روان کننده‌های صنعتی روغن‌ها، سیالات، گریس‌ها و سایر ترکیباتی هستند که اصطکاک، اتصال، سایش یا حذف رطوبت را کاهش می‌دهند. وظیفه اصلی آنها جابجایی سطوح جامد با یک سطح سیال است. در غیر این صورت از آنها برای اصلاح خواص سطح، تنظیم دما یا حذف زباله استفاده می‌شود. روان کننده ایده آل تماس جامد به جامد را به حداقل می‌رساند و هر مقدار اصطکاک را که در غیر این صورت مانع حرکت و القای سایش می‌شود را کاهش می‌دهد.
رژیم‌های روغن کاری
ضخامت یک فیلم سیال به ویسکوزیته سیال، بار بین سطوح جفت گیری و سرعت حرکت آن سطوح نسبت به یکدیگر بستگی دارد. چهار رژیم روانکاری وجود دارد که به آنها حالتهای روانکاری نیز گفته می‌شود که با ضخامت فیلم سیال به شرح زیر تعریف می‌شوند:
رژیم‌های روانکاری Hydrodynamic زمانی وجود دارد که فیلم سیال بار را پشتیبانی می‌کند و تمام فعل و انفعالات سطح جامد را حذف می‌کند. این رژیم روانکاری زمانی وجود دارد که هندسه، حرکت سطح و ویسکوزیته سیال، فشار سیال کافی برای ایجاد لیفت هیدرودینامیکی ایجاد کند.
رژیم‌های روانکاری الاستو هیدرودینامیک (Elastohydrodynamic) زمانی تشکیل می‌شوند که بارهای بیشتری وجود داشته باشد یا زمانی که تماس غیر منطبق بین سطوح روغن کاری شده وجود دارد. این باعث ایجاد یک ناحیه باربر موضعی می‌شود که مقداری کرنش الاستیک را بر روی سطوح جامد تحمیل می‌کند. فشارهای شدید تجربه شده بر ویسکوزیته روان کننده تأثیر می‌گذارد. این تغییر ویسکوزیته به سیال اجازه می‌دهد تا بار را تحمل کند و به طور موثری کنتاکت‌های نقطه ای را در کاربردهایی مانند بلبرینگ و رولبرینگ روان کند.
رژیم‌های روغنکاری مختلط سطوح جامد را به اندازه کافی جدا نمی‌کند و اجازه می‌دهد مقداری از تعامل سطح جامد باقی بماند. همانطور که از نام آن پیداست یک فیلم سیال فعال وجود دارد که سطح را روان می‌کند در حالی که ناهمواری‌ها که بی نظمی‌های سطحی هستند باعث چیزی می‌شوند که می‌توان از آن به عنوان روانکاری میکروالاستو هیدرودینامیک (micro-elastohydrodynamic) نام برد.
رژیم‌های روغنکاری مرزی اجازه می‌دهند که ناهمواری‌ها بار را تحمل کنند، زیرا زبری سطح از ضخامت لایه سیال بیشتر است. در این شرایط روان کننده دیگر مستقیماً برای محدود کردن اصطکاک عمل نمی‌کند. برای روانکاری موثر سطوحی که رژیم روغن کاری مرزی را تجربه می‌کنند، می‌توان از مواد افزودنی با فشار شدید (EP)، افزودنی‌های مرزی یا روان کننده‌های جامد برای کاهش اثرات منفی تماس سطح جامد استفاده کرد.
منحنی استریبک
منحنی stribeck نمایشی گرافیکی از نحوه ارتباط اصطکاک با ویسکوزیته، بار و سرعت سیال است. از این منحنی برای نشان دادن ضریب اصطکاک در شرایط عملیاتی مختلف استفاده می‌شود. پارامتر روانکاری که مستقیماً با ضخامت فیلم سیال مرتبط است، تابعی از سرعت، بار و ویسکوزیته است و در محور x نشان داده می‌شود. افزایش ویسکوزیته، کاهش بار، یا افزایش سرعت، هر کدام منعکس کننده ضخامت لایه سیال بزرگتر و پارامتر روانکاری بزرگتر هستند. ضریب اصطکاک دارای افت شدیدی بین رژیم‌های روغنکاری مرزی و مخلوط است، مقداری حداقلی با ورود به رژیم‌های روانکاری هیدرودینامیکی، و پس از آن به دلیل اثرات منفی کشش سیال شروع به افزایش می‌کند.
