مفاهیم و مباني گريس

تعريفي كه انجمن آزمون و مواد آمريكا از گريسهاي روانكار ارائه نموده است: عبارت است از يك محصول جامد يا نيمه جامد كه از پراكنده سازي يك معرف قوام دهنده در روانكار مايع بدست مي آيد. همچنين ممكن است شامل ساير تركيبات القاء كننده خواص ويژه نيز باشد. (ASTM D-288، تعاريف استاندارد عبارات مرتبط با نفت).

كالبد شناسي گريس

هماهنگونه كه از تعريف گريس واضح است، گريسهاي روانكار از سه تركيب عمده ساخته شده است. اين تركيبات عبارتند از روغن، قوام دهنده و افزودني مي باشند. روغن پايه و بسته هاي افزودني جزء تركيبات عمده در فرمولاسيون گريسها مي باشند و همينطور تاثير قابل ملاحظه اي در رفتار گريس دارند. قوام دهنده ها غالبا به صورت اسفنج مي باشد كه روانكار (روغن پايه و افزودني) را در خود نگه ميدارند.

شكل 1: كالبد شناسي گريس

روغن پايه

اغلب گريسها كه امروزه توليد مي شوند از روغن پايه به عنوان تركيبات سيال آنها استفاده مي شود. اين گريسها نوعا در اغلب كاربردهاي صنعتي عملكرد بهتري دارد. در دماهاي بسيار بالا يا پايين، گريسي كه در آن از روغن پايه سنتزي استفاده مي شود پايداري بهتري از خود نشان مي دهد.

قوام دهنده

قوام دهنده ماده اي است كه در تركيب با روانكار انتخاب شده تشكيل ساختار جامد متمايل به شبه مايع را مي نمايد. گونه هاي اوليه غليظ كننده مورد استفاده در گريس از نوع صابونهاي فلزي هستند. اين صابونها شامل ليتيم، آلومينيوم، رس، پلي اوره، سديم و كلسيم هستند. بتازگي گريسهاي با صابون از نوع كمپلكس رايج شده اند. اين نوع گريسها به خاطر نقطه ريزش بالا و توانايي تحمل بار خوب، مورد استقبال واقع شده اند.

گريسهاي كمپلكس از تركيب صابون فلزي متداول با عامل كمپلكس كننده ساخته مي شوند. گريسهاي كمپلكس كه بيشتر مورد مصرف هستند از نوع پايه ليتيم مي باشند كه از تركيب صابون ليتيم معمولي و يك اسيد آلي با وزن مولكولي كم به عنوان عامل كمپلكس كننده ساخته مي شوند.

قوام دهنده هاي غير صابوني نيز در برخي كاربردهاي ويژه از قبيل محيط هاي با دماي بالا، رايج شده اند. بنتونيت و و سيليكاژل دو مثال از قوام دهنده هايي هستند كه در دماهاي بالا ذوب نمي شوند. اينجا يك تصور غلط وجود دارد و آن اينست كه،
اگرچه قوام دهنده نسبت به دماي بالا مقاوم است اما روغن پايه در دماهاي بالا كاملا اكسيد خواهد شد بنابراين نيازمند روانكاري مجدد مي باشد.

افزودني ها

افزودني ها چندين نقش در گريسهاي روانكار ايفا مي كنند. اين وظايف عمدتا شامل تقويت خواص مطلوب، جلوگيري از خواص نامطلوب و ايجاد خواص جديد مي باشد. افزودني بسيار متداول بازدارنده هاي اكسيداسيون و زنگ، افزودني هاي فشارپذير، ضد سايش و عوامل كاهش اصطكاك مي باشند.علاوه بر اين افزودني ها، روانكارهاي مرزي از قبيل دي سولفيد موليبدن يا گرافيت ممكن است در گريس به صورت سوسپانسيون به منظور كاهش اصطكاك و سايش، بدون واكنشهاي شيميايي ناسازگار با سطوح فلز، در شرايط بار سنگين و سرعت هاي پايين استفاده شود.

