SƠ LƯỢC VỀ DẦU UTTO - DẦU CHO MÁY CÔNG NÔNG. PHỤ GIA HiTEC 8703 - AFTON CHEMICAL

1. DẦU UTTO LÀ GÌ?

Dầu UTTO tiếng Anh gọi là Universal Tractor Transmission Oil là dầu bôi trơn được sử dụng trong quá trình truyền động, trục xe, thắng, bộ ly hợp ướt và thuỷ lực, khác với dầu STOU (Super Tractor Oil Universial) dầu UTTO không dùng được cho động cơ của máy.

2. TẠI SAO HỆ SỐ MA SÁT LẠI QUAN TRỌNG VỚI DẦU UTTO?

Dầu UTTO có độ nhớt phổ biến là SAE 30 hoặc 10W-30. Dầu UTTO cần hệ số ma sát đủ lớn để các chi tiết như bộ phận thắng ngập trong dầu hay khớp ly hợp hoạt động được, không giống như dầu động cơ luôn yêu cầu ma sát thấp để tăng hiệu suất sử dụng của động cơ và tiết kiệm nhiên liệu (thường bằng cách tăng cường các loại phụ gia Friction Modifier (FM) như HiTEC 4716 của AFTON CHEMICAL hoặc Sakura Lube 525 của ADEKA). Ví dụ bộ phận thắng của xe máy kéo được để ngập trong dầu một phần là vì dầu được sử dụng để giải nhiệt cho đĩa thắng, mặt khác dầu với hệ số ma sát đủ lớn giúp tránh được sự trơn trượt của đĩa thắng và làm giảm tiếng ồn của xe. Nói đi cũng nói lại vấn đề, xưa giờ ai cũng nghĩ là phụ gia Friction Modifier bắt buộc phải làm giảm hệ số  ma sát, nhưng chuyên gia của AFTON CHEMICAL xác nhận vẫn có một số loại phụ gia FM làm tăng hệ số ma sát.

Hệ số ma sát của dầu UTTO rất quan trọng, do đó các đơn vị sản xuất phụ gia chú trọng đến "Friction Durability" - độ ổn định của hệ số ma sát bên cạnh các thông số như: khả năng làm sạch, bảo vệ bơm... Độ ổn định của hệ số ma sát càng cao, dầu đó rất thích hợp dùng cho truyền động. Do đó, có thể đưa ra nhận định rằng "Dầu động cơ cần bôi trơn - hệ số ma sát thấp, dầu truyền động cần ma sát cao hơn và ổn định"

Figure 1: Sự ổn định hệ số ma sát theo thời gian

Dòng sản phẩm HiTEC 8703 của AFTON mang đến dự ổn định hệ số ma sát tuyệt vời so với dòng sản phẩm của đối thủ trên thị trường. Việc ổn định hệ số ma sát giúp giảm sự mài mòn các chi tiết lên đến 60% (theo thông tin của AFTON). Ngoài ra, chỉ với 7.8% trong dầu gốc 150N + 600N kết hợp với VM hệ PMA )HiTEC 5708) để sản xuất ra dầu UTTO SAE 10W-30, KV@100 = 9.5, KV@100 sau khi trượt cắt 20 giờ ~ 7.41, thành phảm tạo ra có thể đạt điểm hàn dính lên đến 220 Kg, cao hơn 30 Kg so với dòng sản phẩm cạnh tranh của đối thủ. Điểm hàn dính lớn giúp bảo vệ chi tiết tại điều kiện vận hành nặng, hạn chế khả năng nóng chảy của kim loại gây hư hỏng thiết bị bên trong khi xe đang vận hành.

Figure 2: Khả năng chống mài mòn đối với hợp kim của đồng

Như chúng ta đã biết, các hợp kim của đồng thường được sử dụng để sản xuất bơm piston và bộ phận đồng bộ hoá trong hệ thống bánh răng. Nếu sản phẩm ăn mòn đồng, thì dễ dẫn đến hư hỏng các chi tiết trong máy theo thời gian. Tuy nhiên, HiTEC 8703 được thiết kế với hệ số ma sát cao cho đồng thau những vẫn chống mài mòn khá tốt so với sản phẩm của đối thủ cạnh tranh.

Figure 3: Cấu trúc hệ thống bánh răng chứa các vòng đồng bộ hoá (thường được làm bằng hợp kim Cu)

Figure 4: Sự ăn mòn hợp kim Cu trong hệ thống truyền động

Figure 4 cho thấy, nếu sử dụng một dòng dầu không phù hợp, khả năng gây thiệt hại lâu dài cho các hệ thống truyền động bên trong xe là rất lớn, do đó, đối với các dòng sản phẩm cho dầu truyền động, khả năng ăn mòn tấm Cu theo ASTM D-130 cũng là một thông số mà đơn vị sản xuất nhớt cần phải xem xét.

3. DÙNG DẦU THUỶ LỰC CHO XE MÁY KÉO HOẶC HỆ THỐNG SỬ DỤNG DẦU UTTO CÓ ĐƯỢC KHÔNG?

Ở đây cần xem xét một chút xíu về vấn đè kỹ thuật của hai loại dầu này một tý. Dầu thuỷ lực sử dụng độ nhớt ISO, còn dầu UTTO sử dụng độ nhớt SAE thông thường là 10W-30 ( KV@100 = 9.3 đến 12.5 cSt). Riêng dầu thuỷ lực ví dụ ISO 68 có KV~100 thường tầm 8.8 cSt, do đó, nếu sử dụng dầu thuỷ lực cho hệ thông thuỷ lực của máy kéo thì nên chọn dầu thuỷ lực ISO 100 (khi đó KV@100 khả năng sẽ lớn hơn 9.3 cSt, yêu cầu tối thiểu cho SAE 10W-30).

