1. melléklet
O O H2
2
CO CO2
A koromképződés lépései:
Az üzemanyag molekulák lebomlása kism
rekombináció nagyobb, olefines aromás jellegű komponensekké az oxigén szegény régiókban;
Primer koromrészecskék keletkezése (kokszképződés beindulása);
Koromszemcse képződés felületi reakciókkal, felületi növekedés;
Nagyméretű aromás komponensek felületi adszorpciója a koromszemcséken;
Koromszemcsék agglomerálódása, koagulációja.
Reakció idő
Előkevert üzemanyag és ox
50 nm
0,5 nm Felületi reakciók, aromás adszorpció Korom szemcsék koagulációja
Primer
koromrészecskék
idálószer elegy
éretű CH gyökökké;
A koromképződés égéstérbeli folyamatának főbb lépései
2. Melléklet
Lemezes kokszoló berendezés vázlatos ábrája 1. Berendezéstartó alap
2. Villamos motor hajtású keverő tengelye 3. Tömszelence rögzítő csavar
4. Készülékház
5. Mintalemez tömítő felület 6. Légző
7. Szorító lap 8. Szorító csavar 9. Fűtőszál tokozás 10. Fűtőszál
11. Termoelem (légtér hőmérséklet) 12. Minta lemez
13. Keverőfej 14. Olajminta 15. Tartó kar
16. Termoelem (olajhőmérésklet) 17. Olajleeresztő csavar
és Név Elv Detektált jel Információ Felbontás Tribológiai applikáció AES Auger Elektron Spektroszkópia Elektron Auger elektron A felület kémiai elemösszetételének
vizsgálata
≈50 nm, 1,5 mm mélység
Felületi film mély l (+ion ág
ségi összetéte yú)
CL Katód luminesszecia Elektron Foton Látható spektrum, összetétel ≈ 5µm Rácshibák és kompresszió analízis EELS Elektron energia spekroszkópia Elektron Elektron (szórt) Kis felületek elektromos állapota ≈10 nm, Elemösszetétel vizsgálata
ELL Ellipszometria Fény (LASER) Polarizált fény Felületi filmvastagság 10-50 µm Felületi feszültség, filmvastagság mérés EPMA Elektron mikroanalízis Elektron Karakterisztikus
röntgen sugárzás EDX, WDX kvantitatív analízis ≈0,5 nm, 0,3-5
µm mélység Kopástermékek vizsgálata ESR Elektron spin rezonancia Mágneses mező Elektromágneses
hullám Páratalan elektronok (Pl.: gyökök) 1010 spin Kenőanyagok bo einek vizs
mlástermék gálata XAFS Röntgen adszorpciós finom struktúra Röntgen sugárzás Röntgen abszorpció EXAFS (a környező atomok távosága,
száma), XANES (atomi összetétel) 0,2 nm Felületi filmek ké elének vizs
miai összetét gálata
FIM Field ion spektroszkópia Elektromos mező Kation Atomi szintű konfiguráció - Háromdimenziós struktúra, atomi felbont.
NMR Mágneses magrezonsncia
spekroszkópia Mágneses mező Elekrtomágneses hullám
Molekuláris szintű kölcsönhatások, kémiai
kötések > 10µm Adszorbeált felületti rétegek összetétele, szabad gyökök képződése IR Infravörös spektroszkópia Infravörös fény Infravörös fény Molekuláris szintű kölcsönhatások, kémiai
kötések >50 µm Kenőanyag kompo rpkciós
tulajdonságanensek adszota inak vizsgála LEED Alacsony energiájú elektron
diffrakció Elektron Elektron diffrakció Molekuláris szintű kölcsönhatások, kémiai kötések
Néhány atomi
réteg Gázok megkötődése felületen RBS Rutherford ion visszeverődéses
spektroszkópia Ion sugár Ion szóródás Molekuláris szintű kölcsönhatások, kémiai
kötések >100 µm Felületi film és kopadék analízis OPM Optiakai profilometria Fény (LASER) Fény interferencia Felületi morfológia <1µm Kopási felület topográfiája
RS Raman szóródás Fény (LASER) Raman szóródás Molekuláris szintű kölcsönhatások, kémiai
kötések 1µm Felületi filmek összetételének vizsgálata SEM Pásztázó elektronmikroszkópia Elektron Sekunder elektron
szóródás Felületi morfológia ≈1 nm, 0,3-5
µm mélység Kopási felület optikai képalkotása SIMS Szekunder ion tömegspektroszkópia Ion sugár Szekunder ion Felületi filmek összetétele 1-5 µm Nyomnyi mennyiségű anyagok meghat.
