Smøremiddel - Lubricant

Denne artikel handler om industrielle smøremidler. For anden anvendelse, se Smøremiddel (disambiguation) .

Et smøremiddel er et stof, der hjælper med at reducere friktion mellem overflader i indbyrdes kontakt, hvilket i sidste ende reducerer varmen, der genereres, når overfladerne bevæger sig. Det kan også have den funktion at overføre kræfter, transportere fremmede partikler eller varme eller afkøle overfladerne. Egenskaben ved at reducere friktion er kendt som smøreevne .

Ud over industrielle applikationer bruges smøremidler til mange andre formål. Andre anvendelser omfatter madlavning ( olier og fedtstoffer , der bruges i stegepander , i bagning for at forhindre mad i at klæbe), bioapplikationer på mennesker (f.eks. Smøremidler til kunstige led ), ultralydsundersøgelse, lægeundersøgelse og samleje. Det bruges hovedsageligt til at reducere friktion og bidrage til en bedre og effektiv funktion af en mekanisme.

Historie

Smøremidler har været i en vis brug i tusinder af år. Calciumsæber er blevet identificeret på akslerne til vogne dateret til 1400 f.Kr. Bygningssten blev gledet på olieimprægreret tømmer i pyramidernes tid. I romertiden var smøremidler baseret på olivenolie og rapsolie samt animalsk fedt. Smørevæksten accelererede i den industrielle revolution med den ledsagende brug af metalbaserede maskiner. Ved først at stole på naturlige olier skiftede behovet for sådanne maskiner til oliebaserede materialer tidligt i 1900'erne. Et gennembrud kom med udviklingen af vakuumdestillation af råolie, som beskrevet af Vacuum Oil Company . Denne teknologi tillod rensning af meget ikke -flygtige stoffer, som er almindelige i mange smøremidler.

Ejendomme

Et godt smøremiddel besidder generelt følgende egenskaber:

  • Et højt kogepunkt og lavt frysepunkt (for at holde sig flydende inden for et bredt temperaturområde)
  • Et højt viskositetsindeks
  • Termisk stabilitet
  • Hydraulisk stabilitet
  • Demulgerbarhed
  • Korrosionsforebyggelse
  • Høj oxidationsbestandighed

Formulering

Typisk indeholder smøremidler 90% baseolie (oftest petroleumsfraktioner , kaldet mineralolier ) og mindre end 10% additiver . Vegetabilske olier eller syntetiske væsker, såsom hydrogenerede polyolefiner , estere , silikoner , fluorcarboner og mange andre bruges undertiden som baseolier. Tilsætningsstoffer giver reduceret friktion og slid, øget viskositet , forbedret viskositetsindeks, korrosionsbestandighed og oxidation , ældning eller kontaminering osv.

Ikke-flydende smøremidler omfatter pulvere (tør grafit , PTFE , molybdendisulfid , wolframdisulfid osv.), PTFE-tape, der bruges i VVS, luftpude og andre. Tørre smøremidler som grafit, molybdendisulfid og wolframdisulfid tilbyder også smøring ved temperaturer (op til 350 ° C) højere end væske- og oliebaserede smøremidler er i stand til at fungere. Begrænset interesse er vist i egenskaber med lav friktion af komprimerede oxidglasurlag dannet ved flere hundrede grader Celsius i metalliske glidesystemer, men praktisk brug er stadig mange år væk på grund af deres fysisk ustabile karakter.

Tilsætningsstoffer

Hovedartikel: Olietilsætningsstof

Et stort antal tilsætningsstoffer bruges til at give smøremidler ydeevneegenskaber. Moderne bilsmøremidler indeholder hele ti tilsætningsstoffer, der består af op til 20% af smøremidlet, de vigtigste familier af tilsætningsstoffer er:

