مقدمه
فصل اول
مقدماتی راجع به روغنهای روان کننده، آزمایشات و کیفیت آنها
انواع روان کننده ها
موارد استفاده روغتهای روان کننده
وظایف روغنهای روان کننده
خواص ضروری روغنهای روان کننده
ترکیبات روغنهای روان کننده معدنی
آزمایشات مربوط به روغنهای روان کننده
ارگانها و سازمانها و مؤسسات ذیربط در کیفیت روغنها
طبقه بندی ها و استانداردهای روغن
فصل دوم
مواد افزودنی به روغنهای روان کننده
منابع قلیائیت و اثرات آن در روغنها
خواص و فرمولهای انواع ادتیوهای مصرفی در روغنها
1- افزایش دهنده های اندیس ویسکوزیته
2- معلق کننده ها
3- پاک کننده ها
4- بازدارنده های اکسیداسیون
5- مواد افزودنی ضد زنگ زدگی
6- مواد افزودنی ضد سائیدگی
7- بهبود دهنده های اصطکاک
8- پائین آورنده های نقطه ریزش
9- بازدارنده های کف
چگونگی کنترل روغنها ضمن کار
بررسی علل اضمحلال مواد افزودنی
تعاریف و اصطلاحات مرسوم در قلمرو کنترل کیفیت روغنها
فهرست منابع
چکیده :
روغنهای روان کننده (Lubricating Oils) معدنی که منشاء آنها از نفت خام است، کالاهای نسبتاً ارزانی هستند که در موتورها و ماشین آلات صنعتی بسیار گرانقیمت مورد استفاده قرار می گیرند و اثر مستقیم روی کارآئی و عمر این دستگاهها دارند، لذا باید برای ایجاد اطمینان در عملکرد صحیح ماشین‌آلات، کیفیت روغنهای مصرفی کاملاً مناسب باشد. ولی متأسفانه بسیار دیده شده است که به این امر مهم، حتی توسط متخصصین فنی نیز توجه کافی نمی‌شود و در کشور ما، خیلی کمتر از آنچه شایسته است، به کیفیت روغن و طریقه کنترل آن، بها داده شده است.
هدف نگارنده این است که خوانندگان آن، ضمن آشنایی با تولید روغنهای روان کننده به ابعاد گوناگون کیفیت روغنها، توجه بیشتری مبذول بفرمایند.
تعاریف متعددی برای کیفیت یک کالا، بعمل آمده است، اما شاید جملة ساده زیر مناسبترین تعریف باشد:
«کیفیت یک محصول، یعنی مناسب بودن آن برای کار برد مورد نظر» یا به زبان انگلیسی:
Quality Is Fitness For Purpose
مصداق این تعریف بخوبی در تجربة آن شخص متجلی است که گفته بود:
«دریافته ام که بهترین کره، بدترین روغن برای ساعت من است». در این مثال، دیده می شود که چطور دو صفت متضاد بهترین و بدترین، به کیفیت یک کالا، در رابطه و با توجه به کاربردهای خاص آن کالا، قابل اطلاق گشته است.
کنترل کیفیت، امروزه یک مفهوم ارزشمند و دانشی بسیار پیشرفته است. برخلاف تصور بسیاری از مردم، که از کنترل کیفیت، برداشتنی محدود و در حد بازرسی یا Inspection (که بخشی از کنترل کیفیت است)، دارند، این اصطلاح مفهومی وسیع و عمیق را در بر دارد. کیفیت، در واقع، مجموعه ای از فعالیتهائی است که یک کالا را از نقطه شروع تقاضای آن در بازار، در مرحلة طراحی و تولید و عرضة آن به بازار، تا عکس العملهای مصرف کنندگان و اثرات آن بر طراحی مجدد و نحوة تولید محصول، دربرمی‌گیرد.