SPA Felületi feszültség analízis Elektromos mező Felületi morfológia 10-50 µm A kopási felület töltése SPM Scanning Probe microscopy Elektromos mező „alagút áram” Felületi rétegek összetétele ≈0,1 nm Többféle alk.: AFM, SFM STEM Scanning transmission mcroscopy Elektron Elektron Polarizáció ≈1 nm Kis területek kristályszerkezetének vizsg.
TA Termikus analízis Hőenergia Hő disszipáció Mikroszkópikus felületi szerkezet - Adszorpciós energia, bomlástermékek v.
TEM Transzmissziós Elektronmikroszkóp Elektron Elektron szóródás Szemcsék alakja, összetétele 0,1 – 10 nm Kopadék szemcsék analízise
TOF-SIMS Time of Flight-SIMS Ion sugár Sekunder ion Adszorpciós hő 100 µm Kémiaia elem eloszl , bomlási folya
ás a felületen matok
TDS Termo deszorpciós spektroszkópia Hőenergia Deszorbeált atomok Képalkotás - Adszorbeált molekulákazonoosítása TXRF Reflexiós röntgen fluoreszcens
spektroszkópia Röntgen sugárzás Röntgen
fluoreszencia Kémiai elemek eloszása 109 atom/cm2 Felületi szennyeződések vizsgálata UPS UV fotoelektron spektroszkópia Uv fény Fotoelektron Adszorpció, film összetétel 1µm Felületen kialakult kémiai kötések vizsg.
XRD Röntgendiffrakció Röntgen sugárzás Röntgensugár
szóródás Kristályszerkezet 100-500 µm Felületi film szerkeze hibák vizsgálata (neutro ió)
t, felületi n diffrakc XPS Röntgen fotoelektron spektroszkópia Röntgen sugárzás Fotoelektron Kémiai összetétel 100 µm Felületen kialakult kémiai összetétel v.
3. melléklet
Rövidít
4. melléklet
Zn(DTC)2 Mo(DTP)2
Zn(DTP)2 Mo(DTC)2
Mo(DTP)(DTC) Zn(DTP)(DTC)
ROOH RO• + •OH R•
RO2• +RH
+RH
Inert termékek DBDS
Ligandum csere gátló folyamatok +O2
Oxidáció Inert termékek
Iniciálás (NO2)
4. 5. 6.
13.
b.
c.
d.
+RH a. Oxidáció
MPH
1. 2. 3.
7.
8. 9. 10. 11. 12.
14.
e.
Zn(DTC)2 Mo(DTP)2
Zn(DTP)2 Mo(DTC)2
Mo(DTP)(DTC) Zn(DTP)(DTC)
ROOH RO• + •OH R•
RO2• +RH
+RH
Inert termékek DBDS
Ligandum csere gátló folyamatok +O2
Oxidáció Inert termékek
MPH
Iniciálás (NO2)
4. 5. 6.
13.
b.
c.
d.
1., 2., 3., 4., 5. és 6. reakciók: gyökfogó mechanizmusok 7., 8., 9., 10., 11., és 12 reakciók: peroxid bontó reakciók 5. melléklet
+RH a. Oxidáció
e.
14.
1. 2. 3.
8. 9. 10. 11. 12.
7.
1. Regisztráló berendezés elcsúsztatható karja 2. Regisztráló henger
3. Regisztráló meghajtómotorja 4. Rögzítő kampó
5. Változtatható pozíciójú rögzítő kapocs 6. Kiíró áttételi mechanizmusa
7. Előfeszített rugó
8. A minta golyókat tartalmazó, csapágyszerű
ttható mérésére szolgáló regisztráló berendezése tartóhoz rögzített erőkar
Négy golyós berendezés eredeti súrlódási együ
6/a. melléklet A
A négygolyós k et vezér z adatokat rögzíti az idő
függvényében, eg txt kiterjesztésű fájlokban. Ezekből a fájlokból a mérési adatokat egy Ms.
Excel alapoko oft ss er Vi sic p írt makrókat
tartalmaz, és az adatok beolva teljes lésig egy mintára i a számításokat.