4. THỜI GIAN SỬ DỤNG DẦU UTTO DÙNG HITEC 8703 LÀ BAO LÂU?

Những dòng động cơ cho xe on-road thì tính thời gian thay dầu bằng Km, nhưng những dòng xe off-road thường tính bằng thời gian sử dụng. Khuyến cáo của AFTON, dầu sản xuất từ HiTEC 8703 nên được thay trong khoảng 500-1000 giờ vận hành để giúp bảo vệ hệ thống truyền động tốt nhất.

Nếu khách hàng cần thêm thông tin về HiTEC 8703 cũng như tư vấn về dầu UTTO, xin quý khách vui lòng liên hệ Steven - 0911868783 (Zalo hoặc gọi trực tiếp nhé). 

Writer: Steven Nguyen

SỰ THIẾU HỤT NGUỒN CUNG CẤP PHOSPHO TRẮNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA GIÁ PHỤ GIA DẦU NHỚT ĐỘNG CƠ

 Phốt pho (P) là nguyên tố nhóm VA có số hiệu nguyên tử là 15, và cấu hình nguyên tử là [Ne] 3s²3p³. Ở trạng thái cơ bản, hoá trị của P thường gặp là III và V. Phốt pho có hai dạng cơ bản là P trắng (hoạt tính mạnh) tồn tại dưới dạng phân tử P4 theo kiểu phân bố tứ diện đều và P đỏ (hoạt tính kém hơn) tồn tại ở dạng polymer. So với N2, P có độ âm điện thấp hơn nhưng hoạt tính lại mạnh hơn phân tử N2 do bản chất liên kết ba của N2 làm hạn chế hoạt tính của N2, bởi liên kết ba cần nhiều năng lượng hơn để cắt đứt liên kết so với phân tử P4.

P là nguyên tố cơ bản đứng sau C, H, O, N vì nó là thành phần chính tạo nên lớp kép photpho lipid trong màng tế bào. Trong công nghiệp dầu nhờn, P được ứng dụng vào các hoá chất đặt biệt như chất chống oxy hoá, chất chống mài mòn (AW), phụ gia biến tính ma sát (FM), phụ gia cực áp (EP), phụ gia chống gỉ (CI), phụ gia tẩy rửa và nhũ hoá (emulsifier và detergent)... nhưng sản phẩm được dùng nhiều trong ứng dụng dầu nhờn có lẽ phải kể đến phụ gia kẽm ZDDP (Zinc Dialkyl Dithiophosphate) thường nhóm R trong cấu trúc Dialkyl thường là C4, C8 hoặc C10 đến C14 tuỳ vào từng nhà sản xuất. Nếu nếu R chứ C2 hay C3 thì thường sẽ ứng dụng cho các chất xúc tiến cho cao su. Do đó, để biết tại sao nguồn nguyên liệu P trắng lại ảnh hưởng mạnh đến giá phụ gia gói cho dầu động cơ thì mời mọi người tiếp tục theo dõi tiếp

I. ZDDP được tổng hợp như thế nào?

Như đã đề cập, ZDDP = Zinc Dialkyl Dithiophosphate, và độ dài mạch Carbon của gốc R sẽ phụ thuộc vào tuỳ nhà sản xuất. Tuy nhiên, về mặt lý thuyết, độ dài dây carbon càng lớn thì khả năng bôi trơn của sản phẩm sẽ càng tốt.

Hình 1: Cấu trúc của ZDDP

Có hai bước để tổng hợp ZDDP. Đầu tiên là P₂S₅ được dùng để phản ứng với hỗn hợp rượu để tạo thành  dithiophosphoric acid (1), sau đó sẽ tiếp tục dùng ZnO để trung hoà acid vừa sinh ra để tạo thành ZDDP (2)

P₂S₅ + 4 ROH → 2 (RO)₂PS₂H + H₂S (1)

2 (RO)₂PS₂H + ZnO → Zn[(S₂P(OR)₂]₂ + H₂O (2)

II. P trắng được tổng hợp như thế nào 

Trong tự nhiên P tồn dại dưới dạng khoáng phosphorit (Ca₃(PO₄)₂) và apatit với trữ lượng lớn ở Lào Cai. Trong công nghiệp để sản xuất P trắng người ta tiến hành nung quặng phosphorit ở 1500 độ với cát và than. Quá trình có thể biểu thị dưới dạng phương trình sau:

2 Ca₃(PO₄)₂  + 6 SiO₂= 6 CaSiO₃+ P₄O₁₀(3)

P₄O₁₀+ 10 C = 10 CO + P₄(4)

Trong quá trình sản xuất này chúng ta thấy để sản xuất P thì lượng khí CO thải ra cũng rất lớn, do đó quá trình này rất ảnh hưởng đến môi trường. 

