رئولوژی و خواص روانکارها

مطالعه جریان و خواص روانکار همان طور که می دانیم یک روانکار از مخلوط کردن روغن پایه و افزودنی های مختلف به دست می آید. برای رسیدن به روانکاری با خواص مطلوب ومورد نظر،باید عواملی چون نوع افزودنیها وتاثیرآن ها وهمچنین خواص فیزیکی و شیمیایی روغن پایه در نظر گرفت. میزان آگاهی تولید کنندگان ازخواص روغن پایه در فرمولاسیون نهایی روانکار نقش بسیار حیاتی دارد. خواص فیزیکی زیادی وجود داردکه می توان آن هارا اندازه گیری کرد و تا حدی زیادی قابلیت های بک روانکار را سنجید. برای اندازه گیری این خواص که در ادامه به توضیح آن می پردازیم مراجع بین المللی استانداردگذاری وجود دارند که چند مرجع مهم عبارتند از:

-انجمن امریکایی برای آزمون ها و مواد ASTM

– موسسه نفت ایران API

– سازمان استانداردهایی بین المللی ISOسوئیس

– موسسه استاندارد آلمان DIN

-انجمن مهندسین خودرو SAEآمریکا

– موسسه استاندارد فرانسه AFNOR که شناسه استاندارهایش با NF آغاز می شود

– موسسه استاندارد های بریتانیاBSI که شناسه استاندارد هایش با BSآغاز می شود

به طور کلی بررسی خواصی که مربوط به جاری شدن وتغییر شکل ماده باشد دانش رئولوژی نامیده می شود. گرانروی مهم ترین خاصیت رئولوژیک یک ماده سیال است وتنها خاصیتی از روغن است که در طراحی فراینده روانکاری هیدرودینامیک و الاستوهیدرودینامیک نقش دارد.

 

گرانروی

یک سیال به علت اصطکاک داخلی در برابر جاری شدن از خود مقاومت نشان می دهد. این مقاومت را ویسکوزیته یا گرانروی می گویند. اصطکاک داخلی یک سیال به خاطر وجود برهم کنش های میان مولکولی است. اگر سیال را از دید مولکولی نگاه کنیم بهترین پارامتری که می توان خاصیت لایه لایه بودن سیال را توجیه کند، گرانوری است. بیان گرانروی در دما های مختلف مقادیر متفاوتی خواهد داشت و به همین دلیل هرجا رقمی برای مقدار گرانروی ذکرمی شود، حتما باید دمای اندازه گیری نیز مشخص شده باشد . به طور کلی گرانروی روغن ها در دمای پایین، زیاد و در بالا، کم خواهد شد.

 

گرانروی دینامیک

گرانروی وینامیک فقط تابعی از اصطکاک داخلی مایع است و یکی از عوامل اساسی در محاسبه طراحی یاتاقان ها و جریان مایع می باشد و میزان آن با اندازه گیری مقدار نیروی لازم برای غلبه بر نیروی اصطکاک بین دو لایه، با ابعاد مشخص تعیین می شود.

 

گرانروی سینماتیک

برای اندازه گیری این گرانروی در آزمایشگاه از لوله های موئین استفاده می شود. در این لوله ها زمانی را که سیال تحت تاثیر نیروی وزن، فصله بین دو نقطه مشخص از لوله موئین را طی می کند اندازه گیری کرده و با استفاده از فاکتور لوله موئین گرانروی سینماتیک به دست می آید. گرانروی سینماتیک را باKV نشان می دهند.

 

تغییرات گرانروی

گرانروی یک کمیت ثابت نبوده و به عوامل مختلفی از جمله دما، فشار، سرعت برشی و شرایط روانکاری بستگی دارد.

 

شاخص گرانروی

تغییرات گرانروی نسبت به دمارا شاخص گرانروی می گویند که عددی بدون بعد است و از صفر تا مقادیر ۳۰۰،۲۰۰،۱۰۰و حتی بالاتر هم تغییر می کند.(مقادیر بیش تر از ۱۰۰به VIEمعروفند.)

U: گرانروی در F100 روغنی که می خواهیم شاخص گرانروی آن را به دست آوریم.

L: گرانروی در F100روغنی که شاخص گرانروی آن صفر است و گرانروی آن درF210 برابر گرانروی در F210 روغنی است که می خواهیم شاخص آن را به دست آوریم.

H: گرانروی در F100 روغنی که دارای شاخص گرانروی ۱۰۰ است و گرانروی آن در F210 برابر گرانروی در F210 روغنی است که می خواهیم شاخص گرانروی آن را به دست آوریم.

