مقدمه
گریس از سه بخش اصلی تشکیل میشود:
روغن پایه
غلیظکننده یا Thickener
مواد افزودنی
روغن پایه معمولاً ۷۰ تا ۹۵ درصد ساختار گریس را تشکیل میدهد و نقش اصلی را در روانکاری، تشکیل فیلم روغن، کنترل دمای کاری، مقاومت در برابر اکسیداسیون و قابلیت حرکت گریس ایفا میکند.
روغن پایه مورد استفاده در گریسها میتواند معدنی یا سنتتیک باشد. هرکدام از این روغنها ویژگیها، مزایا، محدودیتها و حوزههای کاربردی متفاوتی دارند. انتخاب میان گریس پایه معدنی و گریس پایه سنتتیک باید بر اساس دما، سرعت، بار، شرایط محیطی، طول عمر مورد انتظار و هزینه عملیاتی انجام شود.
روغن پایه معدنی چیست؟
روغن پایه معدنی از پالایش و تصفیه نفت خام به دست میآید. این روغنها از ترکیبی از هیدروکربنهای مختلف تشکیل شدهاند و خواص آنها به نوع نفت خام، فرآیند پالایش و سطح تصفیه بستگی دارد.
در صنعت روانکار، روغنهای پایه معدنی در گروههای مختلف API طبقهبندی میشوند. روغنهای گروه I معمولاً تصفیه سادهتری دارند، در حالی که روغنهای گروه II و گروه III از نظر شاخص گرانروی، پایداری اکسیداسیون و خلوص، عملکرد بهتری ارائه میکنند.
گریسهای پایه معدنی به دلیل قیمت مناسب، دسترسی بالا و عملکرد قابل قبول، پرمصرفترین نوع گریس در بسیاری از تجهیزات صنعتی هستند.
روغن پایه سنتتیک چیست؟
روغن پایه سنتتیک از طریق فرآیندهای شیمیایی و با طراحی مولکولی کنترلشده تولید میشود. برخلاف روغن معدنی که ترکیبی از مولکولهای مختلف است، روغن سنتتیک معمولاً ساختار یکنواختتر و توزیع مولکولی کنترلشدهتری دارد.
رایجترین روغنهای پایه سنتتیک در تولید گریس عبارتاند از:
پلیآلفااولفین یا PAO
استرها
سیلیکونها
فلوئوروسیالات یا PFPE
هر یک از این روغنها برای شرایط خاصی طراحی شدهاند. برای مثال، PAO برای دماهای پایین و بالا، استرها برای شرایط دمایی سخت و PFPE برای محیطهای بسیار خورنده یا دماهای فوقالعاده بالا استفاده میشود.
تفاوت ساختار مولکولی
روغن پایه معدنی از مجموعهای از هیدروکربنهای پارافینی، نفتنیک و آروماتیک تشکیل شده است. به همین دلیل، خواص آن در بازههای مختلف دما تغییر بیشتری دارد.
در مقابل، روغن سنتتیک به دلیل ساختار مولکولی یکنواختتر، رفتار قابل پیشبینیتری از خود نشان میدهد. این یکنواختی باعث میشود تغییر گرانروی، تبخیر، اکسیداسیون و تشکیل رسوبات در روغن سنتتیک بهتر کنترل شود.
البته عملکرد نهایی گریس فقط به نوع روغن پایه وابسته نیست. نوع غلیظکننده، مقدار روغن پایه، افزودنیها، فرآیند تولید و شرایط واقعی کار نیز تأثیر زیادی دارند.
مقایسه شاخص گرانروی
شاخص گرانروی نشان میدهد که گرانروی روغن با تغییر دما تا چه اندازه تغییر میکند. هرچه شاخص گرانروی بالاتر باشد، تغییر گرانروی روغن در اثر تغییر دما کمتر خواهد بود.
روغنهای معدنی معمولاً شاخص گرانروی پایینتری نسبت به روغنهای سنتتیک دارند. در دماهای بالا، روغن معدنی رقیقتر میشود و در دماهای پایین نیز تمایل بیشتری به افزایش گرانروی دارد.