Ezen felül tárolja a kopásnyo készült is felvéte A progr elül az „adatok”
munkalapon lehet kiértékelés számításainak paraméterei áltoztatni. het beállítani a kopásátmérő szám onverz ét, a v okhoz fe rugók ru dóit, a szakaszos vizsgálat elmozdul k leolv pontja kisebb kitérés értékét, a ru úlásának és az elmozdulás aránys , illetve r hoss
mérési adatok feldolgozására szolgáló szoftver fejlesztése
lő szof a hőmérsékleti és elmo észülék
yszerű,
tver adat
dulás
n működő sz ver olva a be. A szoftv sual Ba rogramnyelven sásától a kiértéke bizonyos elvégz
mokról digitál leket is. amon b a
ítás k
t megv lhasznált
Itt le góállan iós érték izsgálat
ásána asási idő it, a leg gó megny
zámát az erőka zát.
Hőmérsékletváltozá om elé atainak értékelése
Hőmérséklet zás és land égz ért yamatos
kiértékelés vi ata” me azásával pr dat apján a
megfelelő k ból e terje hív rési sa és
ábrázolja di on. A mér a ut a te a relatív
területet. Ez ol lat p k nüp nyomról
készült kép k beírá am pfájl érő az összes
adatot egy ú alapra ), a atos esítés an érhető
el.
Súrlódási tthat ek l v elé
A súrlódási ató vi ét a sgá me atjuk. A
program az ájl bek yan m . E unk az
automatikus és a manuális kiértékelés között. A manuális kiértékelést akkor érdemes használni, ha az egyes terheléseknél az elmozdulás-görbe nem áll be egy állandó körüli értékre, ugyanis az automatikus kiértékelésnél az átlagos elmozdulást, előre megadott két időponthoz tartozó elmozdulás értékből számolja.
A kiértékelés végső lépéseként megadjuk, hogy a rugóváltás mely terhelésnél történt. A kopásnyom számítása a szakaszos mérési módszernél hasonlóan működik, mint a folyamatos vizsgálatnál.. Mivel
s és kopásny állandó terh ssel mért ad
válto kopásnyom ál ó terheléssel v ett mérésének ékelése a „Fol zsgál
önyvtár nüpont alkalm
lőhívott txt ki indítható. A
sztésű fájlt elő ogram bekéri az a
ja, majd a mé fájl nevét, ez al pontokat beolvas agramm maximális hő séklet megadás án kiszámolja rületarányt és
ek után „F yamatos vizsgá után készült ké iértékelése” me ontban a kopás nevéne
j munk sa után a progr
rendezi (1. ábra megjeleníti a ké
mi a „A folyam t. A kopási átm
vizsgálat össz lemérése után e” menüpontb
együ ó mérése növ vő terhelésse izsgálat érték se
együtth zsgálat értékelés „Szakaszos viz lat kiértékelése” nüponttal indíth adatf érése után ug úgy beolvassa a érési adatokat zután választhat
azonban a teljes terheléstartományban ugyanazokat a vizsgálati golyókat alkalmazzuk, ezért a kopásnyom érésenként teljesen változó képet ad, nem hordoz információt az adalék kopáscsökkentő hatékonyságáról.
s ttható vizsgálatának értéke efoglaló utatja a m
A úrlódási együ lési össz lapját m 2. ábra.
6/b. melléklet
A készülékállandó meghatározása a súrlódási együttható (µ) kiszámításához A vizsgálógolyók súrlódási nyomatékát (M) az alábbi egyenlettel lehet kiszámítani:
6
*
* 3
* F r
M µ
= ahol:
M: súrlódási nyomaték, N/mm µ: a súrlódási együttható F: az alkalmazott terhelés, N
r: a súrlódó felületek középpontjának távolsága a vizsgálógolyókon a forgási tengelytől, amely 3,67 mm
A súrlódási nyomaték (M) viszont:
k r l F
M = *
ahol:
Fr: a rugóra haó erő, N
lk a forgatónyomaték karjának hossza, mm Ennek figyelembevételével:
F r
l Fr k
*
* 3
*
*
= 6 µ
A rugóra ható erő (Fr):
b R Fr = * ahol:
R: a rugóállandó, N/mm
b: a súrlódási nyom távolsága, mm Ennek figyelembevételével:
F r
l b
R k
*
* 3
*
*
*
= 6 µ
Mivel egy adott és azonos készülék esetén a rugóállandó (R), és az lk/F állandó értékek, r=3,67, ezek az adott készülékre jellemző un. készülékállandót (G) adják.
k
k R l
F R l
G * * 0,222* * 67
, 3
* 3
6 =
= tehát:
F R l G=0,222* * k A súrlódási együttható:
bx
G* µ = ahol:
bx: a nyomatékkar elmozdulása, mm
7. melléklet
1. Táblázat Szórás és Nalimov teszt értékek különböző terheléseknél. (kritikus értékek 5 párhuzamos mérésre: N(95)= 1,656, N(99)=1,872)
Minta M1 M2
Terhelés, N Szórás Nalimov Teszt Szórás Nalimov Teszt.
