工业分析与检验专业毕业论文--关于防冻冷却液配方浅析.doc

毕业设计（论文）论文（设计）题目： 关于防冻冷却液配方浅析 班 级： # 姓 名： # 学 号： # 指导教师： # 时间： 年 月 日毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)课题 关于防冻冷却液配方浅析 课题的背景、意义及培养目标通过对目前汽车发动机冷却液市场经济的分析，对新型发动机冷却液配方及性能进行研究，实现水和乙二醇的最佳配比，对冷却系统提供-40的低温防冻、防沸、防腐、防垢性能，有效降低了乙二醇型发动机冷却液的生产成本设计(论文)的原始数据与资料生产工艺：将氢氧化钠固体溶解在水中，配成30%的氢氧化钠溶液。课题的基本要求（含技能技术指标） 生产工艺：将氢氧化钠固体溶解在水中，配成30%的氢氧化钠溶液。将缓蚀剂K161加入同倍量的水搅拌均匀，边搅拌边慢慢加入30%氢氧化钠，使其全部中和溶解（pH=9左右，偏碱性）。将余量的水加入搅拌釜中，再按顺序分别加入五水偏硅酸钠，T706，硼砂，2（缓蚀剂191），硼酸搅拌溶液。加乙二醇，搅拌至完全溶解，用泵打入釜内，搅拌均匀，然后加入30%液体氢氧化钠溶液，搅拌均匀（至少搅拌十分钟），取样测定pH值，根据pH值再用剩下的30%的氢氧化钠调整溶液pH=8.5左右（用pH试纸检测）。加入消泡剂，搅拌均匀。最后加入20PPM的红色染料。搅拌均匀后放料、过滤、包装 完成任务后提交的书面材料要求(图纸规格、数量，论文字数等)论文正文，字数不少于4000字 主要参考资料II1.汽车防冻液的规格标准，东健，黄宏，汽车与配件，2000-6、7、82.油品应用及管理，熊云等，中国石化出版社，2007指导教师 接受设计(论文)任务日期 （注：由指导教师填写） 学生签名： III毕业设计（论文）进度计划表起止日期工作内容完成情况备注第1-2周第3-5周第6周第7-10周第11-14周第15周第16周下达任务书撰写开题报告构思毕业论文提纲上交毕业论文初稿中期检查完成终稿修改、装订准备答辩已完成已完成已完成已完成已完成已完成已完成指导教师： 年 月 日系： 年 月 日备注：进度计划以周为单位。IV摘 要通过对目前汽车发动机冷却液市场经济的分析，对新型发动机冷却液配方及性能进行研究，实现水和乙二醇的最佳配比，对冷却系统提供-40的低温防冻、防沸、防腐、防垢性能，有效降低了乙二醇型发动机冷却液的生产成本。普通的防冻液配方由于其经济因素的制约，都含有对人体和环境有害的物质。目前国内的主要防冻液都是属于中低档次的配方，而用于高档汽车的有机酸型防冻液，由于其昂贵的价格应用也受到限制。笔者通过对有机酸型防冻液的深入研究，结合公司引进的日本乙烯L系列防冻液的使用经验，开发了具备经济、高效和环保特点的新型防冻液，该防冻液已经通过了交通部后勤研究所等权威部门的检测认定，有机酸和无机盐的结合，符合日本汽车工业无胺、非硼、非硅的防冻液品质要求，可广泛应用于日系汽车和其它中高档汽车.关键词：发动机 冷却液 乙二醇V目 录第一章 前 言11.1 发动机冷却液的功能11.2 发动机冷却液的现状及其发展趋势31.2.1 研制环保型产品31.2.2 开展节能技术研究41.2.3 逐渐完善标准和试验方法4第二章 配方研究62.1发动机冷却液的分类及其成分62.1.1 发动机冷却液的分类62.1.2 发动机冷却液成分介绍62.2 配方设计方案 72.3 讨论13第三章 结论与展望14参考文献15四、致谢16第一章 前 言发动机冷却液俗称防冻液，是发动机冷却系统冷却散热介质。