Hiện tại Trung Quốc đang tìm cách để cắt giảm khí thải carbon, và có rất nhiều quá trình sản xuất công nghiệp ở Trung quốc sử dụng than như nguồn nhiên liệu chính. Ngoài ra, như vừa đề cập trong phương trình (4), quá trình sản xuất P trắng cần rất nhiều nguyên liệu là Carbon, do đó khi anh bạn láng giềng đang cắt giảm nguồn khí thải Carbon sẽ ảnh hưởng nhiều đến nguồn cung ứng P trắng, thứ là nguyên liệu chính để sản xuất P2S5, từ đó để sản xuất ZDDP như đề cập trong phương trình (1) mục I.

Thêm vào đó, chưa hiểu nguyên nhân vì sao nhưng thị trường Ấn Độ cũng thiếu hụt nguồn cung cấp P2S5 dẫn đến giá cả phụ gia ở thị trường này cũng đang trên đà tăng dần. 

III. Tỉ lệ sử dụng của ZDDP trong các gói phụ gia

ZDDP như đã đề cập là một chất vừa có tính chống oxy hoá, vừa có tính chất chống mài mòn và cực áp, thêm vào đó giả cả của ZDDP cũng rất rẻ so với các loại phụ gia khác. Vì vậy, việc sử dụng ZDDP vào trong các gói phụ gia động cơ là rất nhiều.

Điển hình ở các gói HDEO API dưới CF-4 thì tỉ lệ sử dụng của ZDDP trong gói từ 10-20%:

Hình 2: Thành phần ZDDP trong gói HDEO (HiTEC 9300C) của AFTON CHEMICAL

    Hình 3: Thành phần ZDDP trong gói HDEO (HiTEC 8712) của AFTON CHEMICAL

Việc sử dụng ZDDP với hàm lượng cao trong các gói HDEO API dưới CF-4 dự kiến giá của các gói phụ gia này sẽ bị ảnh hưởng nặng khi giá của ZDDP tiếp tục tăng trong tương lai gần.

Trong khi đó, các gọi HDEO dùng cho động cơ tải nặng như API CH-4 và CI-4, thì tỉ lệ ZDDP được giảm lại chỉ còn tầm 5-10 % trong gói. Việc giảm tỉ lệ của ZDDP sẽ được bù lại bằng các hợp chất của Mo và Boron để tăng cường tính chất bôi trơn như Friction Modifier, Anti-wear cũng như Dispersant enhancing Anti-wear. Do đó, dự kiến giá của các gói này sẽ chỉ tăng nhẹ trong thời gian tới. 

Hình 4: Thành phần ZDDP trong gói HDEO để sản xuất API CI-4 của AFTON CHEMICAL

Kết: Thế giới đang bước vào giai đoạn khủng hoảng nguồn nguyên liệu sản xuất cho tất cả các ngành bao gồm ngành nhớt bởi ảnh hưởng kéo dài của COVID-19, cùng với những thay đổi chính sách của các nước có nền công nghiệp lớn như Trung Quốc và Ấn Độ sẽ tác động không thể dự đoán được trong một tương lai xa. Tuy nhiên, xu hướng tăng giá đến từ các hãng là điều không thể tránh khỏi trong một tương lai gần. Để đối phó với tình trạng biến động về giá cả trong tương lai, các doanh nghiệp nên có một bước tự chuẩn bị phụ gia. 

Writer: Steven Nguyen

SULFURIZED EP ADDITIVE SERIES PART II - LIGHT S-EP AND ITS BASIC APPLICATION

In previous part, I have given a basic introduction of S-EP classification, dark S-EP and its application. In this part, I am going to talk about light S-EP. Because I have no right to publish TDS and MSDS without permission of suppliers, I only can show you the light S-EP which I can find them in the Internet, and these documents must belong to the big market share S-EP (i.e., DIC, ELCO, LANXESS).

I. What Is Light S-EP?

There is not a specific definition as far as I know, but I will base on DIC has shown the graph below:

Figure 1: DAILUBE Product Line

Basing on the published product line of DIC Japan and the data I have, the product with ASTM D-1500 wit a color of 6 Dil (Dilution of 15% volume) can be called light color. However, I think the S-EP with color below 8 (ASTM D-1500) without dilution should be called light S-EP. Absolutely, the color less than 5 is the perfect light S-EP.

As dark S-EP, light S-EP can be classified by its chemical structures. There are 4 typical types: light S-Olefins, light S-triglycerides, light S-Esters, and light S-Fatty acid. In general chemistry, we know that color of organic compounds depends on its saturation. The structures with more double bonds, it will become dark and dark... Therefore, to make the light color S-EP, the important process is to reduce the double bonds and chromophoric groups in its chemical structures.

2. How To Prepare Light S-Olefins EP?

RAW MATERIALS:

There are many types of raw materials to make S-EP. It can be classified as followed:

- Vegetable Oil: soybean, palm oil, tall oil...

- Animal triglycerides: lard oil, fish oil, tallow oil...

- Fatty acids, TOFA...

- Olefins: isobutane, polyisobutene...

MERCAPTAN ROUTE:

There are several ways to synthesize S-olefins EP and I will give you the brief summary on Mercaptan Route. Other is using disulfur dichloride (S2Cl2) and sodium sulfide as raw materials (you can google it for further information)

First, the reaction between H2S and olefins forms mercaptans (R-CH2-CH(SH)-R) as intermediates under Lewis acid at a widen range of temperature from -20 deg. C to 90 deg. C. Reaction temperature depends on what kinds of Lewis acids is used. 

