ساخت خط تولید گریس
گریس 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.
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.
خواص گریس‌ها، مخصوصاً گریسهای پایه‌صابونی، به همان اندازه که وابسته به ترکیب‌درصد و خواص مواد شیمیایی تشکیل‌دهنده‌ی آنها می‌باشد، به چگونگی مراحل تولیدشان نیز بستگی دارد. این مراحل شامل تولید ماده‌ی سفتکننده و مخلوط‌کردن آن با سایر مواد سازنده‌ی گریس، می‌باشد. به طور کلی ساخت گریس به دو روش پیوسته و ناپیوسته انجام می‌شود. خود روش ناپیوسته به دو صورت مختلف قابل انجام است. در روش اول از صابونی که به‌طور جداگانه و از قبل آماده شده‌است استفاده می‌شود ولی در روش دیگر صابون به‌طور همزمان با تولید گریس، در داخل روغن‌پایه تولید می‌شود.
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 بس
ته 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.
تولید ناپیوسته گریس با صابون از پیش‌آماده
در این روش، صابونی که در یک واحد دیگر به‌طور جداگانه تولید شده و یا به‌صورت آماده خریداری شده‌است، در دیگ پخت گریس ، به روغن‌پایه موردنظر اضافه می‌شود. تحت شرایط کنترل‌شده، مخلوط صابون و روغن را گرم کرده و هم می‌زنند تا خوب همگن شود. سپس مخلوط را سرد می‌کنند تا عمل کریستاله‌شدن و شکل‌گیری شبکه سفتکننده، صورت گیرد. از آنجا که قیمت سفتکننده و در نتیجه هزینه کل تولید در این روش گرانتر تمام می‌شود، چنین روشی تنها برای تولید گریسهای خاص استفاده می‌شود. این گریس‌ها شامل گریسهای سنتزی که دارای شیمی دقیقی هستند و یا گریس‌هایی که روغن‌پایه‌ی مصرفی در آنها به آب و بخار تولید‌شده در مرحلهی صابونی‌شدن حساس می‌باشد، می شوند.
تولید ناپیوسته گریس همراه با تولید صابون
به‌طور کلی در این روش، مواد اولیه ی سازنده ی صابون در محیط روغن پایه با هم واکنش می‌دهند و در نتیجه صابون به صورت همگن در داخل روغن شکل می‌گیرد. اسیدهای چرب یا گلیسریدهای آنها و یا حتی متیل‌استرهایشان یکی از این مواد اولیه هستند که عموماً در روغن‌پایه انحلالپذیر میباشند. ترکیبات قلیایی ، قسمت دیگر مواد اولیه هستند، که به‌صورت محلول‌های آبی یا مخلوط معلق به روغن پایه اضافه می‌شوند. در این نوع از تولید ناپیوسته، مراحل ده‌گانه‌ی زیر انجام می‌شود:
مرحلهی ۱- مخلوط یا حل‌کردن اسیدهای چرب در دو سوم یا یک سوم روغن‌پایه در دمایی کمتر از ۹۰ درجه‌ی‌سانتی‌گراد
مرحلهی ۲- اضافه‌کردن هیدروکسید قلیایی مورد نظر به‌صورت محلول یا مخلوط معلق در آب به مخلوط حاصل از مرحلهی ۱
مرحلهی ۳- گرم‌کردن مخلوط حاصل از مرحلهی ۲، تا دمای ۱۵۰ درجه‌ی‌سانتی‌گراد و یا تحت فشار تا دمای ۱۸۰ تا ۲۰۰ درجه ی‌سانتی‌گراد بسته به نوع راکتور (البته این دماها بستگی به نوع گریس نیز دارد)
مرحلهی ۴- آب‌زدایی‌کردن صابون با استفاده از کاهش فشار و گرم‌کردن تا دمای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد
مرحلهی ۵- کریستاله کردن و اضافه‌کردن همزمان روغن‌پایه‌ی بیشتر در حین سرد‌کردن مخلوط تا دمای ۱۳۰ درجه‌‌سانتی‌گراد
مرحلهی ۶- اضافه‌کردن مواد افزودنی در دماهای پائین‌تر از ۸۰ درجه سانتی‌گراد
مرحلهی ۷- فیلترکردن اولیه و همگون‌سازی گریس با استفاده از همزن‌ها و یا تجهیزات دیگر
مرحلهی ۸- تنظیم سفتی و جریان‌پذیری گریس تا حد مطلوب
مرحلهی ۹- فیلترکردن نهایی و هوازدایی با استفاده از خلاء
مرحلهی ۱۰- بسته‌بندی و مظروف‌کردن
مراحل ۳ و ۴، مراحل پخت گریس به‌شمار می‌آیند. در زمان پخت، صابون در داخل روغن به صورت کریستال‌های ریز شکل می‌گیرد و مخلوط را به‌صورت ژلاتینی در می‌آورد. رشد کریستال‌ها در روغن از مهمترین و حساس‌ترین مراحل ساخت گریس می باشد که بیشترین تأثیر را بر روی کیفیت گریس می‌گذارد.
اگر از مواد اولیه، به‌ویژه روغن نامرغوب استفاده شود، ساختار کریستال‌های بهوجود آمده ضعیف می‌شود. ضعیف‌شدن ساختار کریستال‌های سفتکننده باعث می‌شود روغن در زمان کارکرد در شرایط معمولی و یا سخت، از سفتکننده (صابون) جدا شود و گریس خاصیت روانکاری خود را از دست دهد.
برای جداکردن ناخالصی‌هایی که احتمالاً همراه با مواد اولیه وارد گریس شده و یا در طی فرآیند تولید بهوجود آمده‌اند، از فیلترکردن استفاده می‌کنند. با به‌کاربردن همزمان فیلترکردن و خلاء، می‌توان حباب‌های اضافی هوا را که تأثیر بدی بر روی ظاهر گریس دارند از بین برد.