هنر تولید گریس

انتخاب گریس برای یک کاربرد خاص مستلزم درک نحوه ماندگاری گریس در شرایط عملیاتی است که می تواند شامل فشارها و دمای متغیر باشد. شناسایی گریس مناسب می تواند چالش برانگیز باشد زیرا فرآیند تولید گریس تأثیرات چشمگیری بر خواص محصول نهایی دارد و بخش هایی از این فرآیند برای کنترل کامل نیاز به تجربه دارد.

مشکل عمده عملی برای گریس ها تهیه سازه ای است که تحت برش و در تمام دماهایی که ممکن است هنگام استفاده در معرض آن قرار گیرد، مقاومت کند. در عین حال، گریس باید بتواند از طریق اسلحه های گریس و از نقطه ای به نقطه دیگر در دستگاه روغن کاری به یاتاقان جریان یابد و در صورت لزوم به خودی خود به طور قابل توجهی به قدرت مورد نیاز برای کارکرد دستگاه اضافه نکند.

این الزامات با گذشت زمان تغییر نکرده است و به این معنی است که هر گریس تجاری برای انجام موفقیت آمیز باید تعدادی از الزامات را برآورده کند.

در حالی که پیشرفت هایی در نحوه تولید گریس رخ داده است، تولید گریس هنوز یک هنر محسوب می شود، زیرا خواص محصول نهایی گریس به عوامل زیادی بستگی دارد، از جمله: تجهیزات مورد استفاده، پارامترهای پردازش و تجربه کارکنان درگیر در تولید.

رئولوژی علم تغییر شکل و جریان مواد است. اکثر مواد جامد الاستیک در نظر گرفته می شوند (یعنی موادی که تحت تنش قرار می گیرند، انرژی تغییر شکل را ذخیره کرده و به شکل اولیه خود پس می زنند)، در حالی که اکثر مایعات چسبناک در نظر گرفته می شوند (یعنی موادی که وقتی تحت فشار قرار می گیرند انرژی تغییر شکل را ذخیره نمی کنند و شروع به جریان می کنند)  به عبارت دیگر گریس ها مواد ویسکوالاستیک هستند، کمی از هر دو ... گریس ها در حالت استراحت ضخیم هستند و تحت استفاده از برش نازک تر می شوند، بنابراین آنها به عنوان نازک شدن برشی توصیف می شوند.

گریس هایی که برای روانکاری استفاده می شوند در درجه اول شامل یک روغن پایه، ضخیم کننده و افزودنیهای عملکردی هستند.

روغن پایه

روغن پایه مورد استفاده در گریس بر خواص درجه حرارت بالا و پایین، گرانروی و ضخامت راندمان تأثیر می گذارد. عموماً روغنهای پایه ویسکوزیته پایین برای برنامه های کم بار/با سرعت بالا و روغنهای پایه ویسکوزیته بیشتر برای برنامه های با بار زیاد/سرعت کم استفاده می شود. گریسها دارای ویسکوزیته اولیه بالایی هستند که با استفاده از برش به همان میزان ویسکوزیته روغن پایه استفاده شده در گریس کاهش می یابد.

انتظار می رود که گریس های ساخته شده با روغن مصنوعی (به عنوان مثال، پلی آلفاولفین) ویژگی های درجه حرارت بالا و پایین بهتری نسبت به گریس های ساخته شده با روغن های معدنی داشته باشند.

روغن های نفتنی می توانند باعث ضخیم شدن کمتر شوند که می تواند قابلیت پمپاژ را در برنامه های خاص بهبود بخشد و سایر خواص چربی را بهبود بخشد. برخی روغنهای مصنوعی همچنین می توانند در شرایط خاص عملکرد و همچنین سازگاری مواد با مهر و موم را ارائه دهند.

