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基本信息

項目名稱:
硼酸脂型汽車制動液的研制
小類:
能源化工
簡介:
本作品研制出一種水解穩定性好的硼酸酯,并開發了一種以此硼酸酯為主體,含有潤滑劑、稀釋劑和添加劑的硼酸酯型制動液的生產工藝。通過制動液的性能分析,表明所研制的制動液達到美國聯邦機動車輛安全標準FMVSSNO.116DOT-5 的要求,為一新型高級合成制動液。
詳細介紹:
一 作品的目的 作品利用了硼酸酯的分子可設計性合成干濕沸點高,低溫粘度好以及水解穩定性好的硼酸酯,并以此硼酸酯為基礎液研制硼酸酯型機動車制動液。 二 研究內容 (一)硼酸酯的合成及表征 實驗合成了十二種不同結構的醇醚類硼酸酯,并通過IR圖譜對十二種不同結構的硼酸酯進行表征。 一方面由于硼酸根的平面三角形結構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鏈結構使得分子的接觸面積增大,故沸點較高。而成環狀的硼酸酯,比如四元環,五元環,六元環,它們的干沸點隨著環的增大而增大,其原因是在支鏈都是三乙二醇丁醚的情況下,隨著環的增大角張力越減小,而且環增大也會使分子的接觸面積增大,致使沸點呈升高的趨勢。而環達到一定體積時環的角張力對沸點的影響可以忽略不計,同時環的接觸面積增大了,此時致使較大環狀硼酸酯的沸點反而超過了鏈狀的硼酸酯的,究其原因是大環狀硼酸酯使分子的接觸面積較鏈狀的更大。對于鏈狀硼酸酯,當鏈的聚乙二醇正構烴基醚的聚合度一定時,鏈中的碳氧個數比越大,其沸點越高。這主要是因為鏈中聚合度一定的正構烴基醚的碳氧個數比越大,醚基中的正構烷烴鏈越長,其結構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,最終導致沸點越大。 選擇具有代表性的兩種自制硼酸酯進行紅外光譜表征,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左右為長鏈硼酸酯的特征吸收峰。結合酯化反應過程中的出水量可以確定所合成的樣品為所預期的目標產物。 (二)制動液的配制及其性能表征 1.單純形格子點設計的確定 考慮到多聚乙二醇醚及多聚乙二醇三個組分的含量能夠影響制動液的干沸點。用Excel 2000 的“規劃求解工具”對回歸模型進行規劃求解,從而得的配方比其他配方偏高。 2.均與設計 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用Uniform Design Version 3.00 輔助設計軟件按U*7(74)均勻設計表進行了均勻設計,得出均勻設計偏差D=0.2132。進而優化配方,使其達到國標的要求。 3.制動液的性能 對均勻設計中的各組配方,進行制動液的其他性能的表征,采用一系列國標方法如金屬疊片腐蝕檢驗方法評定制動液的高溫性能,制動液蒸發損失檢驗法評定制動液的蒸發性能,制動液抗氧性檢驗法評定制動液的抗氧化特性,制動液橡膠皮碗適應性檢驗制動液及其原料對機動車輛液壓制系統所用橡膠皮碗的適應性,制動液防銹性檢驗法評定制動液的防銹能力等對制動液的性能進行了檢測。最終研制出兩種制動液性能完全達到國標要求的配方。 三 結論 作品合成出干平衡回流沸點在240℃ 以上, 水解穩定性在60天以上的制動液用硼酸酯,干濕沸點高,方法簡單,收率高。以此硼酸酯為基礎液的制動液符合國家合成制動液的標準,同時成本低,競爭力強。 四 市場前景 隨著我國汽車行業的快速發展以及高速公路里程的不斷增加,到2010年,我國汽車制動液年需求量約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液,年需量將成倍增長,制動液年需求量將達到18×105噸,需要硼酸酯6.0×105 /噸,市場前景看好。

作品專業信息

撰寫目的和基本思路

目的:利用硼酸酯的分子可設計性制備硼酸酯,使其既具有較高的干、濕沸點,較低的低溫粘度,較好的水解穩定性。最終優化出硼酸酯型制動液的配方。既解決了制動液的質量水平低下的實際問題,又為硼酸酯型合成制動液的生產和使用提供科學根據。 思路:采用三乙二醇醚和四乙二醇醚與硼酸酯化反應制備硼酸酯,試驗確定反應時間、反應溫度、帶水劑的種類等合成條件。確定硼酸酯型制動液的配方并對制動液的性質進行檢測。

科學性、先進性及獨特之處

本作品依托于硼辦項目的資助,并進行了大量的實驗和實踐研究,原料易得,制備工藝簡單,國內獨創。本項目改善硼酸酯的制備條件,改善其水解穩定性。同時降低其在制動液中的加入量,并提高蒸發性能,生產出高級硼酸酯型制動液。作品制備的硼酸酯水解穩定性為60天;制動液的干平衡回流沸點高達240℃,高溫時不易產生氣阻;低溫運動黏度低,-40℃達840mm2/s,在寒冷地區能保證其低溫流動性。穩定性高。

