Tin tức

Dầu silicone không bị hỏng ở nhiệt độ khắc nghiệt chỉ vì một lý do đơn giản. Đặc tính của chúng được quyết định bởi cấu trúc phân tử, cấp độ nhớt, gói phụ gia, vật liệu tiếp xúc, thời gian phơi nhiễm, môi trường và cách chất lỏng được sử dụng trong thiết bị. Một chất lỏng vẫn duy trì tính lưu động trong thử nghiệm nhiệt độ thấp ngắn hạn vẫn có thể bôi trơn kém sau nhiều lần khởi động lạnh. Một cấp dầu chịu được nhiệt độ khối cao có thể xuống cấp nhanh tại bề mặt cục bộ nóng hơn, bề mặt tiếp giáp phớt hoặc vùng biên của bộ gia nhiệt.

Hệ quả đối với bảo trì rất quan trọng: sự thay đổi về độ nhớt, ngoại quan dầu, tốc độ rò rỉ, mô-men xoắn, phản ứng truyền nhiệt hoặc sự hình thành cặn không nên tự động được quy cho một “lô hàng kém chất lượng”. Trong nhiều trường hợp, chất lỏng đang vận hành ngoài các điều kiện được thể hiện bởi độ nhớt danh định hoặc mô tả nhiệt độ chung của nó. Chẩn đoán hữu ích bắt đầu bằng việc phân biệt các ảnh hưởng nhiệt độ có thể đảo ngược với hư hỏng hóa học hoặc vật lý vĩnh viễn.

Nhiệt độ thấp: tính lưu động không biến mất đồng đều

Nhiều loại dầu silicone, đặc biệt là dầu polydimethylsiloxane (PDMS), duy trì điểm đông đặc thấp hơn nhiều loại dầu khoáng. Ưu điểm này có thể dẫn đến giả định quá rộng rằng chúng vẫn phù hợp như nhau trong mọi điều kiện đóng băng. Thực tế không phải vậy.

Khi nhiệt độ giảm, độ nhớt tăng. Đây là đặc tính dự kiến, nhưng ảnh hưởng thực tế phụ thuộc vào thiết bị. Trong bộ giảm chấn hoặc thiết bị đo chịu tải nhẹ, kết quả có thể chỉ là chuyển động chậm hơn. Trong mạch tuần hoàn, bộ truyền động bánh răng, hệ thống định lượng hoặc đường dẫn bôi trơn hẹp, cùng mức tăng độ nhớt đó có thể làm giảm lưu lượng, làm chậm quá trình hình thành màng dầu, tăng tổn thất hút của bơm và tăng tải khởi động.

Vì vậy, điểm hỏng thực tế không chỉ là điểm đông đặc trong phòng thí nghiệm. Chất lỏng vẫn có thể về mặt kỹ thuật là có thể chảy rót nhưng lại quá nhớt đối với một bơm, van, vòi phun, khe hở ổ trục hoặc yêu cầu về thời gian đáp ứng cụ thể. Thiết bị thường trở nên không đáng tin cậy trước khi chất lỏng đạt trạng thái “đông cứng” có thể nhìn thấy.

Hiệu suất ở nhiệt độ thấp cũng bị ảnh hưởng bởi phân bố khối lượng phân tử. Dầu silicone độ nhớt cao chứa các chuỗi polymer dài hơn và nhìn chung có mức tăng độ nhớt tuyệt đối mạnh hơn khi nhiệt độ giảm. Hai chất lỏng đều được mô tả là dầu silicone có thể có hành vi rất khác nhau khi hệ thống khởi động sau khi được lưu trữ trong điều kiện lạnh. Loại độ nhớt thấp có thể tuần hoàn nhưng không duy trì được màng bôi trơn cần thiết khi thiết bị chịu tải. Loại độ nhớt cao có thể tạo độ bền màng ở nhiệt độ vận hành nhưng khó được cấp đến hệ thống trong quá trình khởi động.

