L’American Society for Testing and Materials (ASTM) définit la graisse lubrifiante comme suit : « Un produit solide à semi-fluide de dispersion d’un agent épaississant dans un lubrifiant liquide. D’autres ingrédients conférant des propriétés spéciales peuvent être inclus » (ASTM D 288, Standard Definitions of Terms Relating to Petroleum).
Anatomie de la graisse
Comme l’indique cette définition, trois composants forment la graisse lubrifiante. Ces composants sont l’huile, l’épaississant et les additifs. L’huile de base et l’ensemble des additifs sont les principaux composants des formulations de graisses et, en tant que tels, exercent une influence considérable sur le comportement de la graisse. L’épaississant est souvent désigné comme une éponge qui retient le lubrifiant (huile de base plus additifs).
Figure 1. Anatomie des graisses
Huile de base
La plupart des graisses produites aujourd’hui utilisent de l’huile minérale comme composant fluide. Ces graisses à base d’huile minérale offrent généralement des performances satisfaisantes dans la plupart des applications industrielles. Dans les températures extrêmes (basses ou élevées), une graisse qui utilise une huile de base synthétique offrira une meilleure stabilité.
Epaississant
L’épaississant est un matériau qui, en combinaison avec le lubrifiant sélectionné, produira la structure solide à semi-fluide. Le principal type d’épaississant utilisé dans les graisses actuelles est le savon métallique. Ces savons comprennent le lithium, l’aluminium, l’argile, la polyurée, le sodium et le calcium. Ces derniers temps, les graisses de type épaississant complexe gagnent en popularité. Elles sont choisies en raison de leurs points de goutte élevés et de leurs excellentes capacités de charge.
Les graisses complexes sont fabriquées en combinant le savon métallique classique avec un agent complexant. La graisse complexe la plus utilisée est à base de lithium. Elles sont fabriquées avec une combinaison de savon de lithium conventionnel et d’un acide organique de faible poids moléculaire comme agent complexant.
Les épaississants à base de bentonite gagnent également en popularité dans des applications spéciales telles que les environnements à haute température. La bentonite et l’aérogel de silice sont deux exemples d’épaississants qui ne fondent pas à haute température. Il existe toutefois une idée fausse selon laquelle, même si l’épaississant peut résister aux températures élevées, l’huile de base s’oxydera rapidement à des températures élevées, ce qui nécessitera un intervalle de regraissage fréquent.
Additifs
Les additifs peuvent jouer plusieurs rôles dans une graisse lubrifiante. Il s’agit principalement d’améliorer les propriétés souhaitables existantes, de supprimer les propriétés indésirables existantes et de conférer de nouvelles propriétés. Les additifs les plus courants sont les inhibiteurs d’oxydation et de rouille, les agents de pression extrême, les agents anti-usure et les agents de réduction du frottement.
En plus de ces additifs, des lubrifiants limites tels que le bisulfure de molybdène (moly) ou le graphite peuvent être suspendus dans la graisse pour réduire le frottement et l’usure sans réactions chimiques indésirables sur les surfaces métalliques pendant les charges lourdes et les vitesses lentes.
Tableau 1. Consistance NLGI
Fonction
La fonction de la graisse est de rester en contact avec les surfaces mobiles et de les lubrifier sans fuir sous l’effet de la gravité, de l’action centrifuge ou en étant expulsée sous pression. Sa principale exigence pratique est qu’elle conserve ses propriétés sous les forces de cisaillement à toutes les températures qu’elle subit pendant son utilisation.
Applications convenant à la graisse
La graisse et l’huile ne sont pas interchangeables. La graisse est utilisée lorsqu’il n’est pas pratique ou commode d’utiliser l’huile. Le choix du lubrifiant pour une application spécifique est déterminé en faisant correspondre la conception de la machine et les conditions de fonctionnement avec les caractéristiques de lubrifiant souhaitées. La graisse est généralement utilisée pour :
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Les machines qui fonctionnent par intermittence ou qui sont stockées pendant une période prolongée. Comme la graisse reste en place, un film lubrifiant peut se former instantanément.