Second, the formed mercaptans are reacted with H2O2 to form dialkyldisulfides 

2R-CH2-CH(SH)-R + H2O2 ===> R-CH2-CHR-S-S-CHR-CH2-R (1)

or dialkyl-trisulfides / dialkyl-polysulfides are synthesized through reaction of mercaptans and Sx molecules (Sulfur molecule is a cyclic octatomic molecules = S8 ring)

2R-CH2-CH(SH)-R + S2 ===> R-CH2-CHR-S-S-S-CHR-CH2-R (Dialkyl-trisulfides) + H2S (2)

2R-CH2-CH(SH)-R + Sx ===> R-CH2-CHR-S-S(x-1)-S-CHR-CH2-R (Dialkyl-polysulfides) + H2S (3)

To control the color of the reaction, high-pressure and high-temperature equipments have been employed. The reactor muse be high-pressure resistance. The operating temperature is from 120 deg. C to 170 deg. C. Pressure can be up to 50-60 bar when the olefins have low boiling point (i.e., isobutene). With high boiling olefins (e.g., diisobutene), the reaction pressure is much lower ~ 2-15 bar. By using H2S as a reducing agent, it will reduce the double bonds which are known as chromophoric groups. As a result, there are a bit double bonds in chemical structures of final products ==> the light color S-Olefins are more oxidative stable in contrast to darker ones.

Figure 2: RC 2540, Active Dialkyl-pentasulfide, Light Color

The chemical structure of RC 2540 can be described:  R-CH2-CHR-S5-CHR-CH2-R. This possesses a very light color, just type 2.5 by ASTM D-1500. Because it contains S5 in the structures, it is called active S-EP. It means it corrodes Cu and yellow alloys. As shown by ASTM D-130, it is very active just at 2.5% in base oil 3h/100 deg. C... 3b-4c... 

3. Light Color Sulfurized EP Application - Especially Metalworking Fluids

There are many applications for light color S-EP. Normally, the big consumption for S-EP is Metalworking Fluid and Grease. Others are Gear Oil, Slide-way Oils, Hydraulic Oils, Agricultural Applications, Automotive Applications.

Figure 3: EP Performance of RC 2540

The traditional Gear Oils, which can find in the Gear Oil packages of AFTON CHEMICAL and LUBRIZOL with specific smell, are Sulfured Isobutylene (SIB). SIB is often applied in the close gear box, but it cannot be used in open gear box because of its distinct odor. Future formula will be made with long-carbon chain length to avoid the bad smell due to its high boiling point.

The choose of S-EP for Bentonite Grease should be selected carefully to avoid destroying Bentonite Grease structures. Ca and Li greases can be used S-EP, but we need to pay attention on Cu corrosion protection (ASTM D-130) at specific temperature. 

If looking at the EP performance of RC 2540, there is no big difference in Welding Load when adding 2 to 15 % RC 2540. However, the scar diameter increase with an increase of its treat-rate. This can be explained by its high active sulfur... ~ 90%. Because its high activity, it dramatically reacts with metal surface to form metal sulfides leading to higher wear. Therefore, the scar diameter is directly proportional to the S content in the oil as seen in Figure 3. RC 2540 can be used to replaced SIB in many applications. It also can be used in Metalworking fluids as Lanxess recommended.

4. S-EP Manufacturers

- Arkema, France

- DIC Corporation, Japan

- Elco, US.

- Lubrizol, US.

- Lanxess, Germany.

- Others (Indian, Chinese...)

Written by Steven Nguyen

ENGINE OIL WITH API-REGISTERED MARKS: IS IT NECESSARY FOR VIETNAM MARKET?

This is just a discussion based on the writer’s opinion. Off course, there will be more and more different ones, but it is a good topic for discussion, isn’t it?

I.  A Brief of Vietnam Engine Oil Market 

 

BP Castrol has dominated Vietnam market, so the appearance of BP Castrol Engine Oil in term of color, smell, and API levels would have a big influence to the local blenders and others.  The market share of BP Castrol is around 24%.

 

Petrolimex (PLC) is the second one with a market-share of ~ 14%.  Shell, Total, Motul, Caltex and imported brands contribute 23% of total market. OEM Toyota, SYM, Suzuki, Honda, Yamaha account for 13%.  The rest belongs to Vilube, Mipec, Mekong, Nikko, Indo-Petrol, and other local brands.

 

II. Base Oil and Additive Suppliers in Vietnam

II.1. Base Oil

 

More than 10 years ago, the market used recycle oil and group I base oil to blend the engine oil. Now, they switch into mainly Group II and gradually use Group III and Group IV (PAO). I have been involved in this market since Sept. 2016, and started to see the improvements for the local blenders.

 

However, there will be the minority of the oil blended from recycle oil + solid VM to make engine oil for Mekong Delta River, Central Highlands, and Northwest Vietnam. 

 

II.2. Lubricant Additive Suppliers 

 

BIG4 and their suppliers have already been here. The latest one is Infineum, and now is distributed by Brentag.  AFTON, Lubrizol, Chevron Oronite have been here for long time.

 

Other lubricant suppliers from China, India also try to have a bit market share, but it is very hard for them. Most of the customers use those packages for low-tier products, which are cheap and competitive.