معیارهای انتخاب روان کننده‌های صنعتی
روان کننده‌های صنعتی در اشکال مختلف، ترکیبات، ویسکوزیته و غیره موجود هستند که هرکدام ممکن است کاربرد خاصی داشته باشند.
فرم محصول
روان کننده‌های صنعتی شامل روغن‌های با ویسکوزیته کم، روغن‌های با ویسکوزیته بالا، گریس‌ها و روان کننده‌های جامد هستند.
روغن‌های با ویسکوزیته پایین کمترین مقاومت را در برابر حرکت دارند. تنش برشی کاهش یافته، اصطکاک را به حداقل می‌رساند. قابلیت تحمل بار و ضخامت فیلم سیال نیز کاهش می‌یابد. روغن‌های با ویسکوزیته پایین ممکن است حاوی مواد افزودنی برای جلوگیری از خرابی روغن کاری در دوره‌های بار بالا یا در سرعت‌های پایین باشند.
روغن‌های با ویسکوزیته بالا تنش‌های برشی بالاتر و لایه‌های سیال ضخیم‌تری از خود نشان می‌دهند. فیلم سیال ضخیم‌تر قادر به تحمل بارهای بیشتر و عملکرد در سرعت‌های پایین‌تر است، اگرچه مقاومت آنها در برابر جریان میزان اصطکاک بین سطوح جفت‌گیری را افزایش می‌دهد.
گریس‌ها، مواد نیمه جامدی هستند که از پراکندگی یک عامل غلیظ کننده در یک سیال پایه تشکیل می‌شوند. عامل غلیظ کننده به عنوان یک ماتریس عمل می‌کند که روان کننده را در جای خود نگه می‌دارد و در عین حال مقداری محافظت از نفوذ را تامین می‌کند. روغن یا سیال پایه، عامل روان کننده فعال است.
روان کننده‌های فیلم جامد یا خشک، پوششی را پراکنده می‌کنند که رطوبت را از بین می‌برد و اصطکاک را کاهش می‌دهد. روان کننده‌های جامد همچنین ممکن است حاوی بازدارنده‌های خوردگی باشند و عموماً در کاربردهایی با دمای بالا که روان کننده‌های مایع تجزیه می‌شوند، استفاده می‌شوند.
ترکیب بندی
روغن‌های روان کننده اغلب از روغن‌های طبیعی، روغن‌های سیلیکون مصنوعی، ترکیبات نفتی یا ترکیبی با موم یا پراکندگی روان کننده جامد تشکیل شده اند.
روان کننده‌های نفت و روغن معدنی، سیالات کاربردی هستند که از نفت، یک سیال طبیعی مبتنی بر هیدروکربن با وزن‌های مولکولی مختلف به دست می‌آیند. روان‌کننده‌های نفتی نسبت به روان‌کننده‌های مصنوعی یا جامد، چسبناک‌تر، حساس‌تر به دما و دمای تجزیه کمتری دارند. فرآورده‌های نفتی از یک استوک پایه که منشاء آن معطر، نفتنیک یا پارافینیک است، تصفیه می‌شود.
روان کننده‌های مصنوعی حاوی پایه نفتی یا روغن معدنی نیستند، اما مقاومت استثنایی در برابر آتش و عملکرد خنک کنندگی را ارائه می‌دهند. آنها بر اساس ترکیبات مصنوعی مانند سیلیکون، پلی گلیکول، استرها،هاضم‌ها، کلروفلوئوروکربن‌ها (CFCs) و مخلوطی از مایعات مصنوعی و آب هستند. ویژگی‌ها، هزینه و عملکرد انتقال حرارت سیالات نیمه مصنوعی بین سیالات روغن مصنوعی و محلول قرار می‌گیرد.
روان کننده‌های جامد برای روانکاری موثر سطوح در محیط‌های با دمای بالا و فشار بالا استفاده می‌شود. گرافیت و دی سولفید مولیبدن (MoS2) رایج ترین روان کننده‌های خشک هستند در حالی که نیترید بور، پلی تترا فلوراتیلن (PTFE)، تالک، فلوراید کلسیم، فلوراید سریم و دی سولفید تنگستن نیز استفاده می‌شود.
