American Society for Testing and Materials (ASTM) määrittelee voitelurasvan seuraavasti: ”Kiinteä tai puolijuokseva tuote, joka syntyy sakeuttamisaineen dispersiosta nestemäisessä voiteluaineessa. Muita erityisominaisuuksia antavia ainesosia voi sisältyä” (ASTM D 288, Standard Definitions of Terms Relating to Petroleum).
Rasvan anatomia
Määritelmästä käy ilmi, että voitelurasvan muodostavat kolme komponenttia. Nämä komponentit ovat öljy, sakeuttamisaine ja lisäaineet. Perusöljy ja lisäainepaketti ovat rasvan koostumuksen pääkomponentit, ja sellaisenaan niillä on huomattava vaikutus rasvan käyttäytymiseen. Sakeuttamisainetta kutsutaan usein sieneksi, joka pitää sisällään voiteluaineen (perusöljy ja lisäaineet).
Kuva 1. Rasvan anatomia
Pohjaöljy
Useimmissa nykyisin tuotetuissa rasvoissa käytetään nestemäisenä komponenttina mineraaliöljyä. Nämä mineraaliöljypohjaiset rasvat tarjoavat yleensä tyydyttävän suorituskyvyn useimmissa teollisissa sovelluksissa. Äärilämpötiloissa (matalissa tai korkeissa) synteettistä perusöljyä käyttävä rasva tarjoaa paremman stabiilisuuden.
Sakeuttamisaine
Sakeuttamisaine on materiaali, joka yhdessä valitun voiteluaineen kanssa saa aikaan kiinteän tai puoliksi nestemäisen rakenteen. Nykyisissä rasvoissa käytetty ensisijainen sakeuttamisaine on metallisaippua. Näitä saippuoita ovat litium, alumiini, savi, polyurea, natrium ja kalsium. Viime aikoina monimutkaiset sakeuttamistyyppiset rasvat ovat kasvattaneet suosiotaan. Niitä valitaan niiden korkeiden tippumispisteiden ja erinomaisen kuormankantokyvyn vuoksi.
Kompleksirasvoja valmistetaan yhdistämällä perinteinen metallisaippua kompleksinmuodostajan kanssa. Yleisimmin käytetty kompleksirasva on litiumpohjainen. Niitä valmistetaan tavanomaisen litiumsaippuan ja pienimolekyylisen orgaanisen hapon yhdistelmällä kompleksinmuodostajana.
Nonsoapin sakeuttamisaineet ovat myös kasvattamassa suosiotaan erikoissovelluksissa, kuten korkean lämpötilan ympäristöissä. Bentoniitti ja piidioksidiaerogeeli ovat kaksi esimerkkiä sakeuttamisaineista, jotka eivät sula korkeissa lämpötiloissa. On kuitenkin olemassa harhaluulo, että vaikka sakeuttamisaine kestää korkeita lämpötiloja, perusöljy hapettuu nopeasti korkeissa lämpötiloissa, jolloin se vaatii tiheän uusintavoiteluvälin.
Lisäaineet
Lisäaineilla voi olla useita rooleja voitelurasvassa. Näitä ovat ensisijaisesti olemassa olevien toivottujen ominaisuuksien parantaminen, olemassa olevien ei-toivottujen ominaisuuksien tukahduttaminen ja uusien ominaisuuksien antaminen. Yleisimpiä lisäaineita ovat hapettumisen ja ruosteenestoaineet, ääripaine-, kulumisenesto- ja kitkaa vähentävät aineet.
Näiden lisäaineiden lisäksi rasvaan voidaan suspendoida rajavoiteluaineita, kuten molybdeenidisulfidia (moly) tai grafiittia, jotka vähentävät kitkaa ja kulumista ilman, että metallipinnoille syntyy epäsuotuisia kemiallisia reaktioita raskaassa kuormituksessa ja hitaassa pyörimisnopeudessa.
