基本信息
- 项目名称：
- 硼酸脂型汽车制动液的研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品研制出一种水解稳定性好的硼酸酯，并开发了一种以此硼酸酯为主体，含有润滑剂、稀释剂和添加剂的硼酸酯型制动液的生产工艺。通过制动液的性能分析，表明所研制的制动液达到美国联邦机动车辆安全标准FMVSSNO.116DOT-5 的要求，为一新型高级合成制动液。
- 详细介绍：
- 一 作品的目的 作品利用了硼酸酯的分子可设计性合成干湿沸点高，低温粘度好以及水解稳定性好的硼酸酯，并以此硼酸酯为基础液研制硼酸酯型机动车制动液。 二 研究内容 （一）硼酸酯的合成及表征 实验合成了十二种不同结构的醇醚类硼酸酯，并通过IR图谱对十二种不同结构的硼酸酯进行表征。 一方面由于硼酸根的平面三角形结构在链状酯中受角张力的影响较小；另一方面由于三乙二醇丁醚的长链结构使得分子的接触面积增大，故沸点较高。而成环状的硼酸酯，比如四元环，五元环，六元环，它们的干沸点随着环的增大而增大，其原因是在支链都是三乙二醇丁醚的情况下，随着环的增大角张力越减小，而且环增大也会使分子的接触面积增大，致使沸点呈升高的趋势。而环达到一定体积时环的角张力对沸点的影响可以忽略不计，同时环的接触面积增大了，此时致使较大环状硼酸酯的沸点反而超过了链状的硼酸酯的，究其原因是大环状硼酸酯使分子的接触面积较链状的更大。对于链状硼酸酯，当链的聚乙二醇正构烃基醚的聚合度一定时，链中的碳氧个数比越大，其沸点越高。这主要是因为链中聚合度一定的正构烃基醚的碳氧个数比越大，醚基中的正构烷烃链越长，其结构在空间的伸展度越大，与其他分子间的接触面积越大，则分子间作用力也越大，最终导致沸点越大。 选择具有代表性的两种自制硼酸酯进行红外光谱表征，从IR图谱可以看出，在1378cm- 1左右为B—O键的特征吸收峰，892cm- 1左右为B—O 半极性键的特征吸收峰，737 cm -1左右为长链硼酸酯的特征吸收峰。结合酯化反应过程中的出水量可以确定所合成的样品为所预期的目标产物。 （二）制动液的配制及其性能表征 1.单纯形格子点设计的确定 考虑到多聚乙二醇醚及多聚乙二醇三个组分的含量能够影响制动液的干沸点。用Excel 2000 的“规划求解工具”对回归模型进行规划求解，从而得的配方比其他配方偏高。 2.均与设计 我们将合成的硼酸酯，多聚乙二醇醚及多聚乙二醇三种组分约束在一定范围内用Uniform Design Version 3.00 辅助设计软件按U*7（74）均匀设计表进行了均匀设计，得出均匀设计偏差D=0.2132。进而优化配方，使其达到国标的要求。 3.制动液的性能 对均匀设计中的各组配方，进行制动液的其他性能的表征，采用一系列国标方法如金属叠片腐蚀检验方法评定制动液的高温性能，制动液蒸发损失检验法评定制动液的蒸发性能，制动液抗氧性检验法评定制动液的抗氧化特性，制动液橡胶皮碗适应性检验制动液及其原料对机动车辆液压制系统所用橡胶皮碗的适应性，制动液防锈性检验法评定制动液的防锈能力等对制动液的性能进行了检测。最终研制出两种制动液性能完全达到国标要求的配方。 三 结论 作品合成出干平衡回流沸点在240℃ 以上, 水解稳定性在60天以上的制动液用硼酸酯，干湿沸点高，方法简单，收率高。以此硼酸酯为基础液的制动液符合国家合成制动液的标准，同时成本低，竞争力强。 四 市场前景 随着我国汽车行业的快速发展以及高速公路里程的不断增加，到2010年，我国汽车制动液年需求量约9×105吨，需要硼酸酯3.0×105 /吨。这仅仅是新车的使用量，如果加上汽车维修厂加注制动液，年需量将成倍增长，制动液年需求量将达到18×105吨，需要硼酸酯6.0×105 /吨，市场前景看好。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：利用硼酸酯的分子可设计性制备硼酸酯，使其既具有较高的干、湿沸点，较低的低温粘度，较好的水解稳定性。最终优化出硼酸酯型制动液的配方。既解决了制动液的质量水平低下的实际问题，又为硼酸酯型合成制动液的生产和使用提供科学根据。 思路：采用三乙二醇醚和四乙二醇醚与硼酸酯化反应制备硼酸酯，试验确定反应时间、反应温度、带水剂的种类等合成条件。确定硼酸酯型制动液的配方并对制动液的性质进行检测。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品依托于硼办项目的资助，并进行了大量的实验和实践研究，原料易得，制备工艺简单，国内独创。本项目改善硼酸酯的制备条件，改善其水解稳定性。同时降低其在制动液中的加入量，并提高蒸发性能，生产出高级硼酸酯型制动液。作品制备的硼酸酯水解稳定性为60天；制动液的干平衡回流沸点高达240℃，高温时不易产生气阻；低温运动黏度低，-40℃达840mm2/s，在寒冷地区能保证其低温流动性。稳定性高。
