Λιπαντικά Γράσα

Το λιπαντικό λίπος ή γράσο, από την ιταλική λέξη grasso, είναι ένα ηµίρευστο λιπαντικό που χρησιµοποιείται για λίπανση σε σηµεία όπου οι συνθήκες είναι δύσκολες.

Σύµφωνα µε τον ορισµό της ASTM (American Society for Testing and Materials), το λιπαντικό λίπος ή γράσο ή στέαρ είναι ένα στερεό ή ηµίρευστο προϊόν που προέρχεται από τη διασπορά ενός διογκωτικού µέσα σε ένα υγρό λιπαντικό. Στο προϊόν αυτό µπορεί να περιέχονται και άλλα συστατικά, που ονοµάζονται πρόσθετα ή βελτιωτικά, τα οποία του προσδίδουν ιδιαίτερες ιδιότητες.

Τα γράσα είναι πολτώδη λιπαντικά (ηµιστερεά) που παράγονται από ανάµιξη λαδιών µε σάπωνες λιπαρών οξέων, οι οποίοι παίζουν τον ρόλο του διογκωτικού. Το διογκωτικό ή παχυντής δίνει στα γράσα την υφή τους, καθώς και άλλες ιδιότητες, όπως η αντοχή στο νερό, η συνεκτικότητα κ.λπ.

Τα λιπαντικά αυτά χρησιµοποιούνται όταν οι συνθήκες λίπανσης δεν επιτρέπουν λίπανση µε υγρά λιπαντικά, όπως:

1. Σε χαμηλές ταχύτητες περιστροφής
2. Σε εξαιρετικά υψηλά φορτία και ειδικά όταν συνυπάρχουν κραδασμοί
3. Σε ακραίες θερμοκρασίες
4. Όταν απαιτείται ελάχιστη επίβλεψη ή σε σημεία λίπανσης που είναι δύσκολα προσιτά, οπότε η συχνή αναλίπανση δημιουργεί προβλήματα
5. Όταν απαιτείται στεγανότητα έναντι εξωτερικών πηγών ρύπανσης, σε μηχανισμούς που λειτουργούν σε υγρασία και σκόνη (εκσκαπτικά και χωματουργικά μηχανήματα)
6. Όταν υπάρχει πρόβλημα με τυχόν διαρροές

Τα βασικά χαρακτηριστικά που ζητάµε από το γράσο είναι τα εξής:

1. Να μην οξειδώνεται
2. Να εξασφαλίζει τη στεγανοποίηση του συστήματος
3. Να προστατεύει από τη φθορά τις επιφάνειες που υφίστανται τριβή
4. Να προστατεύει τις επιφάνειες που υφίστανται τριβή από την επίδραση ρύπων από το περιβάλλον (υγρασία, σκόνη κ.λπ.)
5. Να εμφανίζει αντοχή σε θερμικές και μηχανικές καταπονήσεις (τοπικές υπερφορτίσεις, απότομες αλλαγές ταχύτητας κ.λπ.)
6. Να διατηρεί για όσο το δυνατόν μεγαλύτερο χρονικό διάστημα τις αρχικές του ιδιότητες
7. Να μην μεταβάλλονται τα βασικά του χαρακτηριστικά από την παρουσία υγρασίας

Δοµή του γράσου

Οι πρώτες ύλες για την παραγωγή των γράσων είναι το βασικό λιπαντικό, οι σάπωνες και τα πρόσθετα.

Βασικό λάδι

Το βασικό λάδι αποτελεί τη βάση κάθε λιπαντικού και ο τύπος του καθορίζει τη συνολική απόδοση του εκάστοτε γράσου. Οι τρεις κύριοι τύποι βασικών λαδιών που χρησιμοποιούνται είναι τα ορυκτέλαια, τα συνθετικά και τα φυτικά έλαια. Για την παραγωγή γράσου για πολύστροφους μηχανισμούς μικρού φορτίου απαιτείται λάδι χαμηλού ιξώδους. Για τριβείς με υψηλά φορτία και χαμηλές ταχύτητες απαιτείται λάδι με υψηλό ιξώδες. Για τη λίπανση σημείων με υψηλή θερμοκρασία πρέπει να χρησιμοποιούνται λάδια με μικρή πτητικότητα και μεγάλη αντοχή στην οξείδωση.

Τα συνθετικά έλαια (συνήθως σιλικόνες) θεωρούνται ότι προσφέρουν τα καλύτερα αποτελέσματα όσον αφορά την προστασία, την απόδοση, την αντοχή στη θερμοκρασία και τις καιρικές συνθήκες, ακολουθούμενα από καλή σταθερότητα διάτμησης. Μειονέκτημά τους αποτελεί το αυξημένο κόστος.

