طرح توجیهی تولید گريس گرافيتی با مقاومت بسیار بالا
گريس يكی از محصولات پر كاربرد در روانكاری است. اين محصول به دليل خواص فيزيكی خاص و سهولت استفاده اهميت بالايی در ميان محصولات مشابه دارد. هم اكنون اين محصول در انواع و اقسام بسيار متنوع در سطح جهان تولید می شود. اما بطور كلی گريس ها را می توان به دو دسته تقسيم كرد.
دسته اول گريس هايی هستند كه برای مصارف عام ساخته می شوند اين نوع گريس ها خاصيت منحصر به فردی ندارند و قابل استفاده برای شرايط سخت مانند دمای بسيار پايين، دما يا فشار بسيار بالا نيستند و به دليل سهولت تهیه آن و كيفيت پايين قيمت بسیار پايينی دارند.
اين نوع گريس ها بيشتر در كشورهای در حال توسعه ساخته و تهیه می گردند. دسته دوم گريس هايی هستند كه برای مصارف خاص ساخته شده و يا خواص منحصر به فردی دارند كه از اين دسته ميتوان به گريس های نسوز، گريس های مقاوم در برابر دمای بسيار بالا و پايين و مقاوم در برابر فشار نام برد.
اين نوع گريس ها دارای قيمت بسيار بيشتری نسبت به دسته اول داشته و بيشتر تولید و صادرات اين محصولات در اختيار كشورهای توسعه يافته است. گريس گرافيتی يكی از اين نوع گريس هاست كه مقاومت بسيار بالايی در برابر فشار دارد و با قيمت بالايی در سطح جهان عرضه می شود.
گريس
گريس مخلوط نيمه جامدی از روغنهای معدنی با يک نوع صابون و يا مخلوطی از صابونها هستند که جهت روغنکاری مصرف می گردند. و در درجه حرارت معمولی ممکن است بصورت جامد باشند. طريقه و روش کار آنها به اين ترتيب بوده که در اثر درجه حرارت نرم شده و مانند يک روغن سفت عمل می کنند.
معمولا درصد روغنهای معدنی در گريس ها حدود 90 – 65 درصد می باشد (در بعضی مواقع به گريس ها مواد جامدی مانند گرافيت (گريس گرافيتی) نيز اضافه می شود). گريسها پس از استفاده در اثر ماندن، مجددا سفت شده و استفاده از اين خاصيت بسيار مفيد است.
چون گريس را ميتوان به ياتاقان ها تزريق کرد تا از ياتاقان مربوطه به بيرون نفوذ و سپس در اثر کارکرد، اين مقدار اضافی سخت شده و مانع نفوذ گرد و غبار و رطوبت به داخل ياتاقان می شود. مهمترين انواع گريسهای روان کننده تولید شده در زمان حاضر محصولات غير صابونی شده و صابونی شده_فلزی هستند.
گريس های غير صابونی شده
اين نوع گريسها بر پايه بنتونيتها، پلی کرباميد، کربن سياه (دوده) صنعتی و … همراه با روغنهای سنتتيک و روغنهای معدنی نوع پارافينيک بعنوان عامل روان کننده تولید می شوند. اين نوع گريسها که در مقابل حرارت مقاومت زيادی از خود نشان می دهند و دارای نقطه چکش خواری نیستند.
و اصلا اين نقطه برای آنها قابل اندازه گيری نيست و به همين علت آنها را به عنوان گريس همه کاره به کار می برند و به دليل مقاومت بالا در برابر حرارت در صنايع ذوب آهن، مس و … استفاده می شوند ولی تحمل فشار اين گريسها پائين بوده و مقاومت برشی را تحمل نمی کنند.
گريس های صابونی شده – فلزی
اين گريسها را برحسب نوع صابونی که جهت تهيه از آن استفاده شده است تقسيم بندی می کنند و تقريبا %90 از گريسهای متداول از اين نوع می باشند. مهمترين انواع اين گريسها در زير توضيح داده شده است.
جهت پایين نگهداشتن هزينه های تولید گريس صابونی شده تاحد امکان از اسيدهای چرب استفاده می شود که در نتيجه باعث روان سازی گريس نيز می شود. انواع اسيدهای مورد استفاده عبارتند از: اسيدهای روغن ماهی، اسيدهای چرب حيوانی، اسيد چرب دانه پنبه، استئارين، چربی پشم، چربی اسب، چربی رزين، هيدروکسيد استئاريک اسيد و ..
