trôi, có tính bám dính và ổn định tốt.

Vai trò bịt kín

Mỡ được dùng để bịt kín trong các trường hợp cần lắp các ống dẫn thể lỏng hay khí. Mỡ được bôi vào các ren nối hoặc các khớp nối đường ống, các đệm nắp máy, các khe hở giữa các bộ phận…

Mỡ có tác dụng bịt kín tốt hơn nhiều so với dầu vì mỡ ở thể đặc sệt và bám dính lên bề mặt kim loại tốt hơn. Do vậy, mỡ tránh được sự rò rỉ và chảy giọt

Tuy nhiên, mỡ khác với dầu nhờn ở chỗ nó không có vai trò làm nguội và làm sạch vì mỡ không lưu thông được.

Phạm vi sử dụng của mỡ bôi trơn

Mỡ bôi trơn thường dùng thay thế chủ yếu cho dầu bôi trơn ở những nơi đòi hỏi chất bôi trơn phải giữ nguyên được trạng thái cấu trúc ban đầu của nó; đặc biệt là ở những nơi điều kiện để bôi trơn thường xuyên bị hạn chế hay về mặt kinh tế là không thể chấp nhận.

Mỡ được sử dụng để bôi trơn phổ biến nhất là ở các ổ bi cầu và các ổ con lăn của các máy công cụ, mô tơ điện và nhiều loại ổ trục khác nhau. Để có được đặc tính thích hợp và nhiệt độ nhỏ giọt cao, người ta thường sử dụng mỡ xà phòng Liti, Natri hoặc mỡ phức canxi-natri.

Mỡ phải ngăn được sự rò rỉ trong điều kiện ẩm ướt và ngăn được tác dụng xúc tác của kim loại và chúng có độ ổn định oxy hoá tốt. Mỡ được dùng bôi trơn ở những nơi mà dầu không thể thực hiện được vì thể lỏng dễ bị trôi đi mất như ở các trục đứng, trục ngang. Điều quan trọng là mỡ phải bảo vệ được các ổ trục khỏi bị tác dụng của môi trường bằng cách ngăn không để cho hơi ẩm hoặc các chất bẩn xâm nhập vào ổ trục.

PHÂN LOẠI MỠ BÔI TRƠN

Mỡ bôi trơn rất đa dạng. Do những yêu cầu phát triển của các ngành chế tạo máy và các lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau, các chủng loại mỡ không ngừng được mở rộng, đổi mới. Chính vì vậy có nhiều các phân loại mỡ khác nhau như sau:

• Theo phạm vi sử dụng, có hai nhóm: mỡ công nghiệp và mỡ động cơ.
• Theo nhiệt độ làm việc: nhiệt độ cao, nhiệt độ thường và nhiệt độ thấp.
• Theo tính năng ứng dụng: mỡ thông dụng, mỡ đa dụng và mỡ đặc dụng.
• Mỡ xà phòng – mỡ không xà phòng.
• Theo thành phần lỏng: mỡ từ dầu gốc và mỡ từ dầu tổng hợp.
• Theo khả năng chịu tải: chịu tải thường, chịu tải cao và chịu áp suất rất cao.

Hiện nay, các tổ chức tiêu chuẩn hoá đã từng bước sàng lọc để việc phân loại mỡ được tiện dụng, hiệu quả cho các nhà máy chế tạo và người sử dụng.

PHÂN LOẠI THEO NLGI

NLGI (National Lubricating Grease Institue) đã đưa ra sự phân loại dựa trên độ xuyên kim của mỡ, theo phương pháp thử ASTM D217 như sau:

Loại mỡ	Độ xuyên kim, ở 25oC (1/10 mm)	Đặc tính
000	445 – 475	Nửa lỏng
00	400 – 430	Nửa lỏng
0	355 – 385	Rất mềm
1	310 – 340	Mềm
2	265 – 295	Dạng kem
3	220 – 250	Gần rắn
4	175 – 205	Rắn
5	130 – 160	Tương đối cứng
6	85 – 115	Cứng

Phân loại mỡ theo NLGI

Đây là phương pháp phân loại đơn giản và được ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là không phản ánh các tính chất hoá lý và khả năng ứng dụng của mỡ. Hiện nay, chất lượng mỡ được đánh giá theo các tiêu chuẩn như ISO 6743-9 hoặc DIN 51825.

PHÂN LOẠI THEO THÀNH PHẦN CHẤT LÀM ĐẶC

Dựa vào chất làm đặc được sử dụng người ta phân loại mỡ thành 2 nhóm chính là: mỡ xà phòng và mỡ không xà phòng.

Mỡ xà phòng sử dụng chất làm đặc là các axit béo cao phân tử. Nhóm này chiếm phần lớn lượng mỡ được sản xuất và sử dụng hiện nay.

Dựa vào các cation kim loại trong chất làm đặc mà mỡ xà phòng lại được chia làm 3 nhóm nhỏ:

• Mỡ chứa axit béo của các kim loại kiềm (Li, Na, K)
• Mỡ chứa axit béo của các kim loại kiềm thổ (Ca, Ba)
• Mỡ chứa axit béo của các kim loại thường (Al, Zn, Pb)

Dựa vào gốc anion của chất làm đặc thì mỡ được chia làm 2 nhóm: mỡ đơn và mỡ phức.

Mỡ không xà phòng là loại mỡ sử dụng các chất làm đặc vô cơ như silica- gel, than hoạt tính; hoặc các chất hữu cơ cao phân tử như polyure;…

PHÂN LOẠI THEO TÍNH NĂNG SỬ DỤNG

Tuỳ theo tính năng sử dụng và các đặc tính kỹ thuật mà mỡ nhờn được chia thành 3 nhóm chính theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5688 như sau:

• Mỡ chống ma sát
• Mỡ bảo quản
• Mỡ làm kín

Mỡ chống ma sát

Mỡ chống ma sát được sử dụng để giảm lực ma sát và sự mài mòn trên bề mặt tiếp xúc của các chi tiết máy móc, thiết bị, động cơ. Mỡ chống ma sát thường là mỡ loại 1,2 và 3 theo phân loại của NLGI.

Trong quá trình làm việc, mỡ chống ma sát phải chịu các tác động cơ học, nhiệt độ, hoá học có thể gây ảnh hưởng đến cấu trúc mỡ. Một vấn đề nữa đó là sự thất thoát của lượng thành phần lỏng trong mỡ do nhiệt độ cao. Khi lượng lỏng mất mát đến 50% thì cần phải thay mỡ mới.

Mỡ thông dụng

Mỡ thông dụng được phân làm hai loại chính theo khoảng nhiệt độ làm việc.

• Mỡ thông dụng nhiệt độ thường

Loại mỡ này thường là mỡ canxi, có nhiệt độ nhỏ giọt ≥75^oC. Yêu cầu đối với loại mỡ này là khả năng chịu nước tốt, độ ổn định keo cao, các tính chất bảo vệ tốt. Tuy nhiên, mỡ canxi thường có độ ổn định cơ học thấp.

Phạm vi ứng dụng: được sử dụng bôi trơn trong khoảng nhiệt độ từ -30^oC đến 70^oC, đối với các cụm ma sát thô của máy móc, thiết bị, phương tiện vận tải, máy móc nông nghiệp, thiết bị cầm tay, bản lề, trục vít, bánh răng,….

• Mỡ thông dụng nhiệt độ tương đối cao

Đối với khoảng nhiệt độ làm việc tương đối cao, người ta sử dụng mỡ natri – canxi, có nhiệt độ nhỏ giọt ≥120^oC.

Loại mỡ này có độ ổn định cơ học tốt hơn so với mỡ canxi, tuy nhiên chịu nước kém, độ ổn định keo thấp.

Công dụng: được sử dụng trong các trường hợp môi trường làm việc có độ ẩm thấp, nhiệt độ dao động từ -20^oC đến 110^oC và đối với các chi tiết ổ lăn, ổ trượt, bánh xe, các chi tiết trong quạt, máy đúc,…

Mỡ đa dụng

Bao gồm nhóm mỡ liti, có nhiệt độ nhỏ giọt ≥160^oC. Loại mỡ này chịu nước tốt, độ ổn định keo và độ bền cơ học đều cao; mặt khác lại có tính bám dính tốt.

Công dụng: được sử dụng trong các điều kiện độ ẩm tương đối cao, công suất thiết bị lớn, giới hạn nhiệt độ từ 40^oC đến 150^oC; bôi trơn tất cả các ổ lăn, ổ trượt, cơ cấu truyền động, các chi tiết ma sát, phương tiện vận tải,…

Mỡ đặc dụng

Mỡ đặc dụng là nhóm mỡ được sử dụng trong các trường hợp yêu cầu các đặc tính kỹ thuật đặc biệt như chịu nhiệt, chịu lạnh, chịu ăn mòn,..