  • Flydepunktsdepressive midler er forbindelser, der forhindrer krystallisation af voks. Langkædede alkylbenzener klæber til små krystallitter af voks og forhindrer krystalvækst.
  • Skumdæmpende midler er typisk silikoneforbindelser , der øger overfladespændingen for at modvirke dannelse af skum.
  • Viskositetsindeksforbedringer (VII'er) er forbindelser, der tillader smøremidler at forblive viskøse ved højere temperaturer. Typiske VII'er er polyacrylater og butadien .
  • Antioxidanter undertrykker hastigheden af ​​oxidativ nedbrydning af carbonhydridmolekylerne i smøremidlet. Ved lave temperaturer anvendes frie radikalinhibitorer, såsom hindrede phenoler, fx butyleret hydroxytoluen . Ved temperaturer> 90 ° C, hvor metallerne katalyserer oxidationsprocessen, er dithiophosphater mere nyttige. I sidstnævnte applikation kaldes additiverne metal -deaktiveringsmidler .
  • Rengøringsmidler sikrer renheden af ​​motorkomponenter ved at forhindre dannelse af aflejringer på kontaktflader ved høje temperaturer.
  • Korrosionshæmmere (rusthæmmere) er sædvanligvis alkaliske materialer, såsom alkylsulfonatsalte, der absorberer syrer, der vil korrodere metaldele.
  • Anti-slid additiver danner beskyttende 'tribofilms' på metaldele, der undertrykker slid . De findes i to klasser afhængigt af den styrke, hvormed de binder sig til overfladen. Populære eksempler omfatter phosphatestere og zinkdithiophosphater .
  • Ekstremt tryk (anti-slid) additiver danner beskyttelsesfilm på glidende metaldele. Disse midler er ofte svovlforbindelser, såsom dithiophosphater.
  • Friktionsmodifikatorer reducerer friktion og slid, især i grænsesmøring, hvor overflader kommer i direkte kontakt.

Typer af smøremidler

I 1999 blev der anslået 37.300.000 tons smøremidler på verdensplan. Bilapplikationer dominerer, herunder elektriske køretøjer, men andre industrielle, marine og metalbearbejdningsapplikationer er også store forbrugere af smøremidler. Selvom luft og andre gasbaserede smøremidler kendes (f.eks. I væskelejer ), dominerer flydende smøremidler markedet, efterfulgt af faste smøremidler.

Smøremidler er generelt består af et flertal af base olie plus en række additiver til at bibringe ønskelige karakteristika. Selvom smøremidler generelt er baseret på en type baseolie, bruges blandinger af basisolierne også til at opfylde ydelseskrav.

Mineral olie

Udtrykket " mineralolie " bruges til at referere til smørende baseolier afledt af råolie . Den American Petroleum Institute (API) udpeger flere typer af smøremiddel baseolie:

Fremstillet ved ekstraktion af opløsningsmidler, opløsningsmiddel eller katalytisk afvoksning og hydro-efterbehandlingsprocesser. Fælles olie i gruppe I er 150SN (opløsningsmiddelneutral), 500SN og 150BS (brightstock)
  • Gruppe II - Mættede stoffer> 90% og svovl <0,03% og SAE -viskositetsindeks på 80 til 120
Fremstillet ved hydrokrakning og opløsningsmiddel eller katalytiske afvoksningsprocesser. Gruppe II baseolie har overlegne anti-oxidationsegenskaber, da stort set alle kulbrinte-molekyler er mættede. Den har vandhvid farve.
  • Gruppe III - Mættede stoffer> 90%, svovl <0,03%og SAE -viskositetsindeks over 120
Fremstillet ved særlige processer såsom isohydromerisering. Kan fremstilles af basisolie eller slaxvoks fra afvoksningsprocessen.
  • Gruppe IV - Polyalphaolefiner (PAO)
  • Gruppe V - Alle andre ikke inkluderet ovenfor, såsom naphthenics, polyalkylenglycoler (PAG) og polyestere .

Smøremiddelindustrien udvider almindeligvis denne gruppeterminologi til at omfatte:

  • Gruppe I+ med et viskositetsindeks på 103–108
  • Gruppe II+ med et viskositetsindeks på 113–119
  • Gruppe III+ med et viskositetsindeks på mindst 140

Kan også klassificeres i tre kategorier afhængigt af de herskende sammensætninger:

  • Paraffin
  • Naphthenic
  • Aromatisk

Syntetiske olier

Petroleum-afledt smøremiddel kan også fremstilles ved hjælp af syntetiske kulbrinter (i sidste ende afledt af råolie), " syntetiske olier ".

