2011届应用化工技术专业毕业设计[1]

2013届精细化学品生产技术专业毕业设计（论文）题目：汽车防冻液的配方以及制备方法设计班级：精化1001班姓名：黄垂能学号：201000191029指导老师：曾腊梅完成时间：2013年6月摘要内燃车辆的发动机冷却系统是一个由汽缸、夹套与水箱组成的液冷式密闭循环体系。

冷却系统的工作状态直接影响车辆的正常运行及车辆的使用寿命。

防冻液是内燃机循环冷却系统的冷却介质，主要由防冻剂、缓蚀剂、消泡剂、着色剂、防霉剂、缓冲剂等。

随着汽车工业的发展，对发动机的性能要求也越来越高，不仅要求防冻液具有较低的冰点和较高的沸点，还应具有较好的金属防腐性、防气蚀性、防结垢性，以及对环境污染小或不污染环境，且有较长的使用寿命等等方面的综合性能。

为了开发研制汽车防冻液，本文主要开展了以下研究工作：1、介绍了汽车防冻液的性能特点、组成；2、分析脲基润滑脂在制备过程中的关键问题，指出了原料选择、工艺条件和工艺流程；3、讨论了基础油、稠化剂、添加剂、制备工艺和后处理工艺等影响脲基润滑脂性能的主要因素，并进行了分析。

关键词：汽车防冻液制备性能影响因素目录第一章概论 (1)（一）世界润滑脂的发展趋势及我国润滑脂的现状与差距 (1)1、国外润滑脂的应用现状 (1)2、润滑脂的发展趋势 (2)3、我国润滑脂现状及差距 (2)（二）聚脲润滑脂的性能特点及应用 (2)1、聚脲润滑脂的主要性能特点 (2)2、聚脲润滑脂的各项应用 (3)（三）聚脲润滑脂的毒性分析及对策 (5)1、脲基润滑脂的组成 (5)2、脲基润滑脂的毒性分析 (6)3、降低脲基润滑脂毒性的对策 (8)第二章聚脲润滑脂的研制 (9)（一）选择制备聚脲润滑脂的原料 (9)1、基础油的选择 (9)2、异氰酸酯的选择 (9)3、有机胺的选择 (10)（二）探讨脲基润滑脂的工艺条件 (13)1、反应温度 (13)2、异氰酸酯的加入速度 (13)3、炼制温度对脲基润滑脂结构和滴点的影响 (14)4、研磨条件的选择 (14)5、复合添加剂的选择 (15)（三）聚脲润滑脂的生产工艺 (15)第三章影响脲基润滑脂性能的因素 (17)（一）基础油的影响 (17)（二）稠化剂的影响 (17)1、异氰酸酯的影响 (17)2、有机胺的影响 (17)（三）添加剂的影响 (18)（四）制备工艺的影响 (18)（五）后处理工艺对性能的影响 (18)第四章总结 (20)参考文献 (21)第一章汽车防冻液的概述（一）防冻液的发展历程在汽车工业发展初期，人们就开始使用的冷却液要比今天简单得多。

最早的冷却介质为纯净水，但是为了确保冬季里发动机能够正常运行，福特汽车公司开始使用甲醇作为高级冷却冷却液。

不久由于甲醇过低的沸点和很强的毒性，直接影响了汽车在冬天的安全运行和使用者的健康，于是到二十世纪三十年代甲醇就被淘汰。

乙醇具有比甲醇更高的沸点和较低的毒性而成为其替代品，长时间占据世界冷却液市场的主流地位，但是到了夏天则要与甲醇一样需要换成纯净水，以防因蒸发而导致发动机过热。

第二次世界大战后大量的军事技术转为民用，发动机强化系数越来越高，发出更多的热量，这就需要选用冷却效果和使用稳定性更好的化学物质来作为冷却液。

于是原本为二次大战军用飞机和军用汽车开发的乙二醇加水的混合液，引起沸点更稳定，而结冰的温度比纯净水还要低，可以再冷却系统内全年使用，因而在战后民用领域内，这种冷却液被广泛使用至今。