200 0.0058 0.978 0.0127 1.415
300 0.0104 1.303 0.0159 1.510
400 0.0075 1.707 0.0056 1.490
500 0.0049 1.709 0.0054 1.578
600 0.0045 1.710 0.0084 1.644
700 0.0058 1.553 0.0012 1.327
800 0.0046 1.204 0.0144 1.617
900 0.0117 1.548 0.0051 1.596
1000 0.0243 1.276 0.0087 1.501
1100 0.0098 1.206 0.0113 1.397
1200 0.0103 1.524 0.0024 1.786
1300 0.0078 1.375 0.0073 1.308
1400 0.0094 1.205 0.0117 1.202
1500 0.0066 1.364 0.0048 1.509
1600 0.0067 0.954 0.0083 1.029
2. Táblázat Az egyes terhelésekre számított konfidencia tartományok különböző terheléseknél
Minta M1 M2
Terhelés, N Konfidencia intervallum
(95%)
Konfidencia intervallum
(99%)
Konfidencia intervallum
(99%)
Konfidencia intervallum
(95%) 200 0.0184±0.007 0.0184±0.012 0.0227±0.026 0.0227±0.16 300 0.0429±0.013 0.0429±0.021 0.0293±0.033 0.0293±0.020 400 0.0480±0.009 0.0480±0.016 0.045±0.012 0.045±0.007 500 0.0459±0.006 0.0459±0.010 0.0386±0.011 0.0386±0.007 600 0.0434±0.006 0.0434±0.009 0.0357±0.017 0.0357±0.010 700 0.0457±0.007 0.0457±0.012 0.0426±0.002 0.0426±0.001 800 0.0485±0.006 0.0485±0.009 0.0287±0.030 0.0287±0.018 900 0.0469±0.015 0.0469±0.024 0.0304±0.010 0.0304±0.006 1000 0.0555±0.030 0.0555±0.050 0.031±0.018 0.031±0.011 1100 0.0733±0.012 0.0733±0.020 0.0689±0.023 0.0689±0.014 1200 0.0759±0.013 0.0759±0.021 0.081±0.005 0.081±0.003 1300 0.0810±0.010 0.0810±0.016 0.074±0.015 0.074±0.009 1400 0.0772±0.012 0.0772±0.019 0.0771±0.024 0.0771±0.014 1500 0.0758±0.008 0.0758±0.014 0.0707±0.010 0.0707±0.006 1600 0.0710±0.008 0.0710±0.014 0.0723±0.017 0.0723±0.010
8. melléklet
Paraméter P-4/00 P-5/00 P-6/00 P-14/00
PIB jele Gl- 2300 Gl- 2300 Gl- 2300 Gl- 2300
PIB mennyisége, [g] 650 650 650 779
Oldószer típusa SN-150/A SN-150/A SN-150/A xilol Komonomer típusa C16 α-olefin C20 α-olefin C10 α-olefin C10 α-olefin Hőmérséklet, [°C] 120-160 120-160 120-160 120-160
Időtartam, [h] 3-8 3-8 3-8 3-8
Jellemzők
Külső megjelenési forma opálos fényes opálos fényes
KV100°C [mm2/s] 111,0 119,5 109,8 136,8
Savszám (TAN) [mgKOH/g] 41,0 51,7 27,2 46,0
MSA [mgKOH/g] 1,6 1,7 1,6 0,9
Zavarosság [%]
1:1 n-heptánban 38 15 100 fölött 9
9:1 n-heptánban 21 9 82 6
GPC adatok
Mn 5750 5820 5630 5800
Mw 8760 8780 8330 9030
α 1,5 1,5 1,5 1,6
9. Melléklet
O
CH2
10. melléklet
A molib ntartalmú po szukcinimid alékok szin ziseinek főbb paraméterei és termékjellemzői
MoS MoSI-4 MoSI- MoSI-6 MoSI-7 MoSI-8 MoSI-9 MoSI-10 MoSI
dé li ad té szintézis főbb paraméterei
BBA FÜ 7/98
FÜ IBSA- FÜ 7/98
9,3
Ü 7/98 savszáma, mg KOH/g
cilezett vegyületek (AV)
3 6
rolási stabilitás (30 nap) észtermék olibdén tartalom, m
számított 60