 

اندازه گیری گرانروی

برای اندازه گیری گرانروی روش ها و وسایل گوناگونی ابداع شده است. وسیله ای که با آن گرانروی اندازه گیری می کنند. ویسکومترهای مورد استفاده عبارتند:

Capillary Viscometers

Cone on Plate Viscometers

Falling Ball Viscometers

Rotating Cylinder Viscometers

Short Tube Viscometers

معمول ترین ویسکومترها مورد استفاده در حال حاضر ویسکومترهای چرخشی و مویینه هستند. ویسکومترهای مویینه برای سیالاتی که دارای حجم مشخصات غیرنیوتنی ناچیز می باشند، مناسب بودن براساس این اصل ساخته شده اند که حجم مشخص سیال از یک لوله مویین جریان می یابد. زمان لازم برای عبور سیال اندازه گیری وسپس با استفاده از آن گرانروی سینماتیک محاسبه می شود. ویسکومتر های انگلر، ردوود وسی بولت نیزبر این اساس کار می کنند. تفاوت آن ها تنها در راه اندازی لوله مویین وحجم سیال مورد استفاده است. ویسکومترهای ردوود در انگلستان، ویسکومترهای انگلر در اروپا شرقی بیشتر است.

 

طبقه بندی گرانروی

اولین و مهمتری شرط در انتخاب یک روغن برای کاربردهای خاص،گرانروی آن است. تغییرات گرانروی یک روغن در شرایط مختلف در نحوه عملکرد آن تاثیر مستقیم دارد. به دلیل اهمیت انتخاب درست درجه گرانروی، طبقه بندی مختلف گرانروی برای انواع روغن موتورها و روغن های صنعتی صورت گرفته است. طبقه بندی گرانروی برای روغن موتور توسط انجمن مهندسین اتومبیل (SAE)،طبقه بندی گرانروی برای روغن دندها توسط SAE،طبقه بندی گرانروی توسط AGMA برای روغن های دنده ها،از مهم ترین این طبقه ها هستند.

 

خواص گرمایی روانکارها

گرمای ویژه

مقدار گرمایی که لازم است تا دمای یک واحد جرم از جسم را یک درجه سلسیوس بالا ببرد، گرمای ویژه نامیده می شود. گرمای ویژه روانکار به صورت خطی با دما تغییر می کند وبا افزایش قطبیتی پیوند هیدروژنی افزایش می یابد.

 

رسانایی گرمایی

رسانایی گرما برای روانکارها نیز با دما به صورت تغییر می کند و متاثر از قطبیت و پیوند هیدروژی مولکولی می باشد. رسانایی گرمایی بیشتر روغن پایه های معدنی وسنتزی از مقدار  W/mk 14/0 در دمای ۰cتا W/mK 11/0 در دمای ۴۰۰c تغییر می کند

 

نفوذ گرمایی

نفوذ گرمایی تعیین کننده نشر و توسعه گرما در جسم است و مقدار آن با استفاده از رسانایی گرمایی، گرمای ویژه و چگالی قابل محاسبه است.

 

ویژگی های دمایی روانکارها

نقطه ریزش

کمترین دمایی که روغن می تواند در آن جریان داشته باشد را نقطه ریزش می گویند. وقتی روغن را سرد می کنیم کریستال های واکس شروع به تشکیل و تجمع کرده و این مسئله مانع جریان یافتن روغن می شود. این دما در روانکاری سیستم هایی که با دماهای کم سروکار دارند بسیار مهم است.

 

نقطه ابری شدن

دمایی که درآن واکس ها شروع به تشکیل کریستال می کنند، نقطه ابری شدن نام دارد. ته نشینی واکس ها منجر به کاهش شفافیت روغن می شود، به همین خاطر این دما را دمای تیرگی هم می گویند. اگر ابری شدن در دمایی بیشتر از دمای نقطه اتفاق بیفتد، اصطلاحا می گویند روغن نقطه ریزش واکس دارد.

 

نقطه قطره ای شدن

نقطه قطره ای شدن برای گریس ها تعریف می شود. دمایی که درآن گریس از حالت نیمه جامد به مایع تبدیل می شود، نقطه قطره ای شدن گریس نام دارد.

 

نقطه اشتغال

پایین ترین دمایی که درآن دما، روغن انقدر تبخیر شود که بتواند با هوا یک ماده قابل اشتغال تشکیل می دهد ودر اثر نزدیک کردن شعله در یک مشتعل و خاموش شود، نقطه اشتغال نامیده می شود. این برای اندازه گیری میزان آتشگیری روغن صورت می گیرد و اندازه گیری آن، یک تست برای ایمنی روغن است.

 

نقطه آنیلین

به کمترین دما که درآن مخلوط روغن و آنیلین تشکیل یک فاز را می دهد نقطه آنیلین می گویند.نقطه آنیلین برای مشخص کردن تقریبی هیدروکربن های آروماتیک در روغن استفاده می شود.