A) گريس سديم :
در اين نوع گريس صابون بکار رفته صابون سديم می باشد حالت ظاهری اين گريس به صورت جامد است ولی میتوان آن را بصورت نرم نيز درآورد. از اين نوع گريس ميتوان تا نقطه ذوب آن استفاده کرد. نظر به اينکه صابون سديم در آب حل می شود.
از اين نوع گريس در محل هایی که امکان شستشوی صابون در آن وجود دارد کاربرد نداشته و به علت چسبندگی زياد بيشتر برای روغنکاری ياتافان هایی که احتياج کمتری به روغن کاری دارند استفاده می شود.
B) گريس کلسيم :
در اين نوع گريس که مخلوط روغن معدنی و صابون کلسيم می باشد بيشتر جهت روغنکاری در نواحی که مرطوب و يا حتی در تماس دائم با آب می باشند استفاده می شود و اين به علت عدم محلول بودن آن در آب است.
حالت ظاهری آن نرم، و بستگی به نوع روغنی که جهت تولید آن به کار می رود رنگ آن متفاوت است. معمولا اين نوع گريسها را توسط آب پايدار می نمايند که باتوجه به نقطه جوش آب اين نوع گريسها را نميتوان با درجه حرارت بيشتر از نفطه جوش آب بطور دائم استفاده نمود.
زيرا آب در اثر تبخير خارج شده و صابون از روغن جدا می شود. لذا بعضی از اين نوع گريسها را جهت استفاده در شرايطی با درجه حرارت بالاتر توسط ترکيبات شميایی که دارای نقطه جوش بالاتری هستند پايدار می نمايند.
C) گريس مخلوط :
مخلوطی از گريسهای ليتوم و کلسيم می باشد که بيشتر مورد استفاده آن روغنکاری در شرايطی است که تغييرات درجه حرارت از ٤٠ تا ٢٦٠ درجه سانتيگراد باشد. ظاهر آن حالت نرم تری از گريس سديم داشته و بيشتر از ساير گريسها مورد مصرف قرار می گيرد.
D) گريس آلومينيم :
حالت ظاهری اين گريس شبيه وازلين است و به علت چسبندگی خوب آن به فلزات برای روغنکاری شاسی اتومبيل استفاده می شود. از نظر خواص عمومی شبيه گريس کلسيم بوده و در آب حل نمی گردد.
در حرارت های بالاتر از ١٧٥ درجه سانتيگراد بصورت جسم سختی درآمده که خاصيت چسبندگی خود را از دست داده و خاصيت روغنکاری ندارد. تولید گريس آلومينيم (و کلا گريسهای ژل مانند) چون کارایی نداشته و به قطعات اتومبيل ضرر می زنند در تعدادی از کشورها ممنوع شده است.
E) گريس ليتوم :
اين گريس که از روغنهای معدنی و روغنهای مصنوعی تهيه می شود دارای شکل ظاهری نرم بوده و در اثر تغيير درجه حررات سفت نمی شود. در تغييرات درجه حرارت بين ٨٠ تا ٣٠٠ ميتوان از آن استفاده نمود.
اين گريس در برابر آب مقاوم بوده ولی کمی رطوبت جذب می کند و به علت طول عمر نسبتا زياد در گريس کاری هواپيما ها نيز کاربرد دارد. در ساخت اين نوع گريس از هيدروکسيد ليتيوم برای تولید صابون استفاده می شود.
F) گريس باريوم :
اين گريس از نظر شکل ظاهری و خواص شبيه مخلوط سديم است. تنها تفاوت آن ويسکوزيته بالاتر می باشد که در اثر حرارت روان نگشته تا زمانيکه در اثر حرارت بالا تجزيه شود بصورت نيمه جامد باقی می ماند. ضمنا چسبندگی آن به سطح فلزات بسيار خوب است.
G) گريس استرانسيوم :
اين گريس شبيه گريس باريوم است با اين تفاوت که مقاومت آن در حرارت بيشتر از آن است و هنوز به صورت تجارتی از آن استفاده نمی شود.
