Дипломная работа на тему «Эффективность разных типов синтетических каучуков в качестве вязкостных присадок»

Вязкостные присадки предназначены для повышения вязкости и улучшения вязкостно-температурных характеристик масел. Масла, содержащие эти присадки, сочетают в себе хорошие пусковые и антифрикционные свойства, характерные для маловязких масел при низких температурах и хорошие смазываюшие свойства высоковязких масел при высоких температурах.

Скачать пример Заказать работу Скачать пример Заказать работу

РЕФЕРАТ

В работе 39 страниц, 1 рисунок, 4 таблицы, 21 библиографическая ссылка.

Ключевые слова: загущенные масла, каучук СКИ-3, термоэластопласты, вязкостные присадки, индекс вязкости, термоокислительная стабильность.

Данная работа посвящена изучению влияния и возможности использования синтетических каучуков и термоэластопластов в качестве вязкостных присадок к моторным маслам.

Объектами исследования в настоящей работе служили: индустриальное масло И-20А (ГОСТ 20799-88), штатная вязкостная присадка полиметакрилатная марки «Д» (ПМА-Д), (ТУ 6-01-270-74), синтетический каучук изопреновый (СКИ- 3), бутадиен-стирольный и изопрен-стирольный термоэластопласты: ИСТ-20, ДСТ- 30,продукт деструкции каучука СКИ-3. В ходе проведенной работы изучена эффективность каучуков и термоэластопластов в качестве вязкостных присадок, исследовано их загущающее действие, а также проведена оценка термоокислительной стабильности масла, загущенного исследуемыми продуктами.

Продукт деструкции каучука СКИ-3 характеризуется значительно более высокими вязкостно-температурными свойствами, чем термоэластопласты ИСТ-20 и ДСТ-30 и существенно превосходит штатную присадку ПМА-Д. Вместе с тем он ухудшает термоокислительную стабильность загущенного масла и вызывает осмоление металлических пластин. Деструктированный каучук СКИ-3, проявляющий самые высокие вязкостно-температурные свойства, нуждается в дополнительной стабилизации.

синтетический каучук термоэластопласт присадка

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Аналитический обзор

.1 Смазочные масла. Классификация. Требования к моторным маслам

.2 Способы регулирования вязкости и области применения загущенных масел

.3 Достоинства и недостатки загущенных масел. Требования к вязкостным присадкам

Нужна помощь в написании диплома?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Сдача работы по главам. Уникальность более 70%. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

.4 Дипы вязкостных присадок

.4.1 Полимеры и сополимеры ненасыщенных углеводородов

.4.2 Гидрированные полимеры и сополимеры диенов

.4.3 Сополимеры стирола

.4.4 Полимеры и сополимеры ненасыщенных эфиров

.5 Загущающая способность вязкостных присадок и методы ее оценки

.6 Механизм действия вязкостных присадок

. Цель и задачи работы

. Экспериментальная часть

.1 Характеристика объектов исследования

.2 Приготовление масляных концентратов исходных полимеров

.3 Методы анализа

.3.1 Определение кислотных чисел

.3.2 Определение кинематической вязкости

Нужна помощь в написании диплома?

Заказать диплом

.3.3 Определение индекса вязкости

.3.4 Определение термоокислительной стабильности масел

.3.5 Определение величины коррозии металла и смолообразования

.4 Эффективность каучуков в качестве вязкостных присадок

.5 Влияние каучуков на термоокислительную стабильности загущенного масла

Выводы

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Загущенные масла получают путем добавления к маловязким дистиллятным маслам полимеров с высокой вязкостью и молекулярной массой от 5 тыс. и более. Загущенные масла обладают достаточной вязкостью в области положительных и отрицательных температур, они сохраняют вязкость при высоких температурах и не теряют ее при низких температурах, вследствие чего имеют эффективную смазывающую способность в широком диапазоне температур. Они обеспечивают легкий и быстрый запуск двигателя при низких температурах и устойчивый режим в условиях высокотемпературной работы двигателя. Эти масла можно использовать как всесезонные.

Вязкостными присадками чаще всего служат соединения на основе полиметакрилатов (высокомолекулярные полимеры эфиров метакриловой кислоты и алифатических спиртов), полиизобутены, сополимеры алкенов разной длины цепи, гидрированные низкомолекулярные каучуки.

В России наибольшее применение нашли полиметакрилаты, производство которых освоено отечественной промышленностью. Вместе с тем в ряде случаев лучшие результаты достигаются при использовании углеводородных полимеров. Разработаны и используются в промышленных масштабах отечественные присадки на основе сополимеров алкенов.

В настоящей работе в качестве вязкостных присадок исследованы некоторые каучуки и эластомеры. Оценены их достоинства и недостатки.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Нужна помощь в написании диплома?

Заказать диплом

1.1 Смазочные масла. классификация. требования к моторным маслам

Основным назначением смазочных масел является снижение трения и износа трущихся поверхностей. В наиболее распространенных условиях жидкостного трения смазочные свойства масла определяются его вязкостью.

Смазочные масла подразделяются на следующие виды: моторные, индустриальные, авиационные, трансмиссионные, турбинные и компрессорные. Наибольшее значение имеют моторные масла, на их долю приходится 50-60 % общего объема производства масел. Второе место по масштабам производства занимают индустриальные масла, их доля в общем производстве масел составляет около 30 %. Суммарных объем производства всех остальных масел, таким образом, имеет порядок 15 % [1].