اما همیشه این طور نیست و مصرف کنندة اصلی قادر نمی‌باشد که کیفیت کالا را مستقیماً تشخیص داده و ارزیابی کند. این موضوع در مواردی صدق می کند که کارائی و کیفیت محصول، علاوه بر خواص فیزیکی، به صفات شیمیائی آن، یعنی به واکنشهای شیمیائی نیز مربوط می شود. واکنشهای شیمیائی عموماً با سرعت کم و به طور کند انجام می پذیرند و لذا تشخیص آثار آنها همیشه در کوتاه مدت امکان پذیر نمی باشد. به علاوه ممکن است که آثار فعالیتهای شیمیائی با دخالت عوامل دیگری همراه گردد و باعث شود که تشخیص دلیل پدیده های حاصله، بسیار پیچیده گردد. مثلاً وقتی یک حشره کش مورد استفاده قرار می گیرد، بعضی از خواص آن که از بین بردن حشرات است، قابل مشاهده است، ولی اثرات احتمالی مزمنی که ممکن است بر نسوج بدن داشته باشد، به این سادگی ها برای مصرف کننده، قابل تشخیص نمی باشد. با همة اینها، کیفیت مواد شیمیائی را نیز می توان ولو به کمک آزمایشگاه، پیش بینی نمود. اگر ماده ای شیمیائی برای بشر شناخته شده باشد، با تعیین خواص فیزیکی و تجزیة عنصری و تعیین ساختمان شیمیائی آن، هر بار می توان آن را بازشناخت و کارائی و کیفیت آن را معین نمود. اگر ماده ای، مخلوطی از چند ترکیب شیمیائی خالص شناخته شده باشد، باز می توان با تجزیة عنصری و روشهای دیگر، نسبت این ترکیبات در مخلوط را تعیین و خواص مخلوط را پیش‌بینی کرد.
فرآورده های نفتی، از نقطه نظر رابطة خواص فیزیکی و شیمیائی با کارآئی عملی، پیچیده ترین وضعیت را دارند. می دانیم که نوع و نسبت ترکیبات مختلفی که در نفتهای خام نقاط مختلف دنیا، یک کشور و یا یک منطقه وجود دارد، بسیار متغیر است. حتی در یک چاه نفت بخصوص، در عمق های مختلف، انواع و درصد مواد شیمیائی متفاوتی در نفت خام وجود دارد. روغنهای روان کنندة نفتی نیز به همین دلیل، شامل انواع گوناگونی از هیدروکربنها و مشتقات آنها هستند، بخصوص که اجزاء روغنهای روان کننده، عموماً از مولکولهای بسیار بزرگ (C15 تا C30)، تشکیل شده اند. خوانندگان محترم، از شیمی آلی بیاد دارند که با بالا رفتن تعداد کربنها در مولکولهای هیدروکربنها، تعداد ایزومرهای آنها به سرعت افزایش می‌یابد. مثلاً هیدروکربن سیر شدة 20 کربنه به نام ایکوزان Eicosane، از لحاظ تئوری، می تواند 366319 ایزومر مختلف داشته باشد. از این ارقام می توان دریافت که ترکیب و ساختمان شیمیائی روغنهای روان کننده چقدر متغیر و پیچیده است. بدیهی است که جدا کردن هر یک از ترکیبات شیمیائی روغن و تعیین خواص آنها، به سادگی، امکان پذیر نمی‌باشد. به همین دلیل، برای چنین فرآورده‌ای، چیزی به مفهوم کلاسیک خواص شیمیائی قابل تعریف نیست و در واقع آنچه که تحت این عناوین بیان می شود، میانگینی از خواص تک تک اجزاء روغن است و چون نسبت و نوع این اجزاء در روغنهای مختلف تغییر می کند، خواص فیزیکی و شیمیائی روغنها نیز ثابت نمی‌باشد.
علاوه بر مطالبی که ذکر آنها گذشت، روغنهای روان کننده از یک لحاظ دیگر نیز بسیار پیچیده‌تر از سایر فرآورده های نفتی هستند. روغنهای روان کننده در کاربردهای متعددی که دارند، باید وظائف متنوعی را جامة عمل بپوشانند و برای این منظور باید خواص معینی را دارا باشند. آنچه که از نفت خام تحت عنوان روغن حاصل شده و روغن پایه نامیده می شود، فقط قادر است بعضی از وظائف ضروری روغنهای موتور و ماشین آلات صنعتی را عملی نماید و بقیه خواص لازم به وسیلة یک سری مواد شیمیائی ویژه که مواد افزودنی (additives) نامیده می‌شوند و به مقدار حدود متوسط 3 تا 10 درصد به روغنها اضافه می شوند، به وجود می آیند. این مواد شیمیائی نیز انواع بسیار متعدد و متنوعی دارند و نیز به نسبتهای متغیر به روغن ها افزوده می‌گردند. لذا ملاحظه می شود که روغنهای روان کننده از لحاظ ساختمان شیمیائی، چه مجموعة پیچیده ای را تشکیل می دهند.