长期以来，汽车发动机冷却系统均用水作冷却剂，因为水有很多优点，如：水的来源广、无毒、价廉、有良好的导热性能。但水也有很多缺点，如：水的冰点高，当气温低于0时，水水结冰使体积增加，容易造成水箱或者冷却系统管道胀裂；水的沸点低，当夏天高温季节，发动机处于苛刻条件下行驶时，会造成水温升高甚至沸腾，影响汽车正常行驶；溶在水中的钙盐等受热后形成水垢，降低传热效率；水还会使金属生锈。因此，人们一直在寻找一种新型的冷却剂来代替水。11.1 发动机冷却液的功能随着发动机结构的改进和材料技术的进步，现代汽车发动机与旧式发动机相比，有一个显著的特点就是现代发动机的运行温度高，正常的工作温度上限值一般都超过100。以国产轿车为例，发动机正常工作温度是：上海桑塔拉90105、一汽捷达85115、富康90118。如果水箱全部加水，当发动机温度达到100时就会水沸“开锅”，而在0时会结冰，体积增大9，易胀裂水箱和缸体。另外，水会带来腐蚀，且会生成水垢影响冷却效果。因此就要用一种特殊的冷却介质防冻液。发动机冷却液一般由基础液和添加剂组成。基础液由水和冰点降低剂组成，添加剂包括防锈剂、缓蚀剂、防垢剂、防霉剂、pH调节剂、消泡剂、着色剂等组成。发动机冷却液又分短效和长效型。长效型具有冬天防冻、夏天防沸、常年防腐蚀、防水垢的功能。短效型即指普通冷却液，但也必须能保证使用一冬。此外，要求对发动机冷却系统无明显的腐蚀作用，但通常没有防腐剂，不能常年使用。根据国家标准，防冻液分为如下6个级别：-25、-30、-35、-40、-45和-50。2如果是在华北地区，-25级别的冷却液便满足了基本要求，而在东北地区的黑龙江省及内蒙古自治区则应该选用-50级别的产品，在吉林辽宁两省选择-35级别的冷却液则基本能满足要求。很多人根据冷却液的俗称，有这样一个错误的认识，发动机冷却液只起冷却作用，因此认为南方的车辆不必使用。北方一些卡车只在冬天使用，一到夏天他们就将发动机冷却液放起来。其实除防冻作用之外，发动机冷却液还具有防沸、冷却、防垢和防腐蚀作用。（1）防冻功能：防冻液，顾名思义具有防冻功能。但各种防冻液的冰点是不一样的，这是按不同地区、不同环境温度来决定的。当今的防冻液的冰点一般在-15-68之间。（2）防腐蚀功能：由于发动机冷却系统含有五种金属，即铸铁、铝合金、钢、铜及水箱焊接时用的焊锡。一般小轿车的缸体为铸铝的，大型货车的缸体为铸铁的，水箱主要由紫铜及黄铜制成。防冻液每时每刻都与这些金属相接触，因此必须要有防腐蚀功能。而劣质的防冻液对金属的腐蚀是极为严重的。有的水箱在使用防冻液时，其焊缝开裂并且滴漏，就是因为防冻液对焊接严重腐蚀所造成的。优质的防冻液与水相比能更好的保护水箱，延长发动机的使用寿命。冷却系统在使用发动机冷却液后，再使用水进行冷却，反而加速冷却系统的腐蚀。这是由于水中含有氯离子等阴离子，会破坏冷却系统金属部件表面原来形成的钝化膜，造成局部出现大阴极和小阳极，加速金属的腐蚀。（3）防垢功能：有许多驾驶员在夏季将防冻液放掉而加入自来水，自来水中有许多矿物质，在加热蒸发后，这些矿物质结成水垢沉积在金属表面。由于水垢的形成，导致发动机产生的热不能及时传给防冻液，使缸套温度升高，缸套与活塞的配合间隙不当，造成缸套与气环擦伤磨损，严重时会使活塞卡死，对发动机有致命的危害。