Schmierfett

6.13.1 Fettzusammensetzungen und Charakterisierung

„Fett“ ist im Grunde ein Öl, das ein Verdickungsmittel enthält, um seine Viskosität zu erhöhen. Das Verdickungsmittel kann eine Seife oder ein Feststoff mit hoher Oberfläche sein. Fettsäureseifen von Lithium, Calcium, Natrium, Aluminium und Barium werden üblicherweise in Konzentrationen von 8% -25% verwendet. Feinteilige Tone wie Bentonit und Hectorit werden als hochoberflächige Feststoffe verwendet, üblicherweise nach Beschichtung mit einer quartären Ammoniumverbindung zur verbesserten Verträglichkeit mit dem Öl. Die Tone wurden häufiger in frühen Fetten verwendet und die mit Seife verdickten Fette sind heute häufiger. Im Vergleich zu den anderen Verdickern hat PTFE den niedrigsten COF und ist für den Einsatz bis 300 ° C geeignet, wird jedoch typischerweise nur für den Einsatz bei bis zu mäßigen Belastungen in Betracht gezogen. PTFE wird als „Stärkungsmittel“ in Kombination mit einem der anderen Verdickungsmittel verwendet oder wird allein verwendet, insbesondere für Fette, die für Hochtemperaturanwendungen oder Anwendungen mit langen Lebensdauererwartungen bestimmt sind. Wenn es als Stärkungsmittel verwendet wird, kann PTFE eine verbesserte Reibungsreduzierung bieten und auch die Schmierung reservieren, wenn das Öl im Fett aus einem engen Spiel herausgedrückt wird. Die Verdickungskraft von PTFE ist eine direkte Funktion seiner Oberfläche, so dass das Dispersions-PTFE am häufigsten für diesen Zweck verwendet wird. Eine Vielzahl von Ölen kann als Fettbasis verwendet werden, ähnlich wie oben für Schmierstoffe im Allgemeinen beschrieben. Das Öl, das in Schmierfett auf Mineralölbasis verwendet wird, ist in der Regel Standard SAE 20-30 Viskosität, aber die Ölviskosität kann je nach Anwendung geändert werden. Hochtemperatur- und Langlebigkeitsanwendungen verwenden normalerweise stabilere Öle wie synthetisches Silikon, Polyester, PAO oder Perfluorpolyetheröle und verwenden häufig PTFE als Verdickungsmittel oder Verstärkungsmittel. Eine gute Zusammenfassung der synthetischen Öle, die für die Fettherstellung verwendet werden können, ist in Ref. . Perfluoralkyletherfette werden insbesondere für Anwendungen verwendet, die eine Leistung über einen signifikanten Temperaturbereich erfordern und bei denen Sauerstoffbeständigkeit erforderlich ist. Neben PTFE können auch andere Verdickungsmittel in demselben Fett verwendet werden. Es ist üblich, Silikonöle (eigentlich Polysiloxane) mit einer Mischung aus amorphem pyrogenem Siliciumdioxid und PTFE zu verdicken. Tone wie Bentonit können in Kombination mit PTFE verwendet werden, um synthetische PAO-, Ester- und Fluorkohlenstofföle zu verdicken.

Der typische Gehalt an PTFE, der als Fettverdicker verwendet wird, deckt einen Bereich von 3% -40% ab, abhängig von den Anforderungen der Fettanwendung. Das untere Ende dieses Bereichs gilt, wenn PTFE als Verstärkungsmittel verwendet wird und andere Verdickungsmittel vorhanden sind. Der Gehalt an PTFE reicht von 20% bis 40%, wenn es als einziges Verdickungsmittel für das Fett verwendet wird. Es ist im Allgemeinen bevorzugt, den PTFE-Gehalt (oder andere Verdickungsmittel) so niedrig wie möglich zu halten, da das Öl im Fett das primäre Schmiermittel ist. Die Menge an benötigtem PTFE hängt von seiner Qualität / Oberfläche ab. Für die Herstellung eines NLGI-Fettes der Klasse 2 sind nur 20% eines guten PTFE-Dispersionstyps mit hoher Oberfläche erforderlich, aus PTFE-Schrott mit geringer Oberfläche können jedoch bis zu 40% erforderlich sein. Wie oben erwähnt, muss die Menge an PTFE ausreichend sein, um die Viskosität auf das erforderliche Maß zu erhöhen.

Die höhere Viskosität von Fetten vereinfacht die Dichtungsanforderungen für viele Anwendungen und bietet mehr Sicherheit, dass enge Abstände geschmiert bleiben. Fette sind scherverdünnende Schmierstoffe, d.h. ihre Viskosität sinkt unter Scherung. Typische Anwendungen sind Kugel- und Rollenlager in Haushaltsgeräten, Automobilradlagern, Werkzeugmaschinen, Zahnrädern und Eisenbahnausrüstung. Die Verwendung von PTFE in Fetten bietet eine Reserveschmierfähigkeit für Anwendungen mit langen Inaktivitätsperioden, bei denen sich das Öl von den Verschleißflächen ablösen kann. Fette sind im Allgemeinen auch wirksam, um Wasser aus dem geschmierten Teil auszuschließen. Alle Fettanwendungen beinhalten keine Grenzschmierung, bei der eine zusätzliche Verschleißschutzleistung erforderlich ist. Einige tun dies jedoch, und wie in vielen Schmiersituationen kann das Vorhandensein von Additiven Schutz vor Verschleiß bieten. Additive für diesen Zweck umfassen Molybdändisulfid, Graphit, Talk, Zinkoxid und PTFE.

