آشنایی با خط تولید گریس
یکی از مهمترین روانکارهایی که در اکثر صنایع مورد استفاده قرار می گیرد، گریس است. لذا بر آن شدیم مطلبی در زمینه خط تولید گریس و نحوه تولید آن منتشر نماییم تا کمکی در راستای تهیه طرح توجیهی و تحقیقات دانشجویی باشد، امیدوارم تا پایان مطلب همراه سایت تصفیه روغن باشید.
این ماده بعد از روغنها بیشترین مصرف را در جهان( در حدود چهار درصد) به خود اختصاص می دهد. شاید بتوان گفت که بدون استفاده از این روانکار چرخ اقتصاد هیچ کشوری به گردش در نخواهد آمد. فرمولاسیون، ساخت، واکنشها و کاربرد گریس مجموعه کاملی از تکنولوژیهای گوناگون شامل بخشهای وسیعی از علم فیزیک، شیمی و مهندسی شیمی را به خود اختصاص می دهد. برای شناخت کامل از این روانکار، به بررسیهای بسیار دقیقی نیاز است. همزمان با ساخت ماشین آلات و تجهیزات جدید که در مقایسه با گذشته دارای سرعت، شرایط سخت کارکرد، تغییرات دما و مزیت های دیگری هستند، تهیه روانکارهای جدید ویژه ماشین آلات امروزی نیز ضروری می نماید. از این رو شناخت کامل از ساختار و فرایند تهیه گریس های جدید اهمیتی دو چندان می یابد.
در طول سالیان متوالی و پس از کسب تجربیات فراوان، دانش بسیاری در خصوص ساختار گریس بدست آمده است. اخیراً با استفاده از ابزارهای پیشرفته مانند میکروسکوپ های الکترونیکی و با گرفتن فیلمهای مخصوص و استفاده از اشعه X، موارد بسیاری در خصوص ساختار گریس مشخص شده است. با کسب این دستاوردها، مطالعه برروی ساختار صابونها و نحوه ترکیب آن با روغن و کریستال شدن صابون در روغن با امکانات بیشتری میسّر بوده است.
تعریف گریس
تاکنون تعاریف متعددی برای گریس ارایه شده که عمده ترین آنها را می توان به این شرح خلاصه کرد:
۱) گریس ماده ای است جامد یا نیمه جامد که از مشتقات نفتی و صابون(با ترکیب چند صابون) همراه با پرکننده (fillers)، تشکیل شده و قابل کاربری برای مصارف خاص است.
۲) گریس ماده ای است جامد و یا نیمه جامد که از ترکیب یک پرکننده در داخل روغن ساخته شده است، سایر مواد (برای افزایش خاصیت) نیز ممکن است در آن بکار گرفته شود.
۳) گریس ماده روانکاری است که در ساختار آن از پرکننده استفاده شده تا بتواند به قطعات متحرک چسبیده و تحت نیروی جاذبه و یا فشار کارکرد از قطعه جدا نشود.
ساختار گریس
گریس ماده ای است ژلاتینی بصورت جامد و یا نیمه جامد که از یک ماده روانساز(روغنهای معدنی یا سنتتیک) و یک پرکننده (thickener) معدنی یا آلی، تشکیل یافته است. این ماده در جایی مورد استفاده قرار می گیرد که نتوان از روانکارهای دیگر با غلظت کم(روغنها) استفاده کرد. چرخ دنده های صنعتی، یاتاقان های بزرگ، فلکه ها و نظایر آن از جمله کاربردهای گریس هستند. این ماده مانند روغنها برای به حداقل رساندن اصطکاک بین دو قطعه مورد استفاده قرار می گیرد. از مهمترین مزایای کاربرد گریس می توان به کاهش دفعات روانکاری، سهولت استفاده، جلوگیری از ضربه چکشی به قطعات در زمان کارکرد و چسبندگی بهتر اشاره کرد.
پایه صابونی
انواع گریس را با پایه صابونی آن نامگذاری می کنند. در زمان پخت، الیاف و یا رشته های صابونی(Fibers) در داخل روغن تشکیل شده و حالت ژلاتینی به آن می دهد. این الیاف به چند گروه طبقه بندی شده اند: الیاف کوتاه، بلند، کره ای و یا ریش ریش. طول آنها در ساختار رشته ای از یک تا صد میکرون متفاوت است. در نوع بافت کره ای قطر آنها از۰/۰۱۲ تا۰/۸ میکرون اندازه گیری شده است. برای مطالعه برروی ساختار گریس از میکروسکوپ الکترونیکی و فیلمبرداری اشعه ایکس و نور پلاریزه استفاده می شود. هرچه نسبت طول الیاف به قطر آن بیشتر باشد، گریس قوام بهتری دارد. پخت گریس نیاز به تجربه طولانی و مهارتهای خاص دارد.