如果水垢产生在水箱内，则将影响散热器的散热效果，导致水温升高而“开锅”。而优质的防冻液是采用制成的，并加有防垢添加剂，所以不会产生任何水垢。（4）高沸点功能：优质的防冻液因具有良好的防水箱“开锅”的功能，这就要求它有一个高的沸点。现在防冻液的沸点一般要大于105，如果使用优质的防冻液，就不会产生“开锅”现象。（5）抗泡沫功能：防冻液在使用过程中如果易产生泡沫，就可能导致防冻液溢出水箱，带来防冻液的损失，甚至会影响防冻液的正常流动，降低散热效果。此外生成的泡沫会增大防冻液与空气的接触面积，加速氧气变质，降低防冻液的使用寿命。总的来说，性能优良的汽车防冻液有以下保护作用：对冷却系统的部件起到防腐保护作用；防止水垢，避免降低散热器的散热作用；保证发动机在正常温度范围之内能工作。因此，发动机的防冻液，必须具有防冻、防腐蚀、防垢、防开锅、无泡沫的特点，并不受季节及地域的影响。其中冰点和沸点是防冻液的基本指标。1.2 发动机冷却液的现状及其发展趋势冷却液作为汽车工业同步配套的重要化工产品，技术含量越来越高。优质防冻液不仅可以防止水箱冻裂，而且防腐蚀、防锈、防结垢，可有效地保护水箱，改善散热效果，提高发动机效率，保障汽车安全行驶。防冻液的技术水平和使用的安全性与可靠性，将会对汽车的使用性能带来极大的影响。我国发动机冷却液的研究始于80年代，和发达国家相比，起步较晚。发动机冷却液最初的研究是为解决进口汽车发动机冷却液的国产化而进行的，以后随着国家轿车工业的兴起，对发动机冷却液的研究越来越重视。90年代初期，由我国石化系统牵头，联合国内几家发动机冷却液研究机构，参照美国材料实验协会标准制订了相应的石油化工行业产品试验方法和产品标准，对发动机冷却液产品市场进行规范。从此，我国发动机冷却液的研究步入了一个健康发展的历史时期。目前国内防冻液生产存在的问题是：生产厂家过多，小作坊式生产占大部分；用毫无技术可言的无机盐加上甲醇或者少量乙二醇、乙甘醇，制造质量低劣的放电脑工业。这种产品，一是有毒，二是腐蚀水箱，三是冰点高，四是不防沸，对车辆的正常运行留下极大地隐患。6经过20几年的发展，目前我国在发动机冷却液产品性能研究和标准建设方面都已达到或接近国外同类水平，但是由于起步较晚，同时受到其他行业发展的制约，因此，整个行业与国外相比任然存在一定差距。1.2.1 研制环保型产品乙二醇由于具有轻微毒性，乙二醇型发动机冷却液对环境和使用者均具有一定的危害性。而丙二醇无毒，同时还具有优异的防冻性能，因此丙二醇型发动机冷却液将是未来的主要产品。另外，由于无机添加剂生物降解性差，对环境有一定程度的污染，将来的添加剂将主要以生物降解性好、性能优良的有机添加剂为主。1.2.2 开展节能技术研究以无机盐防腐蚀添加剂为主的常规发动机冷却液使用寿命一般为2年，使用后未经任何处理排放到大自然中，造成对能源和资源的重大浪费。目前，国外已经通过提高产品使用寿命和对资源进行回收、循环利用来改善这种状况。现有添加剂技术的发展已经使发动机冷却液的长寿命成为可能。发达国家开发出以有机酸缓蚀体系为主的有机酸型发动机冷却液，在使用过程中添加剂的消耗很少，能使发动机冷却液的使用寿命提高到5年或1.6105km以上。同时有机添加剂能很好地抑制气缸里的气穴腐蚀，因此还可以在不加任何补充添加剂的情况下，直接用于重负荷车辆，实现在重、轻负荷车辆上的通用。这种以有机酸为主的长寿命发动机冷却液国外已经出现，目前我国有的合资汽车公司要求车辆装注这种类型的发动机冷却液。