گريس گرافيتی
گرافيت معمولا بعنوان پر کننده (افزايش دهنده مقاومت گريس در برابر فشار) به گريس اضافه شده و خواص آنرا تحت تاثير قرار می دهد، گرافيت را ميتوان به انواع گريس های پايه صابونی اضافه کرد.
اما معمولا گريس های گرافيتی پايه کلسيم، سديم و ليتيوم عموميت بيشتری دارند و سهم قابل توجهی از تولید و فروش اين محصول را به خود اختصاص داده، و از نظر ساخت به صرفه تر بوده و خواص روان کننده گی بهتری از خود نشان می دهد.
از ميان گريس های گرافيتی که در ايران و جهان ساخته می شود گريس گرافيت پايه کلسيم از عموميت بيشتری برخوردار است زيرا تهيه مواد اوليه آن بخصوص در ايران راحتتر است و اين گريس با وجود قيمت تمام شده کمتر، خواص بسيار مطلوبی در روانکاری دارد.
و ماشين آلات را در برابر نفوذ آب حفظ می کند (آب بندی) از طرفی بيشتر فروش شرکت های داخلی و خارجی که اين نوع گريس را تولید می کنند از نوع پايه کلسيم است بنابراين در اين مطالعه سعی شده بيشتر به گريس گرافيتی پايه کلسيم پرداخته شود.
کاربردهای گريس
گريس ها مشابه روغن ها، برای به حداقل رساندن اصطحکاک و سايش بين سطوح متحرک، کاربرد دارند. در مواردی که روانساز بايد به عنوان مانعی برای جلوگيری از ورود ذرات خارجی عمل کند.
و يا موقعيت حرکت بين دو سطح به گونه ای است که نياز به روانساز نيمه جامد وجود دارد، بايد از گريس استفاده شود. بعلاوه از بعد عملياتی، روانکاری با گريس عموما روانکاری در اکثر دستگاه های صنعتی و خودروها است.
انجمن ملی گريس های روانکار (NLGI)، گريس را اينگونه که از پراکنده کردن ماده سفت کننده در روغن پايه به دست می آيد و در اکثر موارد بمنظور ايجاد و تقويت بعضی از خواص، به آن مواد افزودنی می افزايند.
امروزه با پيشرفت صنعت، گريس های متنوع با کارایی هايی متفاوت تولید می شوند. بعنوان نمونه ميتوان از گريس هايی که در ساختار آنها از فلزات استفاده می شود و تا دمای ١١٠٠ درجه سانتيگراد کارایی دارند، نام برد.
ويژگی گريس ها
مهمترين ويژگی گريس ها توانايی استفاده از آنها به عنوان روانکار مناسب در نقاط غيرقابل دسترس دستگاه های صنعتی است. از طرفی ماشين آلاتی که در آنها از گريس استفاده می شود. طراحی ساده تر و در نتيجه نياز به تعمير و نگهداری کمتری دارند. همچنين از گريس ها ميتوان در آب بندی دستگاه ها سود برد.
ويژگيهای انواع گريس گرافيتی
1. گريس گرافيتی پايه کلسيم :
وزن مخصوص گريس گرافيتی پايه حدود 9/4 پوند بر گالن است و محدوده دمايی آن بين ٢٣ – تا ٧٠ درجه سانتيگراد است. رنگ اين محصول بسته به نوع مواد افزودنی بين خاکستری تا سياه متغير است.
بين ١١ تا ٢٠ درصد وزنی گريس گرافيتی را گرافيت تشکيل می دهد که هر چقدر مقدار آن افزايش يابد مقاومت آن در برابر فشار زيادتر می شود، 65 تا 85 درصد را روغن پايه و مابقی وزن اين محصول شامل صابون و ساير مواد افزودنی است.
2. مشخصات گريس گرافيتی پايه ليتيم :
برای گريس گرافيتی پايه ليتيم نيز همان استاندارد های ملی و بين المللی تعريف شده اند، جدول زير مشخصات گريس گرافيت پايه ليتيم ساخت و تولید شرکت هگزان موبيل را نشان می دهد :
| جدول مشخصات گريس گرافيتی پايه ليتيم | |
| رنگ | خاکستری تا سياه |
| صابون پايه | صابون ليتيم |
| نفوذپذيری پس از کار | 295 – 265 |
| حداقل نقطه قطره ای شدن | 185 درجه سانتيگراد |
| دمای کارکرد | 20 – تا 500 درجه سانتيگراد |
| نوع ماده پر کننده | گرافيت |
3. مشخصات گريس گرافيتی پايه سديم :
مشخصات اين نوع گريس گرافيتی نيز مشابه دو حالت قبلی است با اين تفاوت که حداکثر دمای کارکرد آن از گريس پايه کلسيم بيشتر و از گريس پايه ليتيم کمتر است.
