Lubrificante grasso

6.13.1 Grasso Composizioni e caratterizzazione

“Grasso” è fondamentalmente olio che contiene un agente addensante per aumentare la sua viscosità. L’agente addensante può essere un sapone o può essere un solido con una superficie elevata. Saponi di acido grasso di litio, calcio, sodio, alluminio e bario sono comunemente usati in concentrazioni dell ‘ 8% -25%. Argille finemente divise come bentonite e hectorite vengono utilizzate come solidi ad alta superficie, di solito dopo il rivestimento con un composto di ammonio quaternario per una migliore compatibilità con l’olio. Le argille erano usate più comunemente nei grassi precoci e i grassi addensati con sapone sono più comuni oggi. Rispetto agli altri addensanti, il PTFE ha il COF più basso ed è adatto per l’uso fino a 300°C, ma in genere è considerato per l’uso solo con carichi fino a moderati. Il PTFE viene utilizzato come” fortificatore ” in combinazione con uno degli altri addensanti o viene utilizzato da solo, in particolare per i grassi che sono per uso ad alta temperatura o applicazioni che comportano aspettative di lunga durata. Quando viene utilizzato come fortificatore, il PTFE può fornire una migliore riduzione dell’attrito e riserva anche la lubrificazione se l’olio nel grasso viene spremuto da un gioco stretto. Il potere di ispessimento del PTFE è una funzione diretta della sua superficie, quindi il PTFE a dispersione viene spesso utilizzato per questo scopo. Una varietà di oli può essere utilizzata come base di grasso in modo simile a quello descritto sopra per i lubrificanti in generale. L’olio utilizzato nel grasso a base di olio minerale è tipicamente standard SAE 20-30 viscosity petroleum ma la viscosità dell’olio può essere modificata a seconda dell’applicazione. Le applicazioni ad alta temperatura e di lunga durata di solito impiegano oli più stabili, come silicone sintetico, poliestere, PAO o oli perfluoropolyether, e spesso impiegano PTFE come addensante o fortificatore. Un buon riassunto degli oli sintetici che possono essere utilizzati per la produzione di grasso è presentato in Ref. . I grassi di perfluoroalchil etere sono particolarmente utilizzati per applicazioni che richiedono prestazioni in un intervallo di temperatura significativo e in cui è necessaria la resistenza all’ossigeno. Altri addensanti possono essere utilizzati nello stesso grasso oltre al PTFE. È comune addensare oli siliconici (in realtà polisilossani) con una miscela di silice fumata amorfa e PTFE. Argille come la bentonite possono essere utilizzate in combinazione con PTFE per addensare oli sintetici di PAO, estere e fluorocarbonio.

Il livello tipico di PTFE utilizzato come addensante del grasso copre una gamma di 3% -40% a seconda delle esigenze dell’applicazione del grasso. La fascia bassa di questa gamma si applica quando il PTFE viene utilizzato come fortificatore e sono presenti altri addensanti. Il livello di PTFE varia dal 20% al 40% quando viene utilizzato come unico addensante per il grasso. Generalmente si preferisce mantenere il livello di PTFE (o altri addensanti) il più basso possibile poiché l’olio nel grasso è il lubrificante principale. La quantità di PTFE richiesto dipende dalla sua qualità / superficie. Solo il 20% di un buon tipo di dispersione vergine PTFE con una superficie elevata è necessario per preparare un grasso di grado 2 NLGI, ma fino al 40% può essere richiesto da rottami PTFE con una superficie bassa. Come accennato in precedenza, la quantità di PTFE deve essere sufficiente per aumentare la viscosità al grado richiesto.

La maggiore viscosità dei grassi semplifica i requisiti di tenuta per molte applicazioni e fornisce una maggiore garanzia che gli spazi stretti rimangano lubrificati. I grassi sono lubrificanti che assottigliano il taglio, il che significa che la loro viscosità scende sotto taglio. Le applicazioni tipiche sono per i cuscinetti a sfera e a rulli in elettrodomestici, cuscinetti delle ruote automobilistiche, macchine utensili, ingranaggi e attrezzature ferroviarie. L’uso del PTFE nel grasso consente una lubrificazione di riserva per applicazioni con lunghi periodi di inattività in cui l’olio potrebbe separarsi dalle superfici di usura. I grassi sono anche generalmente efficaci nell’escludere l’acqua dalla parte lubrificata. Tutte le applicazioni di grasso non comportano lubrificazione limite dove c’è la necessità di prestazioni antiusura extra. Tuttavia, alcuni lo fanno e, come in molte situazioni di lubrificazione, la presenza di additivi può fornire protezione contro l’usura. Gli additivi per questo scopo includono disolfuro di molibdeno, grafite, talco, ossido di zinco e PTFE.