我国已经开展这方面的研究，但要转化为产品还要做很多工作。由于对能源的过度开采利用，世界资源将日趋紧张，能源问题日益突出。对发动冷却液资源进行再生和循环利用，一方面能减轻对环境的压力，同时也具有一定的经济效益，因此开展这方面的研究将具有重要意义。国外已经开始对发动机冷却液的回收和循环利用进行研究。他们采用过滤和离子交换相结合的方式，去除回收产品中杂质和氧化降解产物，然后重新补充一定量的添加剂，对排故后的发动机冷却液再生。从保护环境和节约能源的角度出发，我国有必要开展这方面的研究。由于发动机冷却液使用相对分散，建立一定的产品回收机制，将排放后的发动机冷却液进行相对集中，将更有利于这项工作的开展。1.2.3 逐渐完善标准和试验方法汽车工业的不断发展、缓蚀剂技术的不断进步、试验方法和试验仪器的不断更新，都将推动产品标准和试验方法向前发展。例如：由于铝容易发生传热腐蚀，同时氯离子容易诱发铝的点蚀，随着汽车铝质气缸和散热器的增多，我国石化部门与1999年对发动机冷却液产品标准进行了修订，增加了对传热腐蚀和氯离子含量这两项指标的要求。发动机冷却液防腐蚀性能的优劣将决定发动机冷却液、冷却系统乃至整个发动机的使用寿命，因此防腐蚀性是发动机冷却液一个非常重要的性能。现有标准均是通过腐蚀失重对发动机冷却液的防腐蚀性能进行评价，试验周期长，反映的只是金属全面腐蚀的情况，而在实际使用过程中，局部腐蚀的危害程度更大，因此有必要建立起能够反映发动机冷却液防止局部腐蚀的试验方法。516第二章 配方研究2.1发动机冷却液的分类及其成分2.1.1 发动机冷却液的分类发动机冷却液类型的划分有2种方式：按基础组分和防腐添加剂的种类划分。1、按基础组分划分我国目前使用的发动机冷却液大多数为乙二醇型发动机冷却液，而可以用于发动机冷却液基础组分的二醇类物质有乙二醇和丙二醇2种。2、按照防腐添加剂种类划分根据照防腐添加剂种类不同，发动机冷却液又可分为以无机添加剂为主的常规发动机冷却液和以有机添加剂为主的有机酸型发动机冷却液。2.1.2 发动机冷却液成分介绍1.基础原料：基础液(去离子水和冰点降低剂)（1）.冰点降低剂：主张用有机物如多元醇，因为这类物质使用少量酒可以使水的冰点大幅度降低，且易溶于水，混合液外观透明、流动性好、不腐蚀设备、不结垢；而用无机盐则可能增加结垢的几率，形成腐蚀，且又不方便配制。常用的试剂有乙二醇和甲醇等。（2）添加剂防锈剂：添加防锈剂可有效防止水分和氧分子对冷却系统各金属的腐蚀作用，保护金属表面延缓锈蚀。防腐剂：添加防腐剂可有效防止冷却液对各种金属的腐蚀。根据腐蚀抑制剂的组分可分为：无机化合物防腐剂及有机化合物防腐剂两类。其中无机化合物防腐蚀剂包括：硼酸盐、亚硝酸盐等。有机化合物防腐剂，常用的有苯甲酸钠、苯甲酸胺、三乙醇胺、单乙醇胺、有机磷酸盐、苯丙三唑、MBT及有机羧酸类。7缓蚀剂：采用缓蚀剂防腐，具有使用方便、费用低、收效快的特点。用于冷却液中，可延长冷却水系统组件寿命，可保证穴蚀性侵蚀相对降低70%-90%。在选择缓蚀剂时，既考虑其具有能防穴蚀、电化学腐蚀、热稳定性好、对环境无污染、防霉、对水质无特殊要求、储存期较长等特点外，还要考虑其对钢、铜、铝、铸铁、焊锡等多种材质具有缓蚀作用。研究表明：没有哪一种物质可同时具备上述要求。于是考虑用BTA、NaCO3、Na2SiO3、C6HSCOONa复合缓蚀剂，既能防止化学反应产生的机械作用破坏，又能防止电化学腐蚀破坏；且各种成分有协同效应；形成的复合保护膜，既有钝化膜又有吸附膜，达到了多层保护的目的。