基本信息
- 項(xiàng)目名稱:
- 硼酸脂型汽車制動(dòng)液的研制
- 來(lái)源:
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類:
- 能源化工
- 簡(jiǎn)介:
- 本作品研制出一種水解穩(wěn)定性好的硼酸酯,并開發(fā)了一種以此硼酸酯為主體,含有潤(rùn)滑劑、稀釋劑和添加劑的硼酸酯型制動(dòng)液的生產(chǎn)工藝。通過(guò)制動(dòng)液的性能分析,表明所研制的制動(dòng)液達(dá)到美國(guó)聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)FMVSSNO.116DOT-5 的要求,為一新型高級(jí)合成制動(dòng)液。
- 詳細(xì)介紹:
- 一 作品的目的 作品利用了硼酸酯的分子可設(shè)計(jì)性合成干濕沸點(diǎn)高,低溫粘度好以及水解穩(wěn)定性好的硼酸酯,并以此硼酸酯為基礎(chǔ)液研制硼酸酯型機(jī)動(dòng)車制動(dòng)液。 二 研究?jī)?nèi)容 (一)硼酸酯的合成及表征 實(shí)驗(yàn)合成了十二種不同結(jié)構(gòu)的醇醚類硼酸酯,并通過(guò)IR圖譜對(duì)十二種不同結(jié)構(gòu)的硼酸酯進(jìn)行表征。 一方面由于硼酸根的平面三角形結(jié)構(gòu)在鏈狀酯中受角張力的影響較??;另一方面由于三乙二醇丁醚的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)使得分子的接觸面積增大,故沸點(diǎn)較高。而成環(huán)狀的硼酸酯,比如四元環(huán),五元環(huán),六元環(huán),它們的干沸點(diǎn)隨著環(huán)的增大而增大,其原因是在支鏈都是三乙二醇丁醚的情況下,隨著環(huán)的增大角張力越減小,而且環(huán)增大也會(huì)使分子的接觸面積增大,致使沸點(diǎn)呈升高的趨勢(shì)。而環(huán)達(dá)到一定體積時(shí)環(huán)的角張力對(duì)沸點(diǎn)的影響可以忽略不計(jì),同時(shí)環(huán)的接觸面積增大了,此時(shí)致使較大環(huán)狀硼酸酯的沸點(diǎn)反而超過(guò)了鏈狀的硼酸酯的,究其原因是大環(huán)狀硼酸酯使分子的接觸面積較鏈狀的更大。對(duì)于鏈狀硼酸酯,當(dāng)鏈的聚乙二醇正構(gòu)烴基醚的聚合度一定時(shí),鏈中的碳氧個(gè)數(shù)比越大,其沸點(diǎn)越高。這主要是因?yàn)殒溨芯酆隙纫欢ǖ恼龢?gòu)烴基醚的碳氧個(gè)數(shù)比越大,醚基中的正構(gòu)烷烴鏈越長(zhǎng),其結(jié)構(gòu)在空間的伸展度越大,與其他分子間的接觸面積越大,則分子間作用力也越大,最終導(dǎo)致沸點(diǎn)越大。 選擇具有代表性的兩種自制硼酸酯進(jìn)行紅外光譜表征,從IR圖譜可以看出,在1378cm- 1左右為B—O鍵的特征吸收峰,892cm- 1左右為B—O 半極性鍵的特征吸收峰,737 cm -1左右為長(zhǎng)鏈硼酸酯的特征吸收峰。結(jié)合酯化反應(yīng)過(guò)程中的出水量可以確定所合成的樣品為所預(yù)期的目標(biāo)產(chǎn)物。 (二)制動(dòng)液的配制及其性能表征 1.單純形格子點(diǎn)設(shè)計(jì)的確定 考慮到多聚乙二醇醚及多聚乙二醇三個(gè)組分的含量能夠影響制動(dòng)液的干沸點(diǎn)。用Excel 2000 的“規(guī)劃求解工具”對(duì)回歸模型進(jìn)行規(guī)劃求解,從而得的配方比其他配方偏高。 2.均與設(shè)計(jì) 我們將合成的硼酸酯,多聚乙二醇醚及多聚乙二醇三種組分約束在一定范圍內(nèi)用Uniform Design Version 3.00 輔助設(shè)計(jì)軟件按U*7(74)均勻設(shè)計(jì)表進(jìn)行了均勻設(shè)計(jì),得出均勻設(shè)計(jì)偏差D=0.2132。進(jìn)而優(yōu)化配方,使其達(dá)到國(guó)標(biāo)的要求。 3.制動(dòng)液的性能 對(duì)均勻設(shè)計(jì)中的各組配方,進(jìn)行制動(dòng)液的其他性能的表征,采用一系列國(guó)標(biāo)方法如金屬疊片腐蝕檢驗(yàn)方法評(píng)定制動(dòng)液的高溫性能,制動(dòng)液蒸發(fā)損失檢驗(yàn)法評(píng)定制動(dòng)液的蒸發(fā)性能,制動(dòng)液抗氧性檢驗(yàn)法評(píng)定制動(dòng)液的抗氧化特性,制動(dòng)液橡膠皮碗適應(yīng)性檢驗(yàn)制動(dòng)液及其原料對(duì)機(jī)動(dòng)車輛液壓制系統(tǒng)所用橡膠皮碗的適應(yīng)性,制動(dòng)液防銹性檢驗(yàn)法評(píng)定制動(dòng)液的防銹能力等對(duì)制動(dòng)液的性能進(jìn)行了檢測(cè)。最終研制出兩種制動(dòng)液性能完全達(dá)到國(guó)標(biāo)要求的配方。 三 結(jié)論 作品合成出干平衡回流沸點(diǎn)在240℃ 以上, 水解穩(wěn)定性在60天以上的制動(dòng)液用硼酸酯,干濕沸點(diǎn)高,方法簡(jiǎn)單,收率高。以此硼酸酯為基礎(chǔ)液的制動(dòng)液符合國(guó)家合成制動(dòng)液的標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)成本低,競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。 四 市場(chǎng)前景 隨著我國(guó)汽車行業(yè)的快速發(fā)展以及高速公路里程的不斷增加,到2010年,我國(guó)汽車制動(dòng)液年需求量約9×105噸,需要硼酸酯3.0×105 /噸。