از آنجایی که انواع خاصی از مواد معدنی سیلیس یا سیلیکا می تواند به شدت ساینده باشند، مشخصات ژل سیلیکای پوششی در گریس های روانکار سفت شونده با سیلیکا قابل توجه هستند. به این منظور میزان سائیدگی تعدادی از جامدات را که با روغن های گریسی یا روغن موتور SAE۳۰ مخلوط شدند را بررسی کردند.
تاریخ انتشارچهارشنبه ۱۰ ارديبهشت ۱۳۹۹ - ۱۵:۱۸
کد مطلب : ۱۲۲۵۷۶
ساختار گریسهای روانکار سفت شونده با سیلیکا
مهندس جمال آهنگر کانی/کارشناس ارشد روانکارهای خودرویی و صنعتی*
به گزارش آژانس رویدادهای مهم نفت و انرژی "نفت ما"؛ در این نوشتار، ساختار گریسهای روانکار- سفت شونده های غیر صابونی، کربوهیدراتها و پروتئین ها به عنوان سفت کننده ها در روانکار، منبع و ماهیت سفت کننده های ژل سیلیکا، خصوصیات گریس روانکاری سفت شونده با سیلیکا، مقاومت گریس روانکار پایه سیلیکا در برابر دمای بالا، پایداری مکانیکی روانکارهای سفت شونده سیلیس، جداسازی روغن در گریس های بر پایه سیلیکا، مقاومت در مقابل اکسیداسیون روانکارهای صنعتی سفت شونده با سیلیس، مقاومت در مقابل خوردگی روان کنندهای سفت شونده با سیلیس، مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است.
ساختار گریسهای روانکار- سفت شونده های غیر صابونی:
بسیاری از تغلیظ کننده ها که به عنوان یک جزء از اجزای گریس مورد استفاده قرار می گیرند دارای اندازه ذرات بسیار خوبی هستند. در بعضی از موارد متوسط اندازه ذرات آن بین 1 تا 3 میکرون می باشد. با توجه به کوچکی اندازه ذرات این عوامل تغلیظی اظهار، نظرهای متعددی در این زمینه می توان ارائه داد.
یک اظهار نظر چنین است که تقسیم یک جامد به ذرات کوچکتر در ابعاد کلوئیدی حدود یک میلیون برابر سطح است بنابراین انرژی آزاد سطح را به همان مقدار افزایش می دهد که عامل آن، فعالیت زیاد مواد کلوئیدی است.
اظهار نظر دیگری که می تواند بیشتر به توضیح نحوه عملکرد روانکارهای صنعتی کمک کند، این است که نقاط مختلف شبکه بافتی گریس و تغلیظ کننده، شامل تک تک نقاط بلور پاره شده به عنوان منبع نیروهای همجواری یا نیروهای چسبندگی عمل کنند.
با استفاده از تغلیظ کننده های بنتونیتی ارگانوفیلیک، عملکرد فوق را می توان به این صورت تشریح نمود: گریس روانکار به عنوان یک بدنه در اطراف پلاکت های مونتموریونیت هیدروکربنی قرار دارد. با استفاده از مواد فعال سطحی، یک روغن روانکار معدنی توسط یک تغلیظ کننده جذب شده که تشکیل گریس سفت شونده می دهد. احتمالا" وقتی که مواد معدنی به عنوان سفت کننده استفاده می شود باعث جذب در گریس می شود با اینحال کشش سطحی مایعات نیز ممکن است به نگه داشتن مایع در روغن گریس کمک کند.
با بررسی یک میکرو گرافی از گریسهای روانکار که در آن کربن سیاه، سیلیس فوم و بنتونیت ارگانوفیل به عنوان فاکتور سفت کننده مورد استفاده قرار می گیرند، می توان به این نتیجه دست یافت که با وجود اینکه فیبرها، بیشترین حالت نوع صابونی گریسهای روانکار را مشخص می کنند، به طور خاص برای تهیه گریس های روانکار لازم نیستند.
در میکروگرافی ها، دو سفت کننده آغازین، توده ذراتی را نشان می دهند که هر ذره به نظر می رسد تا حدودی به صورت دایره ای دور می زند. بنتونبت ارگانوفیلیک سفت شده به عنوان پلاکت پیچیده شده و شکل پوسته مانند را نشان می دهد.
گفته می شود یک نوع از سفت کننده های سیلیکا به نام سیلیس ریز که از کره های کوچکی از سیلیس آمورف ساخته شده است 8 تا 10 میلی میکرون قطر دارد که به راحتی به یک شبکه باز نسبتاً بزرگی تبدیل می شوند که دارای قطر 2 میکرون نسبت به محور اصلی می باشند.
تصور می شود که پس از پراکندگی سفت کننده سیلیس ریز در یک مایع روانکار، خوشه های شکننده سیلیس ( به قطر یک تا دو میکرون ) به رشته های کوتاهی از ذرات نهایی شکسته شوند که یک شبکه پیوسته ای را تشکیل دهند.
در حالیکه در گریسهای روان کننده حاوی سفت کننده های غیر آلی، نباید انتظار تغییر فاز با تغییرات دما را داشته باشیم (همانند سیستم های سفت شونده صابونی ) بنابراین گریس های روانکار حاوی غلظت های کم ( کمتر از 2% ) سیلیکای رقیق شده در مایعات معمولی، مایع هستند، اما افزایش ویسکوزیته ظاهری به علت افزایش دما تا زمان رسیدن به یک ساختار چربی مانند افزایش می یابد. پس از خنک سازی، چنین سیستم هایی به مایع تبدیل شده و به ویسکوزیته اصلی نزدیک می شوند.