Disse omfatter:

Solide smøremidler

Hovedartikel: Tørt smøremiddel

PTFE: polytetrafluorethylen (PTFE) bruges typisk som et belægningslag på f.eks. Køkkenredskaber for at tilvejebringe en non-stick overflade. Dets brugbare temperaturområde op til 350 ° C og kemisk inertitet gør det til et nyttigt additiv i specielle fedtstoffer , hvor det kan fungere både som fortykningsmiddel og smøremiddel. Under ekstreme tryk er PTFE -pulver eller faste stoffer af ringe værdi, da det er blødt og flyder væk fra kontaktområdet. Keramiske eller metal- eller legeringssmøremidler skal derefter bruges.

Uorganiske faste stoffer: Grafit , sekskantet bornitrid , molybdendisulfid og wolframdisulfid er eksempler på faste smøremidler . Nogle bevarer deres smøreevne til meget høje temperaturer. Brugen af ​​nogle sådanne materialer er undertiden begrænset af deres dårlige modstandsdygtighed over for oxidation (f.eks. Nedbrydes molybdendisulfid over 350 ° C i luft, men 1100 ° C i reducerende miljøer.

Metal/legering: Metallegeringer, kompositter og rene metaller kan bruges som fedtadditiver eller eneste bestanddele i glideflader og lejer. Kadmium og guld bruges til belægning af overflader, hvilket giver dem god korrosionsbestandighed og glideegenskaber, bly , tin , zinklegeringer og forskellige bronze -legeringer bruges som glidelejer, eller deres pulver kan bruges til at smøre glideflader alene.

Vandig smøring

Vandig smøring er af interesse i en række teknologiske anvendelser. Stærkt hydratiserede børstepolymerer, såsom PEG, kan tjene som smøremidler ved flydende faste grænseflader. Ved kontinuerlig hurtig udveksling af bundet vand med andre frie vandmolekyler holder disse polymerfilm overfladerne adskilt og bevarer en høj fluiditet ved børste -penselgrænsefladen ved høje kompressioner, hvilket fører til en meget lav friktionskoefficient.

Biosmøremiddel

Biosmøremidler stammer fra vegetabilske olier og andre vedvarende kilder. De er normalt triglyceridestere (fedtstoffer hentet fra planter og dyr). Til brug af smøremiddelbaseret olie foretrækkes de vegetabilske afledte materialer. Almindelige omfatter rapsolie med høj oliesyre , ricinusolie , palmeolie , solsikkefrøolie og rapsolie fra vegetabilsk og høj olie fra trækilder. Mange vegetabilske olier hydrolyseres ofte for at give de syrer, der efterfølgende kombineres selektivt til dannelse af specialiserede syntetiske estere. Andre naturligt afledte smøremidler inkluderer lanolin (uldfedt, et naturligt vandafvisende middel).

Hvalolie var en historisk vigtig smøremiddel, med nogle anvendelser op til den sidste del af det 20. århundrede som et friktionsmodificerende tilsætningsstof til automatisk transmission fluid .

I 2008 var markedet for smøremidler omkring 1% af salget af smøremidler i Storbritannien på et samlet marked for smøremidler på 840.000 tons/år.

Som af 2020 forskere på Australien] s CSIRO har studeret saflor olie som en motor smøremiddel, finde overlegen ydelse og lavere emissioner end olie -baserede smøremidler i applikationer såsom motor -driven plæneklippere , motorsave og andet landbrugsudstyr. Kornproducenter, der prøver produktet, har hilst innovationen velkommen, idet en beskriver, at den har brug for meget lidt raffinering, bionedbrydeligt , en bioenergi og biobrændstof . Forskerne har genfremstillet planten ved hjælp af gen -lyddæmpning og skabt en sort, der producerer op til 93% olie, den højeste, der i øjeblikket er tilgængelig fra nogen plante. Forskere ved Montana State University ’s Advanced Fuel Center i USA, der studerer oliens ydeevne i en stor dieselmotor , der sammenligner den med konventionel olie, har beskrevet resultaterne som en "game-changer".