پرکننده های گریس پرشمارند ولی مهمترین آنها از این قرارند:
:: صابون کلسیم(گریسهای کاپ، شاسی)
:: صابون سدیم(RBB ، فایبر یا نام تجاری آن والوالین)
:: صابون لیتیم(مالتی، ماهان)
:: صابون غیرآلی(گریس نسوز، بنتون)
:: صابون آلومینیوم
برای کارکرد در شرایط سخت نیز می توان از مواد بالا برنده مقاومت در فشار استفاده کرد.
مراحل تولید گريس
خواص گريس‌ها، مخصوصاً گريس‌هاي پايه‌صابوني، به همان اندازه که وابسته به ترکيب‌درصد و خواص مواد شيميايي تشکيل‌دهنده‌ی آنها مي‌باشد، به چگونگي مراحل توليدشان نيز بستگي دارد. اين مراحل شامل توليد ماده‌ی سفتکننده و مخلوط‌کردن آن با ساير مواد سازنده‌ي گريس، مي‌باشد. به طور کلي ساخت گريس به دو روش پيوسته و ناپيوسته انجام مي‌شود. خود روش ناپيوسته به دو صورت مختلف قابل انجام است. در روش اول از صابوني که به‌طور جداگانه و از قبل آماده شده‌است استفاده مي‌شود ولي در روش ديگر صابون به‌طور همزمان با توليد گريس، در داخل روغن‌پايه توليد مي‌شود.
ساخت صابون: این ماده خود نیز از پخت چربی ها (اسید های چرب) و مواد قلیایی به دست می آید. صابون در بسیاری از گریس ها بایستی از قبل تهیه شود. برای این منظور مواد اولیه به درون دستگاه پخت صابون بنام اتوکلاو، تزریق شده و تحت فشار قرار می گیرد. سپس این دستگاه به طور کامل بسته شده و مانند دیگ های زودپز تحت فشار قرار می گیرد. این دستگاه دارای جداره ای گرمکن از نوع روغن داغ بوده و دمای پخت آن در حدود۳۰۰ درجه سانتی گراد است. اتوکلاو هم چنین برای اختلاط کامل، دارای همزنی است که در زمان پخت برای یکنواختی کامل مواد از آن استفاده می شود. بدین ترتیب ساخت صابون با انجام آزمایش ها و نمونه برداری تا به دست آوردن نتیجه کامل ادامه می یابد.
ساخت گریس: پس از پایان ساخت صابون، مواد به داخل دستگاه پخت گریس بنام «کتل» انتقال یافته و سپس روغن به آن افزوده می شود. این دستگاه مشابه اتوکلاو عمل می کند با این تفاوت که تحت فشار قرار نمی گیرد. در زمان پخت، صابون در داخل روغن به صورت کریستال های ریز درآمده و مخلوطی به حالت ژلاتینی به وجود می آورد. رشد کریستال ها در روغن از عمده و حساس ترین مراحل پخت گریس است. اگر از مواد اولیه به ویژه روغن پایه نامرغوب استفاده شود، ساختار کریستال های به وجود آمده ضعیف شده و در زمان کارکرد در شرایط عادی و یا سخت، صابون از روغن جدا و گریس خاصیت روانکاری را از دست خواهد داد.
کریستال ها: نوع و اندازه کریستال ها عمده ترین عامل ساختار گریس است. به طور کلی آنها به سه گروه الیاف بلند، متوسط و کوتاه طبقه بندی می شوند. ضخامت این رشته ها از۱۰۰ تا۰/۰۱۲ میکرون متفاوت است. هر چه نسبت طول رشته ها به قطر آنها بیشتر باشد گریس از قوام بهتری برخوردار خواهد بود.گرید: گریس از نظر طبقه بندی به۹ گروه تقسیم شده است. در هر طبقه حدفاصل کوچک ترین تا بزرگترین مقدار،۳۰ و بین هر گروه۱۵ واحد فاصله وجود دارد. حداقل این مقدار،۸۵ و حداکثر آن۴۷۵ است. برای تعیین گرید گریس آن را به دمای۲۵ درجه سانتی گراد می رسانند. سپس دستگاه نفوذ پذیری را که دارای مخروط استانداردی است، از ارتفاع معین با استفاده از نیروی طبیعی ثقل بر روی سطح گریس گرم شده می اندازند.