- nincs kiülepedés
+ kis mennyiségű kiülepedés ++ nagy mennyiségű kiülepedés
MoSI-12 MoSI-13 MoSI-14 MoSI-15 MoSI-16 MoSI-17 MoSI-18 MoSI-19 MoSI-20 MoSI-21 A szintézis főbb paraméterei
PIBBA
savszáma, mg KOH/g Acilezett vegyületek (AV) Molibdénvegyület (MV) Mólarányok
PIBBA : AV : MV (: DEA vagy TEA) Lerakódás
Tárolási stabilitás (30 nap) Késztermék
Külső megjelenés KV100°C, mm2/s TBN, mg KOH/g Nitrogéntartalom, % TBN/N
Detergens-diszpergens hatékonyság M, mm
- nincs kiülepedés
+ kis mennyiségű kiülepedés ++ nagy mennyiségű kiülepedés
MoSI-22 MoSI-23 MoSI-24 MoSI-25 MoSI-26 MoSI-27 MoSI-28 MoSI-29 MoSI-30 MoSI-31 A szintézis főbb paraméterei
PIBBA
savszáma, mg KOH/g Acilezett vegyület (AV) Molibdénvegyület (MV) Mólarányok
PIBBA : AV : MV Lerakódás
Tárolási stabilitás (30 nap) Késztermék
Külső megjelenés KV100°C, mm2/s TBN, mg KOH/g Nitrogéntartalom, % TBN/N
Detergens-diszpergens hatékonyság M, mm opálos, kiválás
383,4 TEA/Mo kristály
4:1:2,5 ++
- opálos, kiválás
-
k-321+ Fü-21/00 43.5 opálos, kiválás
- -
rendkívül opálos, kiválás
- nincs kiülepedés
+ kis mennyiségű kiülepedés ++ nagy mennyiségű kiülepedés
MoSI-32 MoSI-33 MoSI-34 MoSI-35 MoSI-36 MoSI-37 MoSI-38 MoSI-39 MoSI-40 MoSI-41 MoSI-42 A szintézis főbb paraméterei
PIBBA
savszáma, mg KOH/g Acilezett vegyület (AV) Molibdénvegyület (MV) Befejező PIBBA (BP) Mólarány, KP:AV:MV:BP Lerakódás
Tárolási stabilitás (30 nap) Késztermék
Külső megjelenés KV100°C, mm2/s TBN, mg KOH/g Nitrogéntartalom, % TBN/N
Detergens-diszpergens hatékonyság M, mm
- nincs kiülepedés
+ kis mennyiségű kiülepedés ++ nagy mennyiségű kiülepedés
MoSI-43 MoSI-44 MoSI-45 MoSI-46 MoSI-47 MoSI-48 MoSI-49 MoSI-50 MoSI-51 MoSI-52 A szintézis főbb paraméterei
PIBBA
savszáma, mg KOH/g Acilezett vegyület (AV) Molibdénvegyület (MV) Befejező PIBBA (BP) Mólarány, KP:AV:MV:BP Lerakódás
Tárolási stabilitás (30 nap) Késztermék
Külső megjelenés KV100°C, mm2/s TBN, mg KOH/g Nitrogéntartalom, % TBN/N
- nincs kiülepedés
+ kis mennyiségű kiülepedés ++ nagy mennyiségű kiülepedés
MoSI-53 MoSI-54 MoSI-55 MoSI-56 MoSI-57 MoSI-58 MoSI-59 MoSI-60 MoSI-61 MoSI-62 A szintézis f
PIBBA savszá Acilezett veg Acilezett veg Molibdénvegy Befejező PIBBA
- reakció id
őbb paraméterei ma, mg KOH/g Nitrogéntartalom, % TBN/N
- nincs kiülepedés
+ kis mennyiségű kiülepedés ++ nagy mennyiségű kiülepedés
MoSI-63 MoSI-64 MoSI-65 MoSI-66 A szintézis főbb paraméterei
PIBPOBAO Fü-7/98 Fü-7/98 K-321 K-321
savszáma, mg KOH/g 49,7 49,7 38,5 38,5
Acilezett vegyületek (AV)
AV1 TEPA TEPA TEPA TEPA
BSA:AV1 mólarány 4 4 3,1 3,1
AV2 K-4/01 K-4/01 K-7/01 K-7/01