چگونه ضخیم کننده ها نقش دارند

ضخیم کننده چیزی است که گریس را از روان کننده مایع متمایز می کند. ضخیم کننده یک مولکول، پلیمر یا جامد است که به طور معمول تا حدی در مایع روان کننده محلول است و قوام نیمه جامد به گریس می بخشد. صابون ها می توانند غلیظ کننده گریس باشند، در حالی که ضخیم کننده های غیر صابونی شامل پلی اوره، رسهای ارگانوفیلی (به عنوان مثال ، بنتونیت) و سایر مواد هستند. ضخیم کننده ها ممکن است فیبری، کروی یا پلاکتی باشند و بر خواص نهایی گریس تأثیر بگذارند. خواص زیر تحت تأثیر ضخیم کننده قرار می گیرد:

• بافت، که به ظاهر و احساس گریس مربوط می شود و بر چسبندگی آن تأثیر می گذارد
• نقطه افت، یعنی دمایی که در آن گریس در شرایط استاندارد آزمایش، یک قطره روغن آزاد می کند
• ثبات برشی یا مکانیکی، که توانایی مقاومت در برابر تغییرات دائمی قوام ناشی از کار است
• مقاومت در برابر آب، که توانایی مقاومت در برابر آب بدون تأثیرات نامطلوب بر ساختار گریس را دارد
• قابل پمپاژ بودن، یعنی توانایی جریان گریس تحت فشار از طریق سیستم پخش کننده گریس.

یک گریس ساده یا معمولی با واکنش یک اسید آلی با یک یا چند بازه معدنی تهیه می شود، در حالی که یک ضخیم کننده پیچیده از دو یا چند اسید آلی (به عنوان مثال، صابون اولیه (استئارات فلزی) و یک عامل پیچیده کننده [نمک فلزی] تهیه می شود.)  عامل انتخاب شده ویژگی های گریس را تغییر می دهد و معمولاً نقطه افت را افزایش می دهد، که عموماً دمایی است که در آن سیستم ضخیم کننده از کار می افتد، که به تعریف حداکثر دمای سرویس گریس کمک می کند.

ضخیم کننده ها معمولاً در محل در یک روغن پایه شامل یک واکنش شیمیایی آماده می شوند که گاهی اوقات می تواند بسیار حساس به پارامترهای پردازش مانند زمان، دما، فشار/خلاء و همزن/اختلاط باشد.

گریس های معمولی روان کننده بر اساس لیتیوم، کلسیم، سدیم، آلومینیوم، باریم یا کمپلکس های آنها ساخته می شوند.

بر اساس اطلاعات سال 2018 از تولید گریس در سراسر جهان، 74.18% حجمی، حاوی غلیظ کننده صابون لیتیوم است.  نوع ضخیم کننده بر خواص گریس مانند مقاومت در برابر دما، که مربوط به ویسکوزیته است، و شستشو با آب ، که توانایی گریس برای عملکرد و حفظ دست نخورده در آب است، تأثیر می گذارد. انتظار می رود که گریس های مبتنی بر کلسیم، سولفونات کلسیم و ضخیم کننده های آلومینیومی دارای ویژگی های مقاومت بهتری در برابر آب در مقایسه با ضخیم کننده های مبتنی بر سدیم باشند. ضخیم کننده های خاک رس نقطه ذوب مشخصی ندارند، بنابراین از آنها در کاربردهای درجه حرارت بالا استفاده می شود.

مطمئناً از نظر بسیاری از افراد ضخیم کننده بیشترین تأثیر را دارد، زیرا این جزء برای ایجاد قابلیت های اساسی گریس و تعیین کاربرد آن کلیدی است. نوع ضخیم کننده نوع کاربردی که می توان از گریس استفاده کرد را تعیین می کند (به عنوان مثال، درجه حرارت بالا، قرار گرفتن در معرض آب یا رطوبت بیش از حد، مناسب بودن وسایل برقی). به عنوان مثال، لیتیوم نمی تواند در یک گریس درجه غذایی استفاده شود، اما آلومینیوم می تواند استفاده کند.  برخی از ضخیم کننده ها در واقع دارای مزایای ذاتی هستند که از نیاز به افزودنی های خاص جلوگیری می کند.