> 
TAULUKKO 1. NLGI-konsistenssi
Toiminto
Rasvan tehtävänä on pysyä kosketuksissa liikkuviin pintoihin ja voidella ne ilman, että se vuotaa ulos painovoiman, keskipakovoiman vaikutuksesta tai puristuu ulos paineen vaikutuksesta. Sen tärkein käytännön vaatimus on, että se säilyttää ominaisuutensa leikkausvoimien alaisena kaikissa lämpötiloissa, joihin se joutuu käytön aikana.
Rasvalle soveltuvat käyttökohteet
Rasva ja öljy eivät ole keskenään vaihdettavissa. Rasvaa käytetään silloin, kun öljyn käyttö ei ole käytännöllistä tai sopivaa. Voiteluaineen valinta tiettyyn sovellukseen määräytyy sovittamalla koneen rakenne ja käyttöolosuhteet haluttuihin voiteluaineen ominaisuuksiin. Rasvaa käytetään yleensä:
-
Koneissa, jotka käyvät ajoittain tai ovat varastossa pitkiä aikoja. Koska rasva pysyy paikallaan, voitelukalvo voi muodostua välittömästi.
-
Koneet, joihin ei pääse helposti käsiksi usein tapahtuvaa voitelua varten. Laadukkailla rasvoilla voidaan voidella eristettyjä tai suhteellisen vaikeapääsyisiä komponentteja pitkiä aikoja ilman tiheää täydennystä. Näitä voitelurasvoja käytetään myös käyttöiältään suljetuissa sovelluksissa, kuten joissakin sähkömoottoreissa ja vaihteistoissa.
-
Koneistot, jotka toimivat ääriolosuhteissa, kuten korkeissa lämpötiloissa ja paineissa, iskujen aiheuttamissa kuormituksissa tai hitaalla nopeudella raskaassa kuormituksessa.
-
Kuluneet osat. Rasva säilyttää paksummat kalvot kulumisen laajentamissa väleissä ja voi pidentää aiemmin öljyllä voideltujen kuluneiden osien käyttöikää.
Rasvan toiminnalliset ominaisuudet
-
Rasva toimii tiivisteenä minimoidakseen vuodot ja pitääkseen epäpuhtaudet poissa. Koostumuksensa vuoksi rasva toimii tiivisteenä, joka estää voiteluaineen vuotamisen ja myös syövyttävien epäpuhtauksien ja vieraiden aineiden pääsyn. Se toimii myös pitämään heikentyneet tiivisteet tehokkaina.
-
Rasva on helpompi pitää sisällään kuin öljy. Öljyvoitelu voi vaatia kalliin järjestelmän, jossa on kiertolaitteita ja monimutkaisia pidätinlaitteita. Vertailun vuoksi rasva on jäykkyytensä ansiosta helppo rajoittaa yksinkertaisilla ja edullisemmilla pidätinlaitteilla.
-
Rasva pitää kiinteät voiteluaineet suspensiona. Hienoksi jauhettuja kiinteitä voiteluaineita, kuten molybdeenidisulfidia (moly) ja grafiittia, sekoitetaan rasvaan korkeissa lämpötiloissa tai äärimmäisissä korkeapainesovelluksissa. Rasva pitää kiinteät aineet suspensiossa, kun taas öljyistä kiinteät aineet laskeutuvat pois.
-
Nesteen tasoa ei tarvitse säätää ja valvoa.
Ominaisuudet
Kuten öljyllä, myös rasvalla on omat ominaisuutensa, jotka on otettava huomioon sovellusta valittaessa. Tuotetiedotteista yleisesti löytyviä ominaisuuksia ovat muun muassa seuraavat:
Pumpattavuus
Pumpattavuudella tarkoitetaan rasvan kykyä pumpata tai työntää rasvaa järjestelmän läpi. Käytännöllisemmin pumpattavuus on helppous, jolla paineistettu rasva voi virrata rasvan annostelujärjestelmien linjojen, suuttimien ja liitososien läpi.