8消泡剂：添加消泡剂可降低冷却液泡沫的表面张力，阻止泡沫的形成。避免在生产过程中水泡溢出反应釜外，也可避免产品在使用过程中因产生泡沫而发生气蚀。常见的消泡剂有：硅油、酯类、失水甘油醚等。防垢剂：添加防垢剂可有效络合冷却液中的钙、镁离子，使之无法形成水垢。常见的防垢剂有：EDTA、HEDP等。pH调节剂：添加pH调节剂可改善冷却液的pH值使之达到标准。着色剂：鉴于金属在水中的部分腐蚀产物为酸性物质，乙二醇在高温下的氧化产物也是酸性的，尽管防冻液添加有足够的缓冲剂保证pH为8.510，但随着工作时间的延长，体系的pH值会下降，当降到一定程度时，防冻液的缓蚀功能大大削弱，硅酸盐的絮凝现象也会出现，这都不利于发动机正常运转，也就是说，防冻液是有使用寿命的，选择一种变色域pH=8左右的指示剂，可方便地观察体系酸度的变化，指示司机定期更换防冻液，同时也容易区别于一般的冷却水。92.2 配方设计方案1、方法设计及性能评价生产工艺：将氢氧化钠固体溶解在水中，配成30%的氢氧化钠溶液。（1）将缓蚀剂K161加入同倍量的水搅拌均匀，边搅拌边慢慢加入30%氢氧化钠，使其全部中和溶解（pH=9左右，偏碱性）。（2）将余量的水加入搅拌釜中，再按顺序分别加入五水偏硅酸钠，T706，硼砂，2（缓蚀剂191），硼酸搅拌溶液。（3）加乙二醇，搅拌至完全溶解，用泵打入釜内，搅拌均匀，然后加入30%液体氢氧化钠溶液，搅拌均匀（至少搅拌十分钟），取样测定pH值，根据pH值再用剩下的30%的氢氧化钠调整溶液pH=8.5左右（用pH试纸检测）。（4）加入消泡剂，搅拌均匀。（5）最后加入20PPM的红色染料。搅拌均匀后放料、过滤、包装。1.研制：根据乙二醇水冷却液成分关系图可知配制-40的冷却液所需乙二醇含量为54.7%（重量）。现用52.0%乙二醇和48.0%去离子水。沸点107.5，冰点-40.（1）根据冰点测定实验（SH/T 0090-91）根据沸点测定实验（SH/T 0089-91）根据密度测定实验（SH/ T0068-91）则测定结果为：序号检测项目技术要求检测结果01冰点，不高于-40-42.002沸点，不低于107.5109.503密度（20）1068-10881078（2）加入添加剂：硼砂0.49%、硼酸0.36%、T191 0.55%、T706 0.05%、五水偏硅酸钠0.0。根据腐蚀测定实验（SH/T 0085-91）则测定结果为;序号检测项目技术要求检测结果01玻璃器皿腐蚀试片，变化值，mg/片紫铜黄铜钢铸铁铸铝焊锡101010103030-0.2+1.9+0.4+0.2+2.2-1.6验证结论：产品防腐性能优异，合格。（3）加入添加剂：硼砂0.49%、硼酸0.36%、T191 0.55%、T706 0.05%、五水偏硅酸钠0.01%、氢氧化钠0.09%。根据pH值测定实验（SH/T 0069-91）测定结果为：序号检测项目技术要求检测结果01pH值7.511.010.8验证结论：产品pH值过高，会对发动机铝件造成腐蚀。则将上述加入的添加剂中的0.09%氢氧化钠改为0.06%后的检测结果为：序号检测项目技术要求检测结果01pH值7.511.08.40验证结论：合格，能有效保护发动机。（4）加入添加剂：硼砂0.49%、硼酸0.36%、T191 0.55%、T706 0.05%、五水偏硅酸钠0.01%、氢氧化钠0.06%、消泡剂20ppm。