汽车工业发展到今天，发动机冷却液已经不仅仅停留在冷却和防冻两大功能上，汽车功率不断的增长，促使能源的小号和不断恶化的环境产生的矛盾日益尖锐，为解决这一矛盾汽车技术迅猛发展，发动机冷却系统中各种金属材料的使用条件日益苛刻，于是很快发动机冷却液的防腐功能，防垢功能和防沸功能成为其主要技术指标。

今天冷却液产品的研发也主要是集中于这五个方面。

目前国内用户对汽车发动机冷却液的人士，基本上还停留在夏天用水作为发动机冷却系统中的工作介质，进入冬季换用冷却液。

由于认识上存在这一误区，因此本该全年使用的冷却液，到夏季却排掉换成水，到冬天又重新加注冷却液，如此这般以后，冷却液在我国用户的习惯中就成为季节性的“防冻”液。

也因这一误区，让国内诸多的不法商贩钻了空子，凡是只要加载水中能降低水中能降低水冰点的物料（例如乙醇、甲醇、无机盐）都往水中加，将水变成“防冻”液给用户使用。

由此一系列使用腐蚀出现泄漏，发动机也被腐蚀这不仅影响车辆正常运转，而且还将造成很大经济损失这一切其实就是护士冷却液对发动机五大功能的重要性所致。

（一）汽车防冻液的简介内燃车辆的发动机冷却系冷却系统是一个由汽缸、夹套与冰箱组成的液冷密闭循环体系。

冷却系统的工作状态直接影响车辆的正常运行及车辆的使用寿命。

防冻液是内燃机循环冷却系统的冷却介质，发动机的冷却系统应使用冷却液，特别是在高原寒冷(O℃以下)环境下使用发动机更需使用防冻液，这对发动机的使用很有好处。

防冻液的发展受汽车发动机的构成及其材料的影响很大，随着汽车发动机的飞速发展，对防冻液的要求日益苛刻，不仅要求防冻液具有较高的沸点和较低的冰点，还应具有较好的金属防冻液、防气蚀性、防结垢性、以及对环境的污染小，或不污染环境，而且具有较长的使用寿命等综合性能。

其中防冻液的金属腐蚀性的优劣将会直接影响冷却系统的寿命，劣质的防冻液给内燃机水冷系统带来重大隐患，由于防冻液的性质与水有很大的区别，如果使用不当，不仅冻坏发动机，甚至会引起火灾并危及人、机安全，因此掌握防冻液的正确的使用方法十分重要。

目前，一般都采用乙二醇作为防冻剂。

无论是乙二醇还是水，对金属都有一定的腐蚀性，需要在防冻液中加人防腐剂尤为重要。

1.防冻液的防冻原理化学防冻液本身具有较低的冰点，可作为水的冰点调节剂。

在运输中，给含水煤喷洒一定量的防冻液，能改变煤中冰的结晶形状，使冰晶的分子间结合力减小，强度减弱，其冻结强度会大大降低。

化学防冻液就是以少量的化学物质加入到含水煤或粒状物中，使其水的冰点降低，在一般的低温情况下水不会结冰，即使在较低的温度下结冰，其冰晶结构也发生变化，冻结强度减弱，冻结物用较小外力就能破碎。

2.防冻液的作用防冻液是一种加入发动机冷却水中可降低冷却水凝固温度的溶液。

如果冷却水中不加入防冻液,其结冰后产生的膨胀力可胀裂气缸体和水箱。

因此防冻液可防止冷却水凝结,保持水循环流动。

另外,防冻液可预防冷却系过热,降低水垢对机体的腐蚀作用。

每当冬季来临时,发动机内加换防冻液已成为驾驶员必须考虑的问题。

3.防冻液的主要技术指标研究试验表明，能改变冰晶结构和降低冰点的化学物质很多。

从应用效果、用量和经济的角度选择了有机物和无机物，根据协同作用机理而研制了防冻液。

防冻液的主要技术指标依据北京铁路局企业标准Q/BT 340-2006 的技术指标，并参考了美国材料与试验协会ASTM D3306-1994 和中华人民共和国石油化工行业标准SH 0521-1999而制定。

防冻液除具备冰点低、防冻效果好等特点，还应无腐蚀、无污染。

4.防冻液的功能1)防腐蚀劣质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焊缝开裂并且滴漏,就是因为防冻液对焊锡严重腐蚀造成的。