Οι παχυντές

Οι παχυντές ή πυκνωτικά προστίθενται για τη ζελατινοποίηση των βασικών λαδιών και την απόκτηση της ημίρρευστης κατάστασης. Χρησιμοποιούνται ώστε όλα τα συστατικά του γράσου να συνδέονται καλύτερα, γεγονός που αυξάνει τη συνολική απόδοσή του.

Οι τύποι παχυντών που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι οι απλοί και οι σύνθετοι σάπωνες, που βασίζονται σε ενώσεις λιθίου, ασβεστίου, αλουμινίου, νατρίου και βαρίου. Οι σάπωνες είναι άλατα διαφόρων μετάλλων με λιπαρά οξέα. Παράγονται από την επίδραση υδροξειδίων επί λιπών, διαδικασία που ονομάζεται σαπωνοποίηση. Το μέταλλο με το οποίο γίνεται η σαπωνοποίηση καθορίζει τον τύπο του παραγόμενου σάπωνα και αποτελεί χαρακτηριστικό για την κατάταξη και την αξιολόγηση του γράσου.

Υπάρχουν και παχυντές που δεν είναι σάπωνες, όπως αυτοί που βασίζονται σε άργιλο και πολυουρία, και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δώσουν στο γράσο τη ζητούμενη υφή. Υπάρχουν ακόμη και μικτά γράσα, που παρουσιάζουν συνδυασμό ιδιοτήτων των απλών.

Τα πρόσθετα

Εκτός από τα έλαια και τους σάπωνες, στην παραγωγή του γράσου χρησιμοποιούνται και άλλες πρόσθετες ουσίες. Τα πρόσθετα χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση των χαρακτηριστικών και των ιδιοτήτων κάθε γράσου και τη βελτίωση της απόδοσής του. Τα σημαντικότερα πρόσθετα είναι:

1. Αντιοξειδωτικά πρόσθετα που παρατείνουν τη διάρκεια ζωής του γράσου
2. Πρόσθετα εξαιρετικά υψηλών πιέσεων (EP) που αυξάνουν την ικανότητά του να ανταπεξέρχεται σε πολύ μεγάλες πιέσεις
3. Επιβαρυντικές ύλες (fillers), όπως ο γραφίτης, η μίκα ή ο αμίαντος (ο αμίαντος δεν χρησιμοποιείται πλέον στη σύγχρονη παραγωγή γράσων), που διευκολύνουν τη συγκράτηση του γράσου στις μεταλλικές επιφάνειες

Επίσης, σε κάθε γράσο προστίθενται ιχνοθέτες και χρωστικές ουσίες.