اعتقاد بر این است که در دمای بالا، تفاوت گسترده ای در پایداری و سازگاری گریس با توجه به نوع مواد افزودنی و نوع سیلیکای مورد استفاده وجود دارد.
چنانچه یک نوع گریس روانکار سفت شده با سیلیکای با گرید 1 را در معرض حرارت 400 درجه فارنهایت قرار بدهیم ظاهر گریس بدون تغییر می ماند، پس از خنک کردن، نمونه تکان داده شده به مایع تبدیل می شود.
کربوهیدراتها و پروتئین ها به عنوان سفت کننده ها در روانکار:
در حالی که مواد فوق در گریسهای روانکار استفاده گسترده ای نداشتند، اما در بعضی از روانکار های ویژه یافت می شوند. به عنوان مثال یک روان کننده قدیمی غیر حلال اتری که حاوی یک گریس روان کننده تغلیظی است به روش زیر تهیه شده است:
9 گرم نشاسته محلول در 22 گرم گلیسرول تا دمای 140 درجه سا نتی گراد حرارت داده شده و یا یک گریس با مخلوط گلیسرول یا گلیکول با 6 تا 10 درصد نشاسته خام تهیه شده است که جهت استفاده در محل تماس با حلال ها بسیار مناسب می باشد. همچنین یک چسب مقاوم در برابر گاز کلر از مخلوط 60% گلیسرول، 30% ساکاروز و 10% گرافیت یا تالک تهیه شد.
چسب طبیعی همانند چسب عربی، چسب تراگاکانت یا آدامس کارائیا نیز به عنوان جایگزین بخشی از یک یا دو صابون کلسیم و سدیم در گریس ها شدند که این چسب ها، عامل تقویت کننده نامیده می شوند و می توا نند جایگزین 20 تا 30 درصد صابون گریس ها شوند. همچنین پروتئین های پراکنده در آب، مانند کازوئین، ژلاتین، یا آلبومین ها نیز توسط محققان در گریس ها استفاده شده است. از متیل سلولز ( 6/3 درصد ) نیز در گریس استفاده شد.
ژل های آلی: ژل های آلی نیز به عنوان عوامل سفت کننده برای گریس های معمولی استفاده می شوند. در سال 1941 ثبت اختراع برای استفاده از آئروژل سیلیکا جهت تبدیل روغن های روانکار به ژل سفت انجام گرفت، در حالی که چنین سیلیس کلوئیدی در طول جنگ جهانی دوم در آلمان به عنوان روغن بدن، مورد استفاده قرار می گرفت.
تا سال 1947 هیچ تلاشی در این کشور صورت نگرفت تا سازندگان گریسهای روانکاری از چنین محصولاتی استفاده نمایند.
پس از آنکه چندین محقق به ادعای استفاده از سیلیس یا هیدروژل های معدنی و یا هیدروکسیدهای غیر آلی جهت سفت کردن مایعات روانکاری پرداخته اند، مشخص شد که رسوبات ژلاتینی همانند سیلیس، آلومین، تیتانیا و فریا (آهن) برای این منظور ارجح هستند.
همچنین این ادعا نیز وجود دارد که فیبراکسید سیلیکوم، آلومینیوم، کلسیم، باریم، تیتانیوم، کروم، آهن، وانادیم، مس، کبالت، نیکل، قلع، سرب و سلنیوم برای ژله ای کردن گریس مناسب هستند. فهرستی از مواد مناسب دیگر جهت تشکیل ژل در روان کنندها را در اینجا ذکر می کنیم: کربنات فلزات قلیایی، اکسید های فلزی متخلخل همانند سیلیکا، منیزیم، آلومین، اکسید آهن، وانادیوم پنتوکسید و دیگر اکسیدهای فلزی سنگین، سولفیدهای فلزی متخلخل همانند سولفیدهای فلزی مس و برخی از سولفیدهای فلزی دیگر و فسفاتها.
همچنین مخلوطی از این موارد نیز ممکن است استفاده شود، گفته می شود مهم ترین سیلیکات های مصنوعی سیلیکات منیزیم یا سیلیکاتهای آلومینیومی هستند.
از آنجایی که ژل های سیلیکا بطور گسترده ای دربین ژل های آلی مورد استفاده قرارمی گیرد مشخصات کاربردی روان کننده ها را با استفاده از چنین سفت کننده هایی توصیف می نمایند.
منبع و ماهیت سفت کننده های ژل سیلیکا:
اکثر تولیدکنندگان گریس های روان کننده، سیلیکاژل آماده شده را جهت مصرف استفاده می کنند که آن شامل یک ماده آلی زیرزمینی متشکل از ذرات کوچک با چگالی ظاهری کم است. بدون تردید این ماده توسط رسوب سدیم سیلیکات در یک محلول بسیار رقیق ساخته می شود و پس از آن محلول سدیم تا حد زیادی حذف می شود.