از همة صحبتهای فوق نتیجه می شود که کیفیت روغهای روان کننده را نمی توان مانند کالاهای معمولی به کمک خواص فیزیکی، و یا مانند مواد شیمیائی دیگر به وسیلة خواص فیزیکی و آنالیز شیمیائی، پیش بینی نمود. به عبارت دیگر بین خواص فیزیکی و شمیائی (آنالیز شیمیائی) روغنها و کارآئی آنها در عمل، رابطة معین و ثابتی وجود ندارد. چه بسا دیده شده است که دو روغن مختلف که از لحاظ خواص فیزیکی و آنالیز شیمیائی (انواع و درصد عناصر) یکسان بوده اند، در عمل، دو نوع عملکرد (کیفیت و کارآئی) بسیار متفاوت (یکی قابل قبول و دیگری مردود) داشته اند.
آنچه که امروزه تحت نام روغن جهت روانکاری و یا کاربردهای مخصوص دیگر همچون دستگاههای هیدرولیک، سیستم های حرارتی، عایق الکتریکی و یا برش فلزات به کار می رود می باید دارای خصائص عدیده‌ای باشد.
مشخصه های عمومی که هر روغنی باید داشته باشد همان مشخصه‌های اصلی است که از ابتدا مد نظر بوده، مثلاً اصطکاک قطعات را به منظور حرکت دو قطعه کاهش دهد و یا اینکه حرارت حاصل دو سیستم که به طرق مختلف بوجود می آید تحمل و به نوعی برطرف نماید و یا اینکه به نحوی آب بندی ایجاد کند که از نفوذ ذرات خارجی جلوگیری نموده و یا برعکس ذرات دیگری که از سائیدگی حاصل می شود از محل مشترک دو قطعه برداشته و از محیط عمل خارج نماید.
ولیکن تعدادی از مشخصه ها خیلی اختصاصی است و بستگی به نوع عملکرد آن دارد مثلاً روغنهائی که در تراشکاری بکار می رود باید با آب بخوبی مخلوط شده و از اکسید شدن قطعات بسیار داغ فلزی در مجاورت هوا و آب جلوگیری به عمل آورده و ضمناً عمر تیغه برش را بهبود بخشد و تعدادی مشخصه دیگر که بعداً تشریح خواهد شد.
به منظور ساخت یک روغن که بتواند کلیه مشخصات لازم را برحسب عملکرد داشته باشد دو ماده اصلی به نام روغن پایه و مواد افزودنی را با یکدیگر مخلوط می‌نمائیم.
روغن پایه ماده ای است نفتی و یا سنتتیک Synthetic (مصنوعی) که در حدود 95-90 درصد روغن را برحسب نوع روغن تمام شده تشکیل می دهد (در بعضی موارد از این مقدار کمتر است) و می توان نیازهای یک روغن را تا حدودی بر حسب آن عملکرد برطرف نماید.
رکن اساسی هر روغن تمام شده ماده ای به نام روغن پایه است و بعد از مخلوط شدن با مواد دیگر تبدیل به روغن محصول می گردد.
برای تهیه این ماده در حال حاضر سه راه وجود دارد که عبارت است از استفاده از برش مواد نفتی، تصفیه روغنهای مصرف شده و تهیه مصنوعی آنها.
مواد افزودنی تعدادی مواد شیمیائی با ترکیبات مخصوص است که افزودن آنها به مقدار معین به روغن پایه خواص روغن را ترمیم و تصحیح نموده و علاوه بر آن تعدادی مشخصه مخصوص که در روغن پایه وجود ندارد و یا ضعیف می باشد به مجموع روغن می دهد
قبل از پرداختن به بحث اصلی لازم است خوانندگان محترم با برخی از مسائل مقدماتی آشنا شوند. در این فصل سعی بر این بر این است که برخی موارد مهم به اختصار بیان گردد.