در داخل کشور به طور عمده شرکت هایی نظير شرکت نفت سپاهان، شرکت نفت پارس، شرکت روانکاران صنعت، شرکت نفت بهران و شرکت آريان شاسی در زمينه تولید گريس گرافيتی فعاليت دارند که محصول تمامی آنها از نوع پايه کلسيم است.
کاربرد گريس گرافيتی و اهميت استراتژيک آن
گريس گرافيتی برای روانکاری اسکله های دريايی، کارخانجات نورد فولاد، راه آهن و پمپ های آب بکار می رود ماشين آلاتی که با گريس گرافيت روانکاری می شوند نسبت به گريس معمولی با انرژی کمتری به حرکت در می آيند.
بعلاوه گرافيت در صورت فقدان گريس کاری به موقع جلوی قفل شدن (گيرپاچ) قطعات را می گيرد. اين محصول به دليل استفاده در صنايع سنگين، گرانقيمت بودن و خواص منحصر به فرد، از اهميت بالايی در ميان گريس ها برخوردار است.
در حال حاضر بيشتر تولید آن به همراه ساير گريس های پر ارزش مانند گريس های نسوز و پايه بيولوژيک در انحصار کشورهای توسعه يافته می باشد. امتياز بزرگ گريس گرافيتی بالا بودن کيفيت، خاصيت روان کنندگی بهتر، مقاومت و ماندگاری بالا آن از گريس های معمولی است.
بنابراين هر چند ساير انواع گريس می توانند به جای آن مورد استفاده قرار گيرند ولی با توجه به اينکه اين محصول استهلاک ماشين آلات را بسيار کاهش می دهد و ساير گريس ها در اين زمينه با آن قابل رقابت نيستند انتظار می رود در آينده گرايش به اين محصول خصوصا در ايران افزايش يابد.
وضعيت عرضه مواد اوليه در تولید انواع گريس
روغن پايه : روغن پايه اصلی ترين جزء در ساخت گريس است و بين ٦٥ تا ٩٠ درصد آنرا (از نظر وزنی) تشکيل می دهد. عمده روغن هايی که در تهیه گريس گرافيتی مورد استفاده قرار می گيرند عبارتند از :
روغن های معدنی : شامل دو گروه پارافينيک و نفتنيک می باشد.
1. روغن معدنی پارافينيک
امروزه بسياری از روانکارهای مورد استفاده در ماشين آلات در جهان، از روغن های پارافينيک ساخته می شوند. اين نوع روغن ها، هيدروکربن های اشباع شده ای هستند که از بهم پيوستن هيدروژن و کربن تشکيل شده است.
اين روغن ها را هيدروکربن های نرمال (زنجيره های راست زنجير بلند) و هيدروکربن های ايزو (شاخه دار) تشکيل می دهند. ممکن است در ساختمان اين روغن ها مقاديری از روغن های نفتنيک نيز وجود داشته باشد.
از آنجا که مولکول های پارافينی می توانند کريستال های واکس در دمای پايين توليد کنند، در نتيجه روغن های پارافينيکی موتور را با يک فيلم واکس می پوشانند و در موتور تشکيل رسوب می دهند.
روغن پارافينيک مخلوطی از هيدروکربن های مختلف است و قسمت عمده واکس موجود در آنها توسط فرآيند واکس زدايی از روغن خارج می شود. در مقايسه با روغن های نفتنيک، روغن های پارافينيک دارای خواص زير هستند :
- مقاومت بالاتر در مقابل اکسيد شدن
- نقطه ريزش بالاتر
- شاخص گرانروی بالاتر
- فراريت کم و در نتيجه نقطه اشتعال بالاتر
- وزن مخصوص پايين
اين نوع روغن به وفور در پالايشگاه های ايران تهیه می شود زيرا نفت خام توليدی ايران بيشتر از نوع پارافينيک بوده و بيشتر گريس های توليدی و گريس گرافيتی درکشور از اين نوع می باشند.
