Grasa lubricante

6.13.1 Composición y caracterización de la grasa

La «grasa» es básicamente aceite que contiene un agente espesante para aumentar su viscosidad. El agente espesante puede ser un jabón o un sólido con una superficie alta. Los jabones de ácidos grasos de litio, calcio, sodio, aluminio y bario se usan comúnmente en concentraciones de 8% a 25%. Las arcillas finamente divididas, como la bentonita y la hectorita, se utilizan como sólidos de alta superficie, generalmente después de recubrir con un compuesto de amonio cuaternario para mejorar la compatibilidad con el aceite. Las arcillas se usaban más comúnmente en las grasas tempranas y las grasas espesadas con jabón son más comunes hoy en día. En comparación con los otros espesantes, el PTFE tiene el COF más bajo y es adecuado para usar hasta 300°C, pero generalmente se considera para usar solo con cargas moderadas. El PTFE se utiliza como un» fortificante » en combinación con uno de los otros espesantes o se usa solo, especialmente para grasas que son para uso a altas temperaturas o aplicaciones que implican expectativas de larga vida útil. Cuando se usa como fortificante, el PTFE puede proporcionar una reducción mejorada de la fricción y también una lubricación de reserva si el aceite de la grasa se extrae de un espacio libre apretado. El poder de espesamiento del PTFE es una función directa de su área de superficie, por lo que el PTFE de tipo dispersión se usa con mayor frecuencia para este propósito. Se puede utilizar una variedad de aceites como base de grasa de manera similar a la descrita anteriormente para lubricantes en general. El aceite que se utiliza en la grasa a base de aceite mineral es típicamente petróleo de viscosidad estándar SAE 20-30, pero la viscosidad del aceite se puede alterar dependiendo de la aplicación. Las aplicaciones de alta temperatura y larga duración generalmente emplean aceites más estables, como silicona sintética, poliéster, PAO o aceites de perfluoropoliéter, y a menudo emplean PTFE como espesante o fortificante. Un buen resumen de los aceites sintéticos que pueden utilizarse para la fabricación de grasas se presenta en la Ref. . Las grasas de éter perfluoroalquílico se utilizan especialmente para aplicaciones que requieren un rendimiento en un rango de temperatura significativo y en las que se necesita resistencia al oxígeno. Se pueden usar otros espesantes en la misma grasa además del PTFE. Es común espesar los aceites de silicona (en realidad polisiloxanos) con una mezcla de sílice pirogenada amorfa y PTFE. Arcillas como la bentonita se pueden usar en combinación con PTFE para espesar aceites sintéticos PAO, éster y fluorocarbonos.

El nivel típico de PTFE utilizado como espesante de grasa cubre un rango de 3%a 40% dependiendo de los requisitos de la aplicación de grasa. El extremo inferior de esta gama se aplica cuando se utiliza PTFE como fortificante y hay otros espesantes presentes. El nivel de PTFE oscila entre el 20% y el 40% cuando se utiliza como único espesante para la grasa. Por lo general, se prefiere mantener el nivel de PTFE (u otros espesantes) lo más bajo posible, ya que el aceite de la grasa es el lubricante principal. La cantidad de PTFE requerida depende de su calidad / superficie. Solo se requiere el 20% de un buen PTFE de dispersión virgen con una superficie alta para preparar una grasa de grado 2 NLGI, pero se puede requerir hasta un 40% de PTFE de desecho con una superficie baja. Como se mencionó anteriormente, la cantidad de PTFE debe ser suficiente para aumentar la viscosidad al grado requerido.

La mayor viscosidad de las grasas simplifica los requisitos de sellado para muchas aplicaciones y proporciona una mayor garantía de que los espacios libres ajustados permanecerán lubricados. Las grasas son lubricantes que adelgazan el cizallamiento, lo que significa que su viscosidad cae bajo el cizallamiento. Las aplicaciones típicas son para rodamientos de bolas y rodillos en electrodomésticos, rodamientos de ruedas automotrices, máquinas herramientas, engranajes y equipos ferroviarios. El uso de PTFE en la grasa proporciona lubricidad de reserva para aplicaciones con largos períodos de inactividad en las que el aceite podría separarse de las superficies de desgaste. Las grasas también son generalmente eficaces para excluir el agua de la parte lubricada. Todas las aplicaciones de grasa no implican lubricación de límites donde se necesita un rendimiento antidesgaste adicional. Sin embargo, algunos lo hacen y, como en muchas situaciones de lubricación, la presencia de aditivos puede proporcionar protección contra el desgaste. Los aditivos para este propósito incluyen disulfuro de molibdeno, grafito, talco, óxido de zinc y PTFE.