Sự kết tinh thường không phải là mối quan ngại chính đối với dầu PDMS tiêu chuẩn trong điều kiện lạnh vừa phải, tuy nhiên đặc tính nhiệt độ thấp vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi tạp chất, dầu không tương thích, độ ẩm, chất rắn lơ lửng hoặc phụ gia hòa tan một phần. Các chất nhiễm bẩn này có thể gây mờ đục, phân tách cục bộ, tắc bộ lọc hoặc dòng chảy không ổn định ngay cả khi dầu nền silicone vẫn duy trì tính lưu động.

Nhiệt độ cao: chất lỏng có thể loãng đi trước, sau đó lão hóa vĩnh viễn

Ở nhiệt độ cao, dầu silicone ban đầu trở nên ít nhớt hơn. Điều này có thể cải thiện tuần hoàn nhưng có thể làm giảm chiều dày màng bôi trơn, tăng rò rỉ qua các khe hở và thay đổi phản ứng giảm chấn hoặc thủy lực. Khi hệ thống được thiết kế dựa trên một dải độ nhớt hẹp, mức giảm tạm thời cũng có thể đủ để gây kiểm soát kém hoặc mài mòn tăng tốc.

Các vấn đề nghiêm trọng hơn phát sinh khi tiếp xúc nhiệt gây ra thay đổi phân tử vĩnh viễn. Trong môi trường có oxy, dầu silicone có thể bị phân hủy oxy hóa. Tốc độ bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiệt độ, thời gian lưu, mức tiếp cận oxy, kim loại xúc tác và chất nhiễm bẩn. Sự phân hủy có thể dẫn đến đứt mạch, làm giảm độ nhớt, hoặc liên kết chéo và hình thành gel, làm tăng độ nhớt và tạo vật liệu không hòa tan. Cả hai kết quả có thể xảy ra ở các vùng khác nhau của cùng một hệ thống.

Đứt mạch thường biểu hiện bằng sự loãng dần, tăng tổn thất do bay hơi, giảm lực giảm chấn hoặc giảm khả năng duy trì màng dầu. Liên kết chéo thường dễ nhận thấy hơn dưới dạng cặn sẫm màu, cặn dính, hạt gel, đường dẫn bị hạn chế hoặc sự gia tăng không mong đợi của mô-men xoắn vận hành. Không nên chẩn đoán cả hai tình trạng này chỉ dựa trên ngoại quan. Chất lỏng trong suốt có thể đã mất các đặc tính độ nhớt quan trọng, trong khi sự sẫm màu có thể do chất nhiễm bẩn bên ngoài thay vì do sự phân hủy của chính polymer silicone.

Các ứng dụng truyền nhiệt đòi hỏi sự cẩn trọng đặc biệt. Nhiệt độ chất lỏng đo được trong bồn, bình chứa hoặc đường hồi có thể thấp hơn đáng kể so với nhiệt độ tại bề mặt gia nhiệt, phần tử điện, ống góp nóng hoặc khu vực được làm ướt kém. Quá nhiệt cục bộ có thể tạo ra sản phẩm phân hủy trước khi nhiệt độ trung bình của hệ thống có biểu hiện bất thường. Sau đó, mạch truyền nhiệt bị giảm lưu lượng có thể làm tình trạng của chính nó xấu hơn: tuần hoàn thấp hơn làm tăng nhiệt độ màng cục bộ, từ đó đẩy nhanh sự phân hủy chất lỏng và hình thành cặn.

Các mức nhiệt độ định mức không phải là các giới hạn vận hành có thể thay thế cho nhau

Dải nhiệt độ được công bố chỉ hữu ích khi hiểu rõ cơ sở của nó. Dải này có thể đề cập đến phơi nhiễm ngắn hạn, sử dụng liên tục, điểm chớp cháy, điểm đông đặc, khả năng đo độ nhớt hoặc độ ổn định trong môi trường thử nghiệm xác định. Những yếu tố này không tương đương.