• Mỡ chịu nhiệt

Đây là các loại mỡ có nhiệt độ nhỏ giọt rất cao, ≥200^oC; thường là các mỡ phức canxi hoặc mỡ không xà phòng hữu cơ. Loại mỡ này có độ ổn định keo và độ bền hoá học cao.

Công dụng: sử dụng đối với các trường hợp nhiệt độ làm việc trên 150^oC.

• Mỡ chịu lạnh

Mỡ chịu lạnh phải có độ nhớt thấp và thường là mỡ liti với thành phần lỏng đi từ dầu có độ nhớt thấp. Mặc dù, loại mỡ này có độ ổn định keo kém nhưng chịu nước tốt.

Công dụng: sử dụng trong các trường hợp tải trọng không lớn nhưng nhiệt độ làm việc rất thấp, có thể xuống dưới -40^oC, ví dụ như các cụm ma sát trong thiết bị hàng không, radio kỹ thuật,…

• Mỡ bền hoá học

Là loại mỡ với chất làm đặc là các hydrocarbon hoặc silica-gel, đảm bảo chịu nước và chịu ăn mòn tốt.

Công dụng: bôi trơn các cụm ma sát, van, mối nối, ren trong các thiết bị hoá học, các thiết bị làm việc trong môi trường ăn mòn; hoặc sử dụng trong trường hợp cần bảo vệ bề mặt kim loại khỏi ăn mòn.

Mỡ chuyên dụng

Mỡ chuyên dụng bao gồm nhiều loại mỡ khác nhau. Mỗi loại mỡ được sản xuất, phục vụ cho những yêu cầu riêng biệt của từng ngành đặc thù. Bảng sau giới thiệu một số loại mỡ chuyên dụng.

Mỡ bảo quản

Mỡ bảo quản được tổng hợp và sử dụng nhằm bảo vệ, ngăn ngừa sự ăn mòn bề mặt các chi tiết kim loại và máy móc khi vận chuyển, bảo quản, vận hành…

Các loại mỡ bảo quản cần phải có khả năng bám dính trên bề mặt tốt vì vậy chúng thường là các loại mỡ hydrocarbon, vaselin, có nhiệt độ nhỏ giọt ≥60^oC. Chúng có độ ổn định keo và độ ổn định hoá học cao, độ bay hơi thấp, chịu nước tốt. Phạm vi nhiệt độ làm việc thường không quá 50^oC.

Loại mỡ	Đặc tính kỹ thuật	Công dụng
Mỡ dụng cụ chính xác	–   Chịu nước tốt –   Độ bám dính cao –   Chống mài mòn tốt –   Chống ăn mòn tốt –   Bảo quản tốt	Bôi trơn các cụm sát trong các dụng cụ, máy móc chính xác như vô tuyến điện, hệ thống tự động, đồng hồ, các máy quang học, roto,…
Mỡ máy điện	–   Chịu nước tốt –   Độ bay hơi thấp –   Chống ăn mòn tốt –   Chống mài mòn tốt	Bôi trơn các ổ lăn, con quay của máy điện.
Mỡ máy công cụ	–   Bền nhiệt –   Chịu nước tốt –   Độ ổn định keo tốt –   Bền oxy hoá	Bôi trơn trong khoảng nhiệt độ làm việc tương đối rộng đối với các máy công cụ, luyện kim, thiết bị nâng chuyển.
Mỡ máy khoan	–   Sản xuất từ dầu nặng –   Độ nhớt cao –   Chịu nước tốt –   Chống mài mòn tốt	Giảm mài mòn và ma sát trong các cột ống khoan, điểm tựa của các chòng xoay.

	–   Độ ổn định keo tốt –   Bền cơ học và oxy hoá
Mỡ máy hàng không	–   Nhiệt độ nhỏ giọt ≥160oC –   Độ nhớt thấp –   Các chỉ tiêu khác đều tốt	Bôi trơn các cụm ma sát trong các thiết bị bay.
Mỡ tàu hoả	–   Bền nhiệt –   Chống mài mòn tốt –   Chống ăn mòn tốt –   Chịu nước trung bình	Bôi trơn các ổ trục, ổ lăn, cơ cầu phanh hãm của tàu hoả
Mỡ tàu thủy	–   Mỡ nhôm, nhiệt độ nhỏ giọt ≥80oC –   Có tính bám dính tốt –   Chịu nước tốt, đặc biệt chịu được nước mặn –   Chịu ăn mòn tốt	Bôi trơn các cụm ma sát tàu thuỷ, khoảng nhiệt độ làm việc từ 0oC đến 60oC

Mỡ làm kín

Mỡ làm kín có vai trò lấp kín các khe hở, mối nối ren, mối nối tĩnh cũng như mối nối động. Mỡ làm kín được chia làm 3 loại sau.

Mỡ van

Mỡ van được sử dụng làm kín đối với hệ van, vòng đệm của các máy bơm, van chắn cửa đường ống, đặc biệt là các van chắn làm việc trong điều kiện áp suất cao và van thiết bị cấp phát.

Các loại mỡ này cần chịu nước tốt, độ bám dính cũng như độ ổn định keo cao và tương đối cứng.

Mỡ ren

Mỡ ren được sử dụng để làm kín và bôi trơn trong các thiết bị khoan, ống dẫn dầu và khí. Trong mỡ ren thường chứa nhiều bột kim loại nên khá độc hại. Các loại mỡ này đòi hỏi phải có khả năng chịu nước tốt, độ bám dính cao.

Mỡ chân không

Đây là các loại mỡ được sản xuất bằng cách làm đặc dầu gốc parafin bằng xerezin, thường chứa cao su tự nhiên và có độ nhớt cao, nhiệt độ nhỏ giọt ≥50^oC. Vì vậy, các loại mỡ này khá giống cao su tự nhiên, khả năng bám dính tốt.

Mỡ chân không được sử dụng làm kín các mối nối động của hệ thống chân không; khe hở của các thiết bị để ngăn bụi và hơi ẩm khi bao gói, bảo quản thiết bị trong thời gian dài.

THÀNH PHẦN MỠ BÔI TRƠN

Các loại mỡ bôi trơn được chế biến bằng công nghệ dựa trên phương pháp làm đặc các loại dầu bôi trơn thể lỏng nhờ các chất làm đặc riêng biệt theo các công đoạn và các điều kiện kỹ thuật nhất định. Mỡ là hỗn hợp của dầu nhờn gốc dầu mỏ hoặc dầu nhờn tổng hợp với 5% đến trên 30% một loại chất làm đặc nào đó. Dầu nhờn làm nhiệm vụ bôi trơn còn chất làm đặc có chức năng giữ dầu lỏng ở trạnh thái bán rắn trong mỡ và chống chảy. Chất làm đặc có thể là bất cứ loại vật liệu rắn nào đó mà khi phối liệu với các loại dầu thích hợp trong những điều kiện xác định chúng sẽ tạo ra một cấu trúc đồng nhất dạng rắn hoặc nửa rắn.

THÀNH PHẦN LỎNG

Dầu làm nhiệm vụ bôi trơn và là thành phần chính của mỡ, thông thường chiếm 70-95% thành phần mỡ. Do là thành phần chính nên hàm lượng dầu và tính chất lý hóa của dầu đều có ảnh hưởng rõ ràng đến tính năng làm việc của mỡ. Nếu mỡ bôi trơn dùng cho các bộ phận làm việc ở nhiệt độ thấp, phụ tải nhẹ và tốc độ quay nhanh thì phải dùng dầu có nhiệt độ đông đặc thấp, độ nhớt thấp và chỉ số độ nhớt cao. Nếu mỡ làm việc ở nơi có phụ tải lớn, nhiệt độ cao và tốc độ chậm thì phải dùng dầu có độ nhớt cao và pha thêm chất độn ( như bột graphit..). Trong nhiều trường hợp phải dùng dầu tổng hợp thay cho dầu khoáng trong chế biến mỡ. Dầu tổng hợp mang đến cho mỡ tính năng chịu lạnh và chịu nhiệt tốt. Các loại mỡ chế biến từ dầu tổng hợp có thể làm việc trong dải nhiệt độ rộng từ -70 ^oC đến 400 ^oC.

