آیا می دانید کف باعث کاهش روانکاری وسبب ایجاد سایش میشود؟

گردآورنده : فرشاد جعفری

کف کردن در روغن بسیار نامطلوب میباشد و با توجه به اختلاط روغن با هوا باعث اکسیداسیون میشود .آسیب به حفرات سیستم گردش  و انتقال نامناسب روغن در سیستم  گردش روانکار میتواند باعث ایجاد یک روانکار ضعیف شود . اضافه کردن اافزودنیهای  مناسب ضد کف میتواند راه حل مناسبی برای این مشکل باشد .

برای تعیین تمایل به ایجاد کف که بر پایداری و عملکرد روغن روانکار تاثیر میگذارد و پوشش و گسیختنگی روغن روانکار در آزمایشگاهها از طرق تستهای مختلفی بررسی میشود.

6 نوع روغن مختلف از مغازه های فروشنده روغن خریداری شده و تستهایی مانند وسکوزیته، وسیکوزیته ایندکس، نقطه اشتعال ، نقطه انجماد ورنگ روی آنها انجام میشود .

برای تعیین تمایل به تشکیل کف و حفظ پایداری، تستهای انجام شده را بر روی 6 نمونه قبل از اضافه کردن ادتیو ضد کف  و سپس بعد از اضافه کردن آن اندازه گیری نموده  که در نتیجه بعد از اضافه کردن افزودنیهای ضد کف به 3  نمونه از روانکارهای ( GB.SH.MH ) و این افزودنیها باعث کاهش کف و درنتیجه افزایش پوشش و کاهش سایش  شد. یعنی حدود 0/50/0 میلی لیتر

و حداکثر 0.5 میلی لیتر سایش ایجاد کرد  اگر چه برای این 3روغن نتیجه رضایت بخش نبود .

کف های روغن به دو دسته کلی تقسیم میشوند :

1. کف سطحی

2. کف داخلی

کف سطحی در روغنهای روانکار بسیار مهم و قابل توجه است که این نوع کف توسط افزودنیهای ضد کف قابل کنترل است و اینها کشش سطحی روانکار را نسبت به روغن پایه کاهش میدهند و معمولا در روغن پایه نامحلول هستند وباید بخوبی ترکیب شوند تا پایداری لازم را داشته باشند که بتوانیم برای مدت طولانی نگهداری و استفاده کنیم.  اندازه ذرات ضد کف ترکیب شده  در سطح باید کمتر از 100میکرومتر باشد و برای بهبود عملکرد، اندازه ذرات باید کوچکتر از 10 میکرومتر باشد.تراکمکف در روغنهای روانکننده حبابهای کوچکی است که در تمامی جهات دارای قدرت یکسانی است .پایداری حبابها با حل شدن در کشش سطحی روغن ارتباط مستقیم دارد اگر مایع کشش سطحی قوی داشته باشد به طبع آن نیز حبابها قوی میشوند و در مایع حل نمیشوند و بنابراین، پایداری کف طولانی خواهد بود اگر سطح مایع همگن نباشد و روی حباب سطح تاثیر گذار است ونیروی وارده به دیواره حبابها برابر نبوده و باعث آسیب به حبابها میشود و دیواره حبابها را ضعیف و تخریب میکند .

 

بنابراین برای جلوگیری از کف در روانکارهای روغنی از ضد کفها استفاده میشود  که بهبود میبخشند سطح مایع را و از به وجود آمدن کف جلوگیری میکنند.گروه شناسی در سیستم های روانکار توضیح میدهد ارتباط فیزیکی بین سطح در حال تعادل ویا متقاطع بطوری که اگر سطوح بطور مناسب روانکاری نشده باشند اصطکاک بین سطوح لغزنده رخ میدهد و باعث از بین رفتن انرژی و کاهش عملکرد روانکار و ایجاد حباب شده ودر نهایت  باعث کاهش ویسکوزیته میشود که این اتفاقات باعث سایش بین قطعات میشود و چسبندگی قطعات و درنهایت باعث فرسودگی قطعات مورد استفاده میشود. اصطکاک داخلی روغن باید کم باشد.تا موتور اجازه عملکرد بدون مانع را داشته باشد روانکارهای روغنی باید پایداری برشی داشته باشند. اکسیداسیون خوب وپایداری حرارتی بالا و محافظت در برابر خوردگی و سایش داشته باشد و تحمل فشارهای بالا را داشته باشد و کارکردن روانکار در دمای پایین ودر نهایت مقاومت در برابر ایجاد کف مناسبی داشته باشد . افزودنیهای روانکارهای روغنی را میتوان به این صورت تعریف کرد که ترکیباتی با خصوصیات اصلاح کننده و جلوگیری کننده از کف هستند با کاهش کف از سطح و شکستن حبابها باعث بهبود روغن پایه میشود.