В процессе работы моторное масло подвергается воздействию таких факторов, как высокая температура; интенсивные контакты с кислородом воздуха, и с продуктами сгорания; каталитическое воздействие металлов и сплавов; высокие удельные нагрузки в подшипниках и других узлах трения. Эти факторы, воздействуя на смазочное масло, приводят к возникновению в нем сложных физико-химических процессов, приводящих к изменению первоначальных качеств масла.

В соответствии с функциональным назначением моторные смазочные масла должны обладать следующими свойствами: заданным уровнем вязкости, высоким индексом вязкости, высокой термоокислительной устойчивостью и хорошими противокоррозионными и низкотемпературными характеристиками [2].

1.2 Способы регулирования вязкости и области применения загущенных масел

Наиболее важной и объективной характеристикой масел является их вязкость. Эта характеристика входит в обозначение моторных масел. ГОСТ 17479.1-85 классифицирует моторные масла по вязкости и эксплуатационным свойствам.

Вязкость определяет возможность и целесообразность применения масла для конкретных узлов и механизмов, а также способность обеспечения жидкостного трения, эффективность охлаждения, уплотнения узлов трения, легкости запуска двигателей и т. д.

Различают вязкость динамическую, кинематическую и условную.

Динамическая вязкость — это коэффициент внутреннего трения слоев жидкого смазочного материала, или более точно и полно — сила сопротивления двух слоев жидкого смазочного материала площадью 1 см², находящихся на расстоянии 1 см и перемещающихся один относительно другого под действием внешней силы со скоростью 1 см/с. Единица измерения — Па с.

Кинематическая вязкость характеризует подвижность жидкости и равна отношению динамической вязкости смазочного материала к его плотности:

где ν- кинематическая вязкость, /с,μ- динамическая вязкость, Па* с

Р- плотность

Нужна помощь в написании диплома?

Подробнее

Условная вязкость (ВУ в условных градусах) — это отношение кинематической вязкости масла к вязкости воды (при ее истечении при t = 20°С).

Для смазочных масел нормируется, в основном, кинематическая вязкость. Для моторных, гидравлических и трансмиссионных масел кинематическая вязкость нормируется при 100°С, для индустриальных — при 40°С.

Вязкость масла зависит от природы и фракционного состава. Дистиллятные масла имеют низкую вязкость. Это соляровое масло, веретенное, трансформаторное, индустриальные масла И- 5А, И- 8А, И-12А и некоторые другие.

Остаточные масла, выделяемые из гудрона, характеризуются высокой вязкостью. Это масла цилиндровые, авиационные (М-20) и другие. Масло с заданной (промежуточной) вязкостью можно получить, смешивая дистиллятные и остаточные компоненты. Именно так получают на НПЗ базовые моторные масла М-8, М-11, М-14, М-16. Процесс смешивания масел называется компаундированием.

Другой важной характеристикой является индекс вязкости (ИВ). Моторные масла должны иметь такую вязкость, чтобы при высоких температурах не сильно разжижаться, а при низких, наоборот, не терять текучести. Индекс вязкости- эмпирический безразмерный показатель, характеризующий зависимость вязкости масла от температуры. Чем выше индекс вязкости, тем меньше вязкость зависит от температуры. ИВ зависит от природы масла. Наибольший ИВ имеют парафиновые и изопарафиновые углеводороды, а также моноциклические нафтены и ароматические углеводороды с длинными алкильными заместителями. Наименьший ИВ у полициклических углеводороды (нафтенов, ароматических) и смол. ИВ можно повысить путем удаления низкоиндексных компонентов с помощью процессов селективной очистки и гидрокрекинга.

Традиционные компаундирование позволяет варьировать свойства масел в довольно узких пределах. Для расширения диапазона работоспособности смазочных масел используют вязкостные присадки, представляющие собой полимеры различного строения и молекулярной массы [3].

Масла, содержащие вязкостные присадки, называют загущенными.

С использованием вязкостных присадок получают всесезонные, северные и арктические масла. Загущенные масла являются наиболее подходящей основой для получения универсальных моторных масел. Кроме моторных масел вязкостные присадки используют также для улучшения свойств трансмиссионных масел и гидрожидкостей [5].

.3 Достоинства и недостатки загущенных масел. требования к вязкостным присадкам

При использовании загущенных моторных масел достигаются следующие преимущества:

расширяются пределы работоспособности масла: маловязкое базовое масло обеспечивает смазывание двигателя при низкой температуре, полимер- при высокой

снижение вязкости масла при низких и умеренных температурах (вследствие пологой вязкостно- температурной зависимости) позволяет более эффективно использовать топливо. Экономия топлива при переходе на загущенные масла составляет 2 — 4 % от общего потребления топлива

лучшая текучесть загущенных масел при высокой температуре обеспечивает лучшее охлаждение двигателя

некоторые вязкостные присадки обладают полифункциональными свойствами. Они снижают температуру застывания масла, улучшают его моющие, противоизносные и другие свойства [6,7].

Нужна помощь в написании диплома?

Цена диплома

Недостатком ряда загущенных масел является повышенная испаряемость, обусловленная присутствием маловязкого базового масла, из-за которого увеличивается расход масла. Этот недостаток устраняют, применяя основы узкого фракционного состава, синтетические масла или их смеси с нефтяными.