Dầu gốc khoáng

Thành phần hoá học

Phân đoạn gasoil nặng bao gồm các hydrocarbon từ C₂₁ ÷ C₃₅, thậm chí có thể lên tới C₄₀. Với phân tử lượng lớn như vậy, thành phần hoá học của phân đoạn này rất phức tạp: hàm lượng parafin ít trong khi naphten và aromat nhiều hơn. Dạng cấu trúc hỗn hợp tăng. Tỷ lệ thành phần của các hydrocarbon trong dầu nhờn thay đổi tuỳ thuộc vào nguồn dầu thô. Song chúng đều chứa các dạng hydrocarbon sau:

Parafin – Trong dầu nhờn gốc, parafin là các parafin mạch dài, có khối lượng phân tử lớn, bao gồm cả n-parafin và iso-parafin. Trong đó hàm lượng n- parafin thường cao hơn so với iso-parafin.

Mỡ nhờn làm từ dầu có hàm lượng parafin càng lớn thì khoảng nhiệt độ làm việc càng rộng, khả năng chống oxy hóa tăng. N-parafin làm tăng điểm chảy của dầu. Tuy nhiên, một số iso-parafin có thể giảm điểm chảy. Các n- parafin có điểm chảy cao hơn nhiệt độ môi trường. Trong khi đó đối với các iso- parafin, chúng có điểm chảy thấp hơn so với n-parafin. Điểm chảy càng giảm khi mức độ phân nhánh tăng. Với cùng số nguyên tử carbon, các parafin có nhánh dài nhưng số nhánh ít thuận lợi hơn so với các parafin có nhiều nhánh ngắn. Tuy nhiên, các loại dầu có hàm lượng parafin cao làm giảm khả năng hòa tan các chất phụ gia có. Những yếu tố này gây ra những khó khăn trong việc tạo ra các loại mỡ hiệu suất cao từ những loại dầu này. Các tính chất nhiệt độ thấp của mỡ bôi trơn có nguồn gốc từ dầu parafinic không phải là mối quan tâm lớn vì một số chức năng của chất làm đặc như sự khống chế điểm chảy tràn là tốt.

Naphten – Các hợp chất vòng no tồn tại trong dầu nhờn có thể ở dạng 1 vòng, 2 vòng hoặc 3 vòng. Chúng có thể có các mạch nhánh parafin ngắn hoặc dài.

Hàm lượng của các naphten trong dầu gốc tương đối lớn và là một thành phần rất quan trọng. Nhìn chung các naphten giúp cho dầu có khả năng chống oxy hoá cao, nhiệt độ đông đặc thấp, tuy nhiên điểm chảy thấp. Các naphtenic mạch nhánh dài, đặc biệt là các naphten 1 vòng có mạch nhánh dài là thành phần rất tốt vì chúng có độ nhớt cao, ít thay đổi theo nhiệt độ. Trong khi đó, các naphten có mạch nhánh ngắn giúp làm tăng độ nhớt nhưng lại khiến chỉ số độ nhớt của dầu giảm.

Aromatic – Hydrocarbon thơm 1 vòng, 2 vòng cũng như các hydrocarbon thơm nhiều vòng ngưng tụ; đồng thời có cả các cấu trúc hỗn hợp giữa aromatic và naphten, giữa aromatic và các chất phi hydrocarbon. Các hợp chất đa vòng ngưng tụ càng chứa nhiều vòng thì độ bền oxy hoá càng kém. Cũng giống như naphtenic, các aromatic có mạch nhánh càng dài thì độ nhớt càng ít phụ thuộc vào nhiệt độ (chỉ số độ nhớt cao). Dầu thơm, mặc dù có khả năng hòa tan tốt và tăng độ đặc của mỡ, tuy nhiên độ oxy hóa kém ổn định hơn, vì vậy chúng không sử dụng hiệu quả để tạo ra mỡ bôi trơn nhiệt độ cao.

Khi sử dụng naphthenic hay nguyên liệu thơm, việc sử dụng các chất ức chế quá trình oxy hóa là điều cần thiết. Độ đàn hồi chuẩn của mỡ bôi trơn cũng quan trọng, trong đó dầu thơm bị ảnh hưởng nhiều hơn các loại dầu naphthenic.

So sánh thành phần hoá học của các nhóm dầu nhờn phân loại theo Viện dầu mỏ Hoa Kỳ (API):

Loại hydrocarbon	Nhóm I – API	Nhóm II – API	Nhóm III – API
Parafin	24%	22%	70%
Naphtenic	55%	76%	24%
Aromatic	21%	2%	6%

Phân loại

• Phân loại theo thành phần hoá học

Dầu nhờn gốc được phân loại theo thành phần họ hydrocarbon chiếm chủ yếu và sẽ mang tên loại đó. Với cách phân chia như vậy sẽ có 3 loại lớn là: dầu parafinic, dầu naphtenic và dầu aromatic. Tuy nhiên, trên thực tế, để sản xuất dầu nhờn thương phẩm người ta chủ yếu chỉ sử dụng 2 loại: parafinic và naphtenic. Dầu parafinic thể hiện các tính chất tốt ở khoảng nhiệt độ cao trong khi dầu naphtenic thể hiện các tính chất tốt ở khoảng nhiệt độ thấp.

Thông số cơ bản	Dầu parafinic	Dầu naphtenic	Dầu aromatic
– Chỉ số độ nhớt	100	0	185
– Phân tử lượng	440	330	246
– Độ nhớt 40 oC Cst	40	40	30
-Thành phần
% Hợp chất phân cực	0.2	3.0	6.0
% Thành phần thơm	8.5	43	80
% Thành phần no	91.3	54	14
-Cấu trúc thơm
% Cp	66	44	23
% Cn	32	37	36
% Ca	2	19	41

Các phân chia này đơn giản nhưng không phản ánh được bản chất của  dầu nhờn gốc. Với mục đích làm chất bôi trơn nên dầu nhờn gốc được sản xuất và đánh giá dựa theo độ nhớt của nó. Hơn nữa, trong thực tế không tồn tại các loại dầu nhờn thuần chủng như vậy, mà chỉ có các loại dầu nhờn chứa đồng thời cả 3 loại hydrocarbon. Thông thường để sản xuất dầu nhờn gốc, người ta pha trộn nhiều loại dầu nhờn khác nhau nhằm đạt được các tính chất tối ưu.

• Phân loại theo Viện dầu mỏ Mỹ (API)

Dầu nhờn được phân loại dựa trên 3 tiêu chuẩn: hàm lượng lưu huỳnh, hàm lượng các chất bão hoà, chỉ số độ nhớt. Theo cách phân loại này, dầu nhờn gốc được chia thành 5 loại. Trong đó, loại I, II và III là dầu gốc khoáng; loại IV là các poly-alphaolefin (PAO); loại V là các loại dầu còn lại (như este,..).

Các tiêu chuẩn so sánh, đánh giá các nhóm dầu nhờn khác nhau phân loại theo API:

Loại dầu nhờn	Lưu huỳnh, %	Các chất bão hòa, %	Chỉ số độ nhớt
I	>0.03	<90	≥80 đến <120
II	≤0.03	≥90	≥80 đến <120
II+	≤0.03	≥90	≥110 đến <119
III	≤0.03	≥90	≥120
III+	≤0.03	>90	≥130 đến <150

Nhóm II+ và nhóm III+ không phải là các nhóm chính thức, chỉ được sử dụng trên thị trường. Thực chất, đó là các trường hợp riêng của nhóm II và nhóm III.

• Phân loại dầu gốc khoáng theo thành phần chưng cất trung tính

SN70, SN 150, SN 500, SN 700, BS 150, BS 200…

• Phân loại theo chỉ số độ nhớt

HVI >	85
MVI >	60
LVI   <	30

Ảnh hưởng của dầu gốc đến tính năng của mỡ

Loại dầu được sử dụng phổ biến để sản xuất mỡ nhờn là hỗn hợp dầu có độ nhớt từ ISO VG 100 tới VG 220. Mỡ bôi trơn sử dụng cho khoảng nhiệt độ thấp và tốc độ cao được sản xuất từ dầu gốc có độ nhớt thấp. Mỡ dùng cho trường hợp tải trọng cao, hay tải trọng thay đổi liên tục thì lại được tổng hợp từ các loại dầu có độ nhớt cao hơn. Mỡ bôi trơn làm từ dầu có độ nhớt thấp có đặc tính tốt ở nhiệt độ thấp và vận chuyển tốt, chủ yếu sử dụng trong vòng bi trơn và các khớp nối có tốc độ vòng bi chống ma sát cao. Mỡ bôi trơn từ dầu gốc có độ nhớt cao được sử dụng trong vòng bi chạy chậm và bánh răng mà hoạt động theo tải trọng cao. Tăng độ nhớt dầu giảm thiểu tổn thất bay hơi của nó, tăng cường độ kết dính và ngăn ngừa tính ăn mòn, kiểm soát tiếng ồn, và cải thiện sự dung nạp nước.