روغنهای سنتتیک، بهویژه PAO، معمولاً شاخص گرانروی بالاتری دارند. بنابراین:
در دمای بالا، فیلم روانکار پایدارتری ایجاد میکنند.
در دمای پایین، قابلیت حرکت بهتری دارند.
تغییرات گرانروی آنها در محدوده دمایی وسیعتر کمتر است.
برای راهاندازی تجهیزات در محیطهای سرد مناسبتر هستند.
باید توجه داشت که در گریس، رفتار دمایی به گرانروی روغن پایه و همچنین ساختار غلیظکننده وابسته است. بنابراین شاخص گرانروی بالا بهتنهایی تضمینکننده عملکرد بهتر گریس نیست.
عملکرد گریس های معدنی و سنتتیک در دماهای پایین
یکی از مهمترین تفاوتهای گریسهای معدنی و سنتتیک، عملکرد آنها در دماهای پایین است.
گریس پایه معدنی در دمای پایین ممکن است سفتتر شود و مقاومت بیشتری در برابر حرکت ایجاد کند. این وضعیت میتواند باعث افزایش گشتاور راهاندازی، کاهش سرعت چرخش و افزایش بار روی موتور یا یاتاقان شود.
گریس پایه سنتتیک، بهویژه گریسهای دارای روغن پایه PAO یا برخی استرها، معمولاً در دماهای پایین سیالیت بهتری دارد. این ویژگی برای کاربردهای زیر اهمیت زیادی دارد:
یاتاقانهای سرعت بالا
تجهیزات سردخانهای
سیستمهای فضای باز در مناطق سرد
موتورهای الکتریکی
تجهیزات حملونقل
با این حال، انتخاب گریس سنتتیک برای دمای پایین باید بر اساس نقطه ریزش روغن پایه، گشتاور دمای پایین گریس و اطلاعات سازنده انجام شود.
عملکرد گریس های معدنی و سنتتیک در دماهای بالا
در دماهای بالا، روغن پایه معدنی سریعتر اکسید میشود و ممکن است دچار افزایش گرانروی، تشکیل لاک، رسوب و کاهش توانایی روانکاری شود.
گریس سنتتیک معمولاً در برابر اکسیداسیون حرارتی مقاومتر است. این مقاومت باعث میشود روغن پایه دیرتر تخریب شده و گریس برای مدت طولانیتری عملکرد خود را حفظ کند.
گریسهای سنتتیک برای کاربردهای دمای بالا مانند موارد زیر مناسبتر هستند:
یاتاقانهای کوره
نوار نقالههای گرم
ماشینآلات صنایع فولاد
تجهیزات تولید شیشه
موتورهای الکتریکی با دمای کاری بالا
فنها و الکتروموتورهای صنعتی
تجهیزات صنایع غذایی با فرآیندهای حرارتی
با وجود این، نقطه قطرهای شدن گریس بهتنهایی نشاندهنده دمای کاری مجاز نیست. نقطه قطرهای شدن بیشتر مربوط به تخریب یا تغییر ساختار غلیظکننده است. روغن پایه و غلیظکننده ممکن است در دمایی پایینتر از نقطه قطرهای شدن، به دلیل اکسیداسیون یا تبخیر، عملکرد خود را از دست بدهند.
پایداری گریس های معدنی و سنتتیک در برابر اکسیداسیون
اکسیداسیون زمانی رخ میدهد که روغن پایه با اکسیژن، حرارت، فلزات فعال و سایر عوامل واکنش دهد. نتیجه این فرآیند میتواند شامل موارد زیر باشد:
افزایش گرانروی
تشکیل اسیدها
تولید لجن و لاک
خوردگی قطعات
کاهش توانایی تشکیل فیلم روغن
روغنهای معدنی تصفیهشده مدرن، بهویژه روغنهای گروه II و III، میتوانند با استفاده از افزودنیهای آنتیاکسیدانت عملکرد مناسبی داشته باشند. اما در شرایط سخت حرارتی، بسیاری از روغنهای سنتتیک پایداری ذاتی بالاتری دارند.