I produttori di apparecchiature meccaniche devono spesso decidere se utilizzare la lubrificazione a olio o grasso. L’olio viene generalmente utilizzato se la temperatura di esercizio è costantemente elevata e il flusso dell’olio è necessario per rimuovere il calore. L’olio circolante è anche preferito se si desidera filtrare i detriti dal sistema utilizzando l’olio. Gli oli sono anche preferiti con coppie di partenza basse. I grassi sono raccomandati quando sono necessari lunghi intervalli tra le rilubrificazioni e quando vengono utilizzati alloggiamenti e guarnizioni semplici che non sono progettati per trattenere l’olio o sigillare i contaminanti.

Il grasso può essere utilizzato per contatto metallo-metallo, metallo-plastica e contatto plastica-plastica. Secondo Paul Bessette, un consulente noto a livello nazionale nel settore della lubrificazione e delle triboscienze, “Il politetrafluoroetilene di grado di lubrificazione è un lubrificante solido estremamente efficace per applicazioni che coinvolgono materie plastiche grazie alla sua capacità di ridurre l’attrito e bruciare nelle superfici riducendo così le sollecitazioni di contatto e migliorando gli effetti deleteri delle fibre di vetro. Una notevole quantità di PTFE viene utilizzata per fortificare i grassi destinati alla lubrificazione di componenti in plastica. Inoltre, il PTFE è l’agente addensante di scelta per la produzione di grasso destinato alle applicazioni tribologiche più esigenti.”.134

I grassi sono generalmente fabbricati miscelando prima gli ingredienti (olio, fluoropolimero e altri additivi) e poi facendoli passare attraverso un mulino a sfere, un mulino colloidale, un omogeneizzatore o un dispositivo simile. L’uso di alta temperatura (fino a 200°C) per migliorare la bagnatura durante la miscelazione e quindi alta cesoia durante la fresatura è comune.

La caratterizzazione dei grassi può essere effettuata utilizzando una varietà di metodi standardizzati. Ci sono diverse organizzazioni di standard in tutto il mondo che preparano tali metodi. L’organizzazione statunitense si chiama ASTM (American Society for Testing and Materials) Internazionale, l’organizzazione britannica si chiama International Petroleum (IP) metodi di prova, e così via. L’Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO) sta attualmente cercando di standardizzare i metodi in tutto il mondo. Alcuni dei metodi di prova ASTM sono elencati di seguito.

Il tipo di grasso utilizzato in un’applicazione dipende dalle esigenze dell’applicazione. Il grasso più comune è NLGI Grado 2.

Un importante test di caratterizzazione del grasso è la valutazione del suo utilizzo in una situazione di usura. I test di usura di solito utilizzano due superfici che si sfregano l’una contro l’altra con il grasso inserito tra le due superfici. L’usura è misurata dalla perdita di peso o di volume, o più comunemente, dalle dimensioni della cicatrice di usura risultante. Le prove di pressione estreme possono includere una misurazione del carico necessario per causare la saldatura o il sequestro delle superfici di contatto. Le condizioni di prova variano in base alla temperatura e al carico applicato. Due metodi che vengono utilizzati per caratterizzare le proprietà di usura del grasso sono prove a quattro sfere ASTM D 2266 e ASTM D 2596. Sono molto simili ai test a quattro sfere utilizzati con lubrificanti a bassa viscosità (vedi discussione precedente). Entrambi i metodi impiegano una sfera d’acciaio rotante contro tre sfere d’acciaio stazionarie simili. ASTM D 2266 viene eseguito con carichi leggeri e misura il diametro della cicatrice di usura risultante. Il metodo D 2596 impiega carichi più pesanti e misura l’indice di usura del carico e il carico di saldatura. Le prestazioni di pressione estreme sono talvolta misurate dal ” carico di saldatura.”Questo è il carico richiesto nel test a quattro sfere per causare il grippaggio o la saldatura effettiva delle sfere insieme. Un carico iniziale viene applicato e aumentato a intervalli predeterminati fino a quando la sfera rotante si blocca e si salda alle sfere stazionarie.

la Maggior parte dei grassi a base di oli minerali non utilizzare fluoropolimeri come addensanti. L’uso di fluoropolimeri come additivi per ingrassare a base di oli sintetici è più comune, in particolare gli oli di perfluoropolietere e polialfaolefine e soprattutto per uso ad alta temperatura. Molti dei produttori di grasso includono grasso sintetico a base di olio addensato con PTFE nelle loro linee di prodotti. Dow include anche grasso polifluorosilossano addensato con PTFE nella loro linea di prodotti.

Le implicazioni sembra essere che la speciale PTFE gradi sono insolitamente elevata area superficiale.