جدول 1. درجه قوام گريس NLGI

وظيفه گريس

وظيفه گريس، روانكاري و در تماس ماندن با سطح در حال حركت مي باشد بدون اينكه تحت تاثير نيروي جاذبه و نيروي گريز از مركز به بيرون نشت كرده و يا در اثر فشار از محل روانكاري خارج گردد. مهمترين وظيفه گريس آنست كه در طول كاركرد خواص خود را در تمام دماها در حضور نيروهاي برشي حفظ كند.

كاربردهاي مناسب براي گريس

گريس و روغن به هيچ وجه قابل جايگزين نيستند. در مواقعي كه استفاده از روغن به لحاظ عملي مقدور نباشد از گريس استفاده مي شود. انتخاب روانكار براي يك كاربرد خاص با تطبيق طراحي ماشين آلات و شرايط عملياتي با مشخصات روانكار تعيين مي گردد. گريس عموما در موارد زير به كار مي رود:
1- ماشين آلاتي كه به طور متناوب در سرويس بوده يا ماشين آلاتي كه مدت زمان طولاني متوقف مي شوند. زيرا گريس در محل روانكاري باقي مي ماند و به هنگام شروع به كار فيلم روانكار سريعا تشكيل مي شود.
2- ماشين آلات و قطعاتي كه به منظور روانكاري مكرر به راحتي در دسترس نيستند. گريسهاي با كيفيت بالا مي توانند قطعات مجزا و غير قابل دسترس را براي مدت زمان طولاني بدون پر كردن مكرر روانكاري كنند. اين گريسها همچنين مي توانند در موتورها و گيربكسهاي الكتريكي استفاده شوند.
3- ماشين آلات كه تحت شرايط حاد از قبيل دما و فشار بالا، ايجاد شوك در اثر بار زياد يا با سرعت پايين در اثر بار زياد كار مي كنند.
4- اجزاي فرسوده. گريس با ايجاد فيلم با ضخامت بيشتر در محلهاي فرسوده شده در نتيجه سايش در افزايش طول عمر قطعات فرسوده كه قبلا با روغن روانكاري مي شدند، موثر خواهد بود.

خصوصيات اساسي گريس

1- وظايف گريس به عنوان درزگير كاهش نشتي روانكار و دور نگه داشتن آلاينده ها مي باشد. گريسها به خاطر درجه قوام بالا براي جلوگيري از نشتي روانكار و همچنين براي جلوگيري از ورود آلاينده هاي خورنده و مواد خارجي به عنوان درزگير عمل مي كنند. آن همچنين در كنترل اضمحلال درزگيرها موثر مي باشد.
2- مهار گريس آسانتر از روغن مي باشد. روانكاري با روغن نيازمند سيستم گردش روغن با تجهيزات گران و دستگاههاي نگهداري پيچيده بوده اما گريس، به خاطر سفتي آن، نيازمند تجهيزات ساده و ارزان قيمت مي باشد.
3- گريس روانكارهاي جامد را به صورت سوسپانسيون در خود نگه ميدارد. روانكارهاي جامد ازقبيل دي سولفيد موليبدن و گرافيت در دما و فشار بالا با گريس مخلوط مي شوند. گريس اين مواد جامد را تا زمانيكه از روغن خارج شوند به صورت سوسپانسيون در خود نگه ميدارد.
4- سطح سيال نياز به كنترل و آشكارسازي ندارد.