 

III. SAE Viscosity Grade

III.1. MCO

 

The majority of SAE Viscosity Grade is 10W-40, 15W-40 and 20W-50 with a widen API from SF to SN+.  However, the big market share now is API SL, and API SN could dominate in the next few years.

 

There is a trend to make a lower viscosity grade such as 10W-30, 5W-30, but I think the market of those products is not quite big at this moment. 

 

III.2. HDEO

 

SAE Viscosity Grade is 15W-40 and 20W-50 with a variety of API from CD to CI-4. Four years ago, the majority API is CF-4, but it started to switch into CI-4/SJ two year ago.  The markets for CJ-4 and CK-4 have been not started yet, even though there are some products on market and they seem to be for marketing only.

 

Market for API CD focus on the second-hand Tractors, Forklift in Mekong Delta River, and others. API CF and CF-4 are used for small trucks and passenger diesel car. API CI-4/SL are applied for container trucks and fishing boats. 

 

 IV. Are API-registered Engine Oil Suitable for Vietnam Market?

 

This part shows my opinion, it is not really correct. Just please remember. Here I would like to discuss on HDEO market because it has the biggest market for engine oil. The trucks travelling from North to South with 2-way journey will run at least 3500 Km. API CF-4 and CI-4 mineral type (Group II) recommend around 5000 - 7000 Km and 10.000 - 14.000 Km in Vietnam, respectively. Therefore, the trucks must change the oil in several rounds.

 

IV.1. Lack of National Standards for API Registered Engine Oil

 

Frankly speaking, just global company such as BP Catrol, Shell, Total, Caltex, and big local blenders in Vietnam such as Petrolimex may need to register for it. The fee of registration and extension is not cheap as well. Then, the formula with base oil and the packages should be stable. BIG4 will recommend the formula using their packages with Exxon Mobil Group II/II+ EHC base oil, and GS Caltex may be an alternative. However, GS Caltex formula has a limited formula. 

 

Vietnam government has no analytical way to identify whether any specific engine oil on markets meeting API or not. In addition, distinguishing API such as CF-4 and CI-4 is also an obstacle for the government. Vietnam government just controls the combustion engine oil based on National technical regulation on lubricating oils for Internal Combustion Engines QCVN14:2018/BKHCN. However, this just controls very basic parameters without API classification. Thus, there is no motivation for the blenders to register for API license.

 

IV.2.  Market Demand for API-registered HDEO

 

Some blenders go for API license just in the case they want to make a tender for selling other oils along with engine oils (i.e., hydraulic oil, gear oil, turbine oil). The majority of market demands also does not care for whether the HDEO has API-registered marks or not. What they need is the oil must meet their satisfactions (e.g., cheap, good quality, no soft deposit, stable VI, fuel saving).

 

Carrying overload is also an issue having a big effect on the engine oil design. Normally, many trucks in Vietnam carry overload, and some of them often drives up the mountain and down to the city. Therefore, it dramatically deteriorates the engine oil quality. Then, the truck owners will prefer the oil, which is suitable for their running condition no matter of the API license. In most cases, the manufacturers will try to enhance the lubricity and EP performance by adding small percentage Friction Modifiers (i.e., Ashless Organic FM, or Mo-DTC) and some saturated Esters (e.g., Croda 3970, Kentjenlube 135/2700). For example, when adding the FM modifier into the oil with API-registered formula, there is not guarantee that the oil will meet the API standards anymore. Then, the blenders must to choose between re-apply for API license or not. However, it is good to use for local market, why do blenders spend money on that? Once the oils meet customers’ satisfactions, there is nobody caring about the API license anymore. 

 

In summary, even though I think there is no need for the API registration for the engine oil, the local blenders should use BIG4 additive package to make the high quality and long-lasting performance for Vietnamese people. 

 

Written by Steven Nguyen.

 

XU HƯỚNG PHÂN TÍCH DẦU ĐỘNG CƠ HIỆN ĐẠI

Nghiên cứu tương lai của chỉ só kiềm tổng (TBN) và chỉ số acid (TAN) như những chỉ số đáng tin cậy trong việc đánh giá chất lượng dầu động cơ sử dụng nhiên liệu diesel với hàm lượng lưu huỳnh (S) siêu thấp (gọi tắt là ULSD).

 

Tác giả: Jeanna Van Rensselar đăng trên tạp chí Tribology & Lubrication Technology 09/2020

Người dịch: Steven Nguyễn - Eidson Global

 

Quan điểm trọng tâm

- Chuyên gia thảo luận về sự phù hợp của chỉ số TBN, và đặc biệt là TBN trong việc đánh giá chất lượng dầu động cơ.

- Những yêu cầu về công thức dầu động cơ đang hướng về sự ổn định oxy hoá và khả năng xử lý những tạp chất nhiễm bẩn dầu động cơ từ hệ thống tuần hoàn khí thải EGR (Exhaust gas recirculation).

- Kiểm tra để phát hiện sản phẩm của quá trình oxy hoá và nitrate hoá, từ đó chứng minh sự tương quan với lượng acid hữu cơ yếu và tiên đoán khả năng đặc của dầu.

