به گفته دیوید ترنر، کارشناس محصول در شرکت نفتی Citgo، “گرچه علم گریس قرار نیست به پیچیدگی تجهیزات فضایی باشد، اما نکات مهم فراوانی در این زمین هست که عموماً افراد مشغول به کار در حوزه ماشین آلات از آن غافل اند.” گریس، روانکاری است که هر دستگاهی که اجزاء متحرک داشته باشد به کار گرفته می شود، یک ماده مصرفی که در هر خودروی سرویس و کارگاهی یافت می شود.

علم زیربنایی گریس گرچه به پیچیدگی علوم فضایی نیست، اما تکنولژی در پس آن اصلا ابتدایی و پیش پا افتاده نیست. به همین دلیل است که استفاده از گریس نامناسب و مخلوط کردن گریس های نامربوط با یکدیگر، ایرادات اساسی در مفاصل، پین ها، بیرینگ ها و سطوح لغزنده بر روی یکدیگر را ایجاد می کند و باعث سایش و خرابی زودرس این قطعات می شود.

مشاور بازاریابی جهانی در شرکت Exxon Mobil، اوموت اورکان، با اشاره به اصلی ترین نقش گریس یعنی روانکاری در سطوح لغزنده بر روی یکدیگر، می افزاید: “اهمیت استفاده از گریس در محل هایی افزایش می یابد که روانکار مایع قابلیت ماندگاری در محل را ندارد.”

گریس چگونه کار می کند؟

هر گریسی از سه ماده اصلی تشکیل می شود:

• روغن پایه
• قوام دهنده (گاهاً تحت عنوان Agent یا Filler نیز نامیده می شود.)
• افزودنی ها

آقای اورکان می افزاید: “نسبت اختلاط این مواد در گریس می تواند با یک فرمول مشخص تعیین گردد، اما بطور کلی این نسبت ها بصورت حجمی عبارتند از: ۸۰ الی ۹۰ درصد روغن پایه، ۵ الی ۱۵ درصد قوام دهنده و ۲ الی ۵ درصد افزودنی ها. نسبت دقیق ترکیب و نوع هر کدام از این سه ماده در مخلوط گریس، خواص مختلفی را در گریس ایجاد می کند.”. در ویکیپدیا عنوان شده است: “گریس یک روانکار نیمه جامد است که گرانروی اولیه زیادی دارد، اما اگر نیروهای برشی (مانند نیروهای موجود در مفاصل لینک بندی جلوی یک لودر در حال جمع آوری مواد) گرانروی آن سقوط کرده و در حد روغن پایه کاهش می یابد تا بتواند تمام سطح لولا و مفصل را پوشش دهد. این تغییر در گرانروی به عنوان نازک شدگی برشی شناخته می شود.”

قوام دهنده در واقع مانند اسفنجی است که روغن پایه و مواد افزودنی را در خود نگه می دارد. وقتی که نیرو در محل تماس اعمال می شود، قوام دهنده مانند همان اسفنج فشار شده و مقداری روغن و مواد افزودنی را برای انجام عمل روانکاری آزاد می کند. این روغن و مواد افزودنی یک لایه محافظ بر روی سطح مربوطه ایجاد می کنند تا از سایش و خرابی آنها جلوگیری شود. وقتی نیرو از بین برود، یک گریس خوب با فرمولاسیون صحیح قادر است که روغن و مواد افزودنی را دوباره به خود جذب کند. این خصلت گریس را Thixotropic بودن می نامند. گریس هم چنین عملکرد عایق سازی در برابر آلودگی و ذرات را نیز دارد.

قوام دهنده (پایه):

کنترل میزان خارج شدن روغن پایه از قوام دهنده نیاز به فرمولاسیون صحیح و ایجاد تعادل میان نیروهای همگرا بین روغن پایه و ساختار داخل قوام دهنده می باشد. قوام دهنده باید قابلیت تحمل نیروهای برشی را داشته باشد، در غیر این صورت در برابر نیرو های مذکور آسیب دیده و باعث روان شدن گریس و نشت آن از محل می گردد.

قوام دهنده ها معمولاً بصورت صابون های فلزی، صابون های ترکیبی فلزی و صابون های غیر فلزی (صابون هایی بر پایه خاک رس و یا پلی یوریا) مورد استفاده قرار می گیرد. یک صابون ساده حاصل واکنش شیمیایی یک اسید چرب با یک فلز از نوع آلکالاین مانند کلسیوم، سدیوم، لیتیوم و یا باریوم معمولا به شکل هیدروکسید است. صابون های ترکیبی اما در روند پیچیده تری تولید می شوند. علاوه بر مواد فوق الذکر از هیدروکسید برخی فلزات دیگر نیز استفاده می شود. در واقع صابون های ترکیبی از دو فلز و یک اسید چرب (غیر عامل)، تشکیل می شوند.

قوام دهنده های صابون ترکیبی معمولاً در دماهای بالا، که قوام دهنده های ساده در آن ها قابلیت استفاده ندارند، به خوبی عمل کرده و میتوانند عمل روانکاری را به سادگی انجام دهند. طبیعتاً هزینه خرید گریس با قوام دهنده ترکیبی بالاتر از گریس ساده است، بنابراین در مواردی که سطوح دمای آنچنانی ندارند، نیاز به استفاده از گریس با قوام دهنده ترکیبی نیست.