توليد ناپيوسته گریس با صابون از پيش‌آماده
در اين روش، صابوني که در يک واحد ديگر به‌طور جداگانه توليد شده و يا به‌صورت آماده خريداري شده‌است، در ديگ پخت گريس ، به روغن‌پايه موردنظر اضافه مي‌شود. تحت شرايط کنترل‌شده، مخلوط صابون و روغن را گرم کرده و هم می‌زنند تا خوب همگن شود. سپس مخلوط را سرد مي‌کنند تا عمل کريستاله‌شدن و شکل‌گيري شبکه‌ي سفتکننده، صورت گيرد. از آنجا که قيمت سفتکننده و در نتيجه هزينهي كل توليد در اين روش گرانتر تمام مي‌شود، چنين روشي تنها براي توليد گريس‌هاي خاص استفاده مي‌شود. اين گريس‌ها شامل گريس‌هاي سنتزي که داراي شيمي دقيقي هستند و يا گريس‌هايي که روغن‌پايه‌ي مصرفي در آنها به آب و بخار توليد‌شده در مرحله‌ي صابوني‌شدن حساس مي‌باشد، مي‌شوند.
توليد ناپيوسته گریس همراه با توليد صابون
به‌طور کلي در اين روش، مواد اوليهي سازنده‌ي صابون در محيط روغن‌پايه با هم واکنش مي‌دهند و در نتيجه صابون به‌صورت همگن در داخل روغن شكل مي‌گيرد. اسيدهاي چرب يا گليسريدهاي آنها و يا حتي متيل‌استرهاي‌شان يكي از اين مواد اوليه هستند كه عموماً در روغن‌پايه انحلالپذير ميباشند. تركيبات قليايي، قسمت ديگر مواد اوليه هستند، كه به‌صورت محلول‌هاي آبي يا مخلوط معلق به روغن‌پايه اضافه مي‌شوند. در اين نوع از توليد ناپيوسته، مراحل ده‌گانه‌ي زير انجام مي‌شود:
مرحلهی 1– مخلوط يا حل‌کردن اسيدهاي چرب در دو سوم يا يک سوم روغن‌پايه در دمايي کمتر از 90 درجه‌ی‌سانتي‌گراد
مرحلهی 2– اضافه‌کردن هيدروکسيد قليايي مورد نظر به‌صورت محلول يا مخلوط معلق در آب به مخلوط حاصل از مرحلهی 1
مرحلهی 3– گرم‌کردن مخلوط حاصل از مرحله‌ي 2، تا دمای 150 درجه‌ي‌سانتي‌گراد و يا تحت فشار تا دماي 180 تا 200 درجه‌ي‌سانتي‌گراد بسته به نوع راکتور (البته اين دماها بستگي به نوع گريس نيز دارد)
مرحلهی 4– آب‌زدايي‌کردن صابون با استفاده از کاهش فشار و گرم‌کردن تا دماي 200 درجه‌ي‌سانتي‌گراد
مرحلهی 5– کريستاله‌کردن و اضافه‌کردن همزمان روغن‌پايه‌ي بيشتر در حين سرد‌کردن مخلوط تا دماي 130 درجه‌ي‌سانتي‌گراد
مرحلهی 6– اضافه‌کردن مواد افزودني در دماهاي پائين‌تر از 80 درجه‌ي‌سانتي‌گراد
مرحلهی 7– فيلترکردن اوليه و همگون‌سازي گريس با استفاده از همزن‌ها و يا تجهيزات ديگر
مرحلهی 8– تنظيم سفتي و جريان‌پذيري گريس تا حد مطلوب
مرحلهی 9– فيلترکردن نهايي و هوازدايي با استفاده از خلاء
مرحلهی 10– بسته‌بندي و مظروف‌کردن
مراحل 3 و 4، مراحل پخت گريس به‌شمار مي‌آيند. در زمان پخت، صابون در داخل روغن به صورت کريستال‌هاي ريز شکل مي‌گيرد و مخلوط را به‌صورت ژلاتيني در مي‌آورد. رشد کريستال‌ها در روغن از مهمترين و حساس‌ترين مراحل ساخت گريس مي‌باشد که بيشترين تأثير را بر روی کيفيت گريس می‌گذارد.
اگر از مواد اوليه، به‌ويژه روغن نامرغوب استفاده شود، ساختار کريستال‌هاي بهوجود آمده ضعيف می‌شود. ضعيف‌شدن ساختار کريستال‌هاي سفتکننده باعث می‌شود روغن در زمان کارکرد در شرايط معمولی و يا سخت، از سفتکننده (صابون) جدا شود و گريس خاصيت روانکاري خود را از دست دهد.