這僅僅是新車的使用量,如果加上汽車維修廠加注制動(dòng)液,年需量將成倍增長(zhǎng),制動(dòng)液年需求量將達(dá)到18×105噸,需要硼酸酯6.0×105 /噸,市場(chǎng)前景看好。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的:利用硼酸酯的分子可設(shè)計(jì)性制備硼酸酯,使其既具有較高的干、濕沸點(diǎn),較低的低溫粘度,較好的水解穩(wěn)定性。最終優(yōu)化出硼酸酯型制動(dòng)液的配方。既解決了制動(dòng)液的質(zhì)量水平低下的實(shí)際問(wèn)題,又為硼酸酯型合成制動(dòng)液的生產(chǎn)和使用提供科學(xué)根據(jù)。 思路:采用三乙二醇醚和四乙二醇醚與硼酸酯化反應(yīng)制備硼酸酯,試驗(yàn)確定反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、帶水劑的種類等合成條件。確定硼酸酯型制動(dòng)液的配方并對(duì)制動(dòng)液的性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本作品依托于硼辦項(xiàng)目的資助,并進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐研究,原料易得,制備工藝簡(jiǎn)單,國(guó)內(nèi)獨(dú)創(chuàng)。本項(xiàng)目改善硼酸酯的制備條件,改善其水解穩(wěn)定性。同時(shí)降低其在制動(dòng)液中的加入量,并提高蒸發(fā)性能,生產(chǎn)出高級(jí)硼酸酯型制動(dòng)液。作品制備的硼酸酯水解穩(wěn)定性為60天;制動(dòng)液的干平衡回流沸點(diǎn)高達(dá)240℃,高溫時(shí)不易產(chǎn)生氣阻;低溫運(yùn)動(dòng)黏度低,-40℃達(dá)840mm2/s,在寒冷地區(qū)能保證其低溫流動(dòng)性。穩(wěn)定性高。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 目前,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)使用的制動(dòng)液的質(zhì)量水平低下,大量低價(jià)劣質(zhì)制動(dòng)液產(chǎn)品占據(jù)市場(chǎng)銷售主導(dǎo)地位,急需要研制高質(zhì)量合成制動(dòng)液。本作品合成的硼酸酯的平衡回流沸點(diǎn)達(dá)到240℃;低溫粘度達(dá)到840mm2/s;水解穩(wěn)定性達(dá)60天以上。制動(dòng)液的使用性能檢測(cè)按照《國(guó)標(biāo)》GB12981-2003方法進(jìn)行,并符合美國(guó)FMVSSN0.116DOT--5的要求;滿足效果和質(zhì)量指標(biāo)符合的要求,降低硼酸酯的添加量,降低產(chǎn)品成本。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 汽車制動(dòng)液是液壓式汽車制動(dòng)系統(tǒng)中使用的傳遞制動(dòng)能量的功能液體,其質(zhì)量性能狀況直接關(guān)系到車輛的行駛安全。隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)水平的不斷提高、道路交通條件的改善、高速公路的發(fā)展以及制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn),對(duì)制動(dòng)液的性能要求越來(lái)越高。為了適應(yīng)這種要求,質(zhì)量等級(jí)較高的硼酸酯型合成制動(dòng)液在國(guó)內(nèi)外得到快速發(fā)展。本作品根據(jù)國(guó)內(nèi)外合成制動(dòng)液現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì),首先制備制動(dòng)液用硼酸酯,然后合成硼酸酯型制動(dòng)液。
獲獎(jiǎng)情況
- 作品在國(guó)內(nèi)核心期刊發(fā)表論文三篇 1. 硼酸酯型制動(dòng)液的研究進(jìn)展 2. 制動(dòng)液用環(huán)狀硼酸酯的研制 3. 制動(dòng)液用鏈狀硼酸酯的研制
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- 1.劉自勇.汽車制動(dòng)液[J].汽車維修技師,2009,(11):82. 2. 郭燕.有機(jī)硼酸酯應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].貴州化工,2009,34(2):26~28. 3.張永斌,孫梅.制動(dòng)液的品質(zhì)要求與合理使用[J].農(nóng)機(jī)使用與維修,2009(5):30. 4.姜林.我國(guó)合成制動(dòng)液的技術(shù)和質(zhì)量狀況[J].潤(rùn)滑油,2007,22(3):11~14. 5.趙曉晨,紀(jì)桂芬.國(guó)內(nèi)外合成制動(dòng)液的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].煉油與化工,2008,19(14):7~8. 6. Gtilsoy HO,Bilici M K,Bozkurt Y,et a1.Enhancing the wear properties of iron based powder metallurgy alloys by boron additions[J] .Mater Design,2007,28:2255~2259. 7.Levine JA,Wu S.Borate ester lubricant additives:EP,1625193[P]. 2006,(2):15. 8.Robinson Philipl Blasser Janee.Method for treating wood US 2007087213[P] .2007,(4):19.