بر اساس تحقیقات انجام شده توسط انجمن ملی گریسهای روانکار (NLGI) در سال ۲۰۱۶، میزان استفاده از انواع پایه به ترتیب عبارتند از: گریس پایه لیتیوم ۵۵ درصد، گریس ترکیبی لیتیوم ۲۰ درصد، کلسیوم ۱۰ درصد و آلومینیوم ۴ درصد. پرکاربردترین گریس با پایه غیر فلزی نیز گریس پلی اوریا است با ۶ درصد. پلی اوریا یک عنوان کلی برای قوام دهنده های غیر فلزی محسوب می شود. این عنوان عموماً برای گریس هایی که انتظار می رود مقاومت بسیار بالایی در برابر اکسیداسیون دارند. ۵ درصد از مجموع گریس ها در این تحقیق با سایر قوام دهنده ها عرضه شده اند. البته باید در نظر داشت که تکنولوژی های متفاوت تولید قوام دهنده، بلحاظ قیمتی تفاوت های زیادی دارند.

ویژگی های عملکردی

قوام دهنده های مختلف، ویژگی های عملکردی متفاوتی را در گریس ایجاد می کنند. بعنوان مثال پایه کلسیوم، مقاومت بسیار خوبی در برابر رطوبت و آب دارد و در برابر شسته شدن و از محل خارج شدن گریس جلوگیری می کند. اما نقطه ریزش (دمایی که در آن گریس ذوب شده و جاری می گردد.) این گریس چندان بالا نیست. پایه لیتیوم مقاومت بیشتری در برابر حرارت دارد اما مقاومت آن در برابر آب به خوبی پایه کلسیوم نیست. بنا بر این انتخاب گریس باید با سنجش صحیح و مصالحه میان عوامل مختلف مورد نیاز صورت پذیرد.

پایداری (میزان مقاومت گریس در برابر نیروهای اعمالی و حفظ شکل و ساختار) یکی دیگر از ویژگی های گریس است که به میزان استفاده از پایه در فرمولاسیون گریس بستگی دارد. NLGI 9 رده بندی برای اندازه گیری میزان پایداری گریس از ۰۰۰ تا ۶ ارائه کرده است. اندازه گیری میزان پایداری گریس در آزمایشگاه و پس از انجام آزمون های استاندارد بر روی آن (از جمله رها کردن یک مخروط از فاصله مشخص بر روی حجم مشخصی از آن و اندازه گیری میزان نفوذ مخروط به داخل گریس) تشخیص داده می شود. بنا بر آمار ارائه شده توسط NLGI گریس با درجه پایداری ۰، ۱ و ۲ پرکاربردترین ها در ماشین آلات عمرانی هستند.

روغن پایه و افزودنی ها

همانگونه که انتخاب قوام دهنده به ویژگی های مورد انتظار از گریس بستگی دارد، روغن پایه را هم با توجه به این مشخصات باید انتخاب کرد. مانند روغن موتور که با سطوح کیفی و میزان گرانروی متفاوت در بازار عرضه می شوند، روغن پایه برای گریس نیز با چنین مشخصاتی سنجیده می شود.آقای جرمی رایت، مدیر محصول شرکت مشاوره ATS در حوزه نگهداری از ماشین آلات در این مورد توضیح می دهد: “روغن های پایه بر اساس طبقه بندی انتیتو نفت آمریکا به پنج دسته تقسیم می شوند. سه گروه اول (I، II و III) از فرآورده های معدنی نفت هستند. شیوه پالایش روغن؛ تا حدود زیادی ویژگی های آن را تعیین می کند. حلال های بکار رفته در پروسه پالایش گروه I ارزانترین و آسان ترین پروسه تولید را برای این روغن به همراه دارند، اما این روغن بسرعت اکسید می شود. روغن نوع II در پروسه پالایش بوسیله روش های بخصوص اصلاح شده و مولکول های غیر مفید آن شکسته میشود، در نتیجه ویژگی های نامطلوب کمتری دارد اما گران تر عرضه می گردد. گروه سوم روغن ها III با روش های دقیق تری پالایش می شوند و آن قدر با کیفیت هستند که تشخیص آنها از دسته چهارم ( که روغن های سینتتیک PAO هستند) برای آزمایشگاه بسختی امکان پذیر است. روغن های دسته چهارم در واقع بوسیله مواد طبیعی اما بدست انسان تولید می شوند. دسته پنجم V شامل تمامی انواع دیگر روغن ها می شود.

انتخاب سطح کیفی و گرانروی روغن پایه به کاربردهای گریس و محل های مورد استفاده آن بستگی دارد. به عقیده کارشناسان روغن های پایه سنتتیک بالاترین سطح عملکرد را ارائه می کنند. هرچه شاخص گرانروی این روغن های پایه بالاتر باشد، گریس حاصله در نهایت مقاومت بیشتری در رنج دمایی گسترده تر خواهد داشت. اما بهرحال باید در نظر داشت که برآورده ساختن تمامی انتظارات از گریس ها، فقط با استفاده از افزودنی هاست که ممکن می گردد.

مواد افزودنی سه عملکرد مشخص دارند:

• بهبود مشخصات روغن پایه
• کاهش ویژگی های نامطلوب روغن پایه
• اضافه کردن مشخصاتی که روغن پایه به تنهایی نمی تواند داشته باشد.

این ویژگی ها می تواند مواردی همچون مقاومت در برابر اکسید شدن، ویژگی های ضد سایش، جلوگیری از پوسیدگی و فساد و خواص ضد اصطکاکی باشد. گرانروی ویژه (ذاتی) (میزان توانایی گریس برای جاری شدن در سیستم گریس کار مرکزی از میان لوله ها، شیلنگ ها، اوریفیس ها و گریس خور ها) از دیگر ویژگی های گریس است که به گرانروی روغن پایه و مشخصات قوام دهنده بستگی دارد.