کاربرد
روان کننده‌ها برای ایجاد اثر مطلوب در شرایط عملیاتی شناخته شده طراحی شده‌اند. آنها اغلب کاربرد خاصی دارند زیرا هر برنامه کاربردی تحت شرایط محیطی متنوع به خواص منحصر به فردی نیاز دارد.
مشخصات فنی
خواص مهم روانکارهای صنعتی شامل ویسکوزیته سینماتیکی، شاخص ویسکوزیته، نقطه ریزش، نقطه اشتعال، دمای اشتعال خودزا (AIT) و ویژگی‌های خاص است.
خواص روان کننده‌ها
ویسکوزیته سینماتیکی، زمان مورد نیاز برای جریان یافتن مقدار ثابتی از سیال در لوله مویین تحت نیروی گرانش است.
مقیاس شاخص ویسکوزیته، تغییر ویسکوزیته را در دو درجه حرارت توصیف می‌کند: 210 درجه فارنهایت (98.9 درجه سانتیگراد) و 100 درجه فارنهایت (37.8 درجه سانتیگراد).
نقطه ریزش، پایین ترین دمایی که یک سیال در آن جریان دارد، معمولاً 15 درجه فارنهایت تا 20 درجه فارنهایت کمتر از کمترین دمای مصرف نهایی است.
نقطه اشتعال، پایین ترین دمایی است که در آن یک مایع می‌تواند بخارات کافی برای تشکیل مخلوط قابل اشتعال در هوا در نزدیکی سطح مایع ایجاد کند.
دمای احتراق خودزا (AIT) دمایی است که در آن اشتعال خود به خود اتفاق می‌افتد.
ویژگی‌های روان کننده‌ها
افزودنی‌های فشار شدید (EP) شامل عوامل شیمیایی فعال (گوگرد، فسفر، ترکیبات کلردار) هستند که واکنش‌پذیر هستند و فیلمی را تشکیل می‌دهند که از چسبندگی سطحی در کاربردهای فشار بالا جلوگیری می‌کند.
میکرو پراکندگی‌ها، روغن‌ها یا سیالات روان کننده‌ای هستند که حاوی پراکندگی ذرات روان کننده جامد مانند پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE)، گرافیت، دی سولفید مولیبدن یا نیترید بور (BN) در پایه‌های معدنی، نفتی یا روغن مصنوعی هستند.
افزودنی‌های کم کف یا بدون کف، هوای به بیرون را می‌شکنند. هوای وارد شده می‌تواند باعث آسیب پمپ به دلیل کاویتاسیون شود. کف کردن همچنین می‌تواند توانایی خنک کنندگی و مدول حجمی (یا سفتی) سیال را کاهش دهد.
سیالات با محتوای آب بالا (HWCF) روغن‌های طبیعی، مایعات محلول در آب، مجموعه‌های صابون یا موم‌هایی هستند که مقاومت استثنایی در برابر آتش را ایجاد می‌کنند.
گریس‌های دی الکتریک و سیالات عایق، روغن‌های عایق، گریس‌ها، روغن‌های ترانسفورماتور و سیالاتی هستند که قدرت دی الکتریک بالایی دارند و در ترانسفورماتورها، خازن‌ها، ماشینکاری EDM و سایر کاربردهای دستگاه‌های الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
استانداردهای روان کننده‌ها
ISO 3448 سیستمی را ایجاد می‌کند که برای طبقه بندی روانکارهای صنعتی بر اساس ویسکوزیته استفاده می‌شود. روانکارهای صنعتی و سیالات مرتبط از جمله روغن‌های معدنی، سیالات هیدرولیک، روغن‌های دی الکتریک و سایر سیالات صنعتی را پوشش می‌دهد، اما ممکن است مواد شیمیایی خالص و محصولات طبیعی را پوشش ندهد.
SAE J306 یک استاندارد ویسکوزیته روغن موتور خودرو است. برای نشان دادن محدودیت‌هایی که بر اساس آن روان کننده‌ها بر اساس رئولوژی طبقه بندی می‌شوند، از این استاندارد استفاده می‌شود. عدد ارجاع شده به عنوان وزن روغن، درجه ویسکوزیته را مشخص می‌کند. + روغن‌های تک درجه بر اساس ویسکوزیته در دمای ثابت طبقه‌بندی می‌شوند در حالی که روغن‌های چند درجه در دماهای پایین و بالا با طیف وسیعی از درجه‌های ویسکوزیته آزمایش می‌شوند. به عنوان مثال، 5W-30.