Кроме того, в условиях эксплуатации под влиянием высокой температуры, развивающейся в нагруженных узлах трения, возможна термическая деструкция полимерных присадок. Термическая и термоокислительная деструкция вязкостных присадок в загущенных маслах приводит к образованию отложений на поршне и осадка в масле.

Специфической особенностью вязкостных присадок является механическая деструкция под влиянием высоких нагрузок [8]

Поэтому присадки должны обладать достаточной стойкостью к механической и термоокислительной деструкции. Важными требованиями к вязкостным присадкам являются хорошая совместимость с другими присадками и малая склонность к образованию лаков и нагаров. Для получения присадок необходимо иметь дешевое и недефицитное сырье [9].

.4 Типы вязкостных присадок

По химической структуре используемые в настоящее время вязкостные присадки можно подразделить на две группы:

) углеводородные полимеры и сополимеры;

) производные ненасыщенных простых и сложных эфиров.

Представителями первой группы являются полиизобутилен (ПИБ), сополимеры этилена с пропиленом (СЭП), сополимеры α-олефинов (СПО), гидрированные сополимеры стирола с диенами (ССД), например: с бутадиеном (ССБ), алкилированные полистролы, сополимеры α-метилстирола с изобутиленом и др.

Ко второй группе относятся полимеры простых винилалкиловых эфиров (винипол), полимеры сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот — полиакрилаты (ПА) и полиметакрилаты (ПМА).

Молекулярная масса вязкостных присадок обычно лежит в пределах 10⁴-10⁶. Полимеры, используемые в качестве вязкостных присадок, должны быть однородны по молекулярной массе, т. е. должны обладать узким молекулярно-массовым распределением (ММР).

.4.1 Полимеры и сополимеры ненасыщенных углеводородов

Полиизобутилен (ПИБ) является продуктом полимеризации изобутилена:

Нужна помощь в написании диплома?

Подробнее

ПИБ широко применяется для загущения моторных, трансмиссионных и других масел. ПИБ обладает высокой загущающей способностью, но лишь незначительно повышает индекс вязкости.

К положительным качествам ПИБ следует отнести его совместимость с многими присадками, вводимыми в нефтяные масла [10].

.4.2 Гидрированные полимеры и сополимеры диенов

К этому виду присадок относятся продукты полимеризации и последующего гидрирования бутадиена-1,3 и изопрена. В качестве вязкостных присадок могут применяться полимеры бутадиена, содержащие от 40 до 86% звеньев в положении 1,2, а также сополимеры диенов с небольшим количеством двойных связей. Они сильно загущают масла, устойчивы к сдвигу [11].

К присадкам подобного типа можно отнести продукты каталитического или пиролитического гидрирования резин изношенных автомобильных шин [12].

.4.3 Сополимеры стирола

Высокоэффективной присадкой является продукт сополимеризации на катализаторах Циглера- Натта α-метилстирола (10-30%) с изобутиленом. Его молекулярная масса составляет от 2000 до 15 000. По загущающей способности и по влиянию на ИВ сополимер равноценен ПИБ. Повышение содержания α -метилстирола в сополимере способствует росту его термоокислительной и механической стабильности. По этим показателям сополимер превосходит ПИБ [13].

В настоящее время как вязкостные присадки приобрели большое значение гидрированные сополимеры стирола или алкилстиролов с бутадиеном (ССБ) или с изопреном (ССИ). Основная часть диена присоединяется к стиролу в положении 1,4. Например, сополимер стирола с бутадиеном имеет формулу:

[-]m [-СН2-СН (С6Н5) -] n

Низкомолекулярные сополимеры после насыщения двойных связей нашли широкое применение в качестве вязкостных присадок к маслам различного назначения. Эти присадки дают малое нагаро- и лакообразование в двигателях, они перспективны для применения в моторных маслах [14].

Недостатком ССИ является существенное повышение вязкости загущенного масла при низких температурах с уменьшением скорости сдвига.

.4.4 Полимеры и сополимеры ненасыщенных эфиров

Полиалкилметакрилаты и полиалкилакрилаты

Нужна помощь в написании диплома?

Заказать диплом

Эти вязкостные присадки представляют собой полимеры эфиров акриловой (ПА) и метакриловой (ПМА) кислот с первичными спиртами:

полиалкилметакрилаты,

полиалкилакрилаты .

Загущающее действие ПМА зависит от молекулярной массы, а также от длины и состава алкильных радикалов. ПМА обладают меньшим загущающим действием, чем углеводородные полимеры, однако они значительно сильнее повышают индекс вязкости масла.

ПМА являются полифункциональными присадками: они понижают температуру застывания масла (депрессорное действие) и повышают противоизносные и моющие свойства [15].

К недостаткам ПМА следует отнести их сравнительно низкую термическую и особенно механическую стабильность, что затрудняет использование полимеров в механизмах, работающих с большой нагрузкой.

1.5 Загущающая способность вязкостных присадок и методы ее оценки

Загущающая способность присадки зависит от химической природы полимера, его молекулярной массы, молекулярно-массового распределения и концентрации [16]. Загущающая способность присадки зависит также от природы масла, но в меньшей степени [17].

Зависимость вязкости загущенного масла от молекулярной массы или концентрации полимера подчиняется экспоненциальному закону [18,19, 20].

