به کار گیری گریس های مناسب در دمای بالا


خلاصه

در انتخاب يك گريس دماي بالا عوامل متعددي نقش دارند. اين عوامل از نوع وگرانروي روغن تا شاخص گرانروي, نوع تغليظ كننده, پايداري مخلوط روغن و تغليظ كننده, خواص و درصد مواد افزودني, دماي محيط, دماي عملياتي, آلودگي محيط, ميزان بار, سرعت و فواصل شارژ مجدد را شامل مي شود.اين عوامل بسيار زياد و متنوع هستند ولي انتخاب يك گريس كه در معرض دماي بسيار بالا قرار خواهد گرفت, حتي از اين هم پيچيده تر است.


چکیده

واقعيت اين است كه كلمه بالا در مورد شرايط دمايي، يك مفهوم نسبي است. گاهي اوقات ياتاقان هايي كه در قفسه نورد فولاد وجود دارد ممكن است در معرض دماهاي تا چند درصد درجه قرار بگيرند. اين ياتاقان ها در حالت عادي دمايي معادل120 تا150 درجه سانتي گراد را متحمل مي شوند. هم چنين دماي كوره هاي عمليات رنگ در صنايع خودرو سازي تا 200 درجه سانتي گراد مي رسد.

در اين دو حالت گريسي كه مورد استفاده قرار مي گيرد، علاوه بر مقاومت حرارتي بايد توانايي تحمل بارهاي شديد، پايداري در برابر اكسيداسيون، پايداري مكانيكي، مقاومت در برابر شسته شدن با آب، قابليت پمپ شدن مناسب و قيمت مناسب به ازاي مصرف حجم هاي بالا را نيز داشته باشد. با وجود كليه اين عوامل مهم كه بايد در نظر گرفته شوند، وجود استراتژي براي انتخاب گريس مفيد استاستراتژي هاي انتخاب

در انتخاب يك گريس مناسب براي استفاده در دماي بالا، در نظر گرفتن طبيعت دماها و عامل تخريب محصول از اهميت ويژه اي برخوردار است. گريس ها را از لحاظ دمايي مي توان به چند گروه تقسيم بندي كرد.

به طور معمول محدوده دمايي يك گريس با قيمت آن گريس ارتباط مستقيم دارد. براي مثال، گريس سنتزي با پايه هيدروكربن هاي فلوئوردار، مي تواند به راحتي در كاربردهاي فضايي تا300 درجه سانتي گراد كاركند، ولي قيمت هر كيلوگرم آن چند صد دلار است. رفتار گريس در مدت زمان طولاني توسط عوامل تخريب تعيين مي شود. از مهم ترين اين عوامل مي توان به پايداري (تنش و برش) مكانيكي، پايداري در برابر اكسيداسيون و پايداري حرارتي اشاره كرد.

گريس در شرايط عملياتي دماي بالا، در اثر تنش حرارتي (در صورتي كه گريس در تماس با هوا باشد) با اكسيداسيون تخريب خواهدشد. اين حالت در اكثر روغن هاي صنعتي نيز مشاهده مي شود.

فرمولاسيون گريس دماي بالا

روغن هاي پايه: هنگام انتخاب يك روغن صنعتي، ابتدا به ويژگي هاي روغن پايه آن توجه مي شود. اين مسئله مي تواند نقطه شروعي براي انتخاب گريس ها باشد. روغن پايه، تغليظ كننده و مواد افزودني از اجزاي تشكيل دهنده گريس ها هستند. هر كدام از اين اجزا بسيار متنوع هستند. روغن هاي پايه را مي توان به دو گروه معدني و سنتزي تقسيم كرد. روغن هاي معدني، پر مصرف ترين نوع روغن پايه است به طوري كه روغن هاي پايه معدني95 درصد گريس هاي توليدي را تشكيل مي دهند. استرهاي سنتزي و هيدروكربن هاي سنتزي پلي آلفا الفين (PAO) در رده دوم و سيليكون ها و تعدادي از روغن هاي سنتزي خاص در رده بعدي قرار مي گيرند.