BSA:AV2 mólarány 2,5 2,5 1,9 1,9
Reaktáns (R) Fü-21/00 Fü-21/00 Fü-21/00 Fü-21/00
BSA:R mólarány 0,5 1,3 3,0 3,0
Késztermék
külső megjelenés sötét, fényes, kevés kiülepedés fényes, sötét, kevés kiülepedés fényes fényes, sötét
aktívanyag tartalom, % - - -
olajtartalom, % - - - -
KV100C, mm2/s 367.5 197.6 268,3 262,4
TBN, mg KOH/g 12.1 11.95 13,31 9,46
nitrogéntartalom, % 0.72 0.8 0,99 0,85
Zavarosság, %
1:1 nC7-ben sötét 1 sötét sötét
3 % adalék SN-150/A-ban 2,5 6
KV100C, mm2/s 6.09 6.23 6,21 6,29
KV40C, mm2/s 38,0 37.8 38,61 37,82
V.I.E 105 112 108 115
Fémtartalom (számított), m/m%
Fémtartalom (mért), m/m%
0,31 0,38
0,31 0,37
0,4 0,36
0,4 0,41 DD hatásvizsgálati adatok
D.I., % (max:100) 100 100 100 100
M, mm (max: 125) 58 58 87 89
PDDH, % (max: 100) 70 70 83 84
GPC adatok
Mn (1) 13330 10220 10140 13022
Mw (1) 8100 6100 6017 6523
α 1,64 1,67 1,68 2,09
M csúcsmax (1) 5110 5110 6082 5958
11. melléklet
A benzines (0W30) és a Diesel(15W40) SAE fokozatú részkompozíció jellemzői Otto motorolaj 0W30 SuperDiesel motorolaj 15W40
KV100°C (mm2/s) 5,44 6,24
KV40°C (mm2/s) 23,99 38,46
V.I.E 174 110
Lobbanáspont (°C) - 190
Cink tartalom (m/m %) - 8,4
Foszfortartalom (m/m %) - 8,4
Sűrűség 15 °C-on (g/ml) - 1,12
A részkompozícióban felhasznált adalékok
Adalék jele Típusa Hatóanyag
A viszkozitás-módosító sztirol-butadién kopolimer
B detergens Ca-szalicilát
C antioxidáns hamumentes fenolszármazék D antioxidáns hamumentes aminszármazék
E habzásgátló szilikon típusú
DOKTORI (Ph.D.) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI
MOLIBDÉN TARTALMÚ POLIIZOBUTILÉN-POLIBOROSTYÁNKŐSAV ALAPÚ MOTOROLAJ ADALÉKOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA
Készítette: Kis Gábor Témavezető: Dr. Bartha László
Vegyészmérnöki Doktori Iskola
Kőolajipari és Petrolkémiai Eljárások és Termékek alprogram
Ásványolaj- és Széntechnológiai Tanszék Veszprémi Egyetem
2005
I. Bevezetés, előzmények és célkitűzések
A világban jelenleg érvényes gazdasági és társadalmi változások, főleg az utóbbi 150 évben megindult technikai fejlődés tendenciájának fenntartását, sőt fokozását szolgálják az un.
fenntartható fejlődés elérése érdekében. Az elmúlt 100 év robbanásszerű fejlődésének talán a legjelentősebb hajtóereje az anyagi javak szállítását, azaz közlekedést biztosító belsőégésű motor (illetve az általa hajtott gépjárművek) volt, amire korábban kivívott pozíciójának megtartása érdekében az elkövetkezendő évtizedekben új kihívások várnak.
Ezek a kihívások több területen is jelentős fejlesztések elvégzésére sarkalják a tudományterületen dolgozó kutatókat.