Ʋ= lgƲ₀+K₁M

lgƲ= lgƲ₀ + K₂C

где Ʋ — кинематическая вязкость загущенного масла, мм²/с

Ʋ₀ — вязкость исходного масла, мм²/с,

Нужна помощь в написании диплома?

Заказать диплом

М- молекулярная масса полимера,

С- концентрация полимера, % мас.

Коэффициент загущающей способности (К) можно найти как тангенс угла наклона прямой в координатах [lg^Ʋ/_Ʋ0= f (C)].

Определив К, можно рассчитать вязкость загущенного масла при любом содержании присадки.

Загущающая способность полимерных присадок в интервале температур 50- 100°С уменьшается в ряду:

ССИ > ПИБ > ПМА

При минус 17,8°С наибольшей загущающей способностью отличается ПИБ:

ПИБ > ССИ > ПМА

Во всех случаях углеводородные полимеры характеризуются более высокой загущающей способностью, чем полиметакрилаты.

.6 Механизм действия вязкостных присадок

Загущенные масла являются растворами высокомолекулярных соединений в дистиллятных маслах. Макромолекулы присадок по размерам в сотни раз превосходят молекулы масла, поэтому растворение полимера в масле приводит к повышению его вязкости.

Повышение индекса вязкости масел при добавлении вязкостных присадок можно объяснить следующим образом. Под влиянием колебательно-вращательных движений макромолекулы полимера принимают в растворах самые разнообразные формы. В разбавленных растворах макромолекулы менее, зависят друг от друга в своем тепловом движении, поэтому конформационный набор их весьма разнообразен. При этом вязкость разбавленных растворов вязкостных присадок мало зависит от температуры, и загущенные масла имеют высокий индекс вязкости. С увеличением концентрации вязкостных присадок в маслах расстояние между макромолекулами быстро сокращается, появляется межмолекулярное взаимодействие и набор конформаций, принимаемых макромолекулами, обедняется. Поэтому максимум значения индекса вязкости соответствует определенному значению концентрации вязкостной присадки. Дальнейшее увеличение концентрации вязкостной присадки приводит к снижению индекса вязкости загущенных масел.

Известно, что загущенные масла при высоких температурах имеют более высокую, а при отрицательных температурах более низкую вязкость в сравнении с обычными (незагущенными) маслами, т. е. сочетают в себе свойства летних и зимних масел. Это объясняется тем, что в холодном масле макромолекулы, будучи свернуты в «клубки», не изменяют его вязкости, а распрямляясь при нагревании, увеличивают вязкость загущенного масла по сравнению с базовым [21].

2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Нужна помощь в написании диплома?

Цена диплома

Целью настоящей работы является изучение возможности использования синтетических каучуков и термоэластопластов в качестве вязкостных присадок к моторным маслам.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

) Изучить эффективность ряда каучуков и термоэластопластов в качестве вязкостных присадок, исследовать их загущающее действие

) Оценить термоокислительную стабильность масла, загущенного исследуемыми продуктами.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Объектами исследования в настоящей работе служили:

индустриальное масло И-20А (ГОСТ 20799-88),

штатная вязкостная присадка полиметакрилатная марки «Д» (ПМА-Д), (ТУ 6-01-270-74),

синтетический каучук изопреновый (СКИ- 3),

бутадиен-стирольный и изопрен-стирольный термоэластопласты: ИСТ-20, ДСТ- 30,

продукт деструкции каучука СКИ-3.

Индустриальное масло И-20А (по современной номенклатуре И-Г-А-32) дистиллятное масло селективной очистки без присадок. Применяется в машинах и механизмах промышленного оборудования, условия работы которых не предъявляют особых требований к антиокислительным и антикоррозионным свойствам, а также в качестве базовых масел для создания моторных масел и смазок с присадками. Основные характеристиками масла И-20А представлены в таблице 1.

Таблица 1 — Физико-химические показатели масла И-20А (по ГОСТ 20799-88)

Нужна помощь в написании диплома?

Заказать диплом

Наименование показателя	Норма для марки И-20А
Вязкость кинематическая при 40⁰С, мм²/ с	29-35
Кислотное число, мг. КОН /г, не более	0,03
Зольность, 5, не более	0,005
Содержание серы, %, не более	1,0
Содержание механических примесей, %, не более	Отсутствие
Содержание воды, %	Следы
Плотность, кг/ м³	890
Температура застывания, ⁰С, не выше	Минус 15

Присадка ПМА-Д представляет собой раствор полиалкилметакрилата в масле И-20А. Активный компонент получают полимеризацией продуктов этерификации метакриловой кислоты первичными алифатическими спиртами С₁₂ — С₁₈. Массовая доля активного компонента в масле около 30 %. Присадка обладает также депрессорными свойствами.

Синтетический изопреновый каучук СКИ-3- стереорегулярный полиизопрен, содержание цис-1,4- звеньев 94-97%, структура звена цепи полимера:

Молекулярная масса 800 тыс .÷ 1500тыс. Содержит два стабилизатора: N-фенил-β- нафталин (неозон Д) и 1,4- дифенил- n- фенилендиамин (ДФФД) по 0,5% ( по массе). Основные примеси: зола — 0,2÷0,6 %, вода 0,2÷ 0,5%.