Los fabricantes de equipos mecánicos a menudo necesitan decidir si emplean lubricación con aceite o grasa. El aceite se utiliza generalmente si la temperatura de funcionamiento es constantemente alta y se necesita un flujo de aceite para eliminar el calor. También se prefiere el aceite circulante si se desea filtrar los residuos del sistema utilizando el aceite. Los aceites también son preferidos con pares de arranque bajos. Se recomiendan grasas cuando se requieren largos intervalos entre relubricaciones y cuando se utilizan carcasas y sellos simples que no están diseñados para retener el aceite o sellar los contaminantes.

La grasa se puede usar para contacto de metal a metal, metal a plástico y contacto de plástico a plástico. De acuerdo con Paul Bessette, un consultor conocido a nivel nacional en el área de lubricación y tribociencia, «El politetrafluoroetileno de grado de lubricación es un lubricante sólido extremadamente efectivo para aplicaciones que involucran plásticos debido a su capacidad para reducir la fricción y el brillo en las superficies, reduciendo así las tensiones de contacto y mejorando los efectos nocivos de las fibras de vidrio. Se utiliza una cantidad significativa de PTFE para fortificar grasas destinadas a la lubricación de componentes de plástico. Además, el PTFE es el agente espesante de elección para la fabricación de grasas destinadas a las aplicaciones tribológicas más exigentes.”.Las grasas 134

generalmente se fabrican mezclando primero los ingredientes (aceite, fluoropolímero y otros aditivos) y luego pasándolos a través de un molino de bolas, molino coloidal, homogeneizador o dispositivo similar. El uso de alta temperatura (hasta 200°C) para mejorar la humectación durante la mezcla y luego el alto cizallamiento durante el fresado es común.

La caracterización de grasas se puede llevar a cabo utilizando una variedad de métodos estandarizados. Hay varias organizaciones de normalización en todo el mundo que preparan estos métodos. La organización estadounidense se llama ASTM (American Society for Testing and Materials) International, la organización británica se llama International Petroleum (IP) test methods, y así sucesivamente. La Organización Internacional de Normalización (ISO) está tratando actualmente de normalizar los métodos en todo el mundo. A continuación se enumeran algunos de los métodos de prueba ASTM.

El tipo de grasa utilizada en una aplicación depende de las exigencias de la aplicación. La grasa más común es NLGI Grado 2.

Una prueba de caracterización importante de la grasa es la evaluación de su uso en una situación de desgaste. Las pruebas de desgaste generalmente utilizan dos superficies que se frotan entre sí con la grasa insertada entre las dos superficies. El desgaste se mide por pérdida de peso o volumen, o más comúnmente, por las dimensiones de la cicatriz de desgaste resultante. Las pruebas de presión extrema pueden incluir una medición de la carga necesaria para causar soldadura o agarre de las superficies de contacto. Las condiciones de prueba varían según la temperatura y la carga aplicada. Dos métodos que se utilizan para caracterizar las propiedades de desgaste de la grasa son las pruebas de cuatro bolas ASTM D 2266 y ASTM D 2596. Son muy similares a las pruebas de cuatro bolas que se usan con lubricantes de baja viscosidad (ver discusión anterior). Ambos métodos emplean una bola de acero giratoria contra tres bolas de acero estacionarias similares. ASTM D 2266 se ejecuta con cargas ligeras y mide el diámetro de la cicatriz de desgaste resultante. El método D 2596 emplea cargas más pesadas y mide el índice de carga-desgaste y la carga de soldadura. El rendimiento de presión extrema a veces se mide por la «carga de soldadura».»Esta es la carga requerida en la prueba de Cuatro bolas para causar un agarre real o soldadura de las bolas juntas. Se aplica una carga de arranque y se aumenta a intervalos predeterminados hasta que la bola giratoria se sujeta y se suelda a las bolas estacionarias.

La mayoría de las grasas a base de aceites minerales no utilizan fluoropolímeros como espesantes. El uso de fluoropolímeros como aditivos para grasas a base de aceites sintéticos es más común, particularmente los aceites de perfluoropoliéter y polialfaolefinas y especialmente para uso a altas temperaturas. Muchos de los fabricantes de grasas incluyen grasas a base de aceite sintético espesadas con PTFE en sus líneas de productos. Dow también incluye grasa de polifluorosiloxano espesada con PTFE en su línea de productos.

Las implicaciones parece ser que el especial de PTFE grados inusualmente alta área de superficie.