- انواع روان کننده:
کوشش بشر برای دریافت روان کننده های مؤثر سابقه ای دیرینه به قدمت تاریخ نوشته دارد. بسیاری از مواد در طول زمان برای این منظور مورد امتحان قرار گرفته و سپس مطرود و با مواد بهتری جانشین شده‌اند، اما بعضی از روان کننده های مورد استفاده تا به امروز به طرز شگفت آوری اصالتی قدیمی دارند. مصریان در 1400 سال قبل از میلاد مخلوطی از چربی حیوانی و صابون آهکی را می جوشاندند و به عنوان گریس بر چرخ ارابه ها به کار می‌بردند.
اما روان کننده های مورد مصرف در دنیای صنعتی امروز را می توان از نظر حالت در چهار رده روان کننده های گازی، روان کننده های مایع، روان‌کننده های نیمه جامد و بالاخره روان کننده های جامد دسته بندی نمود.
1-روان کننده های گازی به خصوص هوا برای روانکاری در کاربردهائی که سرعت بسیار زیاد و بار کم و ثبات شعاعی محور چرخش مورد نظر است یا شرایط غیرعادی درجه حرارت و یا وجود پرتوهای هسته ای ایجاد کند مورد استفاده قرار می گیرند.
مثالهای عملی کاربرد گاز و هوا به عنوان روان کننده، روانکاوی اولتراسانتریفیوژها، ماشین های ابزار سنگ زنی دقیق با سرعت زیاد، چرخ مته دندانپزشکی و گاز گردانهای راکتورهای اتمی است. امروزه تحقیقات وسیعی در زمینه استفاده از روان کننده های گازی و بخار مایعات برای موارد کاربردی از قبیل ماشین های ریسندگی پرسرعت، توربین گازی، موتور جت و ژیراسکوپ و غیره در جریان است.
2-روان کننده مایع طیف وسیعی از سیالات از گازهای مایع تحت فشار تا انواع روغنهای سنتتیک را دربر می گیرد. کاربرد روان کننده های مایع در روانکاری به روش هیدرودینامیک با لایه ضخیم یا لایه نازک روان کننده است و به این مناسبت رایجترین نوع روان کننده مورد استفاده است.
مهمترین و پرمصرف‌ترین روان کننده مایع، روغن معدنی حاصل از پالایش نفت خام است.
روان کننده مایع شامل روغنهای طبیعی، حیوانی و گیاهی که خود مصارف بخصوصی از نظر روانکاری دارند نیز می باشد.
3-روان کننده های نیمه جامد شامل انواع گریس و چربیهای جامد و موم در مواردی که آب بندی محل روانکاری برای استفاده از روان کننده مایع مشکل است و یا شرایط کار سبک و غیر مداوم و یا عدم دسترسی، یکبار روانکاری برای طول عمر مکانیزم را توجیه نماید و در یاتاقانهای ساچمه ای و غلطکی که روانکاری از نوع الاستوهیدرودینامیک حکمفرماست بکار می رود. گریس که پرمصرف‌ترین روان کننده نیمه جامد است خود متشکل از یک روغن نفتی یا سنتتیک و یک پرکننده یا سفت کننده است.
4-روان کننده های جامد برای روانکاری در شرایط بخصوص کار مانند خلاء کامل یا بار و حرارت زیاد و در مواردیکه روانکاری حدی (Boundary Lubrication) حاکم است به کار می‌رود. انواع روان کننده های جامد شامل گرافیت، میکا، تالک، سولفید مولیبدنیم، اکسید سرب، گل گوگرد و انواع پلاستیک است.
- موارد استفادة روغنهای روان کننده:
قبلاً گفته شد که کیفیت هر کالا، یعنی مناسب بودن آن برای مصرف در کاربرد معین، بنابراین اولین قدم برای ورود به عرصه کیفیت این روغنها، توجه به کاربرد آنهاست. روغنهای روان کنندة معدنی، موارد استفادة بسیار متعددی دارند. شاید به تعداد چند برابر انواع موتورها و ماشین آلات صنعتی، موارد مصرف بتوان برشمرد، ولی در اینجا فقط اشاره می شود که روغنها را از یک نظر به روغنهای موتور، ماشین آلات صنعتی و هواپیما تقسیم بندی می نمایند، مجزا کردن روغنهای ویژة هواپیما، در یک طبقه خاص، شاید به دلیل متفاوت بودن شرایط کار آن در زمین و هوا و تغییرات شدید این شرایط باشد.