Термоэластопласты ИСТ-20, ДСТ- 30 представляют собой блоксополимеры диеновых и винилароматических углеводородов типа (АВ)_n, где: А- жесткие стеклоподобные блоки термопласта полистирола (α- метилстирола), В- эластомерные блоки диена (дивинила, изопрена):

Блоки полистирола имеют атактическое строение, то есть ароматическое кольцо относительно углеводородной цепи расположено нерегулярно. Молекулярная масса блоксополимеров обычно составляет от 50000 до 200000.

ИСТ-20- изопрен — стирольный термоэластопласт, содержащий 20% (по массе) стирольных звеньев. Полиизопреновый блок содержит 70-80 % цис-1,4-, 15-25 % транс -1,4- и 3-5 % 3,4- звеньев.

ДСТ- 30- дивинил- стирольный термоэластопласт, содержащий 30% (по массе) связанного стирола. Полибутадиеновый блок имеет 40-50% цис-1,4-, 8-12% 1,2- звеньев.

Выбор ДСТ-30 и ИСТ-20 для исследования в качестве вязкостных присадок основан на их сравнительно невысокой молекулярной массе и наличии ароматических структур, повышающих их химическую и термическую стабильность.

Продукт деструкции синтетического каучука СКИ-3 получен путем деструкции каучука СКИ-3 в роторно-шнековом аппарате при температуре 200-250⁰С и интенсивной механической нагрузке. Деструктированный СКИ-3 представляет собой вязкую массу черного цвета, имеющую специфический запах. Средняя молекулярная масса деструктированного СКИ-3 на порядок меньше молекулярной массы исходного каучука и составляет величину порядка 100000. Деструктированный каучук хорошо растворим в масле И-20А. Предположительно в этих условиях возможно не только уменьшение молекулярной массы, но и изменение структуры полимера. Однако по данным ИК-спектроскопии и элементного анализа состав деструктированного каучука СКИ-3 соответствует составу исходного продукта.

.2 Приготовление масляных концентратов исходных полимеров

Исследуемые каучуки и термоэластопласты растворяли в масле И-20А при температуре около 100⁰С в течение 1-3 дней при перемешивании. Полученные концентраты выдерживали сутки при комнатной температуре. Содержание полимера в концентрате составляло 10-20% (по массе).

Нужна помощь в написании диплома?

Подробнее

Для получения загущенного масла в индустриальное масло И-20А вводили расчетное количество концентрата, нагревали при температуре 60-90⁰С при перемешивании в течение 2-3 часов до полного растворения, выдерживали сутки при комнатной температуре и подвергали исследованию.

.3 Методы анализа

3.3.1 Определение кислотных чисел

Кислотное число определяется как количество миллиграмм КОН, необходимое для нейтрализации свободных кислот, входящих в состав 1г исследуемого вещества. Метод основан на потенциометрическом титровании. Навеску анализируемого вещества растворяли в 40 мл смеси растворителей (толуол 50%), изопропанол (49,5%), вода (0,5%) и титровали 0,1 Н спиртовым раствором КОН до рН=11. В аналогичных условиях определяли объем спиртовой щелочи, пошедшей на нейтрализацию холостой пробы. Расчет кислотных чисел ( К.Ч.), мг КОН/ г, проводим по формуле:

К.Ч. = (V₁-V₂) * T* 10³ / m

где V₁— объем 0,1 Н спиртового раствора КОН, пошедший на титрование рабочей пробы, мл;

V₂— объем 0,1 Н спиртового раствора КОН, пошедший на титрование холостой пробы, мл;

Т- титр 0,1 Н спиртового раствора КОН, г/мл;

m- навеска исследуемого вещества, г.

.3.2 Определение кинематической вязкости

Кинематическую вязкость оценивали в соответствии с ГОСТ 33-82.

.3.3
Определение индекса вязкости

Для расчета ИВ определяли вязкость испытуемого продукта при температуре 40⁰С и при 100⁰С, затем по ГОСТ 25371-82 находили значение ИВ расчетным путем.

.3.4 Определение термоокислительной стабильности масел

Нужна помощь в написании диплома?

Подробнее

Схема установки для определения термоокислительной стабильности загущенных масел приведена на рисунке.

Окисление проводили в стеклянных реакторах барботажного типа кислородом воздуха, в которые загружали 15-30г загущенного масла.

Реакторы (15-20) помещали в алюминиевый блок-термостат (27), предварительно нагретый до заданной температуры. Температуру поддерживали с помощью терморегулятора точностью ± 1⁰ С.

Воздух из баллона (1) перед подачей в реакторы очищали в поглотительных колоннах (8) и (9) и сушили в колонне (7). Заданную скорость подачи воздуха устанавливали с помощью реометров (11).

Температура проведения эксперимента составляла 200⁰ С; расход воздуха 150 мл/мин; продолжительность окисления 15 часов.

1 — баллон с воздухом, 2 — редуктор, 3 — моностат, 4 — блок-термостат, 5 — термометр, 6 — распределительная гребенка, 7 — колонка с хлоридом кальция, 8 — колонка с силикагелем, 9 — колонка с аскаритом, 10 — капилляры, 11 — реометры, 12 — реакторы

Рисунок — Схема установки для определения термоокислительной стабильности масел

3.3.5
Определение величины коррозии металла и смолообразования

Термоокисление загущенного и чистого масла И-20А проводили в присутствии медных, стальных и алюминиевых пластинок, которые закреплялись в нижней части реактора в среде масла.