در یک فرآیند تولید سیلیس مطلوب وبا کیفیت خوب، گفته می شود که از معادله یونی برای حذف یونهای سدیم استفاده می شود. پس از آنکه استون با استفاده از یک حلال دیگر و یا روغن معدنی با مقدار بیش از حد مصرف مورد نیاز، جایگزین شده، آب در ژل های معدنی توسط حلال استون جایگزین می شود. در این حالت ژل به طور کامل با استون استخراج می شود. ژل حاصل، حاوی فاز مایع جدید بوده که در روغن پراکنده شده است.
در روش دیگری استون را می توان به کار گرفت که به دنبال آن اتر نفتی به روغن اضافه می شود. یکی دیگر از روشهای ساخت ژل آبی، شامل مبادله آب در ژل توسط اتیل الکل است که نهایتا" ژل در اتوکلاو تا دمای حدود 245 درجه سانتی گراد و فشار 63 اتمسفر قرار می گیرد. پس ازآن بخار الکلی پمپ شده و ژل در روغن معدنی پراکنده می شود.
شاید استروئید ژل توخالی نیز بتواند به عنوان سنتز کننده جهت مایعات روانکاری استفاده شود. چنین استروئیدها یی با پمپ کردن دو محلول به یک نازلی که متصل به یک برج اسپری کننده می باشد ودر آن توسط هوا انفجار صورت می گیرد، ساخته می شود. این محلول ها شامل اسید سولفوریک و سولفات آلومینیوم و دیگری حاوی سیلیکات سدیم رقیق می باشند. اسفرها (کره ها) برای حذف نمک های محلول، شسته شده و سپس خشک می شوند. محصول تولیدی به عنوان یک پودر سفید – قهوه ای رنگ توصیف می شود.
ساختار ژل سیلیکا:
کلمه ژل به طور دقیق ماهیت فیزیکی موادی را که صنعت گریس آن را روان کننده سیلیکاژل می نامد توصیف نمی کند بلکه وضعیت و ویژگی این محصول را در یک مرحله ای از تولید توصیف می کند.
ذرات وآگلومراهای اولیه درحدود 8 آنگستروم قطردارند ودرهنگام تشکیل الیاف به عنوان ذرات متراکم دارای ابعاد 25 تا 35 آنگستروم می باشند. آگلومراهای ثانویه از به هم آمیخته شدن الیاف و فیبرهای چنین آگلومراهای ثانویه ای می توانند عملا" هریک از ابعاد را داشته باشند، اما گفته می شود مواد تجاری ذرات آگلومراها دارای اندازه 3 تا 5 میکرون می باشند. گفت می شود فاصله یا حفره بین الیاف و فیبرهای قید شده فوق، از50 تا400 آنگستروم با میانگین حدودا" 250 آنگستروم می باشد.
مقاومت در برابر آب:
زمانی که گریس های روانکاری ساخته شده با سفت کننده های سیلیکاژلی در معرض آب قرار می گیرد، ژل آن به سرعت تجزیه می شود. میزان مقاومت روان کننده های مورد بحث را دربرابر آب، می توان با پوشش سیلیس یا با استفاده از افزودنی های مناسب بهبود داد.
از روش های سنتی مختلفی جهت نشان دادن مقاومت این نوع گریس ها دربرابر شکست ساختار گریس درحضور آب استفاده می شود. در یک مورد از این روش ها با افزودن اولیه 5 درصد آب به گریس و مخلوط کردن آنها و بتدریج با ادامه افزایش آب (تقریبا تا 35 درصد)، مخلوط به یک دوغاب دانه دار تبدیل می شود. با انجام این آزمایش می توان پی برد که گریس های با خصوصیات فراهم شده از سیلیکا و پوشش داده شده با سیلوکسین و روغن معدنی، تمایل به از دست دادن ساختار چربی نیستند.
روش دیگری از آزمایش استفاده از آزمون نفوذپذیری گریس کارکرده می باشد به این صورت که ابتدا مقادیر مساوی از گریس و آب را با هم مخلوط نموده و دوبار در آزمون نفوذ پذیری کارکرده گریس ASTM قرارداده و رفتار گریس را قبل و پس از کارکرد بررسی می نمائیم. همچنین مشاهدات مربوط به نوع امولسیون شکل گرفته و حضور آب آزاد پس از مخلوط آب و گریس را بررسی می کنیم. مشخص شده است که وضعیت گریس با سفت شونده سیلیکا درهر دو آزمایش رضایتبخش بوده است.
خصوصیات گریس روانکاری سفت شونده با سیلیکا:
از آنجایی که انواع خاصی از مواد معدنی سیلیس یا سیلیکا می تواند به شدت ساینده باشند، مشخصات ژل سیلیکای پوششی در گریس های روانکار سفت شونده با سیلیکا قابل توجه هستند. به این منظور میزان سائیدگی تعدادی از جامدات را که با روغن های گریسی یا روغن موتور SAE30 مخلوط شدند را بررسی کردند.
روش مورد نظر استفاده از یاتاقانهای غلطکی بود که پس از استفاده ازاین روانکار درآن میزان کاهش وزنی پس از شرایط تحمل بار سنجیده شد. با این آزمایش نتیجه گیری شد که چنانچه سیلیکا به اندازه کافی مناسب باشد میزان سایش به اندازه 3 تا 5 میکرون و یا حتی کمتر از آن می باشد.
یک تامین کننده که کار قابل توجهی بر روی سیلیکا انجام داد، گزارش داد که بررسی میکروسکوپی سطوح تحمل بار پس از عمل، نشان دهنده عدم سایش می باشد.