- وظایف روغنهای روان کننده:
متفاوت بودن مکانیسم موتور و ماشین آلات صنعتی، از نقطه نظر تریبولوژی، انجام وظائف متعدد و پیچیده ای را از روغنها می‌طلبد. ولی خوشبختانه با همة پیچیدگی‌های این مکانیسم، وجوه مشترک زیادی بین آنها موجود است و لذا بر این اساس می توان وظائف روغن را در چند جمله خلاصه، یادآوری نمود.
1-روان کنندگی (تشکیل یک لایة روغن بین قطعات متحرک و کاهش اصطکاک و سائیدگی آنها).
2-انتقال حرارت و خنک کردن قطعات متحرک.
3-جلوگیری از اثرات ضربه قطعات بر یکدیگر.
4-آب بندی فواصل قطعات و در بعضی موارد انتقال نیرو در روغنهای هیدرولیک)
5-عمل کردن به عنوان حامل (Carrier) مواد شیمیائی موسوم به مواد افزودنی که به کمک آنها، قطعات ماشین و نیز خود روغن در مقابل اکسیده شدن، سائیدگی، زنگ زدن، خوردگی، کثیف شدن و غیره محافظت می‌شوند.
6-تمیزنگاه داشتن قطعات، از طریق حمل ذرات ناشی از سائیده شدن قطعات و مواد حاصله از تجزیه روغن و سوخت به خارج از منطقة قطعات و جلوگیری از ته نشین شدن آلودگی ها و مواد فوق الذکر روی قطعات ماشین (به ویژه در موتورها).
به جز ردیف 6 که عمدتاً مربوط به روغنهای موتور و بعضی روغنهای صنعتی ویژه است، بقیه وظائف به عهدة تقریباً همة روغنها قرار دارد. البته تمامی این وظائف، با شدتی یکسان در کلیه موارد، اعمال نمی‌شود، و بسته به هر مورد مصرف مشخص، ممکن است یک یا چند قلم از آنها جزء اعمال اصلی روغن و بقیه کارهای فرعی آن تلقی شوند.
نکته مهم این است که روغنها، جهت آن که بتوانند وظائف خود را به درستی انجام دهند، باید دارای شرایط و ویژگیهای معینی باشند و در واقع این خواص هستند که روغنهای مختلف و کیفیت آنها را از یکدیگر متمایز می‌سازند.
- خواص ضروری روغنهای روان کننده:
روغنهای روان کننده باید:
1-دارای گرانروی (ویسکوزیته – یعنی میزان روانی یا ناروانی) مناسبی باشند اعمال تشکیل لایة روغن و کاهش اصطکاک و سائیدگی و نیز انتقال حرارت و ضربه‌گیری و آب بندی و انتقال نیرو را به خوبی انجام دهند.
2-گرانروی خود را در محدودة درجات حرارت کار خود تا حد کافی حفظ کنند تا لطمه ای به انجام وظائف آنها وارد نشود. در اصطلاح گفته می‌شود که شاخص گرانروی (VI) به اندازة کافی بالائی داشته باشند.
3-در مقابل حرارت و اکسیژن هوا (تجزیة حرارتی و اکسیداسیون) به حد کافی مقاوم باشند.
4-از زنگ زدن (Rust)، خورده شدن توسط مواد اسیدی (Corrosion) و سائیدگی بیش از حد قطعات (در مواردی که روغن پایه قادر به تشکیل لایة ضخیم و جلوگیری از سائیدگی نیست)، جلوگیری نمایند.
5-دارای مواد پاک کننده و معلق کننده بوده و از ته نشین شدن رسوبات در لابلای قطعات جلوگیری نمایند (در مورد موتورها)
6-در سرما به اندازة کافی روان باشند تا شروع و ادامة حرکت قطعات آسان باشد.
7-اگر در تماس با قطعاتی غیر فلزی (مثل آب‌بندهای لاستیکی Seals) هستند، روی آنها اثر نامطلوب نداشته باشند.
8-کلاً روی قطعاتی که با آنها در تماس هستند و نیز روی اجزاء درونی خودشان، اثرات نامطلوب نداشته باشند و بین اجزاء آنها سازگاری وجود داشته باشد.
