一种行程均匀线性的节温器用蜡类温敏介质的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种行程均匀线性的节温器用蜡类温敏介质的制备方法。该方法采用发汗装置，在冷却降温过程中的适当温度增加高温恒温阶段，在冷却过程结束后在蜡层表面均匀铺满混合的金属颗粒，并在升温发汗过程中强制气流通过蜡层，携带出处于液态组分以制备中间产品；中间产品再调配制得目的产品。本发明专利技术方法具有装置投资低、生产过程简单且操作费用低、无溶剂污染等优点；目的产品控温范围窄且行程均匀线性，可用于蜡质温控阀，特别是作为节温器用蜡类温敏介质。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术属于特种蜡生产
，特别是涉及一种行程均匀线性的节温器用蜡类温敏介质的制备方法。

技术介绍

蜡质温控阀以蜡类物质作为感应温度变化的介质，当环境温度变化时，蜡类物质的体积产生变化，进而控制阀门开度，从而调节物流流量，达到调整、控制温度的目的。蜡质温控阀所用蜡类物质称作温敏介质。
蜡质温控阀的研制始于二十世纪初，其目的是代替内燃机冷却系统所用的波纹管元件进行控温。蜡质温控阀是集感应、放大、执行、反馈、定值等功能于一体的自力式温度和流量的自动控制装置，具有温度特性不随系统压力而明显变化、机械强度高、化学稳定性好、容易批量生产以及易于安装、成本低、温控稳定可靠等优点，因而得到广泛应用。
节温器又称调温器，其作用是根据冷却水温度的高低自动调节进入散热器的水量，改变水的循环范围，以调节冷却系统的散热能力，保证发动机在合适的温度范围内工作。
常用的节温器是蜡式节温器，属蜡质温控阀。蜡式节温器一般采用套管式结构，控温范围10～12℃，根据发动机的最佳工作温度区域，又按标称温度分成70、72、76、80、82等规格。对节温器行程要求为：常温～标称温度+2℃的行程小于1mm，控温范围内（标称温度～标称温度+10℃或标称温度+12℃）行程大于8mm。如标称温度为70℃的节温器的控温区间为70℃～80℃，要求72℃时行程小于1mm，70℃～80℃行程大于8mm。
蜡式节温器是依靠其所用的蜡类温敏介质随温度变化产生体积变化作为输出动作的原动力。当冷却水温度低于规定值时，节温器感温体内的蜡类温敏介质呈固态，节温器阀在弹簧的作用下关闭发动机与散热器之间的通道，冷却水经水泵返回发动机，进行发动机内小循环；当冷却水温度达到规定值后，蜡类温敏介质产生固→液相变，体积膨胀，并压迫橡胶管使其收缩。在橡胶管收缩的同时对推杆作用以向上的推力，推杆对阀门有向下的反推力使阀门开启。这时冷却水经由散热器和节温器阀，再经水泵流回发动机，进行大循环。这样蜡式节温器就能根据冷却水温度的变化自动调节进入散热器的水量，从而保证发动机在合适的温度范围内工作。
为使发动机能够长时间正常工作，应该保持发动机运行过程的平稳，这就要求蜡式节温器在控温范围内推杆的行程最好是均匀线性的，即节温器阀的开度随冷却水温度的变化进行均匀调节，这有利于发动机的平稳工作。同时，蜡式节温器制备过程的技术要求很高，一般需要后续的精细调整过程。为了便于后期调整，通常期望在标称温度-2℃～标称温度+2℃范围内有比较小的行程；同时为使发动机能够平稳工作，在标称温度+2℃～标称温度+10℃（或+12℃）的范围内推杆的行程最好是均匀线性的。以标称温度为70℃的节温器为例，推杆理想的行程应该是：在常温～68℃范围内行程为0，68℃～72℃范围内行程较小（小于1mm），在72℃～80℃范围内行程均匀线性，且70℃～80℃范围内行程要大于8mm。这种要求如摘要附图中的理想性能曲线所示。
从蜡式节温器的工作原理可以看出，蜡类温敏介质是其接收环境温度变化进而输出相应动作的主体，所以蜡类温敏介质的性质是蜡式节温器性能的决定因素。