مواد افزودنی گریس

افزودنی ها دومین جزء موثر در گریس هستند، زیرا افزودنی ها خواص مورد نظر را که توسط غلیظ کننده و روغن پایه ارائه نمی شود، تکمیل می کنند. هدف از افزودنی ها بهبود عملکرد گریس در شرایط کاری استرس زا است. یک افزودنی معمولی اصلاح کننده ویسکوزیته است که خواص سیال پایه را برای افزایش عملکرد در مواد افزودنی با دمای بسیار متغیر تغییر می دهد.

افزودنی ها به طور خاص برای بهبود خواص گریس نهایی به منظور ایجاد مناسب تر برای کاربردهای خاص توسعه یافته اند. مواد افزودنی می توانند چندین ویژگی مختلف را افزایش دهند، از جمله ظرفیت تحمل بار، مقاومت در برابر آب، پایداری اکسیداسیون، پایداری مکانیکی، روانکاری و جداسازی روغن.

بسته به خواص نهایی مورد نیاز برای گریس، طیف وسیعی از مواد می توانند به عنوان افزودنی گریس عمل کنند. مواد افزودنی همچنین می توانند مواد جامد مانند گرافیت برای محافظت در برابر بارهای سنگین یا پودر سرامیک برای محافظت در برنامه های فشار قوی استاتیک باشند.

تولید گریس

گریس ها را می توان با استفاده از فرایندهای مختلف مانند کتری باز، کتری بسته تحت فشار، فرآیند پیمانکار اتوکلاو و فرآیند مداوم تولید کرد.  پردازش تفاوت قابل توجهی در ویژگی ها و عملکرد محصول نهایی ایجاد می کند. به عنوان مثال، گریس های لیتیوم ساخته شده از طریق فرآیند پیمانکاری اوتوکلاو محبوب و استاندارد صنعت هستند، در حالی که گریس های لیتیوم کتری باز، که از طریق واحدهای فرآیند مداوم ساخته می شوند، هنوز برای تولید حجم زیاد کارآمد هستند.

روشهای تولید بر خواص گریس نهایی، از جمله جداسازی روغن، خواص حرارتی، نقطه افت و حتی بازده واکنش اجزای ضخیم کننده تأثیر می گذارد.

اکثر تولیدکنندگان گریس از فرایند کتری باز برای ساخت گریس روان کننده استفاده می کنند. برخی از تولید کنندگان از راکتورهای فشار برای ایجاد پایه ضخیم کننده استفاده می کنند و سپس محصول گریس را در کتری های باز به پایان می رسانند. از آنجا که گریس های روان کننده یک مایع شبه پلاستیکی غیر نیوتنی هستند، طراحی فرآیند تولید گریس حاوی تفاوت های ظریف است. برخی از این تفاوت های ظریف به خوبی مستند شده اند، اما بسیاری دیگر نیاز به تجربه برای رسیدگی و کنترل کافی دارند.

پس از خروج گریس ها از ظرف واکنش، آنها معمولاً از طریق هموژنایزر یا آسیاب برای شکستن ساختار فیبری ضخیم کننده یا بهبود پراکندگی روغن پایه در ضخیم کننده می روند. مقدار روغن و زمان آسیاب مورد نیاز بستگی به قوام مورد نیاز محصول گریس نهایی دارد.

تغییرات پیش رو

افزایش تقاضا برای لیتیوم برای باتری های لیتیوم در وسایل الکترونیکی و برقی منجر به فشار بر قیمت لیتیوم و در دسترس بودن احتمالی آن برای استفاده در گریس ها شده است. 

همه این اطلاعات نشان می دهد که تولید گریس هنری است که با توسعه نیازهای کاربر نهایی و بهبود نیازهای بازار، همچنان در حال تکامل است.