Dầu gốc tổng hợp

Dầu nhờn có nguồn gốc là sản phẩm của những phản ứng hóa học được gọi là dầu nhờn tổng hợp. Tính ưu việt của dầu tổng hợp là có thể làm việc trong phạm vi nhiệt độ rộng hơn, trơ về mặt hóa học, ít tiêu hao, tiết kiệm năng lượng, không gây độc hại…

Mỡ bôi trơn có nguồn gốc từ dầu tổng hợp được sử dụng khi mỡ đi từ dầu gốc khoáng không thực hiện được các chức năng mong muốn. Mỡ có nguồn gốc từ dầu khoáng không có khả năng làm việc trong các trường hợp như: nhiệt độ cực cao và nơi đòi hỏi tuổi thọ chất bôi trơn cao, hoạt động sạch hơn, nghĩa là, sự hình thành cặn dầu, cặn carbon ít hơn. Mỡ bôi trơn tổng hợp dựa trên dầu tổng hợp có thể làm việc ở khoảng nhiệt độ cao (95 – 315°C, hoặc 200 – 600°F) hoặc khoảng nhiệt độ thấp (-40 đến -75°C, hoặc -40 đến -100°F). Tuy nhiên, chi phí của dầu tổng hợp là cao hơn đáng kể hơn so với dầu khoáng.

Trong số các loại dầu tổng hợp, dieste, các polyalkylene glycol, silicon, este acid phosphoric, ete perfluoroalkyl và chlorofluoroalkyl đóng một vai trò quan trọng và được sử dụng nhiều hơn cả. So với mỡ đi từ dầu khoáng, mỡ bôi trơn từ dầu tổng hợp được sử dụng ít hơn nhiều một phần là do chi phí cao hơn, hơn nữa chỉ được sử dụng chỉ giới hạn trong các sản phẩm chuyên môn cao.

Polysiloxan mạch thẳng không màu, có tính ưa nước, có khả năng chịu nén, trơ về mặt hóa học, không độc hại, bền trong môi trường ăn mòn kể cả ở nhiệt độ cao, duy trì độ nhớt thấp trong khoảng nhiệt độ rộng, độ bay hơi thấp. Este có thể tạo mỡ làm việc tốt trong khoảng nhiệt độ -60 tới 130ºC. Các hydrocacbon tổng hợp thường được tạo ra bằng các polyme hóa các olefin nhẹ, hoặc ankyl hóa hydrocacbon thơm. Các ankylat nhiều nhánh của hydrocacbon thơm có nhiệt độ chảy thấp, chỉ số độ nhớt và độ bền nhiệt cao hơn so với các ankylat chỉ có một nhánh. Khi sử dụng các ankylat này làm môi trường phân tán để sản xuất mỡ như mỡ Benton thì khoảng làm việc có thể đạt -60 đến 200°C, khả năng chống mài mòn tốt.

Polyglycol có khả năng bay hơi thấp hơn dầu khoáng, khó tạo gôm và khó cháy hơn. Ngoài ra chúng còn có chỉ số độ nhớt cao, dẫn nhiệt tốt, tính chống mài mòn cao, nhiệt độ chảy thấp, trơ với cao su. Nhờ những tính chất này polyglycol thích hợp để tạo mỡ nửa lỏng và mỡ dùng trong hộp giảm tốc.

Polyphenyl ete trong phân tử chứa từ 4-6 vòng benzene có độ bền cao trong môi trường chứa oxi, tác nhân phóng xạ và nhiệt độ cao phù hợp tạo mỡ làm việc trong những điều kiện khắc nghiệt.

Các hợp chất floclorocacbon là sản phẩm halogen hóa phân đoạn kerosene và các phân đoạn dầu mỏ khác. Chúng rất khó cháy,độ bền nhiệt rất cao, bền trong môi trường axit, môi trường ăn mòn, không bị oxi hóa, tính bôi trơn tốt nhưng chỉ số độ nhớt thấp và đặc biệt gây ô nhiễm môi trường nên hiện nay không được sử dụng.

Các loại mỡ bôi trơn làm từ dầu tổng hợp có những điểm sau đây

1. làm việc ở khoảng nhiệt độ rộng tốt
2. khả năng chống oxy hóa tuyệt vời
3. bảo vệ chống ăn mòn cao
4. Ít biến động ở nhiệt độ cao
5. quá trình oxy hóa ổn định
6. Áp suất cực kỳ cao/ đặc tính chống mài mòn
7. phù hợp với mỡ khác
8. điện tính tốt
9. Khả năng bôi trơn bề mặt phi kim loại
10. Môi trường tương thích, không có hoặc ít độc tính, giảm nguy cơ cháy
11. Phân hủy vi khuẩn

Mỡ đi từ dầu tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong máy bay, tên lửa, tàu không gian hoặc trong kỹ thuật quân sự. Khi tổng hợp các chất làm đặc và chất lỏng này, dầu mỡ được sử dụng hầu như chỉ trong các thiết bị hiệu suất cao. Đối với một số ứng dụng tên lửa, tuổi thọ phục vụ là một phút, hoặc ít hơn.

Ngoại trừ các polyglycol alkylene, tất cả dầu tổng hợp được sử dụng trong mỡ có độ nhớt trong phạm vi của các dầu gốc khoáng HVI. Tuy nhiên, chỉ số độ nhớt và điểm chớp cháy của dầu tổng hợp cao hơn; điểm chảy tràn lại thấp hơn đáng kể so với dầu khoáng. Ngoài chi phí cao hơn, este có thêm nhược điểm do dễ gây ra sự trương nở. Do đó, phải chú ý đến các loại vật liệu được sử dụng trong thiết bị có sử dụng mỡ ester. Mỡ ester được sử dụng trong trường hợp có phạm vi nhiệt độ làm việc rộng, chẳng hạn như bôi trơn máy bay. Các loại mỡ bôi trơn làm từ polyalkylene glycol có nhiệt độ ổn định hợp lý. Silicon, hoặc polysiloxanes, có tính lưu động tốt ở nhiệt độ thấp, biến động thấp, khả năng chống oxy hóa tốt, khả năng chịu nước tốt, đàn hồi tốt và nhiệt độ ổn định. Các tính chất này giúp cho mỡ có thể được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao và nhiệt độ làm việc rộng. Tuy nhiên, mỡ bôi trơn có nguồn gốc từ silicone không thích hợp cho các ứng dụng liên quan đến tải trọng cao, vì chúng không bảo vệ chống mài mòn.

Phân loại theo tính chất hóa học

• Hydrocacbon tổng hợp PAO, polybuten.. (C,H)
• Este hữu cơ : Este diaxit, este polyol.. (C,H,O )
• Polyglycol
• Các chất bôi trơn tổng hợp khác : Este phosphat, silicol.. ( C,H, P, Si)

CHẤT LÀM ĐẶC

Chất làm đặc có nhiệm vụ tạo ra cấu trúc rắn và nửa rắn của mỡ, chúng giữ cho dầu tồn tại trong cấu thể đặc sệt không bị chảy loãng ra, chiếm từ 5-30% thành phần của mỡ. Có nhiều loại chất làm đặc như xà phòng (mỡ gốc xà phòng), các hydrocacbon rắn (mỡ gốc sáp), các chất rắn thể vô cơ như bentoit (đất sét), silicagen, … hoặc các chất làm đặc gồc hữu cơ như polyme, các ureat, ureit, các bột màu, bitum và bồ hóng.

 

Xà phòng là những muối kim loại của axit cacboxylic trong tự nhiên. Những kim loại phù hợp để tạo chất làm đặc xà phòng được sử dụng là: liti, natri, canxi, bari và nhôm. Những loại mỡ đầu tiên được chế tạo từ các xà phòng Ca, sau đó được làm từ xà phòng Na. Ngày nay xà phòng liti được sử dụng rộng rãi hơn, nó có nhiêt độ nhỏ giọt ổn định và cao hơn so với các muối Na, Ca, Ba (nhiệt độ nhỏ giọt khoảng 350F).