После проведения опыта пластинки выдерживались в толуоле одни сутки, затем их сушили на воздухе и определяли массу.

Величину коррозии определяли по разности массы пластинок до и после опыта и рассчитывали по формуле:

Y=( m₂-m₁) / S

где Y — величина коррозии, г/м².

Если масса пластинки не уменьшалась, а возрастала, то по той же формуле определяли величину смолообразования.

Нужна помощь в написании диплома?

Цена диплома

.4 Эффективность каучуков в качестве вязкостных присадок

Исследуемые каучуки растворяли в масле И-20А при температуре около 100⁰С в течение 1-3 дней при перемешивании до полного растворения. Полученные концентраты выдерживали сутки при комнатной температуре. Содержание полимера в концентрате составляло 10÷20 % (по массе). Приготовленные концентраты вводим в масло в количестве 1÷15 % (по массе), или в расчете на полимер в количестве 0,1÷3% (по массе). Смесь нагревали при температуре 60-90⁰С в течение 2-3 часов при перемешивании и выдерживали сутки при комнатной температуре.

Растворимость термоэластопластов ДСТ-30 и ИСТ-20 в индустриальном масле И-20А ограничена. Концентраты этих продуктов, содержащие 20 % термоэластопластов, представляли собой вязкие, однородные, но не прозрачные жидкости. В связи с низкой растворимостью термоэластопластов их максимальное содержание в загущенном масле составляло 1,2%.

Продукт деструкции каучука СКИ-3 хорошо растворим в масле И-20А.

Данные по кинематической вязкости загущенных масел с разным содержанием концентратов и рассчитанные значения индекса вязкости приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Эффективность каучуков в качестве вязкостных присадок в масле И-20А

Присадка	Содержание полимера в концентрате, % по массе	Содержание присадки в загущенном масле, % (мас.)		Кинематическая вязкость, мм² /с при температуре, ⁰С		ИВ
		В расчете на концентрат	В расчете на полимер	40	100
Масло И-20А без присадки				36,34	5,59	83
ПМА-Д	30	2,92 5,89 8,94	1 2 3	37,63 47,95 49,36	5,90 7,48 7,84	97 110 122
ИСТ-20	10	1,00 3,00 5,00	0,10 0,30 0,50	38,07 42,56 46,60	5,90 6,47 7,10	96 103 110
	20	3,00 6,00	0,60 1,20	62,60 88,59	7,60 10,2	107 79
ДСТ-30	20	1,00 1,96 3,00 5,99	0,20 0,39 0,60 1,19	35,23 38,08 42,46 43,85	5,22 5,95 6,60 7,01	88 98 107 112
Продукт деструкции СКИ-3	20	3,00 6,30 8,98	0,60 1,26 1.80	42,20 56,03 68,53	6,56 8,67 10,39	104 124 128

Исходное масло И-20А характеризуется вязкостью при 100⁰С, равной 5,59 мм²/с, и индексом вязкости 83.

Присадка ПМА-Д повышает вязкость и индекс вязкости масла. С увеличением концентрации присадки в масле с 1% до 3 % (в расчете на полимер) вязкость масла при 100⁰С возрастает с 5,90 до 7,84 мм²/с, а индекс вязкости увеличивается с 97 до 122.

Термоэластопласт ИСТ-20 в концентрации 0,1 % (в расчете на полимер) дает такое же повышение вязкости и индекса вязкости, как штатная присадка ПМА-Д в концентрации 1 %. Загущающая способность ИСТ-20 возрастает с увеличением его концентрации в масле значительно быстрее, чем при использовании присадки ПМА-Д: масло, содержащее 1,2 % ИСТ-20 имеет вязкость при 100⁰С 10,2 мм²/с, в то время как масло с 2 % ПМА- Д — всего 7,48 мм²/с. Однако ИСТ-20 существенно повышает также вязкость и при 40⁰С, поэтому индекс вязкости растет не так быстро. Оптимальная концентрация ИСТ-20, по-видимому, составляет 0,5 — 0,6 % (в расчете на полимер). При этом вязкость и индекс вязкости загущенного масла соответствуют маслу, загущенному 2 % присадки ПМА-Д. Дальнейшее увеличение концентрации ИСТ-20 в масле не целесообразно, так как ведет к снижению индекса вязкости.

Термоэластопласт ДСТ-30 при одинаковой концентрации с ИСТ-20 немного меньше увеличивает вязкость масла. Можно, например, сравнить загущенные масла, содержащие по 0,6 % (в расчете на полимер) ИСТ-20 и ДСТ-30. Вязкость масла с ИСТ-20 составляет 7,6 мм²/с, в то время как вязкость масла с ДСТ-30 — 6,60 мм²/с. Индекс вязкости обоих масел одинаков. Однако в отличие от ИСТ-20 термоэластопласт ДСТ-30 можно добавлять в большем количестве, так как в изученном интервале концентраций (до 1,2 %) это ведет к плавному повышению вязкости и индекса вязкости.