میلبرگر و همکاران با استفاده از چهارگلوله آزمون سایش را انجام دادند. نتایج آزمون نشان می دهد که در هنگام استفاده از گریس های با پایه سودا تحت شرایط مشابه با وضعیت بدون استفاده از گریس، میزان کاهش وزن بسیار کم است که حکایت از عدم سایش می باشد. این محققین به این نتایج رسیده اند که نتایج میدانی با استفاده ازچنین روانکاری، میزان سایش اندک را تایید می کند.
مقاومت گریس روانکار پایه سیلیکا در برابر دمای بالا:
از آنجایی که گریس حاوی شونده سیلیس در درجه حرارت بالا، خواص ژلی خود راحفظ می کند، تصور غلطی در مورد کاربردهای آن در دمای بالا ایجاد شده است. باید دانست که عامل محدود کننده در استفاده از مخلوط مایع روانکاری سیلیکا، مقاومت مایع نسبت به دما است.
در یک آزمون مقایسه ای عملکرد یک گریس سفت شونده سیلیکا با یک گریس با پایه صابونی مناسب . (صابون سدیم) بررسی می شود گریس سیلیکاژلی بر روی بلبرینگ کوچک اعمال شده تا دمای 30 درجه فارنهایت کار می کند و همین شرایط نیز با گریس صابونی با پایه سدیم انجام می گیرد، زمان عملکرد گریس سیلیکا بهتر از گریس صابونی مناسب است.
با توجه به نظر میلبرگ و همکارانش در زمینه عملکرد گریس های روانکار سفت شونده با سیلیکا در دماهای بالا، تفاوت زیادی در پایداری سازگاری گریس ها مشاهده می شود که وابسته به استفاده از نوع مواد افزودنی یا نوع سیلیکای مورد مصرف دارد.
همچنین، تفاوتهای قابل توجه در تغییرات سازگاری گریس نسبت به درجه حرارت، وابسته به این موضوع نیزدارد که آیا روان کننده گریس در وضعیت استاتیک قراردارد و یا تحت تنش کاری است؟
به عنوان مثال این محققان یک نوع محصول با دو سیلیس متفاوت را در دمای 400 درجه فارنهایت نگهداری کردند تا دمای متعادل به دست آید. در این مرحله قاعدتا" نمونه ها تغییری نکردند با اینحال پس از خنک شدن و هنگام به هم زدن، یک محصول مایع شده و دیگری نرم شده است.
رفتار این روان کننده ها درشرایط استاتیک، اما با تغییر دما بسیارشگرف بود. از آنجایی که نرمی بیش از حد درطول دوره های گرمایش و خنک کردن بسیار نا مطلوب بود اصلاح فرمول با استفاده از یک تغلیظ کننده سیلیکا انجام شده تا به هنگام گرم و سردشدن مدام، ثبات بسیار بهتری پیدا کند.
برخی از، از دست دادن های پایداری های مکانیکی ممکن است در طول دوره های طولانی در دمای بالا اتفاق بیفتد، اما ظاهرا" تغییر ساختار به اندازه ای نیست که باعث شکست روانکاری شود.
پایداری مکانیکی روانکارهای سفت شونده سیلیس:
موضوع پایداری برشی گریس های روانکار توسط میلبرگر و همکارانش مورد بررسی قرار گرفت. یک روش جهت تعیین این پایداری توسط کارکنان بخش مواد و آزمون انجمن آمریکایی گریس استفاده شد.
بدیهی است که ثبات و پایداری برشی، به ترکیب روانکار بستگی دارد. این محققان میزان ثبات و پایداری گریس را در دستگاه آزمون تعیین نفوذپذیری تعیین کردند. نتایج آزمون نشان می دهد که افزودنی ها بر پایداری برشی محصولات تاثیر گذارند. هیچ نظریه ای در باره دلیل سفت شدن آنها در آزمایش های انجام شده وجود ندارد.
ساختار گریسهای روانکار- سفت شونده های غیر صابونی:
بسیاری از تغلیظ کننده ها که به عنوان یک جزء از اجزای گریس مورد استفاده قرار می گیرند دارای اندازه ذرات بسیار خوبی هستند. در بعضی از موارد متوسط اندازه ذرات آن بین 1 تا 3 میکرون می باشد. با توجه به کوچکی اندازه ذرات این عوامل تغلیظی اظهار، نظرهای متعددی در این زمینه می توان ارائه داد.
یک اظهار نظر چنین است که تقسیم یک جامد به ذرات کوچکتر در ابعاد کلوئیدی حدود یک میلیون برابر سطح است بنابراین انرژی آزاد سطح را به همان مقدار افزایش می دهد که عامل آن، فعالیت زیاد مواد کلوئیدی است.
اظهار نظر دیگری که می تواند بیشتر به توضیح نحوه عملکرد روانکارهای صنعتی کمک کند، این است که نقاط مختلف شبکه بافتی گریس و تغلیظ کننده، شامل تک تک نقاط بلور پاره شده به عنوان منبع نیروهای همجواری یا نیروهای چسبندگی عمل کنند.