2. روغن های معدنی نفتنيک
روغن های نفتنيک هيدروکربن های حلقوی سير شده يک يا چند حلقه ای می باشند. هر حلقه ميتواند دارای ٥ تا ٦ کربن باشد. اين روغن ها در مقايسه با روغن های پارافينيک دارای خواص زير هستند :
- مقاومت نه چندان خوب در مقايل اکسيدشدن
- نقطه ريزش پايين تر به دليل نداشتن واکس
- شاخص کرانروی پايين تر
- فراريت بالاتر و در نتيجه نقطه اشتعال پايين تر
- چگالی نسبی بالاتر
- خاصيت حل کنندگی بهتر
روغن های نفتنيک بطور کلی برای محدوده دمايی کم و هنگامی که نقطه ريزش پايين، مورد نياز باشد، مخصوصا در روغن های هيدروليک، سردکننده ها، فرآيند تولید لاستيک، فلزکاری و در روانکارهای سيلندر برای موتورهای بزرگ و گريس ها قابل استفاده می باشد.
3. روغن های سنتزی
روغن های سنتزی يا مصنوعی، روغن هايی هستند که از طريق متصل کردن يک يا چند جزء آلی مشخص با وزن مولکولی کم، در شرايط کنترل شده، سنتز يا ساخته می شوند. اين ترکيب شدن که در شرايط کنترل شده فيزيکی و شيميایی انجام می شود.
باعث می شود روغن سنتزی حاصل، خواص مشخصی داشته باشد که از پيش موردنظر بوده است. يعنی روغن های سنتزی، روغن هایی از پيش طراحی شده ای هستند که ساختار و ترکيب شيميايی آنها طوری است که ميتوان روغن به دست آمده را روغن مطلوب ناميد.
انتخاب روغن پايه برای تهیه گريس گرافيتی
انتخاب روغن پايه بستگی به ويژگيهايی دارد که انتظار داريم گريس موردنظر داشته باشد. روعن پايه توليدی بيشتر پالايشگاه های ايران از نوع پارافينيک است و به همين جهت تهيه آن آسانتر و ارزانتر می باشد. روغنهای نفتنيک و سنتزی معمولا از طريق واردات تامين و قيمت بيشتری دارند.
روغنهای پايه معدنی که در فرایند ساخت گريس استفاده می شوند عمدتا روغن پايه SAE 5 ، SAE 10 ، SAE 30 ، SN 150 ، SN 500 هستند. زيرا اين روغنها در ايران فراوان بوده و قيمت مناسب تری نسبت به روغن های سنتزی دارند.
چربی صنعتی
چربی صنعتی به عنوان ماده اوليه جهت تهیه صابون استفاده می گردد. بدين منظور از هر نوع چربی گياهی يا حيوانی که در کارخانه ها و يا کشتارگاه ها ساخته می شود می توان استفاده کرد. همچنين از گليسيرين و يا ساير اسيدهای چرب نيز استفاده کرد. چندين کارخانه در کشور وجود دارد که چربی صنعتی توليد می کنند که می تواند ماده اوليه با کيفيتی باشد.
آهک هيدراته
به طور گسترده در جهت ساخت گريس گرافيتی پايه کلسيم استفاده می شود. همچنین می توان از آهک صنعتی و يا آهک معمولی استفاده كرد.
ليتيم هيدروکسيد
از اين ماده در تولید گريس گرافيتی با پايه ليتيوم استفاده می شود. طبق آمار وزارت صنايع و معادن در کشور ايران هيچ واحد صنعتی در زمينه تهیه و ساخت اين ماده فعاليت ندارد و نياز کشور از طريق واردت ازکشور هايی نظير چين، هند، کره جنوبی و امارات منحده عربی تامين می شود.
سود جامد
از اين ماده برای تهیه صابون سديم جهت ساخت گريس گرافيتی پايه سديم استفاده می شود.
گرافيت
از اين ماده به عنوان ژر كننده در تولید گريس گرافيتی استفاده می شود و نقش اصلی را در بهبود خواص روان كنندگی گريس دارد.