优质的防冻液,与水相比能很好地保护水箱,延长发动机的寿命。

2)防穴蚀穴蚀是腐蚀的一种,穴蚀在发动机里破坏性极大。

穴蚀严重时会将缸套穿透,造成防冻液渗入燃烧室,这种情况大功率发动机尤为突出。

穴蚀是冷却系统的大敌,优质的防冻液必须具有优良的防穴蚀能力,以延长发动机的寿命。

3)高沸点优质的防冻液应该具备良好的防水箱开锅性能,这就要求它有一个高沸点。

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。

4)防垢许多开车的朋友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深积在金属表面。

水垢形成后,由于燃烧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,造成缸套与气环的擦伤磨损,严重时造成活塞卡死,对发动机有致命的危害。

而优质的防冻液采用蒸馏水制造,并加有防垢添加剂,所以不会产生任何水垢。

5)防冻防冻液具备防冻功能是理所当然的,各种防冻液的冰点是不一样的,这是按不同地方不同的使用温度确定的,当今的防冻液冰点一般在-15℃～68℃之间。

（二）汽车防冻液的基本组成防冻液是由多种的添加剂组成，防冻剂是防冻液的重要成分，约占防冻液的92%～98%，有效的防冻剂是各种有机醇。

图1表示溶液中醇类体积分数和冰点的关系。

图1防冻液体积分数％就冰点而言甲醇是最理想的但甲醇和乙醇的沸点和闪点低，蒸汽压高、易挥发，会引起有效浓度下降，热稳定性差;用异丙醇时，气味大，相对用量大，泡沫多;而乙二醇就没有这样的危险。

乙二醇是一种无色、透明、稍有甜味和具有吸湿性的粘稠液体，它能以任何比例与水相溶。

乙二醇的浓度不同时，冰点也不同。

表2乙二醇-水防冻液的乙二醇质量分数与冰点关系乙二醇-水防冻液的冰点同乙二醇质量分数不呈线性关系。

乙二醇的含量超过68%时，其冰点反而上升。

目前普遍使用的防冻液是乙二醇型防冻液。

（三）汽车防冻液的分类及性能1.依挥发性能为标准分类挥发性防冻液以90%左右的醇为主要成分,具有冻结点低的性能,但由于这种防冻液比水蒸发得快,因此在补充冷却水时,必须补充防冻液的原液。

半挥发性防冻液以甲醇和乙二醇为主要成分，其性能为中等级，和挥发性能防冻液相比蒸发较慢。

非挥发性防冻液以75%以上的乙二醇为主要成分,是市场上的主要产品,尤其适用于重负荷车辆或在山区使用。

2.依生产原料为标准分类乙醇—水型防冻液该防冻液可在-70℃以下使用,但由于乙醇沸点低(78.5℃),因此,在使用过程中乙醇的蒸发损失大,需经常补充,浪费能源,既不经济又不安全,故现在各个国家基本上废止其作为防冻液原料。

甘油—水类型防冻液这种类型防冻液只能降温至-45℃,防冻效果稍差,且价格昂贵,现已不多使用,已被乙二醇—水类型防冻液取代。

乙二醇—水类型防冻液乙二醇的物理化学性质见表1。

表1 乙二醇的物理化学性质以乙二醇—水类型防冻液的冰点,乙二醇含量及溶液密度三者关系见表2。

表2 乙二醇-水类型防冻液物理化学性质关系表3多功能汽车防冻液性能比较从表2可以看出,乙二醇型防冻液,其冰点随着乙二醇在水溶液中的浓度变化而变化,浓度在59%以下时,水溶液中乙二醇浓度升高,冰点降低,但浓度超过59%时,随着乙二醇浓度的升高,其冰点呈上升趋势,当浓度为100%时,其冰点上升至-13℃。

因此,在配制防冻液时应根据实际需要合理调整乙二醇浓度,以达到防冻性及经济性要求。

一般是配成低于地区低于最低温度10℃的防冻液使用浓度。

例如,在北方寒冷地区,乙二醇含量约50%,江南地区40%,在两广地区,一般配成35%即可。