Τύποι γράσου

1. Γράσο ασβεστίου: Το γράσο ασβεστίου είναι ένα από τα πρώτα γράσα που κατασκευάστηκαν για γενική χρήση. Μερικά από τα βασικά χαρακτηριστικά αυτού του γράσου πολλαπλών χρήσεων είναι η μεγάλη αντοχή στο νερό, η καλή προστασία από τη διάβρωση και η εξαιρετική μηχανική σταθερότητα. Ωστόσο, το λιπαντικό αυτό χρησιμοποιείται μόνο σε χαμηλές θερμοκρασίες, καθώς οι υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να προκαλέσουν αλλαγές στη δομή του. Σήμερα, το γράσο ασβεστίου και το γράσο συμπλόκου ασβεστίου χρησιμοποιούνται κυρίως σε ναυτιλιακές, βιομηχανικές, αυτοκινητιστικές και γεωργικές εφαρμογές.
2. Γράσο νατρίου: Το γράσο νατρίου παρασκευάζεται με ανάμειξη σόδας με πρόσθετα και βασικά έλαια. Παρέχει σταθερότητα σε διάτμηση, υψηλό σημείο πτώσης, εξαιρετική προστασία από τη σκουριά και καλή λίπανση, αλλά παρουσιάζει κακή αντοχή στο νερό και περιορισμένη σταθερότητα στην οξείδωση. Λόγω των μειονεκτημάτων του, το γράσο νατρίου χρησιμοποιείται πλέον κυρίως για τη λίπανση στεγανών ρουλεμάν. Επιπλέον, αναμιγνύεται συνήθως με άλλα γράσα, σε μια προσπάθεια παραγωγής γράσου υψηλότερης ποιότητας και χαμηλού κόστους.
3. Γράσο λιθίου: Το γράσο λιθίου είναι ένα γράσο πολλαπλών χρήσεων, γνωστό για την ανθεκτικότητα, το υψηλό ιξώδες και τη σταθερότητά του. Έχει σχεδιαστεί για να παρέχει μακροχρόνια προστασία από την οξείδωση, τη διάβρωση, τις ακραίες θερμοκρασίες και τη φθορά. Τα γράσα λιθίου και συμπλόκου λιθίου χαρακτηρίζονται επίσης από την εξαιρετική λίπανσή τους, την καλή αντοχή στο νερό και την ικανότητά τους να αντέχουν σε υψηλές πιέσεις και κραδασμούς. Είναι κατάλληλα για μια ποικιλία εφαρμογών, όπως στην αυτοκινητοβιομηχανία, τα γεωργικά μηχανήματα, τη βιομηχανία και απαιτητικές εφαρμογές μετάλλου με μέταλλο.
4. Γράσο συµπλόκου αλουµινίου: Το γράσο συμπλόκου αλουμινίου έχει πολλά πλεονεκτήματα. Μπορεί να αντέξει σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, παρουσιάζει εντυπωσιακές ιδιότητες αντοχής στο νερό, αποτρέπει τη σκουριά, τη διάβρωση και την οξείδωση και εμφανίζει καλή σταθερότητα διάτμησης. Τα γράσα συμπλόκου αλουμινίου χρησιμοποιούνται κυρίως στη βιομηχανία τροφίμων, αλλά είναι επίσης γνωστό ότι προσφέρουν εξαιρετικά αποτελέσματα όταν χρησιμοποιούνται στην αυτοκινητοβιομηχανία.
5. Γράσο συµπλόκου βαρίου: Το γράσο συμπλόκου βαρίου είναι υψηλής απόδοσης, ευρέως γνωστό για τη μηχανική του σταθερότητα, την αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, την ικανότητά του να αντέχει σε βαριά φορτία και υψηλές ταχύτητες, την εξαιρετική του ανοχή στο νερό, τη μεγάλη σταθερότητα στην οξείδωση, καθώς και την αντοχή σε διάφορες χημικές ουσίες. Το γράσο συμπλόκου βαρίου χρησιμοποιείται κυρίως σε απαιτητικές εφαρμογές βαρέων φορτίων, όπως αεροναυπηγικές, ναυτιλιακές και κατασκευαστικές εφαρμογές.
6. Γράσο αργιλίου: Το γράσο αργιλίου είναι ένα λιπαντικό με βάση την άργιλο, που αναπτύχθηκε με τη βοήθεια του μπεντονίτη. Οι κύριες ιδιότητές του είναι η αντοχή στις μεταβολές θερμοκρασίας, η μεγάλη προστασία από τη φθορά, η εξαιρετική ανοχή στο νερό, η καλή μηχανική ή διατμητική σταθερότητα και η εντυπωσιακή συγκολλητική ικανότητα. Το γράσο αυτό είναι ιδανικό για εφαρμογές με υψηλές απαιτήσεις, όπως στη χαλυβουργία, τις κατασκευές, την εξόρυξη και την κεραμική βιομηχανία.
7. Γράσο πολυουρίας: Το γράσο πολυουρίας έχει γίνει πολύ δημοφιλές λόγω των χαρακτηριστικών του, όπως η εξαιρετική αντοχή στο νερό, η μεγάλη σταθερότητα στην οξείδωση, η πρόληψη της σκουριάς και της διάβρωσης, η ανθεκτικότητα, η ευελιξία, η καλή μηχανική σταθερότητα, καθώς και η απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες. Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, το γράσο πολυουρίας συνιστάται για εφαρμογές μεγάλης διάρκειας ζωής και χρησιμοποιείται σε διάφορες βιομηχανίες. Θεωρείται ζωτικής σημασίας για τη σωστή λίπανση των ηλεκτροκινητήρων.

Οι παραπάνω τύποι γράσου µπορούν να αναφέρονται ως γράσα πολλαπλών χρήσεων (MP), ακραίας πίεσης (EP), θαλάσσης, βαρέος τύπου, ειδικών χρήσεων, αυτοκινήτων, βιοµηχανίας κ.λπ., ανάλογα µε τις ιδιότητες των βασικών ελαίων και των προσθέτων που χρησιµοποιούνται στη διαδικασία παραγωγής τους.

Ιδιότητες γράσων

Οι ιδιότητες του γράσου εξαρτώνται απότο είδος του λιπαντικού, το είδος και την αναλογία του σάπωνακαιτα πρόσθετα.