Dưới đây là tình hình sử dụng loại chất làm đặc ở một số nước:

	Aluminum Soap	Calcium Soap	Lithium Soap	Polyurea	Other
N. America	9 %	7 %	70 %	6 %	8 %
Europe	5 %	15 %	70 %	3 %	7 %
China	2 %	9 %	79 %	3 %	7 %
Japan	2 %	11 %	60 %	21 %	6 %
Indian sub- continent	<1 %	6 %	85 %	0 %	9 %

Tình hình sử dụng mỡ từ các chất làm đặc khác nhau

Axit cacboxylic, chất béo, dầu là những hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng được sử dụng phổ biến để tạo xà phòng. Ví dụ như axit stearic có trong mỡ động vật, axit oleic có trong hạt đậu tương, bông và nhiều dầu thực vật khác. Các chất béo, dầu sử dụng trực tiếp để tạo xà phòng gồm: Mỡ động vật như mỡ bò, dầu thực vật sẵn có trong tự nhiên như trong hạt,rau củ…

Thường có quá trình hydro hóa để chuyển những chất bão hòa có mặt trong chất béo tự nhiên, những axit nhận được từ dầu thực vật. Từ đó cải thiện độ bền oxi hóa để nhận được mỡ bôi trơn.

Các ion, cation kim loại trong xà phòng quyết định những đặc tính trong mỡ bôi trơn, quyết định khả năng làm đặc, khả năng chịu nước và nhiệt độ nhỏ giọt…

Phần cacboxyl trong mỡ ảnh hưởng đến đặc tính khác. Như chiều dài và nhánh của nó ảnh hưởng đến sự hòa tan, tính đồng nhất và đặc tính bề mặt của mỡ. Để đạt sự đồng nhất tối ưu cần những cacboxyl dài tối ưu, nhưng nếu quá dài hay quá ngắn cũng ảnh hưởng đến tính làm đặc.

Cấu trúc mỡ bôi trơn biến thiên trong khoảng hẹp. Dưới đây là bảng cấu trúc chất làm đặc mỡ. Một vài loại mỡ được làm từ hỗn hợp các loại xà phòng như Ca với Na được gọi là mỡ hỗn hợp nhằm nâng cao chất lượng mỡ bôi trơn.

Ngoài hai thành phần chủ yếu trên trong mỡ bôi trơn còn có một số chất độn như bột graphit hay một số loại phụ gia để cải thiện một số tính chất cần thiết của mỡ nhờn như tính ổn định hóa học, tính chịu nhiệt độ thấp, tính bám dính…

Mean Dimension (Diameter Length)		Grease Appearance
Thickener	10^(−12) m	Microscopic	Macroscopic
Sodium Soaps	1 x 100	Long fibers	Long fibers, strings
Lithium Soaps	0.2 x 25	Long fibers, spirals, mostly double	Medium fibers
Lithium Soaps	0.2 x 2.0	Short fibers, rod clusters	Short fibers, smooth
Sodium Soaps	0.15 x 1.5	Short fibers, short threads	Short fibers, smooth
Calcium Soaps	0.11	Fine threads, short rings	Short fibers, smooth
Aluminum Soaps	0.1	Spheres	Short fibers, smooth
Organophilic Bentonites	0.10.5	Platelets, card house structure	Short fibers, smooth

Một số hình ảnh cấu trúc chất làm đặc

• Mỡ Lithium đơn

Chiếm 55% lượng sản xuất trên thế giới

• Mỡ Nhôm Al
  • Chiếm 5% lượng sản xuất trên thế giới
  • Là mỡ thực phẩm
    • Al đơn: nhiệt độ làm việc < 60^oC
    • Al phức: nhiệt độ làm việc < 160^oC
    • Khả năng bám dính cao
    • Tính bền nước tuyệt vời

• Mỡ Lithium phức

Chiếm 14% lượng sản xuất trên thế giới

• Mỡ Canxi

Là mỡ công nghiệp đầu tiên, chiếm 13% lượng sản xuất trên thế giới

• Mỡ Natri
  • Chiếm 2% lượng sản xuất trên thế giới
  • Là mỡ kinh tế
    • Nhiệt độ làm việc: đến120^oC
    • Khả năng bám dính rất cao
    • Tính bền gỉ rất tốt

• Mỡ Bentone
  • Chiếm 3% lượng sản xuất trên thế giới
  • Là mỡ làm việc ở nhiệt độ rất cao
    • Nhiệt độ làm việc có thể đến 160-180^oC
    • Dễ sản xuất

• Mỡ hỗn hợp Lithium /Canxi
  • Chiếm 2% lượng sản xuất trên thế giới
  • Là mỡ đa dụng, kinh tế, kết hợp các ưu điểm của mỡ Li và mỡ Ca

• Mỡ Polyuré
  • Chiếm 5% lượng sản xuất trên thế giới
  • Là mỡ làm việc ở nhiệt độ rất cao, thời gian sống rất dài
    • Nhiệt độ làm việc có thể đến 160-180^oC
    • Bền cơ ở nhiệt độ cao
    • Khả năng chống mài mòn và chống oxy hóa tốt
    • Khả năng bơm tốt
    • Không tạo cặn khi bị cháy

CÁC CHẤT PHỤ GIA VÀ CÁC CHẤT BIẾN ĐỔI

Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim, vô cơ, thậm chí các nguyên tố hóa học được pha vào các sản phẩm dầu mỡ với nồng độ thông thường 0,01-5% khối lượng. Trong một vài trường hợp có thể vài phần triệu tới trên 10%.

Phụ gia chống oxy hóa

Cơ chế tác dụng: phụ gia này ức chế quá trình tạo gốc tự do, phân hủy các peroxyt là các tác nhân gây oxi hóa, thụ động hóa các kim loại.

• Phụ gia ức chế oxy hóa ở nhiệt độ thấp được dùng cho dầu tuốc bin, dầu biến thế, dầu công nghiệp… Đó là những dẫn xuất của phenol, amin thơm…
• Phụ gia ức chế oxy hóa ở nhiệt độ cao được dùng cho dầu nhờn động cơ. Đó là các muối của axit hữu cơ như kẽm dialkyldithiophosphat, muối của alkylsalixylat…

Các loại hợp chất chủ yếu:

• Các dẫn xuất của phenol: alkylphenol, các phenol có chứa N hoặc S (các dẫn xuất của ure, các phenolsulfua);
• Các amin thơm: dialkylphelamin, dialkylphenylalphanaftylamin, phenylalphanaftylamin…
• Các hợp chất kẽm của dialkyldithiophotphat (ZnDDP)…
• Các dẫn xuất phenol có khả năng chống oxi hóa ở nhiệt độ cao trong khi các amin có khả năng chống oxi hóa ở nhiệt độ thấp nên trong mỡ cần có hỗn hợp các chất này với tỷ lệ 1:1 để đảm bảo chất lượng của mỡ trong điều kiện bảo quản (nhiệt độ thường) và trong điều kiện làm việc (nhiệt độ cao).

Phụ gia chống gỉ, bảo vệ bề mặt kim loại

Cơ chế tác dụng: hấp phụ chọn lọc lên bề mặt kim loại tạo thành lớp màng ngăn chống ẩm, ttrung hòa các axit.

Tùy loại dầu mà người ta sử dụng chất chống gỉ khác nhau, như đối với dầu tuốc bin, dầu thủy lực, dầu tuần hoàn thì dùng các axit alkylsucxinic, alkylthioaxetic… và những dẫn xuất của chúng. Đối với dầu bôi trơn động cơ dùng các sulfonat, amin phosphat, este, ete và dẫn xuất của axit dibazic… đối với dầu bánh răng dùng imidazolin. Các amin phosphat, sulfonat trung tính hay kiềm chủ yếu dùng cho dầu bảo quản…

Phụ gia có tính tẩy rửa và khuếch tán

Phụ gia tẩy rửa thường là chất hoạt động bề mặt, dễ hấp thụ lên bề mặt kim loại, khiến chất cặn bẩn không thể tích tụ lại. Phụ gia khuếch tán ngăn cản các sản phẩm oxy hóa, các cặn cơ học kết dính lại với nhau, khiến cho những phần tử này tồn tại ở trạng thái keo, lơ lửng trong dầu. Những phụ gia này thường là các muối kim loại với các chất hữu cơ có mạch cacbon dài và có các nhóm phân cực như nhóm -OH, -C₆H₄OH, -COOH, -NH₂, SO₃H… cụ thể là các muối sulfonat, phenolat, salixylat…

Phụ gia chống mài mòn và kẹt máy

Các phụ gia này cải thiện tính bôi trơn của dầu nhờn, chống hiện tượng mài mòn máy. Cơ chế tác dụng: hấp phụ hóa học lên bề mặt kim loại, phản ứng với lớp lim loại bề mặt tạo cho bề mặt một lớp màng bảo vệ.