应用价值和现实意义
- 目前，国内市场使用的制动液的质量水平低下，大量低价劣质制动液产品占据市场销售主导地位，急需要研制高质量合成制动液。本作品合成的硼酸酯的平衡回流沸点达到240℃；低温粘度达到840mm2/s；水解稳定性达60天以上。制动液的使用性能检测按照《国标》GB12981-2003方法进行，并符合美国FMVSSN0.116DOT--5的要求；满足效果和质量指标符合的要求，降低硼酸酯的添加量，降低产品成本。
学术论文摘要
- 汽车制动液是液压式汽车制动系统中使用的传递制动能量的功能液体，其质量性能状况直接关系到车辆的行驶安全。随着汽车发动机技术水平的不断提高、道路交通条件的改善、高速公路的发展以及制动系统结构的改进，对制动液的性能要求越来越高。为了适应这种要求，质量等级较高的硼酸酯型合成制动液在国内外得到快速发展。本作品根据国内外合成制动液现状以及发展趋势，首先制备制动液用硼酸酯，然后合成硼酸酯型制动液。
获奖情况
- 作品在国内核心期刊发表论文三篇 1. 硼酸酯型制动液的研究进展 2. 制动液用环状硼酸酯的研制 3. 制动液用链状硼酸酯的研制
鉴定结果
- 无
参考文献
- 1.刘自勇．汽车制动液[J]．汽车维修技师，2009，(11)：82． 2. 郭燕．有机硼酸酯应用现状及发展趋势[J]．贵州化工，2009，34(2)：26~28． 3.张永斌，孙梅．制动液的品质要求与合理使用[J]．农机使用与维修，2009(5)：30． 4.姜林．我国合成制动液的技术和质量状况[J]．润滑油，2007，22(3)：11~14． 5.赵晓晨，纪桂芬．国内外合成制动液的应用现状与发展趋势[J]．炼油与化工，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.
同类课题研究水平概述
- 随着汽车工业和高速公路的发展，60 年代末70年代初，研制具有更高干、湿平衡回流沸点、较低低温粘度和低水敏感性的新一代合成制动液成为各国制动液制造厂家感兴趣的热点。为此，美国联邦运输部(DOT)于1972年提出了DOT3、DOT4 和DOT5制动液标准，并首次在性能指标中增加了湿平衡回流沸点指标来评价水分对制动液高温性能的影响。为了提高平衡回流沸点和减少吸湿性，经过大量探索研究工作，人们发现酯型制动液能满足上述要求，尤其是对聚乙二醇醚进行硼酸酯化能显著降低水分对醇醚型制动液沸点的影响，因此，硼酸酯型制动液得到很大发展。 大量资料表明，欧、美、日等西方发达国家对乙二醇醚及其硼酸酯型制动液进行了大量研究，美国奥林化学公司(Olin Chem．Co．)率先进入这一研究领域，并在 1971年首先获得了美国专利U．S．3625899。随后，美国道化学公司、联合碳化物公司日本三洋化学工业公司、东邦化学工业公司、油脂公司、中央化学工业公司、德国 BASF公司HOECHST公司、英国帝国化学工业公司(ICI公司)以及法国、俄罗斯 、印度等国的有关厂家均做了许多研究工作。日本1983年发表的“硼酸酯型制动液”和美国1987年发表的DOT4制动液进展”报告表明，DOT4制动液主要就是硼酸酯型制动液。随着对乙二醇醚及其硼酸酯技术研究工作的深入，进入80年代后，人们又相继研制出了具有比DOT4制动液高、低温性能和使用寿命更优异的乙二醇醚硼酸酯型超级DOT4和DOT5.1制动液。超级DOT4制动液具有更高干、湿平衡回流砩点、更好低温性。被许多汽车厂家认可，并得到广泛应用。 与国外制动液研究情况相比，我国制动液研究工作长期处于比较落后的状态，但近年来这种状况有所改善。随着汽车制造技术的更新，从90年代开始采用了更多新材料、新工艺，特别是ABS刹车防抱系统的采用，要求制动液具有更好的流动性和抗气阻性能。今后，随着我国汽车性能的提高和公路条件的不断改善、车速的不断提高，要求制动液有较高的干、湿沸点，防止高温时产生气阻。DOT3、DOT4级的制动液需求将呈快速增长，DOT4级以上更高沸点的制动液需求也正逐年增加。随着汽车行业的进一步发展和制动液产品标准及试验方法的不断完善与提高，我国合成制动液产品质量和技水平也将得到更大发展。