A motorkonstrukciók sosem látott fejlődése olyan új technikai megoldásokat eredményezett, mint a nagynyomású (2000 bar-ig) közvetlen befecskendezési rendszer, a fokozatmentes váltómű (CVT), a 3 utas katalizátor, a NOx kibocsátást csökkentő redukciós katalizátor, a változtatható vezérlési idejű vagy pneumatikus szelepvezérlés, az intelligens motorvezérlő rendszer és így tovább. Ezzel párhuzamosan a szerkezeti anyagok és gyártástechnológiák is továbbfejlődtek. Sorozatgyártásban alkalmazzák a titán és magnézium ötvözeteket, amelyek a nagy sebességű alkatrészek tehetetlen tömegének csökkentését eredményezik, megjelent az új típusú vákuum és gravitációs öntési technológia, amely a kisebb önsúly ellenére nagyobb merevséget biztosít, illetve terjed a különböző bevonatok (kerámia, DLC-Diamond Like Coating, molibdén tartalmú felületi bevonatok) alkalmazása is. A felsorolt fejlesztéseknek két legjelentősebb egymástól teljesen el sem választható mozgatórugója a környezetvédelem és az energiahatékony üzemelés, más néven a motorhajtóanyag fogyasztás csökkentése.
A fenti fejlesztési tendenciák célja a minél kisebb térfogatból, minél nagyobb teljesítmény kinyerése, minimális motorhajtóanyag fogyasztás és károsanyag kibocsátás mellett. A belsőégésű motor szerkezetének és üzemelési viszonyainak megváltozása természetesen maga után vonja az alkalmazott kenőanyagok fejlesztését is. A legnagyobb mennyiségben értékesített kenőanyag a belsőégésű motor kenési helyein, a dugattyú és hengerpersely, a főtengelycsapágyak, vezérműtengelyek, szelepszárak kenést igénylő elmozduló pontjain használt motorolaj. A jelenlegi teljesítményszint előírások olyan magas követelményeket támasztanak a motorolajokkal szemben, hogy ásványi olaj alapú kenőolaj frakcióból és kis mennyiségű funkcionális adalékokból készült termékekkel a kívánt igények nem teljesíthetők. A korábbi 1-2%-hoz képest egy modern motorolaj esetenként már több mint 25%-ban tartalmaz funkcionális adalékokat.
A motorolaj nagyobb fajlagos terhelése (termikus, oxidációs, korom) és az egyre hosszabb motorolaj csereperiódusok miatt előtérbe került a fokozott detergens-diszpergens hatás és a megfelelően nagy bázikus (semlegesítő) kapacitás biztosítása. Emellett egyre fontosabb az alkalmazott adalékok (nagy molekulatömegű polimer alapú molekulák) hosszútávú nyírási stabilitásának javítására a megfelelő kenőfilm szilárdság érdekében, valamint hatékony súrlódáscsökkentő adalékok fejlesztésére a motorhajtóanyag fogyasztás csökkentése céljából.
Mindezeket a fejlesztéseket a hatályos környezetvédelmi illetve károsanyag kibocsátási szabályozások figyelembevételével kell elvégezni. Így például a motorolajokban széleskörben alkalmazott un. cink-dialkil-ditio-foszfát típusú kopás és súrlódáscsökkentő, valamint oxidációgátló hatású adalékok előnyeik ellenére egyre kisebb mennyiségben alkalmazhatók. Kéntartalmuk növeli a motor által kibocsátott SOx-ok mennyiségét, illetve csökkenti a NOx átalakító katalizátorok hatékonyságát, foszfortartalmuk irreverzibilisen
kötődik a Pt és Pd alapú katalitikus átalakító rendszerek aktív centrumaihoz. Emellett az égési folyamatok során keletkezett szulfáthamu a részecskeszűrők eltömődését okozza. A fenti problémák megoldására az újabb és újabb teljesítményszinteknél egyre kisebb kén-, foszfor- és nehézfém koncentrációt írnak. A motorhajtóanyag fogyasztás csökkentése ezzel szemben viszont a súrlódás- és kopáscsökkentő adalékok nagyobb mennyiségű használatát igényli.
A foszfortartalom csökkentésének egyik alternatíváját a molibdén-ditiokarbamát alapú súrlódáscsökkentő adalékok egyre növekvő alkalmazása jelenti. A kopási helyeken kialakuló körülmények (magas felületi hőmérséklet, nagy nyomás) hatására a fémfelületeken bizonyítottan MoS2 vagy MoSx tribofilm keletkezik a molibdén-ditiokarbamátok bomlástermékeiből. A MoS2 grafithoz hasonló oktaéderes kristályszerkezetéből adódólag rendkívül jó súrlódás- és kopáscsökkentő hatású. A planáris kristályszerkezetben, az egyes rétegek – az összekötő gyenge Van-Der-Waals erők miatt – egymáson könnyen elcsúszva a fémfelületek között a vegyes, illetve száraz súrlódás terheléstartományában működő súrlódáscsökkentő tribofilmet hoznak létre. Széleskörű elterjedésüket azonban egy sajátos körülmény gátolja. A molibdén-ditiokarbamát adalékok hatékony működéséhez ugyanis megfelelő – oxidáló hatású – reakcióközegre van szükség.