بر اساس تقسيم بندي انجمن نفت امريكا، روغن هاي پايه به پنج گروه اصلي تقسيم شده اند كه اين امر انتخاب روغن هاي پايه را آسان كرده است.

گروه I ، گروه روغن هاي نفتنيك و روغن هاي پارافيني تصفيه شده با حلال است. اين گروه حاوي درصد زيادي از مولكول هاي ناپايدار غير اشباع است كه افزايش اكسيداسيون را در پي خواهند داشت. علاوه بر اين ها تعدادي مواد قطبي بنام هتروسايكل ها (مولكول هاي شامل نيتروژن، گوگرد و اكسيژن) وجود دارند كه در گروه I جاي مي گيرند. با وجود اينكه مواد قطبي تركيبات فعالي هستند، حل شدن و پراكندگي مواد افزودني در محصول نهايي را تسهيل مي كنند.

گروه II و III آن دسته از روغن هاي معدني را شامل مي شوند كه با فرآيندهاي اضافي، مولكول هاي فعال آنها جدا و يا اشباع شده تا پايداري آنها بهبود يابد.

مي توان گفت اين روغن ها به هيدروكربن هاي سنتزي (PAO) گروه IV بيشتر از روغن هاي معدني گروه اول شبيه هستند. هم چنين به دليل جداسازي مولكول هاي هترو سايكليك فعال در اين گروه، خواص حرارتي و مقاومت در برابر اكسيداسيون به مراتب بهبود مي يابدهيدروكربن هاي سنتزي گروه چهارم (سيالات SHC) ، از تركيب دو يا چند هيدروكربن كوچك كه به تشكيل يك ملكول بزرگتر منجر مي شود توليد مي شوند. اين سيالات گرچه به طور نسبي پايداري بهتري دارند، اما از قيمت بالايي برخوردارند. روغن هاي پايه گروه V ، روغن هايي هستند كه نحوه تخريب آنها لزوماً به شكل حرارتي يا اكسيد شدن نيست. بنابراين اين گروه با ساير گروه ها متفاوت است.

روغن هاي پايه معدني و سنتزي در اثر حرارت تخريب مي شوند. هم چنين اين روغن ها در صورت تماس با هوا اكسيد مي شوند.

نقطه شكست روغن هاي معدني تصفيه شده و هيدروكربن هاي سنتزي (گروه II+ و III ) محدوده دمايي280 تا320 درجه سانتي گراد است. دراين دما مولكول هاي اين مواد تجزيه مي شود.

تغليظ كننده ها: موادي كه به عنوان تغليظ كننده گريس انتخاب مي شوند، ممكن است آلي (مانند پلي اوره)، غير آلي (مانند بنتونيت فعال شده) ويا صابون و صابون كمپلكس (مانند ليتيم، آلومينيوم يا كمپلكس سولفونات كلسيم) باشند. عملكرد گريس به كليه اجزاي آن بستگي داشته و تنها به تغليظ كننده يا به روغن آن ارتباط ندارد. مثلاً نقطه قطره اي شدن سيليكا،1500 درجه سانتي گراد است. با اين حال اين ويژگي محدوده دمايي عملياتي گريس را تعيين نمي كند. بعضي از گريس هاي بنتون نقطه ذوب بسيار بالايي دارند. به طوري كه نقطه قطره اي شدن آنها500 درجه سانتي گراد يا بيشتر است. هنگامي كه گريس هاي غير قابل ذوب در معرض دماي بالا قرار مي گيرند. روغن موجود در آنها اكسيد شده و باقي مانده هيدروكربني و تغليظ كننده آن بر جاي مي ماند.

