Τα συστήματα λίπανσης προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα στις βιομηχανικές μονάδες, για τις οποίες έχουν αναπτυχθεί τρεις τύποι λιπαντικών οι οποίοι διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τη σύσταση και τις εφαρμογές τους.
Του κ. Άρη Κωνσταντινίδη*
«Λίπανση» λέγεται η παρεμβολή μιας λιπαντικής ουσίας που σχηματίζει μια λιπαντική μεμβράνη μεταξύ δύο τριβόμενων επιφανειών και έχει ως βασικό σκοπό τη μείωση της τριβής, ώστε να ελαττωθούν οι απώλειες και να αυξηθεί η απόδοση μιας μηχανής. Πρόσθετα οφέλη από τη λίπανση είναι η απαγωγή της θερμότητας που αναπτύσσεται λόγω τριβής, η στεγανοποίηση και η παρεμπόδιση διαφυγής καυσαερίων, η προστασία από οξείδωση και η διατήρηση της καθαρότητας των μεταλλικών μερών της μηχανής με τα οποία έρχεται σε επαφή το λιπαντικό.
Η λίπανση εξαρτάται από το πάχος της λιπαντικής μεμβράνης μεταξύ των επιφανειών και ανάλογα με το πόσο επαρκής είναι, διακρίνεται σε:
- Υδροδυναμική λίπανση, όταν η λιπαντική μεμβράνη έχει αρκετό πάχος και οι επιφάνειες δεν έρχονται σε άμεση επαφή σε κανένα σημείο. Τα φορτία παραλαμβάνονται από το λιπαντικό εξολοκλήρου, μέσω της πίεσης που αναπτύσσεται.
- Μεικτή λίπανση, όταν ένα μέρος του φορτίου παραλαμβάνεται από το λιπαντικό ενώ ένα άλλο από την επαφή των τραχυτήτων των επιφανειών.
- Οριακή λίπανση, όταν το πάχος της λιπαντικής μεμβράνης είναι ανεπαρκές, με αποτέλεσμα οι τραχύτητες των επιφανειών να έρχονται σε επαφή μεταξύ τους σε μερικά σημεία (ξηρή τριβή) και να μεταφέρουν το φορτίο
Παρότι η υδροδυναμική λίπανση είναι η επιθυμητή στις βιομηχανικές εφαρμογές, εντούτοις πρόκειται για μια ιδανική κατάσταση, καθώς στην πλειονότητα των περιπτώσεων εμφανίζεται μεικτή ή οριακή λίπανση.
Τύποι λιπαντικών
Τα λιπαντικά, ως προς την φυσική τους κατάσταση, χωρίζονται σε τρεις βασικές κατηγορίες:
- Υγρά λιπαντικά (ορυκτέλαια, συνθετικά έλαια).
- Ημίρρευστα ή συνεκτικά έλαια (γράσα).
- Στερεά λιπαντικά (PTFE, ανόργανα στερεά, μέταλλα – κράματα).
Υγρά λιπαντικά
Τα ορυκτέλαια προέρχονται από την επεξεργασία (απόσταξη) του αργού πετρελαίου και καλύπτουν το μεγαλύτερο ποσοστό των λιπαντικών ουσιών. Παρουσιάζουν μεγάλη χημική σταθερότητα, έχουν χαμηλό κόστος και ικανοποιητικές λιπαντικές ιδιότητες. Ανάλογα με την επικρατούσα σύσταση, διακρίνονται σε τρεις επιπλέον κατηγορίες:
- Παραφινικά
- Ναφθενικά
- Αρωματικά.
Τα συνθετικά έλαια είναι χημικά προϊόντα που υπερέχουν ποιοτικά από τα ορυκτέλαια, αφού υπάρχει η δυνατότητα κατά την παραγωγή τους να καθοριστούν οι επιθυμητές τους ιδιότητες. Διαθέτουν αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα ορυκτέλαια, μεταξύ των οποίων είναι: μειωμένα κατάλοιπα, λιγότερες φθορές, δυνατότητα χρήσης σε πολύ υψηλές και πολύ χαμηλές θερμοκρασίες χωρίς να αλλοιώνεται το ιξώδες τους, καθώς και χαμηλό σημείο εξάτμισης, κάτι που σημαίνει μικρότερη κατανάλωση και μεγαλύτερη αντοχή στην οξείδωση. Ως εκ τούτου, η χρήση τους αυξάνεται ολοένα και περισσότερο, παρά το υψηλό κόστος τους.
Τόσο τα ορυκτέλαια, όσο και τα συνθετικά έλαια, χρησιμοποιούνται ως πρώτη ύλη (έλαιο βάσης), σε συνδυασμό με διάφορα πρόσθετα, για την παραγωγή των τελικών προϊόντων λιπαντικών που έχουν πολυάριθμες εφαρμογές.