一般蜡类温敏介质处于液体状态时，其膨胀系数约为6.7×10-4，固态时的膨胀系数比液态时稍大，而在固←→液相变范围内膨胀系数远大于此值。对节温器用蜡类温敏介质的要求就是相变过程的体积膨胀应与节温器的控温范围一致，反映在推杆行程上就是要在节温器的控温范围内大于8mm，而在控温范围以外行程要很小。
石油蜡是原油经过炼制加工后从含蜡馏分油中制得的各类蜡产品的总称，包括液体石蜡、石蜡和微晶蜡。液体石蜡常温下为液态，通常石蜡的熔点为52℃～74℃，微晶蜡的滴熔点为65℃～92℃。商品石油蜡是多种碳数的正构烷烃、异构烷烃、环烷烃等的烃类混合物，其碳数分布较宽，正构烷烃含量较低。
商品石油蜡直接用作节温器的温敏介质时，会导致大循环开启过早（常温～标称温度+2℃范围内推杆的行程大于1mm），使发动机预热时间延长；同时由于在节温器的控温范围内推杆行程较小（标称温度～标称温度+10℃或标称温度+12℃的行程小于8mm），会导致发动机正常工作时大循环的水量不足，会引起发动机过热。这些现象都是由于商品石油蜡的化学组成引起的，即商品石油蜡的碳数分布较宽且含有较多的异构烷烃和环烷烃。所以商品石油蜡必须经分离提纯以缩小碳数分布范围并提高正构烷烃含量，才能用作节温器的蜡类温敏介质。
由于石油蜡必须经严格地分离提纯才能用作节温器的蜡类温敏介质，导致其膨胀在很窄的范围内变化很大，这类似纯净物的熔化过程。对于节温器，其控温范围只有10～12℃，要作到行程的均匀线性是十分困难的。
在石油蜡生产工艺方面常用的石油蜡分离加工手段主要有蒸馏、发汗脱油、溶剂脱油等。
蒸馏是利用不同分子量烃类的沸点不同达到分离提纯的目的，减小蒸馏的沸程可以有效降低产物碳分布的宽度，但对提高正构烷烃含量影响不大，同时由于蒸馏过程需要将石油蜡加热到沸点以上，消耗大量的能量。
溶剂脱油方法是利用正构烷烃与异构烷烃在溶剂中的溶解度不同达到分离提纯的目的，可以有效提高产物中的正构烷烃含量，但对碳分布宽窄的影响不大，同时溶剂脱油生产设备投资大；生产过程中需要大量使用溶剂，回收溶剂需要消耗大量的能量；溶剂中含有苯系物，会对环境造成影响；溶剂易燃，容易造成生产事故。
发汗脱油方法是利用蜡中各种烃类组分熔点不同的性质进行分离提纯的。石油蜡中各种组分的分子量和结构的不同都会使其熔点不同。同为正构烷烃时，分子量较大的正构烷烃的熔点较高，而分子量较小的正构烷烃的熔点较低；分子量相同时，异构烷烃和环烷烃的熔点要低于正构烷烃，且异构程度越高熔点就越低。所以发汗脱油既能降低产物碳分布的宽度又能提高正构烷烃含量。
与蒸馏分离方法相比，由于各种烃类的熔点温度远低于沸点温度，所以发汗分离过程的能耗远低于蒸馏分离；与溶剂分离方法相比，发汗分离过程不使用溶剂，所以发汗分离过程对环境无影响。而且发汗法即能降低产物碳分布的宽度又能提高正构烷烃含量，所以对制备节温器用蜡类温敏介质而言，发汗脱油分离过程在生产过程和产品性能两方面都有优势。
普通的发汗分离过程主要包括以下步骤：（1）准备工作：垫水，用水充满发汗装置皿板下部空间；（2）装料：原料加热至熔点以上呈液态时装入发汗装置；（3）降温结晶：将原料以不大于4℃/h的降温速率缓慢冷却到其熔点以下10～20℃。在冷却过程中，熔点最高的组分先以粗的纤维状晶体形态结晶出来，随着蜡层温度继续降低，其它组分按熔点由高到低的顺序依次结晶形成固体；（4）升温发汗：当蜡层温度达到预设的降温终止温度之后，放掉垫水；再将原料缓慢地加热到预设的发汗终止温度。在升温发汗过程中，随着蜡层温度缓慢升高，熔点较低的环烷烃、异构烷烃和分子量较低的正构烷烃按熔点由低到高的顺序先后熔化成液态并流出（蜡下），最后得到的发汗装置内的剩余物（蜡上）就是熔点高、碳分布窄、正构烷烃含量高的蜡；（5）粗产品收集：升温发汗过程结束后继续升高温度，以熔化取出蜡上，即为粗产品；（6）产品精制、成型、包装：精制过程通常采用白土精制：将粗产品熔化后升温至预定温度，加入白土并恒温搅拌至预定时间后过滤；再经成型、包装即为目的产品。
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【技术保护点】