با استفاده از تغلیظ کننده های بنتونیتی ارگانوفیلیک، عملکرد فوق را می توان به این صورت تشریح نمود: گریس روانکار به عنوان یک بدنه در اطراف پلاکت های مونتموریونیت هیدروکربنی قرار دارد. با استفاده از مواد فعال سطحی، یک روغن روانکار معدنی توسط یک تغلیظ کننده جذب شده که تشکیل گریس سفت شونده می دهد. احتمالا" وقتی که مواد معدنی به عنوان سفت کننده استفاده می شود باعث جذب در گریس می شود با اینحال کشش سطحی مایعات نیز ممکن است به نگه داشتن مایع در روغن گریس کمک کند.
با بررسی یک میکرو گرافی از گریسهای روانکار که در آن کربن سیاه، سیلیس فوم و بنتونیت ارگانوفیل به عنوان فاکتور سفت کننده مورد استفاده قرار می گیرند، می توان به این نتیجه دست یافت که با وجود اینکه فیبرها، بیشترین حالت نوع صابونی گریسهای روانکار را مشخص می کنند، به طور خاص برای تهیه گریس های روانکار لازم نیستند.
در میکروگرافی ها، دو سفت کننده آغازین، توده ذراتی را نشان می دهند که هر ذره به نظر می رسد تا حدودی به صورت دایره ای دور می زند. بنتونبت ارگانوفیلیک سفت شده به عنوان پلاکت پیچیده شده و شکل پوسته مانند را نشان می دهد.
گفته می شود یک نوع از سفت کننده های سیلیکا به نام سیلیس ریز که از کره های کوچکی از سیلیس آمورف ساخته شده است 8 تا 10 میلی میکرون قطر دارد که به راحتی به یک شبکه باز نسبتاً بزرگی تبدیل می شوند که دارای قطر 2 میکرون نسبت به محور اصلی می باشند.
تصور می شود که پس از پراکندگی سفت کننده سیلیس ریز در یک مایع روانکار، خوشه های شکننده سیلیس ( به قطر یک تا دو میکرون ) به رشته های کوتاهی از ذرات نهایی شکسته شوند که یک شبکه پیوسته ای را تشکیل دهند.
در حالیکه در گریسهای روان کننده حاوی سفت کننده های غیر آلی، نباید انتظار تغییر فاز با تغییرات دما را داشته باشیم (همانند سیستم های سفت شونده صابونی ) بنابراین گریس های روانکار حاوی غلظت های کم ( کمتر از 2% ) سیلیکای رقیق شده در مایعات معمولی، مایع هستند، اما افزایش ویسکوزیته ظاهری به علت افزایش دما تا زمان رسیدن به یک ساختار چربی مانند افزایش می یابد. پس از خنک سازی، چنین سیستم هایی به مایع تبدیل شده و به ویسکوزیته اصلی نزدیک می شوند.
اعتقاد بر این است که در دمای بالا، تفاوت گسترده ای در پایداری و سازگاری گریس با توجه به نوع مواد افزودنی و نوع سیلیکای مورد استفاده وجود دارد.
چنانچه یک نوع گریس روانکار سفت شده با سیلیکای با گرید 1 را در معرض حرارت 400 درجه فارنهایت قرار بدهیم ظاهر گریس بدون تغییر می ماند، پس از خنک کردن، نمونه تکان داده شده به مایع تبدیل می شود.
کربوهیدراتها و پروتئین ها به عنوان سفت کننده ها در روانکار:
در حالی که مواد فوق در گریسهای روانکار استفاده گسترده ای نداشتند، اما در بعضی از روانکار های ویژه یافت می شوند. به عنوان مثال یک روان کننده قدیمی غیر حلال اتری که حاوی یک گریس روان کننده تغلیظی است به روش زیر تهیه شده است:
9 گرم نشاسته محلول در 22 گرم گلیسرول تا دمای 140 درجه سا نتی گراد حرارت داده شده و یا یک گریس با مخلوط گلیسرول یا گلیکول با 6 تا 10 درصد نشاسته خام تهیه شده است که جهت استفاده در محل تماس با حلال ها بسیار مناسب می باشد. همچنین یک چسب مقاوم در برابر گاز کلر از مخلوط 60% گلیسرول، 30% ساکاروز و 10% گرافیت یا تالک تهیه شد.
چسب طبیعی همانند چسب عربی، چسب تراگاکانت یا آدامس کارائیا نیز به عنوان جایگزین بخشی از یک یا دو صابون کلسیم و سدیم در گریس ها شدند که این چسب ها، عامل تقویت کننده نامیده می شوند و می توا نند جایگزین 20 تا 30 درصد صابون گریس ها شوند. همچنین پروتئین های پراکنده در آب، مانند کازوئین، ژلاتین، یا آلبومین ها نیز توسط محققان در گریس ها استفاده شده است. از متیل سلولز ( 6/3 درصد ) نیز در گریس استفاده شد.
ژل های آلی: ژل های آلی نیز به عنوان عوامل سفت کننده برای گریس های معمولی استفاده می شوند. در سال 1941 ثبت اختراع برای استفاده از آئروژل سیلیکا جهت تبدیل روغن های روانکار به ژل سفت انجام گرفت، در حالی که چنین سیلیس کلوئیدی در طول جنگ جهانی دوم در آلمان به عنوان روغن بدن، مورد استفاده قرار می گرفت.
تا سال 1947 هیچ تلاشی در این کشور صورت نگرفت تا سازندگان گریسهای روانکاری از چنین محصولاتی استفاده نمایند.