Η συνεκτικότητα

Ως συνεκτικότητα εννοούμε τη συνοχή μεταξύ των συστατικών του γράσου. Ως μέτρο της συνεκτικότητας (consistency) λαμβάνεται η διεισδυτικότητα (penetration), η οποία μετράται εργαστηριακά με πτώση τυποποιημένου μεταλλικού κώνου και μέτρηση του βάθους στο οποίο διειδύει η κορυφή του κώνου στο γράσο. Ο αριθμός διεισδυτικότητας εκφράζεται σε δέκατα του χιλιοστού.

Ανάλογα με τη διείσδυση προκύπτει η συνεκτικότητα και η τυποποίηση των γράσων σύμφωνα με τον φορέα NLGI. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός της διεισδυτικότητας, τόσο λιγότερο συνεκτικό είναι το γράσο. Η τιμή της συνεκτικότητας εξαρτάται από το ιξώδες του λαδιού και από το είδος του σάπωνα. Οι σάπωνες αργιλίου εξασφαλίζουν υψηλή συνεκτικότητα στο γράσο, ενώ οι σάπωνες ασβεστίου αποτελούν τη βάση παραγωγής γράσων μικρής συνεκτικότητας. Σε αργόστροφα ρουλεμάν χρησιμοποιούνται μαλακά γράσα, όπως NLGI 2. Σε ρουλεμάν με υψηλά ή κρουστικά φορτία χρησιμοποιούνται σκληρά γράσα.

Ιξώδες

Ιξώδες ενός λιπαντικού είναι η αντίσταση που παρουσιάζει στη ροή, δηλαδή το μέτρο της εσωτερικής του τριβής. Μεγάλο ιξώδες σημαίνει μεγάλη αντίσταση και μικρό ιξώδες σημαίνει μικρή αντίσταση. Υπάρχει δυναμικό ιξώδες, που μετράται σε μονάδες Poise (P), και κινηματικό ιξώδες, που μετράται σε μονάδες Stoke (St).

Για τα γράσα, το κατάλληλο ιξώδες πρέπει να βοηθά στη διασφάλιση επαρκούς διαχωρισμού μεταξύ των επιφανειών χωρίς να προκαλείται υπερβολική τριβή. Το ιξώδες του γράσου καθορίζει την ικανότητά του να παραμένει σταθερό και να προσφέρει αποτελεσματική προστασία από την τριβή. Το υψηλότερο ιξώδες παρέχει μεγαλύτερη σταθερότητα όταν το γράσο εκτίθεται σε βαριά, αργά φορτία, ενώ το χαμηλότερο ιξώδες είναι ιδανικό για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας.

Σηµείο στάξης

Επειδή, λόγω σύστασης, τα γράσα δεν έχουν σαφές σημείο τήξης, χρησιμοποιείται το λεγόμενο σημείο στάξης. Σημείο στάξης ή σταγόνος ονομάζεται η θερμοκρασία στην οποία ένα δείγμα γράσου, όταν θερμαίνεται, γίνεται αρκετά ρευστό ώστε να αρχίσει να ρέει μέσα από ένα άνοιγμα, σύμφωνα με το DIN ISO 2176. Πέρα από το σημείο στάξης αρχίζει η τήξη και η χρήση γίνεται προβληματική. Αντίθετα, για θερμοκρασίες κάτω από το σημείο στάξης δεν προκύπτουν προβλήματα.

Αντοχή στη διάβρωση

Τα διαβρωτικά περιβάλλοντα απαιτούν ειδικές ιδιότητες για τα γράσα κυλινδρικών ρουλεμάν. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής Emcor, τα ρουλεμάν λιπαίνονται με ένα μείγμα γράσου και απεσταγμένου νερού. Στο τέλος της δοκιμής δίνεται μια τιμή μεταξύ 0 (καμία διάβρωση) και 5 (πολύ σοβαρή διάβρωση). Μπορεί να χρησιμοποιηθεί αλμυρό νερό αντί για απεσταγμένο ή συνεχής ροή νερού (δοκιμή έκπλυσης), ώστε η δοκιμή να γίνει πιο αυστηρή.

Εύρος θερµοκρασίας

Το κατάλληλο εύρος λειτουργίας ενός γράσου κυμαίνεται μεταξύ του ορίου χαμηλής θερμοκρασίας (LTL – low temperature limit) και του ορίου απόδοσης υψηλής θερμοκρασίας (HTPL – high temperature performance limit). Το LTL ορίζεται ως η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία το γράσο επιτρέπει την εκκίνηση του ρουλεμάν χωρίς δυσκολία. Κάτω από αυτό το όριο θα εμφανιστεί έλλειψη λίπανσης και θα προκληθεί βλάβη. Πάνω από το HTPL, το γράσο υποβαθμίζεται με ανεξέλεγκτο τρόπο, με αποτέλεσμα να μην μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια η διάρκεια ζωής του.