根据泡沫倾向测定实验（SH/T 0066-91）测定结果为：序号检测项目技术要求检测结果01泡沫倾向泡沫体积，ml,不大于泡沫消失时间，s，不大于1505.0301.0验证结论：加入该消泡剂后，产品消泡性能良好，但是加入该消泡剂后产品出现漂油现象，所以不合格。则将上述加入消泡剂的量改为0.02%后的测定结果为：序号检测项目技术要求检测结果01泡沫倾向泡沫体积，ml,不大于泡沫消失时间，s，不大于1505.0251.0验证结论：加入该消泡剂后，产品消泡性能良好且透明，合格。则配制-40的冷却液所需52.0%乙二醇和48.0%去离子水；加入添加剂：硼砂0.49%、硼酸0.36%、T191 0.55%、T706 0.05%、五水偏硅酸钠0.01%、氢氧化钠0.06%、消泡剂0.02%、颜料20ppm。序号检测项目技术要求检测结果01冰点，不高于-40-42.002沸点，不低于107.5109.503密度（20）1068-1088107804玻璃器皿腐蚀试片，变化值，mg/片紫铜黄铜钢铸铁铸铝焊锡1010101030300.21.90.40.22.21.605pH值7.511.08.4006泡沫倾向泡沫体积，ml,不大于泡沫消失时间，s，不大于1505.0251.0验证结论：通过实验证明，此次研发的防冻液各方面性能优良，能有效保护发动机。2.由上述实验可得：产品名称：防冻液产品型号：-40依据的标准或法律法规：序号标准名称标准号01水乙二醇防冻液行业标准SH0521-1991产品配方：基础液添加剂名称比例，%名称比例，%乙二醇52.0硼砂0.49去离子水48.0硼酸0.36T1910.55T7060.05五水偏硅酸钠0.01氢氧化钠0.6消泡剂0.02颜料20ppm结论：该产品用此配方所得结果均合格。本产品具有以下优点：1. 具有良好的防沸、防冻性能，能提供107.5的高温保护与40低温保护；2. 具有良好的防腐蚀性能与防锈性能，有效的保护整个冷却系统；3. 具有良好的消泡性能。缺点：环保性能不够好。2.3 防冻液使用中的注意事项1认真清洗加注防冻液前一定要对发动机冷却系统进行一次认真清洗，这是因为防冻液中加有除垢剂和清洗剂，使用前如果没有对发动机冷却系统进行认真清洗，直接加入防冻液后，发动机冷却系统中原有的水垢与防冻液接触后脱落，使防冻液变浊、变稠，甚至变色、变味，严重时堵塞水管、水道或沉淀在水箱下部弯管接头部位，造成散热不良，防冻液不能循环，致使发动机温度过高。为防止这些现象发生，在加注防冻液前，应使用10%的烧碱水溶液浸泡水箱一个小时，再将冲洗液排放，然后用软化水反复冲洗23次，以清除发动机冷却系统中原有积存的水垢，冲洗完后才能加注防冻液。2.认真检查加注防冻液前要检查发动机冷却系统有无渗漏现象，如有渗漏并应及时排除，然后才能加注防冻液。3.禁止直接加注防冻液母液直接加注母液不但不能满足防冻液对冰点的要求，反而会出现一些意想不到的现象，如防冻液变质、浓度大、密度大低温黏度增大以及出现发动机温度高等现象。所以在使用防冻液母液时，一定要按要求进行调制，禁止直接使用。4.防冻液使用中要实行定期检查防冻液的有效期一般在23年，因此使用中有连续性。为了减少浪费，防冻液加注后不要随意更换。但是，应对使用中的防冻液实行定期定项检查。每年可结合换季保养对防冻液进行检查。检查内容应包括冰点检查、比重检查，同时还应