پس از آنکه چندین محقق به ادعای استفاده از سیلیس یا هیدروژل های معدنی و یا هیدروکسیدهای غیر آلی جهت سفت کردن مایعات روانکاری پرداخته اند، مشخص شد که رسوبات ژلاتینی همانند سیلیس، آلومین، تیتانیا و فریا (آهن) برای این منظور ارجح هستند.
همچنین این ادعا نیز وجود دارد که فیبراکسید سیلیکوم، آلومینیوم، کلسیم، باریم، تیتانیوم، کروم، آهن، وانادیم، مس، کبالت، نیکل، قلع، سرب و سلنیوم برای ژله ای کردن گریس مناسب هستند. فهرستی از مواد مناسب دیگر جهت تشکیل ژل در روان کنندها را در اینجا ذکر می کنیم: کربنات فلزات قلیایی، اکسید های فلزی متخلخل همانند سیلیکا، منیزیم، آلومین، اکسید آهن، وانادیوم پنتوکسید و دیگر اکسیدهای فلزی سنگین، سولفیدهای فلزی متخلخل همانند سولفیدهای فلزی مس و برخی از سولفیدهای فلزی دیگر و فسفاتها.
همچنین مخلوطی از این موارد نیز ممکن است استفاده شود، گفته می شود مهم ترین سیلیکات های مصنوعی سیلیکات منیزیم یا سیلیکاتهای آلومینیومی هستند.
از آنجایی که ژل های سیلیکا بطور گسترده ای دربین ژل های آلی مورد استفاده قرارمی گیرد مشخصات کاربردی روان کننده ها را با استفاده از چنین سفت کننده هایی توصیف می نمایند.
منبع و ماهیت سفت کننده های ژل سیلیکا:
اکثر تولیدکنندگان گریس های روان کننده، سیلیکاژل آماده شده را جهت مصرف استفاده می کنند که آن شامل یک ماده آلی زیرزمینی متشکل از ذرات کوچک با چگالی ظاهری کم است. بدون تردید این ماده توسط رسوب سدیم سیلیکات در یک محلول بسیار رقیق ساخته می شود و پس از آن محلول سدیم تا حد زیادی حذف می شود.
در یک فرآیند تولید سیلیس مطلوب وبا کیفیت خوب، گفته می شود که از معادله یونی برای حذف یونهای سدیم استفاده می شود. پس از آنکه استون با استفاده از یک حلال دیگر و یا روغن معدنی با مقدار بیش از حد مصرف مورد نیاز، جایگزین شده، آب در ژل های معدنی توسط حلال استون جایگزین می شود. در این حالت ژل به طور کامل با استون استخراج می شود. ژل حاصل، حاوی فاز مایع جدید بوده که در روغن پراکنده شده است.
در روش دیگری استون را می توان به کار گرفت که به دنبال آن اتر نفتی به روغن اضافه می شود. یکی دیگر از روشهای ساخت ژل آبی، شامل مبادله آب در ژل توسط اتیل الکل است که نهایتا" ژل در اتوکلاو تا دمای حدود 245 درجه سانتی گراد و فشار 63 اتمسفر قرار می گیرد. پس ازآن بخار الکلی پمپ شده و ژل در روغن معدنی پراکنده می شود.
شاید استروئید ژل توخالی نیز بتواند به عنوان سنتز کننده جهت مایعات روانکاری استفاده شود. چنین استروئیدها یی با پمپ کردن دو محلول به یک نازلی که متصل به یک برج اسپری کننده می باشد ودر آن توسط هوا انفجار صورت می گیرد، ساخته می شود. این محلول ها شامل اسید سولفوریک و سولفات آلومینیوم و دیگری حاوی سیلیکات سدیم رقیق می باشند. اسفرها (کره ها) برای حذف نمک های محلول، شسته شده و سپس خشک می شوند. محصول تولیدی به عنوان یک پودر سفید – قهوه ای رنگ توصیف می شود.
ساختار ژل سیلیکا:
کلمه ژل به طور دقیق ماهیت فیزیکی موادی را که صنعت گریس آن را روان کننده سیلیکاژل می نامد توصیف نمی کند بلکه وضعیت و ویژگی این محصول را در یک مرحله ای از تولید توصیف می کند.
ذرات وآگلومراهای اولیه درحدود 8 آنگستروم قطردارند ودرهنگام تشکیل الیاف به عنوان ذرات متراکم دارای ابعاد 25 تا 35 آنگستروم می باشند. آگلومراهای ثانویه از به هم آمیخته شدن الیاف و فیبرهای چنین آگلومراهای ثانویه ای می توانند عملا" هریک از ابعاد را داشته باشند، اما گفته می شود مواد تجاری ذرات آگلومراها دارای اندازه 3 تا 5 میکرون می باشند. گفت می شود فاصله یا حفره بین الیاف و فیبرهای قید شده فوق، از50 تا400 آنگستروم با میانگین حدودا" 250 آنگستروم می باشد.
مقاومت در برابر آب:
زمانی که گریس های روانکاری ساخته شده با سفت کننده های سیلیکاژلی در معرض آب قرار می گیرد، ژل آن به سرعت تجزیه می شود. میزان مقاومت روان کننده های مورد بحث را دربرابر آب، می توان با پوشش سیلیس یا با استفاده از افزودنی های مناسب بهبود داد.