محدوده دماي عملياتي گريس هاي با تغليظ كننده پلي اوره شبيه گريس هاي پايه صابوني است با اين تفاوت كه اين گريس ها خواص ضد اكسيداسيون و ضد سايش نيز دارند كه به طور مستقيم مربوط به پلي اوره آن است. استفاده از تغليظ كننده هاي پلي اوره ممكن است در آينده عموميت پيدا كند، هر چند توليد آنها با مشكلاتي مانند كار با مواد سمي همراه است.

با وجود اينكه پلي اوره داراي نقطه ذوب بالايي مي باشد، ساير تركيبات تشكيل دهنده گريس فاقد نقطه ذوب بالا بوده و اين امر مانع از استفاده حداكثر دماي كاربرد آن مي شود. البته پلي اوره، بر خلاف گريس هاي پايه صابوني تمايلي به اكسيد شوندگي ندارد. دراين ميان كمپلكس سولفونات كلسيم يك استثنا است. اين تغليظ كننده مشابه پلي اوره داراي خواص ضد اكسيداسيون و ضد زنگ است. علاوه بر آن، داراي نقطه قطره اي شدن بالا و خواص ضد سايش و EP است.

گروه سوم، صابون هاي فلزي يا صابون هاي كمپلكس هستند. گريس هاي پايه ليتيم كمپلكس نسبت به گريس هاي پايه ليتيم، داراي محدوده دمايي بالاتري هستند و اين به دليل محدوده دمايي تخريب شوندگي بالاتر آنها است.

    به طور كلي، محدوده دماي گريس ها با پايه صابون فلزي بين120 تا220 درجه سانتي گراد است. جدول4، ارتباط بين محدوده دماي عملياتي و نقطه قطره اي شدن براي گريس هاي با پايه متفاوت را نشان مي دهد.

مواد افزودني: مواد افزودني كه براي توليد گريس ها انتخاب مي شوند، بايد به عنوان اجزايي از يك سيستم كه شرايط خاصي را متحمل مي شوند در نظر گرفته شوند(همانند روغن ها). مواد افزودني در گريس ها نيز داراي خواصي چون پايداري در برابر اكسيداسيون، مقاومت در برابر خوردگي، مقاومت در برابر سايش، ايجاد جريان در دماي پايين و مقاومت در برابر آب، مي باشند. ماده افزودني براي توليد يك مخلوط سازگار، بايد قابليت كار و هماهنگي با روغن و تغليظ كننده را داشته باشد.

سازگاري گريس دماي بالا

قبل از انتخاب گريس هاي دماي بالا، بايد سازگاري يا عدم سازگاري بين آنها مشخص شود. مطابق قانون آرنيوس، به ازاي هر10 درجه سانتي گراد افزايش دما، فعاليت تركيبات شيميايي دو برابر مي شود. بنابراين ناسازگاري در دماهاي بالاتر مشهودتر است. عدم سازگاري به صورت شل شدن گريس نمايان مي شود.

در اين حالت ممكن است كاربر، سيستم را به منظور تخليه گريس اوليه شارژ كند تا مشكل رفع شود. حالت ديگري كه ممكن است اتفاق بيفتد، اين است كه كاربر مجبور شود كه دستگاه ها را به منظور خارج كردن روانكار اوليه و پاك كردن سيستم باز كند. هم چنين ممكن است تغليظ كننده ها، مواد افزدني و روغن هاي پايه در دماهاي متفاوتي ايجاد مشكل كنند.

به همين منظور براي جلوگيري از صرف هزينه زياد و اتلاف وقت، مي بايست قبل از استفاده يك گريس جديد در سيستم، بررسي هاي جامعي به عمل آيد.