一种节温器用蜡类温敏介质的制备方法，包括以下内容：（1）在发汗装置中垫水；（2）以商品石蜡为原料，加热熔化后装入发汗装置；所述商品石蜡的熔点为节温器用蜡类温敏介质的标称温度±10℃；（3）以1.0℃/h～3.0℃/h的速率将蜡层降温至适当温度，高温恒温一段时间；再以0.5℃/h～2.5℃/h的速率降温至原料熔点以下5℃～20℃的降温终止温度，并低温恒温一段时间；（4）排出发汗装置中的垫水；然后以0.5℃/h～2.5℃/h的速率升温，蜡层达到预定温度后恒温一段时间，然后停止发汗；其中在升温过程中强制气流通过蜡层；（5）收集蜡上；（6）蜡上经精制、成型后即得到行程均匀线性的节温器用蜡类温敏介质的中间产品；（7）改变原料，重复步骤（1）至（6），即可得到标称温度相近的系列的节温器用蜡类温敏介质的中间产品，这些中间产品满足节温器的要求，即：常温～标称温度+2℃的行程小于1 mm，控温范围内行程大于8mm；再将系列的中间产品进行调配即得到行程均匀线性的节温器用蜡类温敏介质产品。

【技术特征摘要】
1.一种节温器用蜡类温敏介质的制备方法，包括以下内容：
（1）在发汗装置中垫水；
（2）以商品石蜡为原料，加热熔化后装入发汗装置；所述商品石蜡的熔点为节温器用蜡类温敏介质的标称温度±10℃；
（3）以1.0℃/h～3.0℃/h的速率将蜡层降温至适当温度，高温恒温一段时间；再以0.5℃/h～2.5℃/h的速率降温至原料熔点以下5℃～20℃的降温终止温度，并低温恒温一段时间；
（4）排出发汗装置中的垫水；然后以0.5℃/h～2.5℃/h的速率升温，蜡层达到预定温度后恒温一段时间，然后停止发汗；其中在升温过程中强制气流通过蜡层；
（5）收集蜡上；
（6）蜡上经精制、成型后即得到行程均匀线性的节温器用蜡类温敏介质的中间产品；
（7）改变原料，重复步骤（1）至（6），即可得到标称温度相近的系列的节温器用蜡类温敏介质的中间产品，这些中间产品满足节温器的要求，即：常温～标称温度+2℃的行程小于1mm，控温范围内行程大于8mm；再将系列的中间产品进行调配即得到行程均匀线性的节温器用蜡类温敏介质产品。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述商品石蜡的熔点为节温器用蜡类温敏介质的标称温度±5℃。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中原料降温结晶以后、而在步骤（4）升温发汗过程前，在蜡层的表面均匀铺满10～100目，优选20～50目的固体颗粒。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的固体颗粒的密度大于4g/cm3，优选为6～12g/cm3。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的固体颗粒为锌、铁、铜、铅及其合金中的一种或几种。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的固体颗粒选择两种以上的不同密度的固体颗粒，密度相邻的两种固体颗粒材质的密度差为1～5g/cm3。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的强制气流通过蜡层是采用在蜡层上方增大气压和/或在蜡层下方降低气压，使蜡层上下形成压力差实现的，所述的压力差为0.1～5.0个大气压，优选为0.2～2.0个大气压。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中在高温恒温阶段之前的降温速率...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙剑锋，全辉，郭慧兵，吴颖，赵咏鹤，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11