در گریسهای سنتتیک، زمان تعویض یا شارژ مجدد میتواند افزایش یابد؛ البته این موضوع به دمای واقعی، آلودگی، بار، رطوبت، سرعت و طراحی سیستم روانکاری بستگی دارد.
تبخیر و کاهش حجم گریس
در دماهای بالا، بخشی از روغن پایه ممکن است تبخیر شود. کاهش روغن پایه باعث خشک شدن گریس، افزایش سفتی، تشکیل رسوب و کاهش توانایی روانکاری میشود.
روغنهای سنتتیک معمولاً فراریت کمتری دارند و در دماهای بالا با سرعت کمتری تبخیر میشوند. این ویژگی در یاتاقانهای کوچک، موتورهای الکتریکی، تجهیزات داغ و محفظههای نیمهبسته اهمیت زیادی دارد.
روغن معدنی با فراریت بالا ممکن است در اثر حرارت، روغن خود را از دست بدهد و غلیظکننده باقیمانده روی سطح به شکل رسوب یا لایه خشک ظاهر شود.
قابلیت تشکیل فیلم روانکار
فیلم روغن باید از تماس مستقیم سطوح فلزی جلوگیری کند. ضخامت و استحکام این فیلم به عوامل مختلفی بستگی دارد:
گرانروی روغن پایه
سرعت حرکت
بار واردشده
دما
نوع سطح
افزودنیهای ضدسایش و فشار شدید
میزان روغن موجود در گریس
روغنهای سنتتیک میتوانند در شرایط دمایی متغیر، فیلم روغن پایدارتری ایجاد کنند. در دمای بالا، گرانروی آنها کمتر افت میکند و در دمای پایین نیز سریعتر به ناحیه روانکاری میرسند.
با این حال، برای بارهای سنگین، وجود افزودنیهای EP یا مواد جامد مانند مولیبدن دیسولفید ممکن است اهمیت بیشتری از سنتتیک بودن روغن پایه داشته باشد.
مقاومت گریس های معدنی و سنتتیک در برابر برش مکانیکی
پایداری مکانیکی گریس عمدتاً به نوع غلیظکننده و ساختار شبکه آن وابسته است، نه فقط روغن پایه.
برای مثال:
گریس لیتیوم کمپلکس معمولاً پایداری مکانیکی خوبی دارد.
گریس پلیاوره برای موتورهای الکتریکی و کاربردهای دمایی مناسب است.
گریس کلسیم سولفونات کمپلکس مقاومت خوبی در برابر آب و بارهای سنگین دارد.
گریس آلومینیوم کمپلکس چسبندگی و مقاومت مناسبی در برابر آب دارد.
روغن پایه سنتتیک میتواند پایداری عملکردی گریس را در طول زمان افزایش دهد، اما اگر غلیظکننده ضعیف باشد، گریس همچنان ممکن است در برابر برش، لرزش یا بار ضربهای دچار تخریب شود.
سازگاری گریس های معدنی و سنتتیک با آب و رطوبت
مقاومت گریس در برابر آب بیشتر به نوع غلیظکننده، ساختار صابون و افزودنیهای ضدزنگ وابسته است. بنابراین نمیتوان گفت هر گریس سنتتیک الزاماً در برابر آب بهتر از گریس معدنی است.
برای نمونه، یک گریس معدنی با غلیظکننده کلسیم سولفونات کمپلکس ممکن است مقاومت بسیار خوبی در برابر آب داشته باشد، در حالی که یک گریس سنتتیک با غلیظکننده نامناسب در محیط مرطوب عملکرد ضعیفتری ارائه دهد.
در شرایط مرطوب باید شاخصهای زیر بررسی شوند:
آزمون شستوشوی آب
آزمون پاشش آب
مقاومت در برابر زنگزدگی
چسبندگی به سطح
تغییر قوام پس از تماس با آب
جداشدگی روغن در حضور آب
تفاوت گریس معدنی و سنتتیک در طول عمر کاری
گریس معدنی برای بسیاری از کاربردهای عمومی طول عمر مناسبی دارد، اما در دماهای بالا، سرعت زیاد، بار متغیر و محیطهای آلوده، فاصله زمانی شارژ مجدد ممکن است کوتاهتر باشد.