Hersteller von mechanischen Geräten müssen sich oft entscheiden, ob sie Öl- oder Fettschmierung einsetzen. Öl wird im Allgemeinen verwendet, wenn die Betriebstemperatur konstant hoch ist und ein Ölfluss erforderlich ist, um Wärme abzuführen. Zirkulierendes Öl ist auch bevorzugt, wenn es gewünscht wird, Schmutz aus dem System unter Verwendung des Öls zu filtern. Bevorzugt sind auch Öle mit geringen Anlaufmomenten. Fette werden empfohlen, wenn lange Intervalle zwischen den Nachschmierungen erforderlich sind und wenn einfache Gehäuse und Dichtungen verwendet werden, die nicht dazu ausgelegt sind, Öl zurückzuhalten oder Verunreinigungen abzudichten.

Fett kann für Metall-Metall-Kontakt, Metall-Kunststoff-Kontakt und Kunststoff-Kunststoff-Kontakt verwendet werden. Laut Paul Bessette, einem national bekannten Berater auf dem Gebiet der Schmierung und Tribowissenschaften, „ist Polytetrafluorethylen in Schmierqualität ein äußerst wirksamer Festschmierstoff für Anwendungen mit Kunststoffen, da es die Reibung verringern und in Oberflächen einpolieren kann, wodurch Kontaktspannungen verringert und die schädlichen Auswirkungen von Glasfasern gelindert werden. Eine erhebliche Menge PTFE wird zur Verstärkung von Fetten verwendet, die zur Schmierung von Kunststoffteilen bestimmt sind. Darüber hinaus ist PTFE das Verdickungsmittel der Wahl für die Herstellung von Schmierfetten für die anspruchsvollsten tribologischen Anwendungen.”.134

Fette werden im Allgemeinen hergestellt, indem zuerst die Inhaltsstoffe (Öl, Fluorpolymer und andere Additive) gemischt und dann durch eine Kugelmühle, Kolloidmühle, Homogenisator oder ein ähnliches Gerät geleitet werden. Die Verwendung von hohen Temperaturen (bis zu 200 ° C) zur Verbesserung der Benetzung während des Mischens und dann hoher Scherung während des Mahlens ist üblich.

Die Charakterisierung von Fetten kann mit einer Vielzahl standardisierter Methoden erfolgen. Es gibt mehrere Standardisierungsorganisationen auf der ganzen Welt, die solche Methoden vorbereiten. Die US-Organisation heißt ASTM (American Society for Testing and Materials) International, die britische Organisation heißt International Petroleum (IP) Test Methods und so weiter. Die Internationale Organisation für Normung (ISO) versucht derzeit, Methoden weltweit zu standardisieren. Einige der ASTM-Testmethoden sind unten aufgeführt.

Die Art des in einer Anwendung verwendeten Fettes hängt von den Anforderungen dieser Anwendung ab. Das gebräuchlichste Fett ist NLGI Grade 2.

Ein wichtiger Charakterisierungstest von Fett ist die Bewertung seiner Verwendung in einer Verschleißsituation. Verschleißtests verwenden normalerweise zwei Oberflächen, die aneinander reiben, wobei das Fett zwischen die beiden Oberflächen eingebracht wird. Der Verschleiß wird durch Gewichts- oder Volumenverlust oder häufiger durch die Abmessungen der resultierenden Verschleißnarbe gemessen. Extreme Druckprüfungen können eine Messung der Last umfassen, die erforderlich ist, um ein Schweißen oder ein Festfressen der Kontaktflächen zu verursachen. Die Prüfbedingungen werden durch Temperatur und angelegte Last variiert. Zwei Methoden, die verwendet werden, um die Abnutzungseigenschaften des Fettes zu kennzeichnen, sind Vierballtests ASTM D 2266 und ASTM D 2596. Sie sind den Vier-Kugel-Tests, die mit niedrigviskosen Schmierstoffen verwendet werden, sehr ähnlich (siehe frühere Diskussion). Beide Verfahren verwenden eine rotierende Stahlkugel gegen drei ähnliche stationäre Stahlkugeln. ASTM D 2266 wird mit leichten Lasten betrieben und misst den Durchmesser der resultierenden Verschleißnarbe. Das Verfahren D 2596 verwendet schwerere Lasten und misst den Lastverschleißindex und die Schweißnahtbelastung. Extreme Druckleistung wird manchmal durch die „Schweißnahtbelastung“ gemessen.“ Dies ist die Last, die im Vier-Kugel-Test erforderlich ist, um ein tatsächliches Festfressen oder Verschweißen der Kugeln zu verursachen. In vorbestimmten Intervallen wird eine Startlast aufgebracht und erhöht, bis die rotierende Kugel festsitzt und mit den stationären Kugeln verschweißt.

Die meisten Fette öle verwenden keine Fluorpolymere als Verdickungsmittel. Die Verwendung von Fluorpolymeren als Additive zu Fetten auf der Basis synthetischer Öle ist üblicher, insbesondere die Perfluorpolyether- und Polyalphaolefinöle und insbesondere für Hochtemperaturanwendungen. Viele der Fetthersteller haben mit PTFE verdickte Fette auf synthetischer Ölbasis in ihren Produktlinien. Dow hat auch mit PTFE verdicktes Polyfluorosiloxanfett in seiner Produktlinie.

Die Auswirkungen scheinen darin zu liegen, dass die speziellen PTFE-Typen eine ungewöhnlich hohe Oberfläche aufweisen.