Το HTPL σχετίζεται με τον σάπωνα του γράσου. Τα γράσα ασβεστίου και αλουμινίου είναι κατάλληλα για θερμοκρασίες έως 100°C. Τα γράσα λιθίου έως 120 °C και τα γράσα συμπλόκου λιθίου έως 150°C. Τα γράσα πολυουρίας αντέχουν έως 160°C, ενώ υπάρχουν και γράσα ανόργανης βάσης που αντέχουν σε θερμοκρασίες της τάξης των 220°C.

Αντοχή στο νερό

Κατά τη χρήση του, το γράσο μπορεί να υπόκειται στην επίδραση νερού, το οποίο μπορεί να επιφέρει την απομάκρυνσή του από την επιφάνεια, αν δεν διαθέτει την απαιτούμενη αντοχή στο νερό. Η μέτρηση της αντοχής γίνεται με ειδικό μηχάνημα και η αλλαγή στο γράσο αξιολογείται οπτικά και αναφέρεται ως τιμή μεταξύ 0 (καμία αλλαγή) και 3 (σημαντική αλλαγή), μαζί με τη θερμοκρασία δοκιμής.

Χρήση στο αυτοκίνητο

Τα γράσα στο αυτοκίνητο χρησιμοποιούνται σε διάφορες αρθρώσεις, σε απλά έδρανα τριβής, σε ρουλεμάν κ.λπ., ώστε να τα προστατεύουν από τη φθορά, την οξείδωση, τη σκόνη και την υγρασία. Ο ακριβής προσδιορισμός της διάρκειας ζωής των γράσων είναι δύσκολος, καθώς επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, όπως η ρύπανση, η υγρασία και οι κραδασμοί. Η διάρκεια ζωής ενός γράσου διαφέρει σημαντικά από εφαρμογή σε εφαρμογή, ακόμη και όταν το έδρανο λειτουργεί υπό ιδανικές συνθήκες. Μεταβλητές όπως η ροή του αέρα, η σκόνη και η υγρασία επηρεάζουν σημαντικά τη διάρκειά του. Τα χρονικά διαστήματα που δίνει ο κατασκευαστής ενός αυτοκινήτου για την επαναλίπανση αποτελούν οδηγό για λειτουργία σε ιδανικό περιβάλλον.

Στην περίπτωση στεγανών ρουλεμάν με γράσο «διαρκείας», η διάρκεια ζωής θεωρείται ότι επαρκεί για 10 χρόνια ή 150.000 χλμ, χωρίς αυτό να σημαίνει ότι δεν απαιτείται ποτέ αντικατάσταση. Γενικός κανόνας είναι ότι τα γράσα διαρκείας έχουν περίπου τον διπλάσιο χρόνο ζωής από τα συμβατικά, χωρίς σε καμία περίπτωση να ξεπερνά η διάρκειά τους τις 3.000 ώρες λειτουργίας.

Η διατήρηση καθαρού περιβάλλοντος εργασίας είναι κρίσιμης σημασίας κατά τη λίπανση εξοπλισμού. Τα εξαρτήματα στα οποία εφαρμόζεται γράσο πρέπει να καθαρίζονται ώστε να αποτρέπεται η εισχώρηση ρύπων. Το παλαιό γράσο πρέπει να αφαιρείται με καθαρό, στεγνό ύφασμα. Τα ρουλεμάν πρέπει να πλένονται και οι εξωτερικοί δακτύλιοι να σκουπίζονται με ύφασμα εμποτισμένο με διαλυτικό. Οι επιφάνειες στις οποίες θα τοποθετηθεί νέο γράσο πρέπει να στεγνώνουν φυσώντας με πεπιεσμένο αέρα, ώστε να προσκολληθεί σωστά η νέα στρώση λιπαντικού.

Τα καπάκια των ρουλεμάν πρέπει να διατηρούνται γεμάτα με γράσο σε ποσοστό 30 έως 50%. Η τοποθέτηση υπερβολικής ποσότητας γράσου οδηγεί σε αυξημένες θερμοκρασίες λιπαντικού και διαρροές. Η περιοδική επαναλίπανση μέσω γρασαδόρου ή κεντρικού συστήματος πρέπει να συνοδεύεται από πλήρη καθαρισμό και πλήρωση με νέο γράσο.

ΝΙΚΟΣ ΒΑΣΙΛΑΚΗΣ