Chúng thuộc nhóm các chất hữu cơ – lưu huỳnh, hữu cơ – halogen, hữu cơ

– phospho.. Các hợp chất chính: ZnDDP, tricresylphotphat, dithiocacbamat, sulfua, disulfua, các dẫn xuất của axit béo…

Phụ gia cải thiện độ nhớt và chỉ số độ nhớt

Phụ gia loại này tan được trong dầu, chúng là các polyme có tác dụng tăng độ nhớt trong dầu, đặc biệt chúng có thể làm tăng rất ít độ nhớt của dầu ở nhiệt độ thấp nhưng ở nhiệt độ cao lại làm tăng độ nhớt của dầu một cách đáng kể. Các phụ gia này được chia làm hai nhóm: nhóm hydrocacbon và nhóm este. Nhóm hydrocacbon có các chất như copolyme etylen-propylen, polyizobuten, copolyme styren-izopren. Nhóm este có các chất như polymetacrylat, polyacrylat…

Phụ gia biến tính ma sát

Cơ chế tác dụng: làm tăng độ bền của mỡ, giảm hệ số ma sát, cải thiện tính chất của mỡ trong quá trình vận hành.

Các hợp chất chính: các hợp chất chứa N, S, Mo…

Phụ gia chống tạo bọt

Silicon lỏng, đặc biệt là polymetylsiloxan là chất chống tạo bọt có hiệu quả nhất với nồng độ pha chế từ 1-20ppm. Thông thường nồng độ pha chế chất chống tạo bọt là 3-5ppm đối với dầu động cơ và 15-20 ppm đối với dầu truyền động ôtô. Ngoài ra những chất như polymetacrylat, etanolamin, naphtalen alkyl hóa… cũng là những phụ gia chống tạo bọt thích hợp cho dầu.

Phụ gia khử nhũ và tạo nhũ

Thể nhũ gây khó khăn cho chế độ bôi trơn bình thường của dầu và đôi khi phá vỡ khả năng bôi trơn do làm thay đổi sức căng bề mặt giữa các trường tiếp xúc. Để ngăn chặn hiện tượng này, người ta dùng phụ gia phá nhũ như các chất trialkyl phosphat, polyetylenglycol…

Phụ gia tạo nhũ được sử dụng trong trường hợp cần tạo ra hệ nhũ tương dầu trong nước hoặc ngược lại với những mục đích khác nhau như tạo chất lỏng thủy lực chống cháy, chất bôi trơn dùng trong khoan đá và loại thể lỏng dùng gia công kim loại… Phụ gia nhóm này là các muối sulfonat, các axit béo và các muối của chúng, các este của axit béo, các phenol và phenol ete…

Phụ gia chống ăn mòn

Cơ chế tác dụng: hấp phụ lên bề mặt kim loại tạo thành lớp màng bảo vệ, ngăn cản các tác nhân ăn mòn như axit, ẩm, giảm thiểu xúc tác oxi hóa của kim loại.

Các hợp chất chủ yếu: Các Dithiophotphat kim loại, Sulphonat kim loại, Sulfuaphenolat kim loại, các Axit béo, các amin….

CẤU TRÚC CỦA MỠ

Cấu trúc của mỡ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất hóa học cũng như ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác nhau . Do mỡ là 1 hệ keo phức tạp nên ta phải sử dụng các phương pháp hiện đại để phân tích chính xác cấu trúc của nó.

ĐỊNH NGHĨA VÀ THÀNH PHẦN HỆ KEO

Hệ keo là tập hợp bao gồm môi trường liên tục và các tiểu phân được phân tán đồng đều trong môi trường đó. Tập hợp các tiểu phân gọi là pha phân tán , môi trường chứa đựng pha phân tán gọi là môi trường phân tán.

Ngày nay người ta thừa nhận cấu tạo mixen của hạt keo. Một mixen bao gồm :

• Nhân : tạo ra bởi tổ hợp của m phân tử hay nguyên tử. nhân có cấu trúc

tinh thể và không tan trong môi trường phân tán. Trên bề mặt của nhân , 1 số ion trong dung dịch bị hấp phụ chọn lọc – ion tạo thế.

• Xung quanh nhân có một lớp chất lỏng của môi trường thấm ướt bề mặt hạt keo . lớp chất lỏng luôn bám chắc với nhân keo khi nhân chuyển động , gọi là lớp stern. Trong lớp stern đó , có một số ion đối nằm cân bằng với các ion tạo thế , hình thành nên một lớp điện tích kép như trên bề mặt điện cực .

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA MỠ BÔI TRƠN

Trong mỡ bôi trơn thì môi trường phân tán là dầu gốc còn pha phân tán thường là muối của các axit béo cao , xà phòng .ngoài ra còn có thể có một số loại phụ gia nhằm tăng cường các tính chất & ổn định cấu trúc của mỡ.

Sử dụng kính hiển vi điện tử để xác định cấu trúc của mỡ . Hầu hết các loại mỡ sử dụng trong công nghiệp và cho ô tô xem máy đều nhằm mục đích bảo vệ và nâng cao hiệu quả làm việc của động cơ , máy móc . Qua hiển vi điện tử ta có thể quan sát các phân tử polymer – dử dụng để cải thiện chỉ số độ nhớt , đến các hạt có kích thước nano trong 1 mixen của mỡ.

Kiểm tra dưới kính hiển vi điện tử là 1 kỹ thuật rất quan trọng xác định tính chất của sản phẩm mỡ thu được . Hiện nay hay dung 2 phương pháp đó là hiển vi điện tử quét ( SEM ) & hiển vi điện tử truyền qua ( TEM ) . Bức xạ tia X nằm giữa vùng 8000 X – 200.000 X sẽ giúp phát hiện cấu trúc của mỡ.

Theo tiêu chuẩn ASTM thì mỡ cần phải đạt được 1 số chỉ tiêu về cấu trúc và độ bền. vì vậy người ta bổ sung 1 số phụ gia hoặc cấu tử đặc biệt để hoàn thiện tính chất của mỡ . chất làm đặc chủ yếu là xà phòng nên cấu trúc của mỡ có ổn định hay không phụ thuộc nhiều vào xà phòng . Với chất làm đặc khác nhau như xà phòng liti hay canxi thì có cấu trúc khác nhau.

Xà phòng đóng vai trò như 1 bộ khung cho mỡ, các sợi phân tử xà phòng đan xen nhau phân bố trong không gian 3 chiều . Thông thường các sợi xà phòng này dày khoảng 80 nm và rất bền. Trong các chi tiết máy cần bôi trơn , các sợi này chịu nén ép và ổn định lại cấu trúc mỡ trong những điều kiện rất khắc nghiệt.

NGHIÊN CỨU CẦU TRÚC DẦU GỐC

Dầu gốc thương sử dụng dầu khoáng, có thể là dầu thực vật, có vai trò là môi trường phân tán cho chất làm đặc. Các tấm film cacbon hoặc tấm platin mỏng nhúng vào dầu gốc rồi sau đó chụp bằng máy TEM sẽ cho ta kết quả về cấu trúc dầu gốc.

CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MỠ BÔI TRƠN

TÍNH ĐẶC DẺO

Độ đặc dẻo của mỡ là mức độ mỡ chống lại sự biến dạng dưới tác dụng của một lực. Đối với mỡ bôi trơn, nó là phép đo mối liên hệ với độ cứng và độ xốp, ngoài ra còn có thể phản ánh một số điều về tính chất dòng và tính chất phân bố.

Độ đặc dẻo của mỡ được xác định thông qua Độ kim xuyên theo tiêu chuẩn ASTM D217. Độ kim xuyên được xác định bằng thiết bị xuyên kim theo tiêu chuẩn. Kim hình chóp nón được thả tự do, rơi trong 5s dưới tác dụng của trọng lực, ngập vào trong mỡ. Độ kim xuyên chính là độ sâu mà kim lún vào trong mỡ được đọc với độ chính xác 1/10 mm.

Độ kim xuyên nhỏ là biểu thị mỡ rắn đặc và ngược lại. Độ kim xuyên phụ thuộc phần nào đặc tính và tỷ lệ của chất làm đặc. Tỷ lệ chất làm đặc càng nhiều thì độ kim xuyên càng nhỏ và ngược lại. Loại mỡ sản xuất từ xà phòng của axit béo có độ kim xuyên lớn hơn độ kim xuyên của loại mỡ sản xuất từ xà phòng của axit không no. Độ kim xuyên cũng phụ thuộc vào tính chất của loại dầu dùng chế biến mỡ, dầu có độ nhớt lớn thì mỡ có độ kim xuyên nhỏ và ngược lại.

Dựa vào độ kim xuyên, có thể lựa chọn mỡ thích hợp với điều kiện sử dụng cụ thể, như ở nơi có áp lực lớn thì phải sử dụng mỡ có độ kim xuyên nhỏ và ngược lại.