از روش های سنتی مختلفی جهت نشان دادن مقاومت این نوع گریس ها دربرابر شکست ساختار گریس درحضور آب استفاده می شود. در یک مورد از این روش ها با افزودن اولیه 5 درصد آب به گریس و مخلوط کردن آنها و بتدریج با ادامه افزایش آب (تقریبا تا 35 درصد)، مخلوط به یک دوغاب دانه دار تبدیل می شود. با انجام این آزمایش می توان پی برد که گریس های با خصوصیات فراهم شده از سیلیکا و پوشش داده شده با سیلوکسین و روغن معدنی، تمایل به از دست دادن ساختار چربی نیستند.
روش دیگری از آزمایش استفاده از آزمون نفوذپذیری گریس کارکرده می باشد به این صورت که ابتدا مقادیر مساوی از گریس و آب را با هم مخلوط نموده و دوبار در آزمون نفوذ پذیری کارکرده گریس ASTM قرارداده و رفتار گریس را قبل و پس از کارکرد بررسی می نمائیم. همچنین مشاهدات مربوط به نوع امولسیون شکل گرفته و حضور آب آزاد پس از مخلوط آب و گریس را بررسی می کنیم. مشخص شده است که وضعیت گریس با سفت شونده سیلیکا درهر دو آزمایش رضایتبخش بوده است.
خصوصیات گریس روانکاری سفت شونده با سیلیکا:
از آنجایی که انواع خاصی از مواد معدنی سیلیس یا سیلیکا می تواند به شدت ساینده باشند، مشخصات ژل سیلیکای پوششی در گریس های روانکار سفت شونده با سیلیکا قابل توجه هستند. به این منظور میزان سائیدگی تعدادی از جامدات را که با روغن های گریسی یا روغن موتور SAE30 مخلوط شدند را بررسی کردند.
روش مورد نظر استفاده از یاتاقانهای غلطکی بود که پس از استفاده ازاین روانکار درآن میزان کاهش وزنی پس از شرایط تحمل بار سنجیده شد. با این آزمایش نتیجه گیری شد که چنانچه سیلیکا به اندازه کافی مناسب باشد میزان سایش به اندازه 3 تا 5 میکرون و یا حتی کمتر از آن می باشد.
یک تامین کننده که کار قابل توجهی بر روی سیلیکا انجام داد، گزارش داد که بررسی میکروسکوپی سطوح تحمل بار پس از عمل، نشان دهنده عدم سایش می باشد.
میلبرگر و همکاران با استفاده از چهارگلوله آزمون سایش را انجام دادند. نتایج آزمون نشان می دهد که در هنگام استفاده از گریس های با پایه سودا تحت شرایط مشابه با وضعیت بدون استفاده از گریس، میزان کاهش وزن بسیار کم است که حکایت از عدم سایش می باشد. این محققین به این نتایج رسیده اند که نتایج میدانی با استفاده ازچنین روانکاری، میزان سایش اندک را تایید می کند.
مقاومت گریس روانکار پایه سیلیکا در برابر دمای بالا:
از آنجایی که گریس حاوی شونده سیلیس در درجه حرارت بالا، خواص ژلی خود راحفظ می کند، تصور غلطی در مورد کاربردهای آن در دمای بالا ایجاد شده است. باید دانست که عامل محدود کننده در استفاده از مخلوط مایع روانکاری سیلیکا، مقاومت مایع نسبت به دما است.
در یک آزمون مقایسه ای عملکرد یک گریس سفت شونده سیلیکا با یک گریس با پایه صابونی مناسب . (صابون سدیم) بررسی می شود گریس سیلیکاژلی بر روی بلبرینگ کوچک اعمال شده تا دمای 30 درجه فارنهایت کار می کند و همین شرایط نیز با گریس صابونی با پایه سدیم انجام می گیرد، زمان عملکرد گریس سیلیکا بهتر از گریس صابونی مناسب است.
با توجه به نظر میلبرگ و همکارانش در زمینه عملکرد گریس های روانکار سفت شونده با سیلیکا در دماهای بالا، تفاوت زیادی در پایداری سازگاری گریس ها مشاهده می شود که وابسته به استفاده از نوع مواد افزودنی یا نوع سیلیکای مورد مصرف دارد.
همچنین، تفاوتهای قابل توجه در تغییرات سازگاری گریس نسبت به درجه حرارت، وابسته به این موضوع نیزدارد که آیا روان کننده گریس در وضعیت استاتیک قراردارد و یا تحت تنش کاری است؟
به عنوان مثال این محققان یک نوع محصول با دو سیلیس متفاوت را در دمای 400 درجه فارنهایت نگهداری کردند تا دمای متعادل به دست آید. در این مرحله قاعدتا" نمونه ها تغییری نکردند با اینحال پس از خنک شدن و هنگام به هم زدن، یک محصول مایع شده و دیگری نرم شده است.
رفتار این روان کننده ها درشرایط استاتیک، اما با تغییر دما بسیارشگرف بود. از آنجایی که نرمی بیش از حد درطول دوره های گرمایش و خنک کردن بسیار نا مطلوب بود اصلاح فرمول با استفاده از یک تغلیظ کننده سیلیکا انجام شده تا به هنگام گرم و سردشدن مدام، ثبات بسیار بهتری پیدا کند.