درفرایندهای صنعتی کف میتواند باعث مشکلات جدی شود و باعث نقص در لایه های سطحی شود و از پرشدن کارآ»د لایه ها جلوگیری کند.

مواد افزودنی ضد کف در صنعت کاربرد فراوانی دارند و میتوانند باعث کاهش و جلوگیری از تشکیل کف شوند مواد  شناخته شده مانند : پلی دی متیل سیلوکسان(PDMS)  هستند که جز گروه ارگانو سیلیکان هستند ومعمولا به عنوان سیلیکون شناخته میشوند این مواد دارای خصوصیات ویسکوزیته غیرمعمول ,شفاف، بی اثر، غیر سمی و غیر قابل اشتعال هستند .

تصویر زیر ساختار مواد شیمیایی (PDMS) را نشان می دهد

روش کار

روغنهای مورد استفاده در این تحقیق روغن هایی هستند که دارای جداسازی بالای آب هستند و از حرکت چرخشی فرار نمیکنند. به طور طبیعی همزدن باعث هوادهی به روانکار روغن میشود و باعث ایجاد حباب هوا و کف میشود .

کف نه تنها باعث اکسیداسیون روانکار روغنی میشود بلکه همچنین اثر روانکار روغنی را کم میکند و در نتیجه باعث فرسودگی میشود.روانکارها برای تمیزکاری فلزات استفاده میشوند مانند روغن های هیدرولیک ، روغن هیدرو دینامیک و روغنهای گردشی در سیستمهای صنعتی .

مواد افزودنی مورد استفاده در این مطالعه رایج ترین افزودنیهای ضد کف در صنعت هستند. برای مثال سیلیکون به شکل پلی دی متیل پلی سیلوکسان باافزودن 0.1 درصد وزنی.به عنوان اطلاعات  اولیه، روغن روانکار  تست میشود  با استفاده از روشهای  ASTM برای تعیینخصوصیات شیمیایی فیزیکی، مانند ویسکوزیته؛ شاخص ویسکوزیته؛ نقطه اشتعال؛ نقطه ریزش؛ ورنگ ، در حالی که برای تعیین مقدار کف  از ASTM D 892 استفاده میشود. در این تست دونوع مختلف اندازه ی کف محاسبه میشود   که  تمایل به ایجاد کف و پایداری کف را شامل میشود .

تمایل به کف مقدار کف ایجاد شده به واسطه دمیدن هوا را مشخص میکند و پس از قطع دمیدن هوا مقدار کف باقیمانده پایداری کف را مشخص میکند و بعداز 10دقیقه پس از قطع هوا مقدار کف باقیمانده را به واحد میلی لیتر مشخص میکنیم . برای تعیین مقدار روانکاری  خصوصیات محاغظت کننده روغن روانکار تحت شرایط تست  ASTM D4172 با استفاده از سرعت 1200  ، 1800 و 2200 دور در دقیقه انجام میشود .تست چهارگلوله توپهای استیل به قطر12.7 میلیمتر به هم چسبانده شده رو روغن روانکار از بین آنها عبور داده میشود.مکانیسم چهارگلوله به این شکل است که سه گلوله تحت فشار با نیروی معادل 147 یا 392 نیوتن (15 یا 40کیلوگرم) قرار میگیردو دمای روغن روانکار 75 درجه سانتیگراد میباشد و گلوله با سرعت 1200،800و 2200 دور در دقیقه  بمدت 1ساعت میچرخد و روغن با قطر شکاف ایجاد شده بین 3گلوله مقایسه میشود.