同類課題研究水平概述
- 隨著汽車工業(yè)和高速公路的發(fā)展,60 年代末70年代初,研制具有更高干、濕平衡回流沸點(diǎn)、較低低溫粘度和低水敏感性的新一代合成制動(dòng)液成為各國(guó)制動(dòng)液制造廠家感興趣的熱點(diǎn)。為此,美國(guó)聯(lián)邦運(yùn)輸部(DOT)于1972年提出了DOT3、DOT4 和DOT5制動(dòng)液標(biāo)準(zhǔn),并首次在性能指標(biāo)中增加了濕平衡回流沸點(diǎn)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)水分對(duì)制動(dòng)液高溫性能的影響。為了提高平衡回流沸點(diǎn)和減少吸濕性,經(jīng)過(guò)大量探索研究工作,人們發(fā)現(xiàn)酯型制動(dòng)液能滿足上述要求,尤其是對(duì)聚乙二醇醚進(jìn)行硼酸酯化能顯著降低水分對(duì)醇醚型制動(dòng)液沸點(diǎn)的影響,因此,硼酸酯型制動(dòng)液得到很大發(fā)展。 大量資料表明,歐、美、日等西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)乙二醇醚及其硼酸酯型制動(dòng)液進(jìn)行了大量研究,美國(guó)奧林化學(xué)公司(Olin Chem.Co.)率先進(jìn)入這一研究領(lǐng)域,并在 1971年首先獲得了美國(guó)專利U.S.3625899。隨后,美國(guó)道化學(xué)公司、聯(lián)合碳化物公司日本三洋化學(xué)工業(yè)公司、東邦化學(xué)工業(yè)公司、油脂公司、中央化學(xué)工業(yè)公司、德國(guó) BASF公司HOECHST公司、英國(guó)帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司(ICI公司)以及法國(guó)、俄羅斯 、印度等國(guó)的有關(guān)廠家均做了許多研究工作。日本1983年發(fā)表的“硼酸酯型制動(dòng)液”和美國(guó)1987年發(fā)表的DOT4制動(dòng)液進(jìn)展”報(bào)告表明,DOT4制動(dòng)液主要就是硼酸酯型制動(dòng)液。隨著對(duì)乙二醇醚及其硼酸酯技術(shù)研究工作的深入,進(jìn)入80年代后,人們又相繼研制出了具有比DOT4制動(dòng)液高、低溫性能和使用壽命更優(yōu)異的乙二醇醚硼酸酯型超級(jí)DOT4和DOT5.1制動(dòng)液。超級(jí)DOT4制動(dòng)液具有更高干、濕平衡回流砩點(diǎn)、更好低溫性。被許多汽車廠家認(rèn)可,并得到廣泛應(yīng)用。 與國(guó)外制動(dòng)液研究情況相比,我國(guó)制動(dòng)液研究工作長(zhǎng)期處于比較落后的狀態(tài),但近年來(lái)這種狀況有所改善。隨著汽車制造技術(shù)的更新,從90年代開始采用了更多新材料、新工藝,特別是ABS剎車防抱系統(tǒng)的采用,要求制動(dòng)液具有更好的流動(dòng)性和抗氣阻性能。今后,隨著我國(guó)汽車性能的提高和公路條件的不斷改善、車速的不斷提高,要求制動(dòng)液有較高的干、濕沸點(diǎn),防止高溫時(shí)產(chǎn)生氣阻。DOT3、DOT4級(jí)的制動(dòng)液需求將呈快速增長(zhǎng),DOT4級(jí)以上更高沸點(diǎn)的制動(dòng)液需求也正逐年增加。隨著汽車行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和制動(dòng)液產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方法的不斷完善與提高,我國(guó)合成制動(dòng)液產(chǎn)品質(zhì)量和技水平也將得到更大發(fā)展。