Đối với các quyết định bảo trì, các câu hỏi quan trọng có tính cụ thể hơn:

• Giới hạn trên được nêu dựa trên vận hành liên tục hay phơi nhiễm trong thời gian ngắn?
• Chất lỏng đã được thử nghiệm trong không khí, khí trơ hay hệ thống kín?
• Dải độ nhớt nào được yêu cầu ở cả thời điểm khởi động và nhiệt độ vận hành bình thường?
• Thiết bị có tạo ra các điểm nóng cục bộ vượt quá chỉ số cảm biến không?
• Chất lỏng có tiếp xúc với đồng, sắt, nhôm, chất đàn hồi, nhựa, lớp phủ hoặc các hóa chất quy trình khác không?
• Tổn thất do bay hơi, thông hơi hoặc thẩm thấu qua phớt có chấp nhận được trong khoảng thời gian sử dụng không?

Nhầm lẫn giữa độ ổn định nhiệt chung của vật liệu với tính phù hợp khi làm chất lỏng vận hành là một lỗi lựa chọn phổ biến. Ví dụ, nhiệt độ nóng chảy cao của một hóa chất rắn không cho biết gì về độ chảy của chất bôi trơn, độ bay hơi, khả năng bơm, khả năng tương thích với phớt hoặc khả năng chống oxy hóa. Sự phân biệt này có liên quan khi xem xét tài liệu hóa chất trong một kho hỗn hợp: HydroxyapatiteCAS#1306-06-5 là chất rắn vô cơ ổn định về mặt hóa học, có chức năng và đặc tính rất khác với dầu silicone. Dữ liệu nhiệt phải luôn được diễn giải theo ứng dụng thực tế của vật liệu.

Tại sao phớt và vật liệu xung quanh có thể khiến vấn đề trông giống như hỏng chất lỏng

Dầu silicone thường được lựa chọn nhờ khả năng tương thích vật liệu rộng, nhưng “tương thích” không phải là tuyệt đối. Ở nhiệt độ cao, một số chất đàn hồi có thể trương nở, cứng lại, co ngót hoặc mất độ bền cơ học. Phớt thay đổi kích thước có thể làm tăng rò rỉ ngay cả khi chất lỏng vẫn nằm trong thông số kỹ thuật. Ở nhiệt độ thấp, độ cứng của phớt có thể tăng, gây tiếp xúc mép phớt kém hoặc rò rỉ tạm thời khi khởi động.

Các bộ phận bằng nhựa, lớp phủ, chất kết dính và lớp cách điện cáp có thể gây nhầm lẫn tương tự. Chất lỏng có thể thấm vào vật liệu, chiết xuất các thành phần có khối lượng phân tử thấp hoặc mang theo chất nhiễm bẩn giải phóng từ các bộ phận lão hóa. Chất lỏng hồi về sau đó có thể thay đổi màu sắc, mùi, hàm lượng hạt hoặc độ nhớt. Việc thay dầu silicone mà không xác định vật liệu tương tác thường dẫn đến sự cố tái diễn.

Bề mặt kim loại cũng cần được chú ý. Ảnh hưởng xúc tác phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống, nhưng các bộ phận chứa đồng, mạt kim loại, sản phẩm ăn mòn và cặn từ chất tẩy rửa có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của chất lỏng ở nhiệt độ cao. Một mạch sạch, khô và được làm kín tốt không có cùng mức rủi ro như hệ thống được thông hơi gián đoạn có chứa mảnh vụn oxy hóa và hóa chất quy trình còn sót lại.

Nhiễm bẩn gây hại nhiều hơn ở các mức nhiệt độ khắc nghiệt

Nước là một yếu tố phức tạp thường gặp. Dầu silicone nhìn chung kỵ nước, vì vậy nước có thể tồn tại dưới dạng giọt riêng biệt thay vì tạo thành dung dịch ổn định. Trong điều kiện lạnh, nước có thể đóng băng tại các điểm thấp, đường ống, bộ lọc hoặc bộ phận điều khiển, tạo ra tắc nghẽn giống như độ nhớt chất lỏng quá cao. Trong hệ thống nóng, nước có thể thúc đẩy ăn mòn ở những vị trí khác trong mạch, làm rối loạn truyền nhiệt và góp phần gây mất ổn định áp suất.