Γράσα
Τα γράσα είναι ημίρρευστα λιπαντικά που δημιουργούνται από τη ανάμειξη ενός παχυντή με ένα υγρό λιπαντικό. Στο τελικό προϊόν συχνά περιέχονται πρόσθετα συστατικά, τα οποία προσδίδουν στο γράσο ειδικές ιδιότητες σε συγκεκριμένες συνθήκες.
Το υγρό λιπαντικό που χρησιμοποιείται για την παραγωγή του γράσου μπορεί να είναι συνθετικό ή μη συνθετικό. Ανάλογα με την κατηγορία του λιπαντικού που χρησιμοποιείται, το γράσο αποκτά διαφορετικές ιδιότητες.
Ο παχυντής που χρησιμοποιείται μπορεί να είναι οργανικός ή ανόργανος. Ο οργανικός παχυντής ή σάπωνας, είναι οργανομεταλλική ένωση που προκύπτει από τη χημική αντίδραση λιπαρών οξέων και μεταλλικής βάσης. Πιο διαδεδομένα γράσα με οργανικούς παχυντές είναι το γράσο λιθίου και το γράσο ασβεστίου. Οι ανόργανοι παχυντές είναι ενώσεις αργιλικής ή πυριτικής σύστασης, οι οποίοι χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές υψηλών απαιτήσεων, όπως είναι οι πολύ υψηλές θερμοκρασίες.
Τα γράσα έχουν χημική δομή στερεού, αλλά κατά τη χρήση τους συμπεριφέρονται σαν υγρά. Σε γενικές γραμμές χρησιμοποιούνται στις παρακάτω εφαρμογές:
- Σε συνθήκες υψηλών θερμοκρασιών, όπου η χρήση των υγρών λιπαντικών δεν είναι αποδοτική.
- Σε χαμηλές ταχύτητες με υψηλό φορτίο.
- Σε σημεία που η λίπανση είναι δύσκολη και το λιπαντικό δεν μπορεί να ανανεώνεται.
- Σε μηχανικά μέρη που λειτουργούν σε σκόνη και υγρασία.
Στερεά λιπαντικά
Τα στερεά λιπαντικά δεν λιώνουν κατά τη χρησιμοποίησή τους, αλλά ενεργούν σαν στερεό στρώμα που παρεμβάλλεται μεταξύ των μεταλλικών επιφανειών. Η λιπαντική ικανότητά τους οφείλεται στη δομή τους που αποτελείται από στρωµατικά πλέγματα, τα οποία υπό φόρτιση αποσχίζονται και μπορούν να ολισθαίνουν μεταξύ τους με μικρό συντελεστή τριβής.
Το πολυτετραφθοροαιθυλένιο (PTFE) χρησιμοποιείται τυπικά ως επικαλυπτική στρώση, όπως στα μαγειρικά σκεύη, για να δώσει αντικολλητικές επιφάνειες, σε εξαρτήματα ολίσθησης, ως στεγανωτικό σε υδραυλικά εξαρτήματα ή σε ηλεκτρονικά κυκλώματα. Η θερμοκρασία χρήσης του φτάνει μέχρι τους 350οC, και η χημική του αδράνεια το κάνει χρήσιμο πρόσθετο σε ειδικά γράσα.
Σε ακραίες πιέσεις ή σκόνη, το στερεό PTFE έχει περιορισμένη εφαρμογή, επειδή είναι μαλακό και φεύγει από την περιοχή επαφής. Σε αυτή την περίπτωση πρέπει να χρησιμοποιούνται λιπαντικά ανόργανων ενώσεων ή μετάλλων – κραμάτων.
Παραδείγματα ανόργανων ενώσεων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως στερεά λιπαντικά –συχνά μέχρι και σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες– είναι ο γραφίτης, το βοριονιτρίδιο, το διθειούχο μολυβδαίνιο και το διθειούχο βολφράμιο. Η χρήση αυτών των υλικών περιορίζεται συχνά από τη φτωχή αντίστασή τους στην οξείδωση.
Μέταλλα και κράματα μετάλλων μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρόσθετα γράσων ή ως τα μόνα συστατικά ένσφαιρων τριβέων και επιφανειών που ολισθαίνουν. Το κάδμιο και ο χρυσός χρησιμοποιούνται για επένδυση επιφανειών, ώστε να επιτευχθεί αντίσταση στη διάβρωση και στην ολίσθηση, ενώ κράματα μολύβδου, κασσίτερου, ψευδαργύρου και μπρούντζου ή η σκόνη τους, χρησιμοποιούνται για τη λίπανση επιφανειών.
*Ο κ. Άρης Κωνσταντινίδης είναι μέλος του Εργαστηρίου Στοιχείων Μηχανών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου.