به طور معمول هنگام تبديل مصرف گريس هاي هم خانواده پايه صابوني يا پايه صابون كمپلكس (ليتيم به ليتيم، ليتيم كمپلكس به ليتيم كمپلكس، آلومينيوم كمپلكس به آلومينيوم كمپلكس و غيره) مشكلات كمي به وجود مي آيد. در شرايط بحراني گريس ها نرم مي شوند. (البته سفت شدن نيز امكان پذير است). اين مسئله به دليل ناپايدار شدن و تجزيه روغن، ماده افزودني و تغليظ كننده موجود در گريس است. تعيين زمان تجزيه گريس ها مشكل است. پيش بيني اين موضوع هنگامي كه گريس ها با هم مخلوط مي شوند مشكل تر خواهد بود. همين امر دليل خوبي براي مخلوط نكردن گريس ها با هم است. اين موضوع در گريس هايي كه براي كاربردهاي خاص ساخته مي شود، از اهميت بيشتري برخوردار است. بسياري از روغن هاي خاص كه در فرمولاسيون گريس هاي دماي بالا به كار مي روند (نظير پلي اترهاي حاوي فلوئور، پرفلورو- پلي اترها، فنال- پلي اترها، سيليكون ها وغيره) داراي عمر بيشتري نسبت به تغليظ كننده هاي موجود در گريس مي باشند.

اگر يكي از اجزاي گريس نسبت به رطوبت حساس باشد، بايد احتمال تخريب گريس در برابر رطوبت را بدون توجه به توانايي گريس براي مقاومت در برابر حرارت درنظر گرفت. استفاده يك گريس حاوي روغن محلول در آب گلايكول در شرايط فوق العاده مرطوب نظير سيستم هاي نوار شستشو، عملي غير منطقي است. گرچه گلايكول داراي توانايي مقاومت در برابر شكست حرارتي ناشي از سيستم خشك كن است، ليكن نمي توان وجود رطوبت را ناديده انگاشت.

چگونه مي توان تشخيص داد كه آيا يك گريس دماي بالا براي يك كاربرد مناسب است؟

از آنجايي كه روغن ها و مواد افزودني در دماهاي متفاوتي واكنش نشان مي دهند، بهتر است كه از تركيبات ساده تر استفاده شود. هم چنين بايد مشخص شود كه آيا عمليات به طور دائم و يا متناوب در دماي بالا انجام مي شود يا نه.

در صورتي كه عمليات به صورت پيوسته در دماي200 درجه سانتي گراد يا بيشتر صورت مي گيرد، بايد بعد از آزمايشات لازم، از محصولات كيفيت بالا استفاده شود. هنگامي كه شرايط دمايي عمليات متناوب است استفاده از يك محصول با كيفيت متوسط كه در فواصل شارژ مجدد تعويض شود، قابل كاربرد است.

انتخاب يك گريس دماي بالا

براي انتخاب يك گريس با دماي بالا به توصيه هاي زير توجه كنيد:

1-محدوده دمايي واقعي را تعيين كنيد. معمولاً دماي عملياتي كمتر از آنچه به نظر مي آيد است. از يك سنسور تماسي يا غير تماسي براي اندازه گيري دماي عملياتي گريس استفاده شود. آيا اين مقدار از200 درجه سانتي گراد تجاوز مي كند؟

2-شرايط دمايي متناوب يا دائم است؟ هنگامي كه شرايط دمايي پيوسته است. از يك محصول با كيفيت بالا كه شرايط عملياتي را ارضا كند، استفاده كنيد.

3-احتمال آلودگي با آب را براي گريس در نظر بگيريد. اين آب مي تواند ناشي از محيط عملياتي و يا آلودگي با منابع خارجي باشد.

4-فواصل منطقي شارژ مجدد را تعيين كنيد. در صورتي كه شارژ مجدد با مشكلاتي همراه باشد از يك محصول كيفيت بالا كه هزينه عملياتي آن پايين است استفاده كنيد.

5-وضعيت تميزي سيستم را بررسي كنيد. آيا اين محصول بر روي قطعات چكه مي كند؟ فواصل شارژ مجدد و مقدار آن بايد با در نظر گرفتن مسائل تميزي سيستم تعيين شود.

منبع:

    Machinery Lubrication

    Magazine، May 2002

    

لینک دانلود