گریس سنتتیک معمولاً برای افزایش طول عمر روانکاری انتخاب میشود، زیرا:
مقاومت بیشتری در برابر اکسیداسیون دارد.
تبخیر کمتری در دماهای بالا دارد.
در دماهای پایین عملکرد بهتری ارائه میکند.
در بازه دمایی گستردهتری قابل استفاده است.
در برخی کاربردها مدت زمان سرویس را افزایش میدهد.
با این حال، طول عمر واقعی گریس به مقدار مصرف، طراحی یاتاقان، آلودگی، لرزش، بار، سرعت و روش روانکاری وابسته است. استفاده از گریس سنتتیک، خطاهای طراحی یا انتخاب نادرست گرید NLGI را جبران نمیکند.
مقایسه اقتصادی گریس معدنی و سنتتیک
گریسهای پایه معدنی معمولاً قیمت اولیه پایینتری دارند. این موضوع آنها را برای تجهیزات عمومی، کاربردهای کمدما و ماشینآلاتی که سرویس منظم دارند، به گزینهای اقتصادی تبدیل میکند.
گریسهای سنتتیک قیمت بالاتری دارند، اما در برخی شرایط میتوانند هزینه کل مالکیت را کاهش دهند. این کاهش هزینه ممکن است از طریق موارد زیر ایجاد شود:
کاهش تعداد دفعات گریسکاری
کاهش توقفات تولید
افزایش عمر یاتاقان
کاهش مصرف انرژی
کاهش هزینه نیروی انسانی
کاهش خرابیهای ناشی از اکسیداسیون و حرارت
بنابراین مقایسه نباید فقط بر اساس قیمت هر کیلوگرم انجام شود. هزینه واقعی باید بر مبنای هزینه مصرف سالانه، زمان توقف تجهیزات و عمر قطعات بررسی شود.
قابلیت گریس معدنی و سنتتیک در کاهش مصرف انرژی
در برخی کاربردها، روغنهای سنتتیک به دلیل اصطکاک داخلی کمتر و رفتار بهتر در دماهای پایین میتوانند گشتاور راهاندازی و مقاومت حرکتی را کاهش دهند.
این ویژگی در یاتاقانهای سرعت بالا، موتورهای الکتریکی، گیربکسها و تجهیزات با راهاندازی مکرر اهمیت دارد.
اما میزان کاهش مصرف انرژی به عوامل مختلفی بستگی دارد:
نوع یاتاقان
مقدار گریس
گرید NLGI
سرعت چرخش
بار
دمای کار
طراحی آببندی
وضعیت سطح قطعات
در کاربردهای کمسرعت و بار بالا، اثر روغن پایه بر مصرف انرژی ممکن است کمتر از اثر طراحی مکانیکی و مقدار گریس باشد.
انواع روغنهای سنتتیک و کاربرد آنها در گریس
پلیآلفااولفین یا PAO
PAO یکی از رایجترین روغنهای پایه سنتتیک در گریسهای صنعتی است. ویژگیهای اصلی آن عبارتاند از:
عملکرد خوب در دمای پایین
پایداری حرارتی مناسب
مقاومت خوب در برابر اکسیداسیون
شاخص گرانروی بالا
فراریت پایین
سازگاری مناسب با بسیاری از الاستومرها
PAO در گریسهای یاتاقان، موتور الکتریکی، تجهیزات دمای پایین، ماشینآلات صنعتی و کاربردهای چندمنظوره استفاده میشود.
استرها
استرها قطبیت بیشتری نسبت به PAO دارند و معمولاً چسبندگی و توانایی حل کردن برخی مواد افزودنی را بهبود میدهند.