Продукт деструкции каучука СКИ-3 при концентрации в масле 0,6 % (в расчете на полимер) влияет на вязкость и индекс вязкости аналогично термоэластопластам ИСТ-2 и ДСТ-30. Однако уже при концентрации деструктированного продукта 1,26 % показатели загущенного масла значительно превосходят показатели масла, загущенного ИСТ-20 и ДСТ-30. По вязкостно-температурным свойствам масло И-20А, загущенное 1,26 % деструктированного СКИ-3 заметно превосходит масло, содержащее присадку ПМА-Д в существенно более высокой концентрации (2%). Ввиду высокой растворимости деструктированного каучука в масле его концентрация в масле может быть повышена до 1,8 %, что ведет к дальнейшему повышению вязкости и индекса вязкости.

Таким образом, исследуемые термоэластопласты ИСТ-20, ДСТ-30 в низкой концентрации (0,1÷ 0,6 %) более эффективны как вязкостные присадки по сравнению со штатной присадкой ПМА-Д в концентрации 1 %.

Деструктированный каучук СКИ-3 по влиянию на вязкость и индекс вязкости базового масла превосходит как термоэластопласты, так и штатную присадку ПМА-Д.

Нужна помощь в написании диплома?

Цена диплома

.5 Влияние каучуков на термоокислительную стабильности загущенного масла

Термоокислительная стабильность является важнейшим свойством масел различного назначения. Оценку термоокислительной стабильности загущенного масла проводили по методике, описанной в разделе 3.3.4 методом окисления в барботажном реакторе. В работе определена термоокислительная стабильность масла И-20А без присадок, а также масла И-20А загущенного выбранными каучуками и термоэластопластами. Для сравнения оценена термоокислительная стабильность масла, загущенного штатной присадкой ПМА-Д.

Полученные результаты приведены в таблице 3.

В качестве показателей термоокислительной стабильности использовали изменение кислотного числа, изменение кинематической вязкости и выход осадков, нерастворимых в изооктане.

Таблица 3- Влияние каучуков на термоокислительную стабильность масла (Условия испытаний: t=200⁰С, скорость подачи воздуха 150 мл/мин., продолжительность окисления 15 часов)

Присадка (массовая доля, %, в расчете на полимер)	Кислотное число, мг КОН/г			Кинематическая вязкость мм²/с, при 100⁰ С			Осадок, нерастворимый в изоокта не, %
	Исходное масло	После окисления
				Исходное масло	После окисления	Изменение в %
Масло И-20А без присадки	0,10	2,10	2,00	5,26	5,67	+ 7,8	0,9
ПМА-Д (2,0%)	0,10	2,20	2,10	7,48	6,9	— 7,7	0,9
ИСТ-20 (0,6%)	0,13	1,65	1,52	6,06	5,75	— 5,1	0,84
ДСТ-30 (0,3%)	0,10	2,07	1,97	7,09	6,1	-14,0	1,1
Продукт деструкции СКИ-3 (1,26 %)	0,10	2.80	2.70	8,67	5,83	— 32,0	0,9

Сравнивая изменения кислотных чисел масла, загущенного термоэластопластами и штатной присадкой ПМА-Д, можно заключить, что скорость образования кислот при окислении масла, загущенного термоэластопластами ИСТ-20 и ДСТ-30, меньше, чем масла, загущенного штатной присадкой ПМА-Д. Меньше всего кислотное число меняется при окислении масла с присадкой ИСТ-20.

Кинематическая вязкость масел, загущенных термоэластопластами в результате окисления уменьшается, что говорит о частичной деструкции полимеров. В наименьшей степени меняется вязкость масла с присадкой ИСТ-20, в наибольшей — с присадкой ДСТ-30. Масло со штатной присадкой ПМА-Д по этому показателю занимает промежуточное положение.

Наименьший выход осадка, не растворимого в изооктане также наблюдается для масла, загущенного ИСТ-20.

Сравнивая показатели окисленного масла И-20А без присадок и масла, загущенного присадками ИСТ-20 и ПМА-Д, можно сделать вывод, что эти присадки практически не влияют на термоокислительную стабильность масла. Присадка ДСТ-30 ухудшает стабильность масла.

Наименьшей стабильностью к окислению характеризуется продукт деструкции каучука СКИ-3: оксидат масла, загущенного этим продуктом, отличается самым высоким значением кислотного числа и самым значительным изменением вязкости.

Базовое масло И-20А и масло, загущенное штатной присадкой ПМА-Д, вызывают незначительную коррозию металлических пластин. Термоэластопласты и деструктированный каучук приводят к осмолению металлических пластин (наблюдается увеличение их массы). Полученные результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4 — Коррозия металлических пластин в условиях окисления загущенных масел

Присадка (массовая доля, %, в расчете на полимер)	Коррозия металлических пластин, г / м²
	Медь	Сталь	Алюминий
Масло И-20А без присадки	0,17	0,83	0,42
Присадка (массовая доля, %, в расчете на полимер)	Коррозия металлических пластин, г / м²
	Медь	Сталь	Алюминий
ПМА-Д (2,0%)	0,46	0,17	0,34
ИСТ-20 (0,6%)	+4,1	1,0
ДСТ-30 (0,3%)	+4,1	+1,1	0,5
Продукт деструкции СКИ-3 (1,26 %)	+1,08	+1,45	+0,87

Нужна помощь в написании диплома?

Заказать диплом

Основной вывод из проведенной работы заключается в том, что деструктированный каучук СКИ-3 является эффективной вязкостной присадкой, превосходящей по вязкостно-температурным свойствам товарную присадку ПМА-Д. Вместе с тем он ухудшает термоокислительную стабильность загущенного масла и вызывает осмоление металлических пластин. Для повышения стабильности каучука, по-видимому, целесообразно провести гидрирование двойных связей или модифицировать полимер путем присоединения по двойной связи других функциональных групп.