 

 

 

جئول1( نتیجه خواص فیزیکی تست )

CO	MH	SH	TH	GB	NM	Test Method	Characteristics	NO
102.2	71.39	48.7	33.97	102.35	32.09	ASTM D445	Kinematic viscosity at 40°C, mm2/s	1
10.97	9.95	8.7	5.7	15.21	5.67	ASTM D445	Kinematic viscosity at 100°C, mm2/s	2
90	121	160	107	156	117	ASTM D2270	Viscosity index	3
-12	-27	-58	-36	-54	-12	ASTM D97	Pourpoint, °C	4
243	238	256	230	210	220	ASTM D92	Flash point, °C	5
brown Clear	brown Clear	brown Clear	red Clear	brown Clear	brown	Visual Clear	Appearance and color	6

 

 

مکانیسم تست چهارگلوله

 

 

بحث وگفتگو

روغن روانکار بعنوان یک لایه محافظ در برابر حرکات تجهیز و همسو با حرکات تجهیز  درجهات مختلف  بدون تماس مستقیم یا اصطاک ، سایش و پارگی ممکن است اتفاق نیوفتد.اما زمانیکه یک بار سنگین بیش از توانایی روغن روانکار اعمال میشود باعث پارگی و از بین رفتن حالت روان کاری میشود و اصطکاک و خورندگی بین فلزات را ایجاد میکند .

در شکلهای زیر تجزیه تحلیل انواع روغن را میبینید .

نتیجه مشخصات فیزیکی تستها

جدول 1 خصوصیات روغنهای روانکار مختلفی که در تجهیزات صنایع مختلف کاربرد دارند را نشان میدهد که توانایی ایجاد کف در تجهیزات را دارند.

نتیجه مشخصات ویسکوزیته بالای  40 درجه سانتیگراد بر طبق VG ISO طبقه بندی میشود که نیازمند استفاه هرنوع روانکار روغنی میباشد .درحالیکه ویسکوزیته ایندکس تغییرات ویسکوزیته را درماهای مختلفی گزارش میکند .

نتیجه تست تمایل به ایجاد کف

گرم کردن روغن اثرات نامطلوبی دارد که باعث افزایش اکسیداسیون میشود با توجه به افزایش اختلاط روغن وهوا موجب آسیب به حفرات در روغن و انتقال ناکافی روانکار روغنی در سیستم گردش روغن شود.

 

 

 

در شکل های 5، 7، 8 و 9 میتوان  مشاهده می شود که نتایج آزمایش کف کردن قبل از اضافه کردن افزودنیهای ضد کف و بعد از اضافه کردن آنها تغییرات قابل توجه ای داشته است و در حالی که در شکلهای 4و6 میتوان مشاهده کرد که قبل از اضافه کردن ضد کف تمایل به ایجاد کف در آن روغنها بسیار بالا است و بعد از افزودن ضد کفها مقدار قابل توجهی کف کردن کاهش پیدا کرده است ولی باز هم با مقدار مطلوب مورد نظر ما قاصله دارد .این اتفاق که باعث ایجاد کف میشود بستگی به کشش سطحی روغن پایه دارد وبه گروههای عاملی فعال حاضر در سطح روغن مانند شوینده ها ، جلوگیری کننده از خوردگی و بقیه ترکیبات یونی و بطور کلی روغن های سنتزی که در شکلهای 5و7 میبنید تمایل به ایجاد کف پایینی دارند م کشش سطحی بالایی دارند و بعد از اضافه کردن ضد کف نتیجه بسیار مطلوبی داشته است ولی در روغنهای پایه نفتی تمایل به ایجاد کف نسبت به روغن های سنتزی بالاتر میباشد .

پدیده رفتار  طبیعی افزودنیهای ضد کف در مایع که در هر یک از آنها وجود دارد تصاویر بالا نشان میدهد قطرات بسیار ریز  ساکن که در سطح روغن سیستم روانکاری وجود دارد و روی رابط های سیال /هوا کار میکنند و مواد افزودنی ضد کف در مایع محلول نیستند و دارای ذرات بسیار ریزی هستند در حدود 0.05-0.5٪ وزنی برای پلیمر سیلیکونی با زنجیره بلندو نکته ای که باید به آن توجه کرد روغنهایی که به آنها افزودنی اضافه شده است باید دائم تحت کنترل باشند زیرا افزدنیها مدت زمان و مقدار استفاده دارند و در صورت رسیدن زمان مقرر باید تعویض شوند. · 