Nhiễm bẩn do trộn lẫn chất lỏng là một nguyên nhân tái diễn khác gây ra biểu hiện hỏng hóc nhiệt độ. Dầu khoáng, hydrocarbon tổng hợp, mỡ bôi trơn, dung môi làm sạch, cặn quy trình hoặc hóa học silicone khác có thể làm thay đổi đặc tính độ nhớt-nhiệt độ và tạo ra sự không tương thích với phớt hoặc phụ gia. Việc châm thêm bằng chất lỏng chưa được xác minh có thể không gây hỏng ngay lập tức. Ảnh hưởng có thể chỉ xuất hiện sau chu trình nhiệt, khi sự phân tách, tạo bọt, hình thành cặn hoặc thay đổi rò rỉ trở nên rõ ràng.

Nhiễm bẩn hạt có ý nghĩa lớn nhất khi chất lỏng thực hiện đồng thời chức năng bôi trơn và điều khiển chính xác. Ở nhiệt độ thấp, độ nhớt nền cao hơn khiến việc vận chuyển hạt qua các đường dẫn bị hạn chế trở nên khó khăn hơn. Ở nhiệt độ cao, cặn tạo ra tại các bề mặt nóng có thể làm tăng tải hạt. Khi đó, bộ lọc có thể trở thành vị trí hạn chế đầu tiên dễ thấy, trong khi nguyên nhân cơ bản là lão hóa nhiệt hoặc nhiễm bẩn hệ thống.

Chẩn đoán chiều hướng thay đổi độ nhớt

Đánh giá bảo trì hữu ích so sánh mẫu chất lỏng mới được lưu giữ với mẫu đang sử dụng được lấy trong điều kiện kiểm soát. Mẫu phải đại diện cho chất lỏng tuần hoàn, không chỉ là cặn từ điểm xả. Yêu cầu thử nghiệm khác nhau tùy ứng dụng, nhưng các quan sát cung cấp nhiều thông tin nhất thường bao gồm độ nhớt tại các nhiệt độ liên quan, ngoại quan, hàm lượng không hòa tan, tổn thất chất bay hơi, hàm lượng nước và dấu hiệu nhiễm bẩn do trộn lẫn chất lỏng.

Độ nhớt thấp hơn dự kiến có thể cho thấy sự loãng nhiệt trong quá trình vận hành, đứt mạch vĩnh viễn, pha loãng bởi chất lỏng khác hoặc nhiễm bẩn dung môi. Việc phân biệt này rất quan trọng. Nếu mức giảm biến mất khi mẫu trở về nhiệt độ tham chiếu, đó có thể là phản ứng nhiệt độ bình thường. Nếu chất lỏng vẫn có độ nhớt thấp hơn ban đầu sau khi làm nguội, sự phân hủy hóa học hoặc pha loãng có nhiều khả năng hơn.

Độ nhớt cao hơn dự kiến cho thấy quá trình oxy hóa, liên kết chéo, hình thành gel, bay hơi các phân đoạn nhẹ hơn hoặc nhiễm bẩn bởi chất lỏng hay mỡ đặc hơn. Nếu độ nhớt tăng đi kèm mờ đục, hạt, cặn giống vecni hoặc bộ lọc bị hạn chế, chỉ thay thế chất lỏng có thể không đủ. Cần khắc phục các bề mặt nóng, sự xâm nhập không khí, làm mát không hiệu quả và các đường dẫn nhiễm bẩn trước khi châm đầy lại.

Bọt cần được đánh giá riêng biệt với độ nhớt. Không khí cuốn theo có thể làm chất lỏng có vẻ không ổn định, giảm hiệu suất bơm, làm gián đoạn truyền nhiệt và tạo ra giảm chấn không ổn định. Ở nhiệt độ thấp, quá trình giải phóng bọt khí có thể chậm do độ nhớt cao hơn. Ở nhiệt độ cao, sự sinh khí, rò rỉ phía hút hoặc các thành phần dễ bay hơi có thể làm hiện tượng tạo bọt rõ hơn. Biện pháp khắc phục phụ thuộc vào nguồn khí, không phải vào bản thân bọt.