مشخصات گريس

همانند روغن، گريس نيز داراي خصوصياتي است كه به هنگام انتخاب گريس به منظور كاربرد خاص مورد بررسي قرار مي گيرند. خصوصياتي كه عمدتا توسط برند هاي مختلف ارائه مي شود عبارتند از:
قابليت پمپ شدن: توانايي گريس براي پمپ شدن يا وارد شدن در يك سيستم جهت روانكاري مي باشد. در عمل قابليت پمپ شدن يك گريس عبارت است از سهولت جريان در خطوط، نازل ها و اتصالات سيستم توزيع گريس مي باشد.
مقاومت در برابر آب: اين پارامتر بيانگر توانايي مقاومت گريس در برابر آب بدون تغيير در توانايي روانكاري آن مي باشد. كف آب/صابون ممكن است روغن موجود در گريس را به حالت معلق در بياورد، تشكيل امولسيون كه مي تواند روغن معلق را شسته و از گريس خارج كند باعث رقت و كاهش خاصيت روانكاري و تغيير غلظت و تركيب گريس مي شود.
قوام و درجه غلظت: قوام گريس وابسته به نوع و مقدار قوام دهنده و ويسكوزيته روغن پايه آن بوده و بيانگر مقاومت آن در برابر تغيير شكل در اثر اعمال نيرو مي باشد. معيار اندازه گيري قوام، نفوذ پذيري ناميده مي شود. نفوذ پذيري بستگي به قوام دارد كه آيا در اثر جابجايي يا كاركرد دچار تغيير شده است يا نه. روشهاي آزمون ASTM D217 و D1403 براي اندازه گيري نفوذ پذيري گريسهاي كاركرده و نو استفاده مي شود. براي اندازه گيري نفوذ پذيري، به يك مخروط با وزن مشخص اجازه داده مي شود تا در دماي 25 درجه سانتي گراد به مدت 5 ثانيه به داخل گريس فرو رود.
عمق نفوذ مخروط (بر حسب يك دهم ميلي متر) به داخل گريس نفوذ پذيري مي باشد. نفوذ پذيري 100 بيانگر گريس جامد و نفوذپذيري 450 بيانگر گريس نيمه مايع مي باشد. NLGI بر اساس قوام و مطابق با محدوده هاي مشخص شده براي اعداد نفوذپذيري يك سيستم طبقه بندي، از 000 تا 6، ايجاد كرده است. جدول 1 طبقه بندي گريس NLGI و توضيح چگونگي ارتباط قوام با نيمه مايع بودن را نشان مي دهد.
نقطه قطره اي شدن: نقطه قطره اي شدن نشانگر پايداري حرارتي گريس مي باشد. هنگاميكه دماي گريس افزايش مي يابد، نفوذپذيري افزايش مي يابد تا اينكه تبديل به مايع شده و قوام خود را از دست مي دهد. بنابراين نقطه قطره اي شدن دمايي است كه در آن گريس به حد كافي مايع شده و چكه مي كند و نشانگر بالاترين حد دماست كه در آن گريس ساختار خود را حفظ مي كند نه بالاترين دمايي كه در آن گريس قابل استفاده است.
پايداري اكسيداسيون: اين پارامتر بيانگر توانايي ممانعت گريس از ايجاد پيوند شيميايي با اكسيژن مي باشد. واكنش گريس با اكسيژن توليد چسب نامحلول، لجن و رسوبات لاكي مانند مي كند كه باعث كندي عمليات، افزايش سايش و كاهش خصلت پاك كنندگي مي شود.
اثرات دماي بالا: گريس ها در دماهاي بالا بيشتر از روغن آسيب مي بينند. گريس، با توجه به ساختار آن، نميتواند همانند روغنهاي گردشي حرارت را پراكنده سازد. در نتيجه، بدون توانايي دفع گرما، دماهاي بالا منجر به تشديد اكسيداسيون يا حتي ذغالي شدن مي شود كه گريس سفت تر و يا تشكيل پوسته خشك مي نمايد.
موثر بودن روانكاري با گريس وابسته به قوام گريس مي باشد. دماهاي بالا منجر به نرم شدن و جاري شدن مي شوند كه در نتيجه آن گريس از محل مورد نظر خارج مي گردد. روغن معدني موجود در گريس در دماهاي بالاي 177 درجه سانتي گراد ممكن است تبخير و شعله ور شود.
اثرات دماي پايين: اگر دماي گريس به حد كافي پايين باشد، ويسكوزيته آن در حدي خواهد بود كه مي تواند در طبقه بندي هاي گريس سفت قرار گيرد. در اين حالت قابليت پمپ شدن سخت شده، و عملكرد ماشين به دليل محدوديت گشتاور و نيروي مورد نياز غير ممكن خواهد بود. به عنوان راهنمايي، نقطه ريزش روغن پايه مورد استفاده در گريس به عنوان حد پايين دما در گريس مد نظر قرار ميگيرد.

References
1. Pirro, Wessol. Lubrication Fundamentals. New York: Marcel Dekker, 2001.
2. U.S. Army Corps of Engineers. Engineering and Design - Lubricants and Hydraulic Fluids. EM 1110-2-1424 CECW-ET, 1999.