 

Hầu hết tất cả các nhiên liệu diesel được dùng tại Châu Âu và Mỹ là nhiên liệu diesel với hàm lượng S siêu thấp (ULSD) mục đích là để giảm thiểu lượng khí thải có hại đến môi trường.  Từ lâu chỉ số TBN và TAN đã đươcj dùng rộng rãi như một thước đo chuẩn mực để đánh giá chất lượng của dầu nhờn, tuy nhiên  việc kiểm tra các chỉ số này dần dần trở nên kém hiệu quả trong việc đánh giá chất lượng dầu động cơ sử dụng ULSD do sự thay đổi cấu trúc hoá học của các acid sinh ra trong dầu động cơ do quá trình đốt cháy nhiên liệu với hàm lượng S siêu thấp. Chế độ hoạt động của các động cơ đốt trong thế hệ cũ sinh ra rất nhiều các acid mạnh do nguồn nhiên liệu chứa hàm lượng S cực kỳ cao, nhưng ngày nay việc sử dụng ULSD tạo ra nhiều loại acid yếu hơn rất nhiều như: acetic acid, nitric và formic acid. Những acid yếu này thường không đủ mạnh để được trung hoà bằng những thành phần mang tính chất kièm trong các gói phụ gia, dẫn đến việc kiểm tra TBN và TAN trong dầu động cơ không quá hiệu quả. Nhưng không có nghĩa là các acid yếu này không đủ mạnh để ăn mòn các kim loại mềm, thường chúng sẽ gây ăn mòn các chi tiết như ổ trục và các lớp hàn bên trong bộ phận trao đổi nhiệt. Vì vậy, cần phải có những phương pháp tốt hiệu quả và chính xác hơn trong việc theo dõi chất lượng dầu nhờn như việc dùng phổ hồng ngoại (FT-IR) trong việc xác định sự oxy hoá và nitrate hoá. Hàm lượng của các acid yếu này có thể được chứng minh thông qua kết quả phổ hồng ngoại. Chính vì vậy mà kết quả phổ này có thể được sử dụng để tiên đoán mước độ phân huỷ của dầu cũng như thời gian cần để thay dầu.

 

David Doyle, thành viên của STLE (Society of Tribologists and Lubrication Engineers),giải thích rằng những đơn vị sản xuất dầu động cơ tải nặng dùng ở Bắc Mỹ ngày nay quan tâm nhiều về sự oxy hoá của dầu, sự thay đổi trong độ nhớt, gia tang mài mòn và hàm lượng kim loại bị ăn mòn. Tại Bắc Mỹ, việc kiểm tra TAN và sự oxy hoá đang được quan tâm như các giá trị để đánh giá thời giant hay dầu hơn so với TBN. “TAN cao không có nghĩa là dầu động cơ đã mang tính acid. TAN tăng do những phản ứng oxy hoá và sự phân huỷ các thành phần trong dầu nhờn. Những kết quả kiểm tra oxy hoá cung cấp những thông số quan trọng, bổ sung thêm các phương pháp dùng để đánh giá chất lượng của dầu động cơ đang dùng (tham khảo them NEW API Categories and Service Life for HD Engine Oils).” Doyle nói them “Xưa nay, chúng ta dựa vào TBN như một thông số chính để đánh giá thời gian thay dầu, do việc sử dụng các nguồn nhiên liệu chứa hàm lượng cao S. Với việc giảm mạnh hàm lượng S trong nhiên liệu, TBN không còn là một thông số thích hợp để thưo dõi chất lượng của dầu đang sử dụng. Những yêu cầu về công thức dầu động cơ đang hướng về sự ổn định oxy hoá và khả năng xử lý những tạp chất nhiễm bẩn dầu động cơ từ hệ thống tuần hoàn khí thải EGR (Exhaust gas recirculation). Dầu động cơ ngày nay được quan tâm nhiều hơn về tính năng bảo vệ dầu nhờn khỏi quá trình phân huỷ do sự oxy hoá, cũng như tính năng tẩy rửa và phân tán chất bẩn trong động cơ”.

 

Những nguyên tố quan trọng của chương trình phân tính dầu sử dụng nhiên liệu ULSD.

 

Tiến sĩ Roger Dale England, Vice president, chief R&D officer, Vavoline, Inc., giải thích rằng qua trình phân huỷ dầu thứ cấp chính là sự oxy hoá và nitrate hoá. “Động cơ ngày nay hoạt động ở điều kiền nóng hơn và nhiệt độ cao hơn so với thế hệ động cơ cũ, do đó làm tăng áp lực lên dầu nhờn. Hậu quả dẫn đến việc dầu bị oxy hoá và sự thay đổi tính chất của dầu kéo theo hang loạt những thay đổi khác bên trong, chính vì vậy việc xác định mức độ oxy hoá và nitrate hoá trong dầu là thông số quan trọng để tối ưu hoá việc tính toán thời gian để thay dầu.”. England còn cảnh báo rằng những thông số này chính là những thứ cần phải đo đạc trước tiên, nhưng chúng không phải là dữ liệu duy nhất cần phải phân tích.