Veden kestävyys
Se on rasvan kyky kestää veden vaikutuksia ilman, että sen voitelukyky muuttuu. Saippua/vesivaahto voi suspendoida rasvan öljyn muodostaen emulsion, joka voi pestä pois tai vähäisemmässä määrin vähentää voitelukykyä laimentamalla ja muuttamalla rasvan koostumusta ja rakennetta.
Konsistenssi
Rasvan konsistenssi riippuu käytetyn sakeuttamisaineen tyypistä ja määrästä sekä perusöljyn viskositeetista. Rasvan konsistenssi on sen kestävyys muodonmuutokselle kohdistetun voiman vaikutuksesta. Konsistenssin mittausta kutsutaan penetraatioksi. Penetraatio riippuu siitä, onko konsistenssi muuttunut käsittelyn tai työstön seurauksena. ASTM D 217- ja D 1403 -menetelmillä mitataan käsittelemättömien ja käsiteltyjen rasvojen tunkeutumista. Penetraation mittaamiseksi tietyn painoinen kartio annetaan upota rasvaan viiden sekunnin ajaksi vakiolämpötilassa 25 °C:ssa.
Penetraatio on syvyys kymmenesosamillimetreinä, johon kartio uppoaa rasvaan. Tunkeuma 100 edustaisi kiinteää rasvaa, kun taas tunkeuma 450 olisi puolijuoksevaa rasvaa. NLGI on vahvistanut sakeusluvut tai luokkanumerot, jotka vaihtelevat 000:sta 6:een ja jotka vastaavat tiettyjä tunkeutumislukujen vaihteluvälejä. Taulukossa 1 luetellaan NLGI:n rasvaluokitukset sekä kuvaus konsistenssista ja sen suhteesta tavallisiin puolijuokseviin rasvoihin.
Pudotuspiste
Pudotuspiste on rasvan lämmönkestävyyden indikaattori. Rasvan lämpötilan noustessa tunkeutuminen lisääntyy, kunnes rasva nesteytyy ja haluttu koostumus häviää. Tippumispiste on lämpötila, jossa rasva muuttuu riittävän juoksevaksi tippumaan. Tippumispiste osoittaa lämpötilan ylärajan, jossa rasva säilyttää rakenteensa, ei maksimilämpötilaa, jossa rasvaa voidaan käyttää.
Hapettumisstabiliteetti
Se on rasvan kyky vastustaa kemiallista liittoa hapen kanssa. Rasvan reagoidessa hapen kanssa syntyy liukenemattomia kumeja, lietteitä ja lakkamaisia kerrostumia, jotka aiheuttavat hidasta toimintaa, lisääntynyttä kulumista ja välysten pienenemistä. Pitkäaikainen altistuminen korkeille lämpötiloille kiihdyttää rasvojen hapettumista.
Korkeiden lämpötilojen vaikutukset
Korkeat lämpötilat vahingoittavat rasvoja enemmän kuin öljyjä. Rasva ei luonteensa vuoksi pysty luovuttamaan lämpöä konvektiolla kuten kiertävä öljy. Näin ollen ilman kykyä siirtää lämpöä pois, liian korkeat lämpötilat johtavat kiihtyvään hapettumiseen tai jopa hiiltymiseen, jolloin rasva kovettuu tai muodostaa kuoren.
Tehokas rasvan voitelu riippuu rasvan koostumuksesta. Korkeat lämpötilat aiheuttavat pehmenemistä ja vuotamista, jolloin rasva valuu pois tarvittavilta alueilta. Rasvan sisältämä mineraaliöljy voi leimahtaa, palaa tai haihtua yli 177 °C:n (350 °F) lämpötiloissa.
Matalan lämpötilan vaikutukset
Jos rasvan lämpötilaa lasketaan riittävästi, siitä tulee niin viskoosi, että se voidaan luokitella kovaksi rasvaksi. Pumpattavuus kärsii ja koneiden käyttö voi käydä mahdottomaksi vääntömomenttirajoitusten ja tehovaatimusten vuoksi. Suuntaviivana pidetään perusöljyn jähmepistettä rasvan alhaisen lämpötilan rajana.