 

نقطه احتراق  

کمترین دمایی که درآن، روغن آن قدر تبخیر شود که در اثر نزدیک و دور کردن شعله آتش بگیرد و سوختن ادامه پیدا کند نقطه احتراق نامیده می شود. معمولا این دما C15 بالاتر از دمای اشتغال است.

 

خواص دیگر روانکارها

 فراریت

در بسیاری از کاربردهای روانکاری، کم شدن روانکاری به دلیل تبخیر دارای تاثیر بسیاری مهمی است. میزان فراریت یک روغن براساس اندازه گیری مستقیم بخار روغن بیان می شود.

 

باقیمانده کربنی

مقدار رسوب باقیمانده( برحسب درصد وزنی ) یک روغن پس از تبخیر و پیرولیز آن تحت شرایط استاندارد را باقیمانده کربنی می نامند.

 

پایداری حرارتی

پایداری دربرابری حرارت یک روغن، مقدار مقاوم آن در برابر  تخریب ساختار مولکولی یا بازآریابی ساختار آن در دماهای بالا و در غیاب اکسیژن است. جایی که روغن پایه دراثر تخریب حرارتی به ترکیب های اتلین، متان و اتان تبدیل می شود افزایش پایداری گرمایی به مراحل تصفیه  برمی گردد و آنجا کنترل می شود.

 

پایداری دربرابر اکسید شدن

پایداری در برابر ترکیب با اکسیژن در دماهای بالا را پایداری دربرابر اکسید شدن گویند. اکسید شدن روانکاری سبب تغییر گرانروی افزایش اسیدیته و تولید رسوب ولرت در روانکار می شود. سرعت اکسید شدن با افزایش دما، وجود آب، اسیدها و ذره های فلزی افزایش می یابد.

 

کشش سطحی

به طور کلی روانکاری های مختلف در پخش شدن روی سطح وآغشتن آن یکسان عمل نمی کند و رفتارهای متفاوتی را با توجه به درجه اکسیداسیون و مواد افزودنی از خود نشان می دهند. ترکردن سطح و پخش شدن روی آن به کشش سطحی روانکار  وابسته است و کاملا نسبت به مواد افزودنی حساس می باشد.

 

عددهای خنثی شدن

به مقدار هیدروکسیدپتاسیم لازم (برحسب میلی گرم) برای خنثی کردن اسیدهای موجود در یک گرم روغن، عدد اسیدی گلTAN گفته می موجود در روغن است و یک شاخص اندازه گیری برای تخمین عمر باقیمانده روغن در حال کار، محسوب می شود.

 

ضریب شکست

نسبت سرعت یک پرتو نور باطول موج معین در هوا به سرعت همان پرتو در روغن را ضریب شکست نور در روغن می گویند. میزان ضریب شکست تابعی از دما و فشار است و به ساختار روغن بستگس دارد.

 

چگالی

جرم واحد حجم روغن را که با واحد ۳Kg/m یا ۳g/cmنشان داده می شود چگالی روغن می گویند.

چگالی نسبی:عبارت است از وزن مخصوص روغن به وزن مخصوص آب در دمای معین .

چگالی API: تابع خاصی از چگالی نسبی است و به صورت زیر تعریف می شود

 

خاکستر سولفاته

اگر مقدارمشخصی روغن را سوزانده و باقیمانده حاصل از سوختن آن اسیدسولفوریک افزوده شود، در صد خاکستری باقی می ماند خاکستر سولفاته نامیده می شود.

 

رنگ

رنگ یکی از ویژگی های روغن است که به آسانی قابل شناسایی است. رنگ یک روغن پایه در کارایی آن تاثیی ندارد ولی چون یک خاصیت قابل رویت است به راحتی می توان برای تشخیص آلودگی  روغن ازآن استفاده کرد. طبق تعریف ASTMطبقه بندی رنک به صورت زیر است:

معادل رنگ ASTM4/5 یاکمتر،کم رنگ

تیره تر از ASTM4/5،پرنگ

تیره تراز ASTM 8،سیاه

هرچه روغن پایه سنگین تر _ دارای ترکیبات آروماتیک بیشتر _باشد رنگ آن نیزه تیره تر خواهد بود البته تیرگی رنگ می تواند ناشی از

اکسید شدن روغن نیز باشد

 

پایداری رنگ

مقاومت دربرابر تغییر رنگ یک ویژیگی مهم برای روانکار به حساب می آید. زمانی که روغن بسته بندی شداست و نگهداری می شود، نباید

تغییر رنگ از خود نشان دهد. یک روانکار خوب باید پایداری رنگ خوبی داشته باشد.

ترجمه:شرکت تامین روانکار دایان