نتایج تست سایش

براساس نتایج تست 4گلوله موتور که در شکل 10 نشان داده شده است مشاهده میکنیم که قبل از اضافه شدن افزودنیهای ضد کف مقدار سایش در موتور مقدار قابل توجه ای در حدود 0.65– 0.82، mm است که بعد از اضافه شدن ضد کفها مقدار قابل توجه ای سایش کاهش پیدا میکند بخصوص در 1800 و2200 دور بر دقیقه اما هنوز مقادیر بالا هستند و میتوانیم آنها را به مقدار 0.5 mm کاهش دهیم . در شکل 11 مشاهده میکنیم قبل از اضافه شدن ضد کف در سرعت 1200 دور بر دقیقه مقدار سایش 0.49mm  و در سرعت 1800 دور بر دقیقه مقدار سایش0.43و در 2200 دور بر دقیقه مقدار سایش 0.51 mm است و بعد از اضافه شدن ضد کف مقدار قابل توجه ای مقدار سایش کاهش پیدا میکند و بهmm  0.2 میرسد .این تستها این مورد را تایید میکند که افزودنیهای ضد کف با عث کاهش سایش میشود.

تغییرات در پایداری عملکرد روغنهای روانکار در برابر سایش قابل مشاهده است ورفتار طبیعی افزودنیهای ضد کف به این شکل میباشد که بصورت قطراتی که به دیواره حبابها  میچسبند و به آنها ضربه میزند تا حبابها از بین بروند و این نامناسب است باعث اسیب رساندن به  سطحهای فلزی ،شیشه ای ویا فیلترها میشود و منجر میشود به آسیب رساندن به  دیواره ماشین آلات و تجهیزات صنعتی میشود.در حالی که در شکل 12 مشاهده میشود قبل از اضافه کردن ضد کف سرعت تا2200 دور بر دقیقه افزایش پیدا میکند و مقدار تا 0.89 افزایش پیدا میکند و سایش و پارگی وجود دارد اما بعداز اضافه شدن ضد کف مقادیر در آزمایش بطور قابل توجه ای کاهش پیدا میکند و مقادیر تا 0.5 mm کاهش مییابد .

ماهیت روغن روانکار همانطور که انتظار میرود در سیستمهای روانکاری دارای اصطکاک داخلی است و اصکاکی که بین روغن و اجزای موتور وجود دارد هیچگونه صدمه ای به اجزای موتور وارد نمیکند فقط باعث حرکت موتور وشتاب تجهیز روانکاری شده میشود.

در حالی که در شکل شماره 15 نتیجه تست 4گلوله قبل و بعد از اضافه کردن افزودنیهای ضد کف که حدمورد نیاز حدود 0.5 میلی متر میباشد در فورمولاسیون برش روغن نیازی  به اضافه کردن افزودنی ضد کف ندارد و در استفاده از آن روغن برش آبی اضافه میشود برای مقایسه ای که یک کالا برای تولید امولسیون  توصیه میشود و بستگی به تجهیزات تولید دارد.

• نتیجه گیری

6 نوع روغن با اضافه کردن افزودنی ضد کف 0.1%  و4 فرمول (GB.MH.SH.CO)  در نتیجه تست تمایل به ایجاد کف نیاز مند حدود 0/50/0 است و بقیه موارد نیازمند بالاتر از حد الزامات است.برای نتیجه تست سایش برای 3 فرمولاسیون (GB.SH , MH) مقادیر کمتر از بالاترین حد مجاز نیاز دارد در حدود 0.5 mm  اگر چه برای بقیه فرمول ها (NM .TH.CO) نیازمند بالاتر از حد مجاز است .

1: افزودنیهای ضد کف میتواند سایش را کاهش دهد.

2.روغنهای سنتز شده دارای کشش سطحی بالاتری نسبت  به روغنهای پایه نفتی هستند.

3. بصورت طبیعی روغنها تحت تاثیر وسیکوزیته هستند و هرچه روغنها رقیق تر باشند تمایل به ایجاد کف در آنها بیشتر میباشد.

4. ترکیب کردن افزودنیهای ضد کف نیازمند به مخلوط کننده با سرعت بالا میباشد تا ذرات کوچک را بتوند بصورت برابر در کل حجم تقسیم کند پس ما نیاز داریم به یک میکسر قوی برای اینکه ذرات ضد کف نامحلول هستند و برای عملکرد مناسب باید تمام ذرات متعادل پخش شوند