A nagyobb mértékű oxidáció azonban az adalék gyors elfogyásához, és ezzel a súrlódáscsökkentő hatékonyság időbeli radikális csökkenéséhez vezet, mivel a molibdén-ditiokarbamátok gyenge oxidációs és termikus stabilitásuk miatt nem csak a kopási felületeken bomlanak el, hanem magában a motorolajban is. Az adaléktartalom viszonylag gyors kimerülése viszont megkérdőjelezi a csereperiódusok növelésével kapcsolatos törekvések realitását.
Az eddigi molibdén tartalmú motorolaj adalékok hátrányainak megszüntetésére kutatómunkánk során olyan új poliizobutilén-poliszukcinimid alapú, elsősorban detergens-diszpergens hatású adaléktípus kifejlesztését tűztük ki célul, amely jelentős súrlódáscsökkentő hatással is rendelkezik. Munkahipotézisünk szerint a poliizobutilén-poliszukcinimid szerkezethez kötött molibdén komplex vegyület ugyanis megfelelően erős kémiai kötéseket alakít ki, ezáltal a hagyományos adalékoknál kevésbé érzékeny az oxidációs és termikus terhelésre. Ez a növelt stabilitás biztosíthatja, hogy a molibdén csak a kopási felületek extrém körülményei között lépjen ki a diszpergens molekula szerkezetéből, azaz oxidációs hatásokra az oldatban lévő adalékból ne képződjön jelentős szilárd bomlástermék.
A kutatómunka főbb célkitűzései az alábbiak:
- a hagyományos motorolaj szűrővizsgálati módszerek módosítása az egyre magasabb teljesítményszintű adalékok hatásának a korábbiaknál megbízhatóbb jellemzésére, - a poliizobutilén-poliszukcinimid adalékok alapanyagaként felhasznált
poliizobutilén-poliborostyánkősav közbenső termékek előállításának számítógépes modellezése különböző monomerek felhasználásával, valamint az előállítási körülmények és termékjellemzők közötti összefüggések vizsgálata (polimerizációs kísérletek modellezése dinamikus szimulátorral),
- molibdén-trioxid etanol-aminokkal képzett komplex vegyületeinek szerkezet vizsgálata,
- molibdénnek, mint tribofilm képző kémiai elemnek a poliszukcinimid szerkezetbe való beépítési lehetőségeinek vizsgálata,
- molibdén tartalmú poliszukcinimid adalékok hatásosságának vizsgálata különböző motorolaj kompozíciókban.
II. Kísérleti és vizsgálati módszerek
Munkánk első szakaszában kimutattuk, hogy a korábban használt laboratóriumi hatásvizsgálati módszerek az új fejlesztésű adalékok jellemzésére nem alkalmasak. Annak érdekében, hogy az adalékfejlesztési munkálatokkal a megfelelő irányba haladjunk a mérési módszerek fejlesztését is el kellett végeznünk, de az adalékfejlesztés és a mérési módszerfejlesztés egymással párhuzamosan haladt.
Az előállított adalékok és közbenső termékeik analitikai vizsgálatára FTIR, NMR (1H, 13C,
95Mo, 14N és 17O), XPS, XRF, TG vizsgálati módszereket használtunk fel. A molekulaszerkezetre hipotézist viszkozimetriás, GPC és FTIR vizsgálatok eredményei alapján állítottunk fel. A kopott felületek morfológiájának jellemzésére SEM, felületi elemösszetételének meghatározására EDAX technikát alkalmaztunk.
III. Új tudományos eredmények
1. Az előállított adalékok hatásjellemzőinek a korábbiaknál megbízhatóbb vizsgálata céljából a rendelkezésre álló laboratóriumi szűrővizsgálati módszereket továbbfejlesztettem.
c. A magas hőmérsékletű detergens-diszpergens hatékonyság jellemzésére szolgáló, lemezes kokszolón alapuló, új mérési módszerrel a magasabb teljesítményszintű (API SJ/CF-4) motorolajok között is megfelelő
c. A magas hőmérsékletű detergens-diszpergens hatékonyság jellemzésére szolgáló, lemezes kokszolón alapuló, új mérési módszerrel a magasabb teljesítményszintű (API SJ/CF-4) motorolajok között is megfelelő