 

Liên quan đến tính chất chống oxy hoá, Tiến sĩ Alisdair Brown, R&D technical director, AFTON CHEMICAL Ltd., nói  rằng có rất nhiều cách để đo đạc sự oxy hoá: từ những phương pháp kiểm tra đơn giản trong phòng thí nghiệm chỉ mất vài phút cho đến những phương pháp multi-cylinder engine test đắt tiền cần vài vài, hoặc các OEM field trials cần 2-3 năm để hoàn thành. “Hiện tại vẫn chưa có sự đồng thuận nào cho phương pháp đánh giá tốt nhất. Điệu này có thể thấy thông qua việc phát triển nhiều bài kiểm tra oxy hoá trong ngành công nghiệp bôi trơn. Chúng phản ánh những vấn đề cụ thể được thấy bởi các OEM và những cá nhân tiếp cận để chắc chắn có được những tính năng bảo vệ và chống oxy hoá thích hợp. Một vài phương pháp này sử dụng xúc tác là các kim loại chuyển tiếp để làm tang tốc quá trình oxy hoá khử; số khác cho thêm nhiên liệu sinh học để giả lập điều kiện pha loãng của nhiên liệu; số khác thì lại đưa them oxy vào hệ”.

 

Brown cũng giải thích rằng Sequence IIIH test đánh giá sự kéo dài quá trình oxy hoá thông qua sự gia tang độ nhớt của dầu nhờn và Mack T-13 test sử dụng khoảng 20 gallons dầu động cơ chạy trong cần 360 giờ để theo dõi quá trình oxy hoá bằng cách kiểm tra các sản phẩm của quá trình oxy hoá bằng phổ hồng ngoại FT-IR cũng như bất kể sự thay đổi nào trong độ nhớt của dầu nhờn. “Những engine tests này là các cáct hhay thế để rút ngắn hiệu quả về thời gian và chi phí, vì vậy …

 

Ở mức độ căn bản hơn, England cảnh báo rằng chìa khoá hiệu quả trong việc phân tích dầu sau khi sử dụng chính là dữ liệu. Đội ngũ phân tích dầu nhờn sau khi sử dụng của họ bao gồm nhiều kỹ sư địa phương với nhiều năm kinh nghiệm trong nghề và những công cụ chuyên dụng hỗ, được hỗ trợ bởi đội ngũ IT tận tâm. Điều đó cho phép họ phân tích dữ liệu một cách nhanh chóng từ bất cứ phòng thí nghiệm nào, và các kỹ sư của họ cũng tạo ra rất nhiều mặt hàng thiết thực cho khách hang để tiết kiệm chi phí quản lý. Có rất nhiều thứ cần phải lo lắng về môi trường kinh doanh ngày nay, vì thế họ làm việc rất chăm chỉ để chắc chắn rằng quá trình bảo trì bảo dưỡng càng dễ dàng và càng tiết kiệm càng tốt. Phân tích dầu sau khi sử dụng là một phương pháp tốt để tìm ra những thông số có lời và ảnh hưởng đến lợi nhuận. Một khi đã đầu tư cho những kết quả này, hãy chắc chúng ta sử dụng nó hiệu quả.

 

SỰ OXY HOÁ VÀ CHẤT CHỐNG OXY HOÁ

Theo Doyle, sự oxy hoá dầu động cơ diesel chịu ảnh hưởng bởi những tác nhân như: nhiệt độ, độ ẩm, và các chất oxy hoá (ion kim loại, oxy). Trong dầu động cơ diesel, nhiệt độ và độ ẩm ở điều kiện vận hành bình thường của động cơ cũng sẽ ảnh hướng đến sự oxy hoá của dầu. Các chất oxy hoá nhiễm vào dầu từ hệ thống tuần hoàn khí thải EGR bao gồm các acid từ phản ứng của khí NO_x  với các khí từ hệ thống tuần hoàn và các acid hữu cơ hình thành trong quá trình đốt cháy nhiên liệu. Việc tuần hoàn khí thải (từ hệ thống tuần hoàn khí thải EGR) vào buồn đốt nhiên liệu dẫn đến sự gia tăng hàm lượng acid nitric, một acid yếu hơn acid sulfuric. Do đó, việc sử dùng TBN như một chỉ số theo dõi chất lượng không còn hiệu quả bằng xu hướng theo dõi sự thay đổi chất lượng dầu nhờn thông qua các bài test kiểm tra sự oxy hoá của dầu. Sự oxy hoá đóng góp từ hệ thống tuần hoàn khí thải EGR làm gia tăng áp lực lên dầu động cơ thế hệ mới, bên cạnh yêu cầu cải thiện tính năng tẩy rửa và phân tán. 

 

Các đòi hỏi về tính năng của chất chống oxy hoá ngày một khắc khe hơn. Brown giải thích rằng các chất chống oxy quá cần phải hoạt động một cách hiệu quả dưới nhiều điều kiện vận hành khác nhau, cũng như bảo vệ dầu nhờn, hệ phụ gia tính năng và kéo dài thời gian hoạt động của động cơ. Những đặc điểm chính của chất chống oxy hoá cần xem xét bao gồm: cơ chế ngăn chặn quá trình oxy hoá, khả năng ổn định nhiệt, tốc độ phản ứng cũng như khả năng bay hơi thấp. Ngoài ra, một thử thách khác mà các chất chống oxy hoá và phụ gia dầu nhờn đang đối mặt là sự gia tăng các quy định và tiêu chuẩn để quản lý chúng. Brown nói thêm, mỗi một công thức được phê duyệt là một hỗn hợp cân bằng các phụ gia một cách cẩn thận cụ thể cho từng ứng dụng và tiêu chuẩn thiết kế cho dầu nhờn. Tuy việc kiểm soát sự oxy hoá  là một đặc điểm khá quan trọng, nhưng nó cũng cần nên chú ý đến toàn bộ tính năng của hệ để tránh các tác động xấu không mong muốn.