應用價值和現實意義

目前,國內市場使用的制動液的質量水平低下,大量低價劣質制動液產品占據市場銷售主導地位,急需要研制高質量合成制動液。本作品合成的硼酸酯的平衡回流沸點達到240℃;低溫粘度達到840mm2/s;水解穩定性達60天以上。制動液的使用性能檢測按照《國標》GB12981-2003方法進行,并符合美國FMVSSN0.116DOT--5的要求;滿足效果和質量指標符合的要求,降低硼酸酯的添加量,降低產品成本。

學術論文摘要

汽車制動液是液壓式汽車制動系統中使用的傳遞制動能量的功能液體,其質量性能狀況直接關系到車輛的行駛安全。隨著汽車發動機技術水平的不斷提高、道路交通條件的改善、高速公路的發展以及制動系統結構的改進,對制動液的性能要求越來越高。為了適應這種要求,質量等級較高的硼酸酯型合成制動液在國內外得到快速發展。本作品根據國內外合成制動液現狀以及發展趨勢,首先制備制動液用硼酸酯,然后合成硼酸酯型制動液。

獲獎情況

作品在國內核心期刊發表論文三篇 1. 硼酸酯型制動液的研究進展 2. 制動液用環狀硼酸酯的研制 3. 制動液用鏈狀硼酸酯的研制

鑒定結果

參考文獻

1.劉自勇.汽車制動液[J].汽車維修技師,2009,(11):82. 2. 郭燕.有機硼酸酯應用現狀及發展趨勢[J].貴州化工,2009,34(2):26~28. 3.張永斌,孫梅.制動液的品質要求與合理使用[J].農機使用與維修,2009(5):30. 4.姜林.我國合成制動液的技術和質量狀況[J].潤滑油,2007,22(3):11~14. 5.趙曉晨,紀桂芬.國內外合成制動液的應用現狀與發展趨勢[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

隨著汽車工業和高速公路的發展,60 年代末70年代初,研制具有更高干、濕平衡回流沸點、較低低溫粘度和低水敏感性的新一代合成制動液成為各國制動液制造廠家感興趣的熱點。為此,美國聯邦運輸部(DOT)于1972年提出了DOT3、DOT4 和DOT5制動液標準,并首次在性能指標中增加了濕平衡回流沸點指標來評價水分對制動液高溫性能的影響。為了提高平衡回流沸點和減少吸濕性,經過大量探索研究工作,人們發現酯型制動液能滿足上述要求,尤其是對聚乙二醇醚進行硼酸酯化能顯著降低水分對醇醚型制動液沸點的影響,因此,硼酸酯型制動液得到很大發展。 大量資料表明,歐、美、日等西方發達國家對乙二醇醚及其硼酸酯型制動液進行了大量研究,美國奧林化學公司(Olin Chem.Co.)率先進入這一研究領域,并在 1971年首先獲得了美國專利U.S.3625899。隨后,美國道化學公司、聯合碳化物公司日本三洋化學工業公司、東邦化學工業公司、油脂公司、中央化學工業公司、德國 BASF公司HOECHST公司、英國帝國化學工業公司(ICI公司)以及法國、俄羅斯 、印度等國的有關廠家均做了許多研究工作。日本1983年發表的“硼酸酯型制動液”和美國1987年發表的DOT4制動液進展”報告表明,DOT4制動液主要就是硼酸酯型制動液。隨著對乙二醇醚及其硼酸酯技術研究工作的深入,進入80年代后,人們又相繼研制出了具有比DOT4制動液高、低溫性能和使用壽命更優異的乙二醇醚硼酸酯型超級DOT4和DOT5.1制動液。超級DOT4制動液具有更高干、濕平衡回流砩點、更好低溫性。被許多汽車廠家認可,并得到廣泛應用。 與國外制動液研究情況相比,我國制動液研究工作長期處于比較落后的狀態,但近年來這種狀況有所改善。隨著汽車制造技術的更新,從90年代開始采用了更多新材料、新工藝,特別是ABS剎車防抱系統的采用,要求制動液具有更好的流動性和抗氣阻性能。今后,隨著我國汽車性能的提高和公路條件的不斷改善、車速的不斷提高,要求制動液有較高的干、濕沸點,防止高溫時產生氣阻。DOT3、DOT4級的制動液需求將呈快速增長,DOT4級以上更高沸點的制動液需求也正逐年增加。隨著汽車行業的進一步發展和制動液產品標準及試驗方法的不斷完善與提高,我國合成制動液產品質量和技水平也將得到更大發展。
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