Термоэластопласт ИСТ-20, эффективно загущающий масло в низких концентрациях и не влияющий на его термоокислительную стабильность, может быть испытан по другим показателям как вязкостная присадка к моторным маслам.

ВЫВОДЫ

) Термоэластопласты ИСТ-20 и ДСТ-30 в низких концентрациях (0,1-0,6% в расчете на полимер) повышают вязкостно-температурные свойства масла И-20А в такой же степени, как штатная присадка ПМА-Д в концентрации 2% (в расчете на полимер)

) Продукт деструкции каучука СКИ-3 характеризуется значительно более высокими вязкостно-температурными свойствами, чем термоэластопласты ИСТ-20 и ДСТ-30 и существенно превосходит штатную присадку ПМА-Д

) По влиянию на термоокислительную стабильность загущенного масла термоэластопласт ИСТ-20 идентичен штатной присадке ПМА-Д

) ДСТ-30 и деструктированный каучук СКИ снижают термоокислительную стабильность масла

) Термоэластопласт ИСТ-20 может быть рекомендован для дальнейших исследований в качестве вязкостной присадки к моторным маслам

) Деструктированный каучук СКИ, проявляющий самые высокие вязкостно-температурные свойства, нуждается в дополнительной стабилизации.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Громова, В.В. Технология производства и применения товарных продуктов переработки природных энергоносителей: учебное пособие для студ. заочной формы обучения / В.В. Громова; СПБГТИ(ТУ). — СПб., 2011 — 65 c.

Бурый, Ю.В. Топливо и моторные масла для двигателей мобильной техники АПК: учебное пособие / Ю.В. Бурый. — Барнаул, 2005. — 29-30 c.

Лашхи, В.Л. Загущенные масла. Свойства и особенности применения / В.Л. Лашхи, И.Г. Фукс. Химия и технология топлив масел, 1988- № 11. -24-29 с.

Школьников, В.М. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: справочник / В.М. Школьников [и др.]; под. ред. В.М. Школьникова. — М.: Химия, 1989. — 659 с.

Нужна помощь в написании диплома?

Подробнее

Каплан, С.В. Вязкостные присадки и загущенные масла/ С.В. Каплан, И.Ф. Радзевенчук. — Л.: Химия, 1982 .- 136 с.

Лашхи, В.Л. Загущенные масла. Свойства и особенности применения / В.Л. Лашхи, И.Г. Фукс. Химия и технология топлив масел, 1988- №11. — 24-29 с.

Бушуева, Т.А. Депрессорные и вязкостные свойства полиметакрилатных присадок/ Т.А. Бушуева [и др.]; Химия и технология топлив и масел, 1990-№9. — 33-34 с.

Каплан, С.В. Вязкостные присадки и загущенные масла / С.В. Каплан, И.Ф. Радзевенчук. — Л.: Химия, 1982. — 136 с.

Каплан, С.В. Вязкостные присадки и загущенные масла / С.В. Каплан, И.Ф. Радзевенчук. — Л.: Химия, 1982. — С. 5.

Каплан, С.В. Вязкостные присадки и загущенные масла / С.В. Каплан, И.Ф. Радзевенчук. — Л.: Химия, 1982. — С.6.

Каплан, С.В. Вязкостные присадки и загущенные масла / С.В. Каплан, И.Ф. Радзевенчук. — Л.: Химия, 1982. — С.10.

Патентная заявка 2357636, 2357637, 1978. — Франция

Ахмедов, А.И. Нефтехимия: учеб. пособие/ А.И. Ахмедов, А.М. Левшина, З.А. Садыков, 1979.- № 1. — 134 с.

Башкатова, С.Т. Особенности получения депрессорной присадки ДАКС-Д / С.Т. Башкатова, Ю.С.Голубенко, В.А. Винокуров. Химия и технология топлив и масел, 2001. — № 1. — С. 18-19.

Морозова, И.А. Многофункциональные полиметакрилатные присадки / И.А. Морозова, В.Д. Резников. Мир нефтепродуктов, 2002. — № 4. — С.16-17

Лашхи, В.Л. Загущенные масла. Свойства и особенности применения / В.Л. Лашхи , И.Г. Фукс . Химия и технология топлив масел, 1988. — 24-29 с.

Марчева, Е.Н. Оценка загущающей способности вязкостных присадок: науч. издание/ Е.Н. Марчева [и др.]; Химия и технология топлив и масел, 1982-№ 6. — 36-36 с.

Лашхи, В.Л. Загущенные масла. Свойства и особенности применения / В.Л. Лашхи, И.Г. Фукс. Химия и технология топлив и масел, 1988.- № 11. — 24-29 с.

Нужна помощь в написании диплома?

Подробнее

Шагов, В.С. Модифицированный окисленный полиэтиленовый воск, как присадка к смазочному маслу / В.С. Шагов, М.С. Доминина. Химия и технология топлив и масел, 1992-№7. — 4-5 с.

Папок, К.К Смазочные масла. Нефтепереработка и нефтехимия/ К.К Папок, А.П. Зарубин, Т.В. Романова. — М., 1973-№3. — 144 с.

Предыдущий пример

Следующий пример