9-از نقطه نظر عواملی مثل فراریت، آتش‌گیری و نظائر آن در شرایط مناسبی باشند.
10-درحین کار، کف نکنند.
11-بتوانند اثرات نامطلوب ناشی از کار دستگاه (مثل احتراق سوخت در موتورها، اختلاط بخار در توربینهای بخاری و ...) را تا حد ممکن خنثی کنند.
12-مواد آلوده کنندة خارجی مثل گرد و خاک، کثافات، آب و نظائر آن، همراه روغن نباشد.
اکثر ویژگیهای فوق‌ا‌لذکر تقریباً در مورد تمام روغنها به طور مشترک ضروری است. البته ممکن است در هر مورد خاص، اقلام معینی از اینها اولویت داشته باشند، علاوه بر این خواص، ممکن است هر روغن بخصوصی، ویژگی مشخص و مخصوصی نیز برایش ضروری باشد. مثلاً قدرت پاک کنندگی در مورد موتورهای بنزینی و دیزلی و نظائر آنها مهم باشد. یا، روغنهای حل شوندة تراشکاری باید بتوانند با آب یک امولسیون پایدار تشکیل بدهند. روغنهای توربین بخاری باید از بخار آبی که به آب تبدیل شده و با آنها مخلوط شده است در مدت زمان کوتاهی جدا شوند، به همین دلیل روغنهای توربین نباید با موادی مثل پاک کننده ها (از روغن موتورها) که باعث ایجاد امولسیون و جدا نشدن آب و روغن می‌گردند، مخلوط و آلوده شوند. روغنهای ترانسفورمر و نظایر آن باید در حد بالائی عایق الکتریسیته باشند و روغنهای هیدرولیک، عمل انتقال نیرو را به نحو احسن انجام دهند و ...
-ترکیبات روغنهای روان کنندة معدنی:
خواص فوق الذکر، باید به نحوی در روغن ایجاد شود. واقعیت مهم این است که روغنهای روان کننده از دو قسمت اساسی تشکیل شده اند: 1-روغن پایه: ماده‌ای که از نفت خام، پس از طی یک سری عملیات پالایش به دست می‌آید. روغن پایه (Base Oil)، به طور متوسط 90 درصد حجم روغنها را تشکیل می‌دهد. 2-مواد شیمیائی موسوم به مواد افزودنی (Additives) که حدود متوسط 10% حجم روغنها را تشکیل می‌دهند.
تنها تعداد محدودی از خواص ضروری روغنها در روغن پایه وجود دارد و برای اینکه روغنهای روان کننده همة خواص لازم را داشته و بتوانند وظائف خود را به طور کامل انجام دهند، به آنها مواد افزودنی اضافه می شود.
نکته مهم این است که خوانندگان محترم باید توجه فرمایند که روغنهای روان کنندة امروزی مجموعه‌هائی بسیار پیچیده از روغنهای پایه و مواد افزودنی هستند که بدون آنها، طراحی و استفاده از ماشین آلات پیچیده و مدرن امروزی امکان‌پذیر نمی‌باشد. ایجاد تعادل بین روغن پایه و مواد افزودنی یک روغن، و ایجاد شرایطی که از اثرات احتمالی نامطلوب این اجزاء بر هم اجتناب شود و بهترین ترکیب حاصل گردد، از فنون پیچیده و ظریف دانش بشری است. ولی متأسفانه در مورد روغنها، بسیار ساده‌نگری می شود. مثلاً روغنهای دندة اتوماتیک یا روغنهای کمک فنر، از محصولاتی هستند که گاه باید تا 15 نوع مواد افزودنی گوناگونی داشته باشند، حال اینکه در ایران به علت عدم آگاهی و توجه مصرف کنندگان، عده‌ای شیاد، روغن پایه (بدون هیچگونه مادة افزودنی) را با گازوئیل و رنگ مخلوط کرده و آن را به قیمت گزاف و به نام روغن دندة اتوماتیک می‌فروشند و یا در کمک فنرها می‌ریزند، غافل از اینکه همین گازوئیل، چه صدماتی به کمک فنر وارد می‌کند و یا روغن پایه مصرفی در دنده‌های اتوماتیک چقدر سریع آنها را فرسوده می‌سازد.
و...
NikoFile