براي جداکردن ناخالصي‌هايي که احتمالاً همراه با مواد اوليه وارد گريس شده و يا در طي فرآيند توليد بهوجود آمده‌اند، از فيلترکردن استفاده مي‌کنند. با به‌کاربردن همزمان فيلترکردن و خلاء، مي‌توان حباب‌هاي اضافی هوا را که تأثير بدي بر روي ظاهر گريس دارند از بين برد.
کاربرد و اهمیت استفاده از گریس
بسیاری از نیروهای محرکه بدون استفاده از گریس قابل استفاده نیستند. گرچه گریس در مقایسه با سایر روانکارها از مقدار مصرف کمتری برخوردار است، ولی جایگاه آن قابل جایگزینی با مواد دیگر نیست. اهم مزیت های کاربردی آنرا می توان به این شرح خلاصه کرد:
۱) تعداد دفعات روانکاری گریس در مقایسه با روغن کمتر است که این مزیت باعث کاهش هزینه نگهداری و تعمیرات می شود. این خود یک مزیت برای کاربردهایی است که دسترسی به ماشین آلات در آن سخت باشد، مثل موتورهای نصب شده برروی سقف ها، خطوط محرکه، بلبرینگهای غیرقابل دسترسی و نظایر آن.
۲) گریس به عنوان یک مانع به صورت آببندی برای ورود گرد و خاک و یا خروج برخی مواد از ماشین آلات عمل می کند.
۳) اگر ماشین آلات به درستی گریس کاری شده باشند، اجزای قطعات آن در اثر کارکرد از هم پاشیده و جدا نمی شوند. گریس نشت نمی کند و از این جهت در بحث شرایط نگهداری کارگاه و تولید آلودگی کمتر، حائز اهمیت است.
۴) آببندی قطعات و کاربرد کاسه نمدها و نظایر آن با هزینه کمتری انجام می شود. کاسه نمدهای آببندی روغن هم اصطکاک بیشتری با قطعات داشته و هم نیروی بیشتری را برای این منظور به خود اختصاص می دهد.
۵) گریس اگر حتی در قطعه دیده نشود، باز در مقایسه با روغن روانکار مدت بیشتری کار می کند. برخی گریس ها طوری ساخته شده اند که بصورت آببندی در قطعه بوده و طول عمر آن با قطعه یکی است.
۶) زمانیکه از قطعه استفاده نشود و روانکار آن خارج شود امکان زنگ زدگی قطعه ای که از گریس استفاده کرده در مقایسه با روغن بسیار کمتر است.
۷) برخی از گریسها مشکل روانکاری در مجاورت با آب را – در مقایسه با روغن- حل کرده اند.
۸) بعضی از گریسها اصطکاک کمتری را در زمان شروع راه اندازی دستگاه ایجاد می کند.
۹) گریس می تواند باعث کاهش ارتعاش و صدای برخی دستگاهها مانند دنده های بزرگ شود. گریس مانند یک لایه نرم بین قطعات قرار گرفته و باعث کاهش صدا و ارتعاش و کارکرد روان دستگاهها، به ویژه چرخ دنده های بزرگ می شود.
۱۰) گریس در کارکرد تحت فشار زیاد، دمای بالا، شرایط سخت عملیات، سرعت پایین، شوکهای مداوم و یاتاقانهایی که گردش محوری آنها مرتباً معکوس می شود، بهتر عمل می کند.
۱۱) جایی که ماشین آلات به شدت خوردگی و سایش داشته باشند، گریس کاربرد بهتری دارد.
۱۲) اکثر گریسها در دماهای متغیر کاربرد وسیعی دارند ولی دمای کارکرد بیشتر روغنها معین است.
۱۳) در طراحی بوشها و یاتاقانهای ماشین آلات، گریس نقش مؤثرتری نسبت به روغن دارد.
مقایسه کاربرد گریس با روغن
۱) گریس دستگاهها را در زمان کارکرد خنک نمی کند.
۲) روغنها به سهولت در مجاری دستگاهها نفوذ پیدا می کنند ولی این برای گریسها یک نقطه ضعف است.
۳) روغنها از نظر نگهداری در انبار مزایای بیشتری دارند.
طبقه بندی گریس (گرید)
گریس از نظر طبقه بندی به۹ گروه (گرید) تقسیم بندی شده است. این تقسیم بندی براساس درجه نفوذ پذیری نسبی از قوام گریس صورت گرفته است.