برخی از، از دست دادن های پایداری های مکانیکی ممکن است در طول دوره های طولانی در دمای بالا اتفاق بیفتد، اما ظاهرا" تغییر ساختار به اندازه ای نیست که باعث شکست روانکاری شود.
پایداری مکانیکی روانکارهای سفت شونده سیلیس:
موضوع پایداری برشی گریس های روانکار توسط میلبرگر و همکارانش مورد بررسی قرار گرفت. یک روش جهت تعیین این پایداری توسط کارکنان بخش مواد و آزمون انجمن آمریکایی گریس استفاده شد.
بدیهی است که ثبات و پایداری برشی، به ترکیب روانکار بستگی دارد. این محققان میزان ثبات و پایداری گریس را در دستگاه آزمون تعیین نفوذپذیری تعیین کردند. نتایج آزمون نشان می دهد که افزودنی ها بر پایداری برشی محصولات تاثیر گذارند. هیچ نظریه ای در باره دلیل سفت شدن آنها در آزمایش های انجام شده وجود ندارد.
| اختلاف نفوذ پذیری | نفوذ پذیری بعد از کار | نفوذ پذیری قبل از کار | غلیظ کننده |
| 29 | 191 | 162 | سیلیکا |
| 10- | 171 | 181 | سیلیکا با مواد افزودنی |
جداسازی روغن در گریس های بر پایه سیلیکا:
بر اساس گفته های میلبرگ و همکارانش در میزان جداسازی روغن از گریسهای روانکار با سفت شونده های سیلیکا، تفاوت وجود دارد که علت آن نوع ترکیبات مخلوط، روش پردازش تولید یا نوع فرآوری در طی زمان تولید می باشد.
این گروه از محققین، زمانی که نمونه ها را در سینی های مخروطی در دمای بالا قرار دادند، جداسازی اندکی از روغن را پیدا کردند. از سویی دیگر، همان گریس های روان کننده هنگامی که تحت فشار بیشتری در آزمایش فوق قرار می گیرند، نسبت به گریس های روانکار سفت شونده با صابونهای ضعیف تر، جدایش بیشتری از روغن را نشان می دهند.
به منظور نزدیک شدن به شرایط واقعی آزمون جداسازی روغن، یک وزنه متعادل مخروطی 6 اینچی به وزن 25 پوند بر روی سطح گریس به وزن 38 پوند در یک کاپ توری دار قرار می دهیم.
در مدت زمان سه هفته و در دمای اتاق، از انتهای توری، روغن جدا شده به داخل کاپ ریخته می شود. مشخص شد که گریس های روانکار مطلوب باید حد اکثر 3 گرم روغن جدا شده را در هفته نشان دهند.
برای شرایط فوق، مقدار جدایش روغن بر حسب ویسکوزیته روغن استفاده شده در گریس، متفاوت بود.
جهت دستیابی به بهترین فرمولاسیون و رسیدن به بهترین گریس مطلوب با حداقل جدایش روغن، استفاده از روغن با ویسکوزیته 1000 سی بولت در دمای 100 درجه فارنهایت یا ویسکوزیته بالاتر از آن می باشد.
با این حال، این محققان دریافتند که با تغییر روش فرآوری تولید، می توان از روغن پایه با ویسکوزیته پایین تر هم استفاده کرد. به طوری که نمونه هایی از گریس روانکار حاوی 8% سیلیس، در آزمون نشت، مقدار کمی از روغن را از دست می دهند.
گرانت و کوری به میزان کاهش وزنی یا جدایش روغن 1درصدی در گرایشها سفت شونده با مایعات سیلیکون با سیلیس دست پیدا کردند.
مقاومت در مقابل اکسیداسیون روانکار های صنعتی سفت شونده با سیلیس:
در آزمایش اکسیداسیون بر روی گریس چند منظوره سیلیکا، که با استفاده از روغن های قابل استخراج اسیدی و یا حلال تهیه می شود (در آزمون 100 ساعت ) قطره هایی اندک در فشار حدودا" 1 تا 3 پوند باعث تغییر رنگ مهارکننده های اکسیداسیون آمین شده است که ظاهرا"به دلیل واکنش ضعیف بین مهارکننده اکسیداسیون یا آنتی اکسیدانت با مواد ضایعاتی سیلیکات می باشد.
میلبرگ و همکارانش دریافتند که فرمولاسیونهایی که در آن مواد آنتی اکسیدان در روانکارهای سفت شونده گریس وجود ندارند، از نظر مقاومت و ضد آب بودن بسیار پایداراند. با اینحال مشخص شد که چنین روانکارهایی با بهبود مهارکنندهای اکسیداسیون همراهی نمی کنند. بنابراین اظهار شده است که اثر آنتی اکسیدان بر دیگر خواص گریس بطور کلی ناچیز است.
مقاومت در مقابل خوردگی روان کنندهای سفت شونده با سیلیس:
به طور کلی این نوع از گریس های روان کننده در جلوگیری از خاصیت خوردگی در حضور رطوبت ضعیف اند. بنابراین افزودن مهار کننده های زنگ زدگی در این نوع از گریس ها لازم است و در صورت عدم استفاده از این نوع افزودنی ها، کیفیت گریس در مقابل زنگ زدگی ها رضایت بخش نخواهد بود.
*مدیر کنترل کیفیت (Q.C ) و مدیر واحد R & D شرکت پالایش شمال
۱