Smøremidlers funktioner

En af de største applikationer for smøremidler i form af motorolie er beskyttelse af forbrændingsmotorer i motorkøretøjer og drevet udstyr.

Smøremiddel vs. anti-klæbende belægning

Anti-klæb eller anti- klæb belægninger er designet til at reducere den klæbende tilstand (klæbrighed) af et givet materiale. Gummi-, slange-, og wire- og kabelindustrien er de største forbrugere af anti-klæbeprodukter, men stort set alle brancher bruger en eller anden form for klæbemiddel. Antiklæbemidler adskiller sig fra smøremidler ved at de er designet til at reducere de iboende klæbende kvaliteter af en given forbindelse, mens smøremidler er designet til at reducere friktion mellem to overflader.

Hold bevægelige dele fra hinanden

Smøremidler bruges typisk til at adskille bevægelige dele i et system. Denne adskillelse har fordelen ved at reducere friktion, slid og overfladetræthed sammen med reduceret varmegenerering, driftsstøj og vibrationer. Smøremidler opnår dette på flere måder. Den mest almindelige er ved at danne en fysisk barriere, dvs. et tyndt lag smøremiddel adskiller de bevægelige dele. Dette er analogt med hydroplaning, det tab af friktion, der observeres, når et bildæk skilles fra vejoverfladen ved at bevæge sig gennem stående vand. Dette kaldes hydrodynamisk smøring. I tilfælde af høje overfladetryk eller temperaturer er væskefilmen meget tyndere, og nogle af kræfterne overføres mellem overfladerne gennem smøremidlet.

Reducer friktion

Typisk er smøremiddel-til-overflade- friktionen meget mindre end overflade-til-overflade-friktion i et system uden smøring. Således reducerer brugen af ​​et smøremiddel den samlede systemfriktion. Reduceret friktion har fordelen ved at reducere varmeproduktion og reduceret dannelse af slidpartikler samt forbedret effektivitet. Smøremidler kan indeholde polære tilsætningsstoffer kendt som friktionsmodifikatorer, der kemisk binder til metaloverflader for at reducere overfladefriktion, selv når der ikke er tilstrækkeligt smøremiddel til stede til hydrodynamisk smøring, f.eks. Beskyttelse af ventiltoget i en bilmotor ved opstart. Selve basisolien kan også være polar i naturen og som følge heraf iboende kunne binde til metaloverflader, som med polyolesterolier .

Overfør varme

Både gas og flydende smøremidler kan overføre varme. Flydende smøremidler er imidlertid meget mere effektive på grund af deres høje specifikke varmekapacitet . Typisk cirkuleres det flydende smøremiddel konstant til og fra en køligere del af systemet, selvom smøremidler kan bruges til at opvarme såvel som til at afkøle, når der kræves en reguleret temperatur. Denne cirkulerende strøm bestemmer også mængden af ​​varme, der transporteres væk i en given tidsenhed. Systemer med højt flow kan føre meget varme væk og have den ekstra fordel at reducere den termiske belastning af smøremidlet. Således kan billigere flydende smøremidler anvendes. Den primære ulempe er, at høje strømninger typisk kræver større sumpe og større køleenheder. En sekundær ulempe er, at et system med højt flow, der er afhængigt af strømningshastigheden for at beskytte smøremidlet mod termisk belastning, er modtageligt for katastrofalt svigt under pludselige systemstop. En biloliekølet turbolader er et typisk eksempel. Turboladere bliver rødglødende under drift, og olien, der køler dem, overlever kun, da dens opholdstid i systemet er meget kort (dvs. høj strømningshastighed). Hvis systemet pludselig lukkes ned (trækker ind i et serviceområde efter en højhastigheds-kørsel og stopper motoren) oxiderer olien, der er i turboladeren, øjeblikkeligt og vil tilstoppe olieveje med aflejringer. Over tid kan disse aflejringer fuldstændig blokere olieveje og reducere køling med det resultat, at turboladeren oplever totalt svigt, typisk med beslaglagte lejer . Ikke-flydende smøremidler, såsom fedt og pastaer, er ikke effektive til varmeoverførsel, selvom de bidrager ved at reducere produktionen af ​​varme i første omgang.