Lựa chọn cấp dầu phù hợp với chu trình nhiệt độ thực tế

Việc lựa chọn nên dựa trên toàn bộ chu trình nhiệt độ thay vì một giá trị cực đại hoặc cực tiểu duy nhất. Hồ sơ liên quan bao gồm nhiệt độ lưu trữ, nhiệt độ khởi động lạnh, thời gian làm ấm, nhiệt độ vận hành duy trì, nhiệt độ bề mặt cục bộ, nhiệt ngâm sau khi dừng máy và số lượng chu trình nhiệt. Hệ thống chỉ đạt nhiệt độ cao trong thời gian ngắn có thể chịu ứng suất hóa học ít hơn hệ thống vận hành mát hơn một chút nhưng liên tục tiếp xúc với không khí và chất nhiễm bẩn kim loại.

Dầu PDMS tiêu chuẩn không phải là lựa chọn silicone duy nhất. Dầu silicone biến tính phenyl có thể mang lại đặc tính nhiệt độ thấp tốt hơn trong một số ứng dụng, trong khi các silicone biến tính khác có thể được lựa chọn cho nhu cầu bôi trơn, điện môi, giảm chấn hoặc truyền nhiệt chuyên dụng. Những lựa chọn này đòi hỏi nhiều hơn việc so sánh một con số độ nhớt đơn lẻ. Đường cong độ nhớt-nhiệt độ dự kiến, độ bay hơi, môi trường oxy hóa, khả năng tương thích với phớt và hiệu suất đặc thù ứng dụng đều cần phù hợp.

Khi không thể tránh khỏi nhiệt độ khắc nghiệt, phương pháp đáng tin cậy nhất là xác định cửa sổ độ nhớt chấp nhận được tại điểm sử dụng, thay vì chỉ xác định dải nhiệt độ chất lỏng chấp nhận được. Bơm phải có thể khởi động ở độ nhớt tại đầu lạnh. Ổ trục, bộ giảm chấn hoặc cơ cấu chấp hành phải duy trì đủ màng dầu hoặc khả năng đáp ứng ở độ nhớt tại đầu nóng. Chất lỏng cũng phải chịu được thời gian lưu ở nhiệt độ đó mà không có thay đổi hóa học không chấp nhận được.

Các biện pháp kiểm soát ngăn ngừa sự cố tái diễn

Vận hành ổn định thường phụ thuộc vào việc kiểm soát môi trường vận hành cũng như lựa chọn chất lỏng. Hạn chế không khí xâm nhập, tránh thông hơi bình chứa không cần thiết, ngăn quá nhiệt tại bộ gia nhiệt, duy trì bộ lọc sạch, sử dụng vật liệu châm thêm đã được xác minh và chỉ sử dụng thiết bị nạp chuyên dụng cho đúng loại chất lỏng đều giúp giảm rủi ro có thể tránh được.

Cảm biến nhiệt độ nên được xem xét về vị trí lắp đặt, không chỉ về hiệu chuẩn. Cảm biến đặt trong khối chất lỏng có thể xác nhận bình chứa nằm trong phạm vi cho phép nhưng không phát hiện điểm nóng gây hại tại nguồn nhiệt. Các sự kiện khởi động lạnh cũng nên được ghi lại nếu có thể, vì việc khởi động lặp lại dưới giới hạn khả năng bơm dự kiến có thể làm hỏng bơm, phớt hoặc các bộ phận truyền động trước khi chất lỏng đạt nhiệt độ vận hành bình thường.

Suy giảm hiệu suất ở nhiệt độ khắc nghiệt hiếm khi là điều bí ẩn khi triệu chứng được liên hệ với cơ chế. Thay đổi độ nhớt có thể đảo ngược cho thấy cần có cấp dầu hoặc cửa sổ vận hành tốt hơn. Sự loãng đi vĩnh viễn, đặc lại, hình thành gel, rò rỉ hoặc cặn cho thấy tác động nhiệt, oxy hóa, không tương thích, nhiễm bẩn hoặc mất cân bằng nhiệt cục bộ. Xử lý riêng từng cơ chế này giúp tránh sai lầm phổ biến là thay chất lỏng nhưng vẫn để nguyên nguyên nhân thực sự bên trong hệ thống.