مزایا:
عملکرد مناسب در دمای بالا
خاصیت روانکاری خوب
قابلیت حلپذیری بهتر افزودنیها
مناسب برای برخی کاربردهای هوافضا و دمای سخت
محدودیت استرها این است که برخی انواع آنها ممکن است با بعضی آببندها، رنگها یا روغنهای پایه دیگر سازگاری محدودی داشته باشند.
سیلیکون
گریسهای پایه سیلیکون در محدوده دمایی گسترده، کاربردهای الکتریکی و محیطهایی که نیاز به بیاثری شیمیایی وجود دارد، مورد استفاده قرار میگیرند.
این گریسها برای برخی یاتاقانهای بار بالا یا کاربردهای فشار شدید مناسب نیستند، مگر اینکه بهطور خاص برای آن شرایط طراحی شده باشند.
PFPE
PFPEها از گرانترین روغنهای پایه سنتتیک هستند و در محیطهای بسیار سخت مانند خلأ، دمای فوقالعاده بالا، مواد شیمیایی خورنده و کاربردهای ویژه استفاده میشوند.
این گریسها از نظر شیمیایی بسیار پایدار هستند، اما قیمت بالا و نیاز به فرمولاسیون اختصاصی، کاربرد آنها را به تجهیزات خاص محدود میکند.
تأثیر نوع روغن پایه بر صنایع غذایی
استفاده از روغن پایه سنتتیک بهتنهایی به معنای Food Grade بودن گریس نیست. برای کاربردهایی که احتمال تماس تصادفی با مواد غذایی وجود دارد، باید کل فرمولاسیون، مواد افزودنی، غلیظکننده، فرآیند تولید و مستندات محصول بررسی شود.
گریس مناسب صنایع غذایی باید دارای تأییدیه معتبر مانند NSF H1 باشد. این تأییدیه برای روانکارهایی است که احتمال تماس تصادفی آنها با مواد غذایی وجود دارد.
در صنایع غذایی، موارد زیر اهمیت زیادی دارند:
نوع روغن پایه
سمیت مواد افزودنی
نوع غلیظکننده
مقاومت در برابر شستوشو
پایداری در برابر بخار و مواد شوینده
قابلیت ردیابی و کنترل آلودگی
وجود گواهی معتبر محصول
نکات مهم در انتخاب گریس معدنی یا سنتتیک
برای انتخاب صحیح، اطلاعات زیر باید مشخص شود:
دمای کاری: حداقل و حداکثر دمای واقعی تجهیز، دمای محیط و دمای ناشی از اصطکاک باید در نظر گرفته شود.
سرعت چرخش: سرعت بالا معمولاً به گریسی با روغن پایه مناسب، قوام صحیح و گشتاور داخلی پایین نیاز دارد. استفاده از گریس بسیار سفت میتواند باعث افزایش حرارت شود.
بار و نوع بار: بار شعاعی، محوری، ضربهای و فشارهای شدید باید بررسی شوند. در شرایط بار بالا، افزودنیهای EP و نوع غلیظکننده اهمیت زیادی دارند.
گرید NLGI: انتخاب میان NLGI 00، 0، 1، 2 یا 3 باید بر اساس طراحی تجهیز، روش تزریق، دما و شرایط روانکاری انجام شود. روغن پایه سنتتیک جایگزین انتخاب صحیح گرید NLGI نیست.
جمعبندی
تفاوت اصلی گریسهای معدنی و سنتتیک در نوع روغن پایه آنهاست و همین تفاوت، عملکرد نهایی گریس را به شکل جدی تحت تأثیر قرار میدهد. گریس معدنی برای کاربردهای عمومی، اقتصادی و شرایط کاری معمول انتخاب خوبی است. اما وقتی دما، سرعت، فشار یا اهمیت تجهیز بالا میرود، گریس سنتتیک مزیتهای فنی قابل توجهی ارائه میدهد.
به زبان ساده:
اگر اولویت شما هزینه کمتر و مصرف عمومی است، گریس معدنی مناسبتر است.
اگر اولویت شما پایداری، عمر بیشتر و عملکرد در شرایط سخت است، گریس سنتتیک انتخاب بهتری خواهد بود.