Fjern forurenende stoffer og affald

Smøremiddelscirkulationssystemer har fordelen ved at transportere internt genereret affald og eksterne forurenende stoffer, der kommer ind i systemet, til et filter, hvor de kan fjernes. Smøremidler til maskiner, der regelmæssigt genererer affald eller forurenende stoffer, såsom bilmotorer, indeholder typisk rengørings- og dispergeringsadditiver for at hjælpe med affald og forureningstransport til filteret og fjernelse. Over tid vil filteret blive tilstoppet og kræver rengøring eller udskiftning, derfor anbefalingen om at skifte et bils oliefilter samtidig med olieskiftet. I lukkede systemer som f.eks. Gearkasser kan filteret suppleres med en magnet for at tiltrække eventuelle jernfiner, der dannes.

Det er tydeligt, at olien i et kredsløbssystem kun vil være så ren som filteret kan gøre det, og derfor er det ærgerligt, at der ikke er nogen industristandarder, som forbrugerne let kan vurdere forskellige filterfiltreringsevne for. Dårlige bilfiltre reducerer maskinens (motor) levetid betydeligt samt gør systemet ineffektivt.

Overførselskraft

Hovedartikel: Hydraulik

Smøremidler kendt som hydraulisk væske bruges som arbejdsvæske i hydrostatisk kraftoverførsel. Hydraulikvæsker udgør en stor del af alle smøremidler, der produceres i verden. Den automatiske transmission 's momentomformer er en anden vigtig anvendelse til mekanisk transmission med smøremidler.

Beskyt mod slid

Smøremidler forhindrer slid ved at holde de bevægelige dele fra hinanden. Smøremidler kan også indeholde anti-slid eller ekstremt trykadditiver for at øge deres ydeevne mod slid og træthed.

Undgå korrosion

Mange smøremidler er formuleret med tilsætningsstoffer, der danner kemiske bindinger med overflader, eller som udelukker fugt, for at forhindre korrosion og rust. Det reducerer korrosion mellem to metalliske overflader og undgår kontakt mellem disse overflader for at undgå nedsænket korrosion.

Tætning for gasser

Smøremidler vil optage afstanden mellem bevægelige dele gennem kapillarkraften og dermed forsegle frigangen. Denne effekt kan bruges til at forsegle stempler og aksler.

Væsketyper


"Glasur" -dannelse (slid ved høj temperatur)

Et yderligere fænomen, der har undergået undersøgelse i forhold til forebyggelse og smøring ved høj temperatur, er forekomsten af ​​en komprimeret glaslagdannelse af oxidlag . Sådanne glasurer frembringes ved sintring af et komprimeret oxidlag. Sådanne glasurer er krystallinske i modsætning til de amorfe glasurer, der ses i keramik. De krævede høje temperaturer opstår fra metalliske overflader, der glider mod hinanden (eller en metallisk overflade mod en keramisk overflade). På grund af eliminering af metallisk kontakt og vedhæftning ved dannelse af oxid reduceres friktion og slid. En sådan overflade er effektivt selvsmørende.

Da "glasuren" allerede er et oxid, kan den overleve til meget høje temperaturer i luft eller oxiderende miljøer. Det er imidlertid ulempe ved, at det er nødvendigt, at basismetallet (eller keramikken) først skal undergå en vis slitage for at generere tilstrækkeligt oxidrester.

Bortskaffelse og miljøpåvirkning

Det anslås, at omkring 50% af alle smøremidler frigives til miljøet. Almindelige bortskaffelsesmetoder omfatter genbrug , afbrænding , deponering og udledning til vand, selvom bortskaffelse på losseplads og udledning til vand er strengt reguleret i de fleste lande, da selv små mængder smøremiddel kan forurene en stor mængde vand. De fleste regler tillader et tærskelværdi for smøremiddel, der kan være til stede i affaldsstrømme, og virksomheder bruger årligt hundreder af millioner af dollars på at behandle deres spildevand for at nå et acceptabelt niveau.