 

TAN VÀ TBN CÓ CÒN LÀ TIÊU CHUẨN THÍCH HỢP?

 

England nói rằng động cơ dùng ULSD sản sinh ra ít acid sulfuric, chất mà cần phải trung hoà bằng độ kiềm của dầu. Tuy nhiên, những acid tạo thành trong dầu động cơ hiện tại thường là các acid hữu cơ yếu. Ông ấy nói tiếp, “Công việc của chúng tôi chỉ ra độ kiềm của dầu tạo liên kết với nước sinh ra từ quá trình đốt cháy, ngăn chặn chúng phản ứng với các acid yếu. Khi sử dụng nhiên liệu hàm lượng S cao, các acid mạnh sinh ra phản ứng ngay lập tức với hệ keo CaCO₃ có trong chất tẩy rửa. Các acid yếu khi dùng ULSD thì không phản ứng, vì vậy TBN và TAN không còn đóng vai trò quan trọng như chúng đã từng trong quá khứ do sự phức tạp ngày một cao của động cơ ngày nay.” Tác động của S đã không còn lớn trong quá trình đốt cháy nhiên liệu. Khi nhiên liệu ULSD là mối quan tâm chính, một lượn nhỏ S (< 15 ppm, riêng Việt Nam là từ 500 – 2500 ppm) trong dầu có khả năng hoạt động như một chất chống oxy hoá; Dầu động cơ API CK-4 chỉ cho phép hàm lượng S tối đa là 500 ppm. Hàm lượng S cao trong quá khứ dẫn đến sự sinh ra tác nhân ăn mòn acid sulfuric, nguyên nhân chính yêu cầu TAN cao để trung hoà sự tạo thành của chúng. Một khi hàm lượng S giảm, TBN dần dần không còn là thông số chính trong việc đánh giá chất lượng của dầu nhờn. Tóm lại, TBN không còn quá quan trọng cho dầu động cơ tại những vùng nguồn nhiên liệu ULSD được dùng rỗng rãi. Tuy nhiên, ở những địa điểm khác trên toàn cầu nơi mà nhiên liệu chứa S cao vẫn còn được sử dụng, thì TBN vẫn tiếp tục là một thông số quan trọng để đánh giá hàm lượng dầu nhờn.

 

NEW API CATEGORIES AND SERVICE LIFE FOR HDEO

 

Tiến sĩ Alisdair Brown, R&D technical director, AFTON CHEMICAL Ltd., giải thích rằng: khi động cơ trở nên ngày một hiệu quả thông qua việc sử dùng nhiều chi tiết phức tạp như pit-tông thép và turbo tăng áp, áp lực trên một đơn vị thể tích dầu nhờn sẽ tăng do sự gia tăng nhiệt độ ở bồn chưa dầu và thời gian dầu lưu thông trong hệ thống kéo dài hơn. Nói cách khác sẽ là cần ít dầu động cơ hơn để làm việc hiệu quả hơn trong thời gian dài hơn. Đồng nghĩa với việc sử dụng nguồn dầu gốc với chất lượng cao hơn và khả năng kiểm soát oxy hoá tốt hơn. Thêm vào đó, chúng ta cũng thấy sự giảm áp lực lên hệ thống lọc do yêu cầu về mức độ cặn của dầu. Điều này bị tác động bởi sự giảm hàm lượng ZDDP bên trong , dẫn đến giảm hàm lượng cặn sinh ra. Hệ quả của sự giảm hàm lượng dùng của ZDDP (do giảm hàm lượng cặn) dẫn đến việc cần phải tăng cường chất chống oxy hoá để tăng tính tương thích với hệ thống lọc, vì vậy sẽ tăng chi phí sản xuất. (ZDDP là một phụ gia chống oxy hoá, chống mài mòn và chống ăn mòn. Việc giảm ZDDP bắt buộc phải được bổ sung bằng một hay nhiều loại phụ gia không tro khác, khi đó giá cả sẽ tăng cao do ZDDP là một phụ gia rất rẻ).

 

Vậy, những hạn mục API có yêu cầu sự kéo dài thời gian sử dụng dầu? Không thực sự cần thiết, David Doyle trả lời. “Các nhà sản xuất dầu động cơ diesel bận tâm về việc kéo dài thời gian sử dụng dầu được yêu cầu bởi thị trường và ngành công nghiệp. Nhưng, những thử thách về kỹ thuật ở đây chính là sự cân bằng giữa thời gian sử dụng dầu yêu cầu với sự thay đổi công nghệ cho cả động cơ và dầu nhờn. Điều mà những nhà sản xuất hướng đến chính là tối ưu quá thời gian lưu của dầu trong hệ thống vốn dĩ bị chi phối bởi môi trường làm việc và những dịch vụ yêu cầu. Dầu động cơ cần phải đủ bền để chống chọi với các tác nhân oxy hoá tồn tại trong các động cơ diesel hiện đại. Chúng cần phải ổn định về độ nhớt và khả năng bôi trơn để có thể kéo dài hoạt động dưới yêu cầu ngày càng cao của thị trường và người tiêu dùng. 

#Dầuđộngcơ #DầuNhờn #Phụgiadầunhờn #Phụgiadầunhớt