ĐỘ NHỚT BIỂU KIẾN

Ở điều kiện làm việc, khi tác dụng của tải trọng dưới giới hạn bền của mỡ, cấu trúc của mỡ được bảo tồn, khi đó khả năng bôi trơn của mỡ được đánh giá theo độ nhớt của nó. Tuy nhiên, mỡ không phải là chất lỏng Newton nên nó không bị trượt đi khi lực tác dụng chưa đủ lớn. Vì vậy mỡ đánh giá thông qua độ nhớt thực nghiệm gọi là Độ nhớt biểu kiến.

Độ nhớt biểu kiến thay đổi theo hai yếu tố là nhiệt độ và tốc độ trượt nên nó cần phải được xác định ở nhiệt độ và tốc độ trượt nhất định. Độ nhớt biểu kiến được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D1092.

Độ nhớt biểu kiến được dùng để đánh giá tính chất phân bố và vận hành của mỡ. Nó cùng liên quan đến khả năng khởi động và vận hành của máy móc trong cơ chế bôi trơn của mỡ, cũng như dự đoán các xu hướng dẫn đến sự thất thoát, tiêu hao mỡ.

TÍNH BỀN NHIỆT

Tính bền nhiệt của mỡ được thể hiện ở Nhiệt độ nhỏ giọt. Nhiệt độ nhỏ giọt được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D566 và được định nghĩa là nhiệt độ mà tại đó giọt mỡ đầu tiên từ chén mỡ rơi xuống đáy ống nghiệm khi đốt nóng mỡ trong dụng cụ chuyên dụng. Dựa vào nhiệt độ nhỏ giọt, ta có thể xác định phạm vi nhiệt độ làm việc của mẫu mỡ. Thông thường, nhiệt độ sử dụng bao giờ cũng thấp hơn nhiệt độ nhỏ giọt từ 10 – 20^oC. Qua nhiệt độ nhỏ giọt ta cũng phán đoán được thành phần chất làm đặc của mỡ.

Các loại mỡ được làm đặc bằng xà phòng thông thường không có nhiệt độ nhỏ giọt xác định. Một vài loại mỡ khác có thể không thay đổi trạng thái nhưng một phần dầu tách ra. Trong các trường hợp đó, phải sử dụng các quy trình kiểm tra chuyên dụng để xác định nhiệt độ có thể làm cơ sở để xác định đặc tính của mỡ.

Tuy nhiên, nhiệt độ nhỏ giọt chỉ nói lên phần nào tính năng sử dụng của mỡ. Để đánh giá toàn diện về tính bền nhiệt của mỡ, ta còn phải kiểm định khả năng giữ vững kết cấu ban đầu và tính chất của mỡ trong điều kiện nhiệt độ gần với nhiệt độ làm việc của mỡ.

TÍNH ỔN ĐỊNH THỂ KEO (ĐỘ TÁCH DẦU)

Tính ổn định thể keo biểu thị khả năng của mỡ bôi trơn chống lại ảnh hưởng của nhiệt độ và áp lực, giữ được cấu trúc ban đầu của mỡ. Khi sử dụng mỡ ở các ổ trục, ổ quay, một lượng dầu nhất định cần được tách ra để thực hiện chức năng bôi trơn. Tuy nhiên, nếu lượng dầu tách ra quá nhiều, dẫn đến sự  hình thành một lượng xà phòng đặc nồng độ cao, cứng đọng lại trong các ổ trục, làm kẹt thiết bị, ngăn cản mỡ vào bôi trơn. Sự thất thoát dầu từ ổ trục cũng có thể làm hỏng các nguyên liệu trong quá trình sản xuất hoặc các bộ phận khác của thiết bị.

Để đánh giá tính ổn định thể keo, người ta xác định độ tách dầu, là lượng dầu tách ra so với khối lượng mẫu, trong điều kiện cụ thể của thí nghiệm. Nguyên tắc xác định là khảo sát sự tách dầu khi tăng nhiệt hoặc tách dầu khi tăng áp. Tuy nhiên, có nhiều phương pháp khác nhau đánh giá độ tách dầu trong các điều kiện cụ thể.

TÍNH BỀN CƠ

Tính bền cơ đánh giá độ ổn định cấu trúc của mỡ dưới tác dụng cơ học hay còn gọi là khả năng của mỡ chống lại sự thay đổi độ đặc trong quá trình vận hành cơ học.

Nếu mỡ quá mềm có thể dẫn đến sự trượt cơ học trong quá trình bảo quản và có thể dẫn đến sự rò rỉ mỡ. Ngược lại nếu mỡ quá cứng dưới tác dụng trượt cơ học thì cũng không tốt.

Tính bền cơ của mỡ có thể được đánh giá qua Độ kim xuyên đối với mẫu hoạt động trong thời gian dài hoặc cũng có thể xác định thông qua Phép thử ổn định lo quay ASTM D1831.

TÍNH BỀN OXY HOÁ

Khả năng chống lại sự oxy hoá là một đặc tính quan trọng của mỡ trong quá trình sử dụng cũng như bảo quản. Thành phần của dầu gốc cũng như thành phần các chất làm đặc trong mỡ đều có thể bị oxy hoá. Nhiệt độ càng cao thì tốc độ oxy hoá càng nhanh. Khi mỡ bị oxy hoá, nó thường gây ra mùi khó chịu và tối màu. Sự oxy hoá cũng dẫn tới việc hình thành các axit hữu cơ trong mỡ, gây ảnh hưởng đến cấu trúc mỡ, gây ra sự đông cứng hay làm xốp mỡ; nếu đủ nhiều thì sẽ gây ăn mòn bề mặt kim loại của máy móc, thiết bị.

Có nhiều cách đánh giá tính bền oxy hoá, trong đó chia ra hai phương pháp chính: ở điều kiện tĩnh và ở điều kiện động.

Phép thử ASTM D942 – Độ ổn định oxy hoá của mỡ bôi trơn theo phương pháp bình oxy – được sử dụng để đánh giá tính bền oxy hoá ở trạng thái tĩnh. Ngoài ra, còn có phép thử ASTM D1402 xác định hiệu ứng của kim loại đồng đến tính ổn định oxy hoá của mỡ nhờn đo bằng phương pháp bình oxy. Kết quả kiểm tra theo phương pháp trạng thái tĩnh có thể chỉ ra độ ổn định của màng mỡ mỏng trong khoảng rộng. Nó không làm cơ sở cho việc dự đoán độ ổn định của mỡ trong điều kiện động hay ở trong các hộp chứa nguyên vẹn.

Phép thử ASTM D1741 – Thời gian hoạt động của mỡ bôi trơn ổ trục cầu hay phép thử ASTM D3336 – Tính năng hoạt động của mỡ bôi trơn ổ trục cầu ở nhiệt độ cao được sử dụng để đánh giá tính bền oxy hoá trong trạng thái động.

TÍNH BỀN ĐỐI VỚI NƯỚC

Tính bền đối với nước của mỡ là khả năng của mỡ chống lại sự rửa trôi của nước trong các điều kiện nước có thể xuất hiện ở ổ trục, đặc biệt trong các ổ trục bánh trước xe ôtô.

Tính bền đối với nước của mỡ được biểu thị qua khả năng nhũ hoá của mỡ trong nước, hoặc thông qua phép thử ASTM D1264 – Đặc tính rửa trôi của nước trong mỡ bôi trơn. Khả năng rửa trôi được xác định bằng lượng mỡ bị trôi mất trong quá trình thử nghiệm. Phép thử này có lợi cho việc phân loại mỡ để sử dụng ở những nơi có sự tác động của nước.

Trong nhiều trường hợp, sự phun trực tiếp nước có thể không gây nhiều ảnh hưởng nhưng không khí ẩm và nước bám vào có thể làm mỡ nhiễm bẩn từ nước. Đối với trường hợp này, ta phải sử dụng các phương pháp nghiên cứu khác để đánh giá độ bền nước của mỡ.

TÍNH CHỐNG RỈ CỦA MỠ

Trong nhiều trường hợp, mỡ không chỉ có vai trò bôi trơn mà còn có vai trò bảo vệ bề mặt kim loai, chống sự tạo rỉ.

Các phép thử ở trạng thái tĩnh và trạng thái động đều được sử dụng để đánh giá tính chất chống rỉ của mỡ. Phép thử ASTM D1743 – Tính chất chống  rỉ của mỡ bôi trơn là một phép thử trong điều kiện tĩnh điển hình.

Ngoài ra, để bảo vệ bề mặt kim loại, bản thân mỡ nhờn không được gây ra tác động ăn mòn trong quá trình tiếp xúc giữa các lớp mỡ che phủ và bề mặt chi tiết máy. Tính chất này của mỡ được kiểm định thông qua hàm lượng kiềm tự do hoặc axit hữu cơ trong mỡ và kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng.

KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG

Khả năng chịu tải trong của mỡ chính là khả năng chống mài mòn và chịu áp suất cao. Phép thử ASTM D2596 – phương pháp bốn viên bi được sử dụng để đánh giá khả năng này của mỡ ở điều kiện áp suất cao. Phép thử này chỉ có vai trò phân biệt tính chịu đựng trong điều kiện làm việc cao áp của các loại mỡ ở mức thấp, trung bình hoặc mức cao.

Quy định khả năng chịu tải của của một loại mỡ không được thấp dưới giới hạn cho phép, thường là 2kg.

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MỠ

Công nghệ sản xuất mỡ có thể chia thành các loại: công nghệ gián đoạn, công nghệ bán liên tục và công nghệ sản xuất liên tục.

CÔNG NGHỆ GIÁN ĐOẠN SẢN XUẤT MỠ BÔI TRƠN

Mỡ được sản xuất theo từng mẻ, công suất tuy không lớn (2000 tấn/năm) nhưng có thể thích hợp   để sản xuất nhiều loại mỡ với chất làm đặc khác nhau   ( xà phòng hay hydrocacbon)

Giai đoạn đầu: thực hiện quá trình xà phòng hóa giữa axit béo và hydroxit kim loại trong khoảng 1/3-2/3 tổng lượng dầu gốc cần sử dụng. Phản ứng được thực hiện trong thiết bị phản ứng hai vỏ có hơi nước hoặc dầu nóng để cấp nhiệt. Nhiệt độ nằm trong khoảng 90-110ºC. Cánh khuấy dạng mái chèo và vòng nạo hoạt động liên tục nhằm tăng cường quá trình tiếp xúc và trao đổi nhiệt trong thiết bị phản ứng 4. Hỗn hợp phản ứng được bơm tuần hoàn 12 bơm qua van đồng thể hóa 13. Khi quá trình xà phòng hóa kết thúc (kiểm tra bằng cách xác định hàm lượng kiềm tự do), hơi nước sẽ bị đuổi ra khỏi khối phản ứng, lượng hơi nước lấy ra phụ thuộc vào từng loại mỡ. Thiết bị 4 được nối với bơm chân không 15 thông qua thiết bị ngưng tụ 14. Sau khi đuổi nước, hỗn hợp được làm lạnh bằng cách thêm nốt lượng dầu gốc còn lại vào thiết bị phản ứng và làm lạnh ngoài bằng chất làm lạnh hoặc bơm ra ngoài tới thiết bị trao đổi nhiệt vòng nạo 6. Kết thúc quá trình làm lạnh, phụ gia được đưa vào thiết bị phản ứng, khuấy trộn liên tục để phân bố đồng đều. Sau khi thêm phụ gia và qua thiết bị 6, mỡ có thể được lấy ra (nếu cấu trúc đã đồng nhất) hoặc đi qua thiết bị lọc 7 lọc tạp chất cơ học, qua thiết bị đồng thể hóa 8 rồi qua thiết bị lọc và khử khí 9 vào thùng chứa 10. Thùng chứa này cũng được nối với bơm tuần hoàn 12 và 1 van đồng thể hóa để tiến hành tạo cấu trúc đồng nhất trong trường hợp cần thiết.

Mỡ Ca được sản xuất đơn giản hơn do nhiệt độ của nó thấp hơn. Thiết bị phản ứng có thể được gia nhiệt bằng hơi nước và làm lạnh bằng nước ngưng. Với các loại mỡ có nhiệt độ cao hơn như mỡ Li, phức Ca thì sau khi đuổi nước nhiệt độ được nâng lên 210-230ºC để làm chảy xà phòng, giữ trong điều kiện khuấy liên tục, thời gian khoảng 10-40 phút. Nhiệt độ tiếp tục giảm xuống 165- 180ºC duy trì trong 1 khoảng thời gian để quá trình kết tinh đẳng nhiệt tạo cấu trúc sơ cấp diễn ra. Tiếp tục làm lạnh xuống 150-160ºC thì thêm phụ gia. Nếu phụ gia không bền ở nhiệt độ này thì phải qua giai đoạn làm lạnh trong thiết bị 6, nhiệt độ hạ xuống thấp thì mới được thêm phụ gia.

CÔNG NGHỆ BÁN LIÊN TỤC

Công nghệ này kết hợp được các ưu điểm của cả hai công nghệ gián đoạn và liên tục: tính linh hoạt trong việc sản xuất các loại mỡ khác nhau, công suất tương đối lớn ( 2000-10000 tấn/ năm. Các loại xà phòng tổng hợp từ stearic, oleic, 12-hydroxystearic axit, các axit béo tự nhiên, tổng hợp. Nhiều loại dầu gốc khác nhau cũng được sử dụng như: dầu gốc khoáng hay dầu gốc tổng hợp hoặc hỗn hợp của hai loại dầu này.

Hệ thống thiết bị ở đây khá phức tạp với 3 thiết bị phản ứng có khuấy và 1 thiết bị bay hơi.

Phản ứng xà phòng hóa được tiến hành tại một trong hai thiết bị phản ứng

Sau khi xà phòng hóa, hỗn hợp qua thiết bị định lượng đi vòa ống xoắn của thiết bị bay hơi 5 thực hiện quá trình loại nước dưới áp suất chân không bằng nhiệt có được trong quá trình xà phòng hóa và thiết bị trao đổi nhiệt số 7. Hỗn hợp được đưa sang thiết bị phản ứng 9 thực hiện việc giảm nhiệt nhờ lượng dầu gốc còn lại thêm vào, khuấy trộn để phân tán đều sau đó kết tinh đẳng nhiệt, làm mát, thêm phụ gia và thực hiện các bước còn lại tương tự chu trình gián đoạn.

CÔNG NGHỆ LIÊN TỤC

Công suất lớn, đạt trên 10000 tấn/năm. Quá trình khuấy trộn, gia nhiệt, phân tán tạo cấu trúc được điều khiển một cách dễ dàng nhờ những bộ phận điều khiển tự động. Với cùng một công suất thì lượng vật liệu chế tạo ít hơn từ 5-6 lần, thể tích giảm 3-4 lần, kinh phí thấp hơn 25-30%, giá sản phẩm cuối thấp hơn 7-8%.

Sơ đồ tổng hợp mỡ Li

Chất béo, dầu, huyền phù LiOH từ các thùng chứa được đưa xuống thiết bị trao đổi nhiệt 6 rồi vào thiết bị trộn 5. Ở đây không chỉ xảy ra quá trình hòa trộn đơn thuần mà còn xảy ra phản ứng xà phòng hóa một phần axit béo. Mức độ xà phòng hóa phụ thuộc vào thành phần của axit, nhiệt độ, thời gian lưu của hỗn hợp trong thiết bị và hiệu quả của việc khuấy trộn.

Công nghệ tổng hợp với chất làm đặc vô cơ

Các chất làm đặc vô cơ thường dùng là pyrogenic silica gels, bentonite, cacbon… Khá với các chất làm đặc là xà phòng, việc phân tán các chất này trong môi trường phân tán và đồng thể hóa cần đặc biệt được chú trọng. Để tránh hiện tượng vón cúc của chất làm đặc và phân tán một cách tốt nhất, người ta chia chất làm đặc ra và cho vào theo một lượng nhỏ, gia nhiệt, sau một thời gian lại thêm tiếp một lượng nữa. Yêu cầu khuấy trộn liên tục để quá trình phân tán tốt hơn. Quá trình đồng thể hóa diễn ra trong cả van đồng thể và thiết bị đồng thể hóa.

Công nghệ sử dụng chất làm đặc là hydrocacbon

Chất làm đặc là các hydrocacbon rắn, các hydrocacbon này phân tán rất tốt trong dầu gốc nên không cần sử dụng thiết bị đồng thể hóa hay van đồng thể. Thiết bị làm lạnh là thiết bị kiểu trống.

Công nghệ sản xuất mỡ sử dụng chất làm đặc pyrogenic silica

I- Grafit, molipden disunfit; II- aerosil, bentonit; III- phụ gia; IV- dầu gốc; V- sản phẩm cuối; VI- sản phẩm chưa đạt; VII- nước ngưng; VIII- không khí và khí không ngưng.

Công nghệ sử dụng chất làm đặc là xà phòng sấy khô

Xà phòng được xà phòng hóa trong thiết bị riên biệt sau đó đưa đi sấy khô bằng thiết bị sấy chân không. Sau khi chuẩn bị xong, xà phòng được chuyển sang thùng chứa 2 rồi qua bộ phận định lượng vào thiết bị phản ứng 3. Các công đoạn khác thực hiện tương tự như các công nghệ khác.