Forbrænding af smøremidlet som brændstof, typisk for at generere elektricitet, er også reguleret af forskrifter hovedsageligt på grund af det relativt høje indhold af tilsætningsstoffer. Brænding genererer både luftbårne forurenende stoffer og aske rig på giftige materialer, hovedsageligt tungmetalforbindelser. Således finder smøremiddelforbrænding sted i specialiserede faciliteter, der har indarbejdet særlige skrubber til fjernelse af luftbårne forurenende stoffer og har adgang til lossepladser med tilladelser til håndtering af den giftige aske.

Desværre skyldes det meste smøremiddel, der ender direkte i miljøet, at offentligheden udleder det på jorden, i afløb og direkte på lossepladser som skraldespand. Andre direkte forureningskilder omfatter afstrømning fra veje, utilsigtede spild, naturkatastrofer eller menneskeskabte katastrofer og lækager fra rørledninger.

Forbedring af filtreringsteknologier og -processer har nu gjort genbrug til en levedygtig mulighed (med den stigende pris på basislager og råolie ). Typisk fjerner forskellige filtreringssystemer partikler, additiver og oxidationsprodukter og genvinder basisolien. Olien kan blive raffineret under processen. Denne basisolie behandles derefter stort set på samme måde som jomfru baseolie, men der er betydelig modvilje mod at bruge genbrugsolier, da de generelt betragtes som ringere. Basestock fraktionelt vakuumdestilleret fra brugte smøremidler har overlegne egenskaber i forhold til helt naturlige olier, men omkostningseffektivitet afhænger af mange faktorer. Brugt smøremiddel kan også bruges som raffinaderi til at blive en del af råolie. Igen er der en betydelig modvilje mod denne anvendelse, da additiverne, sod og slidmetaller alvorligt vil forgifte/deaktivere de kritiske katalysatorer i processen. Omkostninger forbyder både filtrering (sod, fjernelse af additiver) og re-raffinering ( destillering , isomerisering, hydrokrak osv.), Men den primære hindring for genbrug er stadig indsamling af væsker, da raffinaderier har brug for kontinuerlig forsyning i mængder målt i cisterner, jernbane tanke.

Af og til kræver ubrugt smøremiddel bortskaffelse. Den bedste fremgangsmåde i sådanne situationer er at returnere den til producenten, hvor den kan behandles som en del af friske partier.

Miljø: Smøremidler både friske og brugte kan forårsage betydelige skader på miljøet, hovedsageligt på grund af deres høje potentiale for alvorlig vandforurening. De additiver, der typisk findes i smøremiddel, kan endvidere være giftige for flora og fauna. I brugte væsker kan oxidationsprodukterne også være giftige. Smøremiddels persistens i miljøet afhænger stort set af basisvæsken, men hvis der bruges meget giftige tilsætningsstoffer, kan de påvirke persistensen negativt. Lanolinsmøremidler er giftfri, hvilket gør dem til et miljøalternativ, der er sikkert for både brugere og miljøet.

Samfund og brancheorganisationer

Store publikationer

  • Anmeldt af ligeværdige
    • ASME Journal of Tribology
    • Tribology International
    • Tribologi -transaktioner
    • Journal of syntetiske smøremidler
    • Tribologi breve
    • Smørevidenskab
  • Handel tidsskrifter
    • Tribologi og smøringsteknologi
    • Fuels & Lubes International
    • Oiltrends
    • Smøremidler og fedtstoffer
    • Forbindelser
    • Kemisk markedsanmeldelse
    • Smøring af maskiner

Se også

  • Smøring  - Tilstedeværelsen af ​​et materiale for at reducere friktion mellem to overflader.
  • Motorolie  - Smøremiddel, der bruges til smøring af forbrændingsmotorer
  • Olianalyse  - Laboratorieanalyse af et oliebaseret smøremiddels egenskaber og forurenende stoffer
  • Penetrerende olie-Olie med  meget lav viskositet.
  • Tribologi  - Videnskab og teknik af interagerende overflader i relativ bevægelse

Referencer

Noter

Kilder

eksterne links