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润滑油分散剂分散性能的研究

2015-08-10 1492 分享
  发动机使过程中会产生烟炱进人润滑油体系,导致润滑油性能下降油路阻塞甚至机械部件损坏,通过在工业润滑油加人分散剂阻止烟炱颗粒滑油种用横最多的类添加剂,对其,作机理的研究具有,要的现实意义。传统添加剂的开发设计需要巨额的测试评定和台架实验费用,并让润滑油中杂,对分散剂的作用机理难以给出满意的解释,这使得分散剂的设计具有主观性和盲,性相比较而,计算机模拟方法,以有效研究物质间的相互作用以及体系的非平衡态演化过程,缩短开发周期。
  
  模拟的目的在于解复杂体系分子结构或介观结构与体系宏观物理化学性质间的关系,从而为设计新产品或改进产品性能提供理论的指导。
  
  润滑油烟炱分散剂体系是个复杂体系。
  
  这是出干润滑油基础油是由多种烷烃或芳烃组成的混合物,烟炱的成分和结构不确定,在分散剂的作用下,混合物体系会形成微观有序的物质结构,对这样考虑研究方法的选择;模型化合物的选择;分散性能的定义;模拟参数的计算。
  
  1研究方法的选择分子模拟介观模拟和宏观热力学在不同尺度建了物质结构的研究方法,每种方法有其特定力学方法对于些相对简单的体系十分有效,可以比较精确地计算原子分子之间的相互作用,缺点娃计算量非常大。宏观热力学建立在相概念的基础上,对均相多相体系分,效,对目前工业广为应用的高分子胶体乳液凝胶等体系却有定基金资助国家自然科学基金资助项目20273075,20221603,20303022于介观尺度,而使相的概念趋于模糊,所建热力学模沏的理论基础趋于薄弱。分子动力学对于这样规模的体系山于其叵大的计算量完仝无能为力。为此,近年来,适用于介观体系的模拟方法发展迅速。
  
  目前常用的介观模拟方法包括耗散粒子动力学3此63,记16,仙13,简称00和密度泛函平均场理论简称胗68其中00是综合了分子动力学和宏观流体力学理论的种新方法,该方法既反映了体系中物质间的微观相力作用,又体现了物质团簇的流体力学行为,可以达高分子体系大规模闭族之间的相作用。
  
  所形成的介观结构包含的原子数非常多,应用分子模拟方法考察体系性质仍然是不现实的,而介观模拟方法则可能更加有效。于00方法已成功地应用于胶体高分子体系,本文也拟采用该方法进行研究。
  
  2模型化合物的选择选择模型化合物代替体系中实际物质的目的,是为了简化物质结构或性质,忽略与体系性质无关的因素。是为了满足模拟汁算必须给出明确物质结构的要求。选择模型化合物的般标准是应该使模型物质的某种性质与实际物质相近,这种性质通常对该物质在体系中的行为起决定作用。
  
  润滑油烟炱分散剂体系中主要包括类物质基础润滑油分散剂和烟贪,他们都需要在00模拟中给出模型化合物。基础润滑油主要由碳原子数为20,40左右的各种烃类混合而成,可以看作是具,多分散性的烃链。在,1模拟中可以用单珠子作为其模型化合物。分散剂由极性基团构成的极性端和由聚烯烃类,分子链构成的非极性链两部分组成,为简化起,可以用个珠子分散剂的极性端,而非极性链则根据聚合物聚合度的不同,用不同数目的珠子组成的线形链衣。烟炱主要是含碳物质组成,结构不明确,成分非常复杂。许多学者对此进行了大量的研究,认为烟炱的结构与碳黑相近,是种尤定形石墨的乱堆结构,其面随机分布,各种极性基团,与分散剂的极性端会发生比较强生在整个烟炱面,采用单珠子组成烟炱的模增化合物。考虑到烟炱的尺寸较大,具有立体结构,闪此采用带支链的非线形聚合物作为其模型化合物。
  
  3分散性能的定义在汇程实验上,由于发现烟炱聚集会增加润滑油的粘度,因此常常通过测量润滑油的相对粘度来度量分散剂的分散性能,相对粘度越小,则明分散性能越好。准确地说,分散性能并+存在明确的物理指标与其对应,实验测定的具体物理指标往往是分散性能的种综合体现,并没有绝对的意义。在计算中,同样需要个物理指标来综合达分散性能这概念。对扫描电镜照片的分析反映出烟炱颗粒大小与分散性能,定的对应关系,因此可以认为烟炱的聚集尺寸能够有效地达分散性能,这也是,可以直接计算得到的个物理量。润滑油体系在分散剂作用下,会形成特定的烟炱胶束。
  
  聚集的烟炱形成胶束内核,烟炱的面分布着分散剂的极性端,非极性链和基础油形成了胶束外圮。
  
  由于烟炱大小胶,内核的烟炱数量有关,因此可以将呼均每个胶,内核包含的烟炱链数作为分散性能的度量。
  
  4模拟参数的获取,中最重要的模拟参数是代不同物质的珠子间的相互作刖参数,该参数,7啤耶理论的参数成止比关系。因此参数0的获取就是参数的获取。通常参数可以通过实验方法或计算方法得到=由于,些物质之间的参数没有实验数据,这时可以采用属于分子模拟方法的BLEN方法获取。BLEND方法结合了改进的Flry叫1理论和分子模拟技术,1以快速计算高分子单体之间的相力作用参数并预测元体系的共混行为。为考察分散剂极性端对分散性能的影响,可以将极性端勹烟炱的相互作用参数和极性端与润滑油的相互作用参数设为考察变量。
  
  5模拟方案与结果分析分散剂是由极性端和非极性链两部分连接而成用量非极性链与极性端的连接方式非极性链与润滑油的相互作用等因桌都会对分散性能产生定影响。本文对这些因素对分散性能的影响进行了,1少的模拟计算。模拟结果明极性增大会使,降低,分散性能变好。极性端极性增强,意味着极性端易与烟炱紧密吸附,有利于形成稳定的胶束结构,从而使1分散性能提高;分散剂非极性链存在着个最佳链长。可能的解释是当非极性链较短时,形成的胶束外层结构不够致密,难以有效阻碍烟炱颗粒的相互接触。随链的逐渐增长,胶,外层逐渐致密,阻碍烟炱聚集的能力增强,但胶束外层的链之间长的存在;模拟结果,分散剂在低浓度时对烟炱有很,的分散效率,而在达到定浓度俏后,分散能力的增加就很有限了。实际使用中,应该在分散性能的提高和添加分散剂的经济性方面做个权衡。
  
  这模拟结果与实验现象完全吻合;当非极性链与润滑油的亲和力较强时,形成的胶束结构稳定,分散性能较好,非极性链与润滑油的相互作用减弱时,形成的胶,的稳记性变差,分散性能随之降低,3润滑油成为分散剂非极性链的不良溶剂时,非极性链与润滑油的亲和力变得很弱,胶束结构被破坏,使得分散性能急剧下降。这模拟结果符合打。!7叫似高分子溶液,论模拟结果经与实验结果的对比口以说明者定件致,模型的设置存在定的合理件。
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