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Machines qui ne sont pas facilement accessibles pour une lubrification fréquente. Les graisses de haute qualité peuvent lubrifier des composants isolés ou relativement inaccessibles pendant de longues périodes sans réapprovisionnement fréquent. Ces graisses sont également utilisées dans des applications scellées à vie telles que certains moteurs électriques et boîtes de vitesses.
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Machines fonctionnant dans des conditions extrêmes telles que des températures et des pressions élevées, des charges de choc ou une vitesse lente sous forte charge.
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Composants usés. La graisse maintient des films plus épais dans les jeux élargis par l’usure et peut prolonger la vie des pièces usées qui étaient auparavant lubrifiées par l’huile.
Propriétés fonctionnelles de la graisse
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La graisse fonctionne comme un agent d’étanchéité pour minimiser les fuites et empêcher les contaminants d’entrer. En raison de sa consistance, la graisse agit comme un agent d’étanchéité pour prévenir les fuites de lubrifiant et aussi pour empêcher l’entrée de contaminants corrosifs et de matières étrangères. Elle agit également pour maintenir l’efficacité des joints détériorés.
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La graisse est plus facile à contenir que l’huile. La lubrification à l’huile peut nécessiter un système coûteux d’équipements de circulation et de dispositifs de rétention complexes. En comparaison, la graisse, en vertu de sa rigidité, est facilement confinée avec des dispositifs de rétention simplifiés et moins coûteux.
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La graisse maintient les lubrifiants solides en suspension. Les lubrifiants solides finement broyés, tels que le bisulfure de molybdène (moly) et le graphite, sont mélangés à la graisse dans les services à haute température ou dans les applications à haute pression extrême. La graisse maintient les solides en suspension alors que les solides se déposent dans les huiles.
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Le niveau du fluide n’a pas à être contrôlé et surveillé.
Caractéristiques
Comme l’huile, la graisse affiche son propre ensemble de caractéristiques qui doivent être prises en compte lors du choix d’une application. Les caractéristiques que l’on retrouve couramment sur les fiches techniques des produits sont les suivantes :
Pumpabilité
La pompabilité est la capacité d’une graisse à être pompée ou poussée dans un système. Plus pratiquement, la pompabilité est la facilité avec laquelle une graisse sous pression peut s’écouler à travers les lignes, les buses et les raccords des systèmes de distribution de graisse.
Résistance à l’eau
C’est la capacité d’une graisse à résister aux effets de l’eau sans changement dans sa capacité à lubrifier. Une mousse de savon/eau peut mettre en suspension l’huile dans la graisse, formant une émulsion qui peut emporter ou, dans une moindre mesure, réduire le pouvoir lubrifiant en diluant et en modifiant la consistance et la texture de la graisse.
Consistance
La consistance de la graisse dépend du type et de la quantité d’épaississant utilisé et de la viscosité de son huile de base. La consistance d’une graisse est sa résistance à la déformation par une force appliquée. La mesure de la consistance est appelée pénétration. La pénétration dépend de l’altération de la consistance par la manipulation ou le travail. Les méthodes ASTM D 217 et D 1403 mesurent la pénétration des graisses non travaillées et travaillées. Pour mesurer la pénétration, on laisse un cône d’un poids donné s’enfoncer dans une graisse pendant cinq secondes à une température standard de 25°C (77°F).
La profondeur, en dixièmes de millimètre, à laquelle le cône s’enfonce dans la graisse est la pénétration. Une pénétration de 100 représenterait une graisse solide tandis qu’une pénétration de 450 serait semi-fluide. Le NLGI a établi des numéros de consistance ou des numéros de grade, allant de 000 à 6, correspondant à des plages spécifiées d’indices de pénétration. Le tableau 1 énumère les classifications de graisses NLGI ainsi qu’une description de la consistance de la façon dont elle se rapporte aux semi-fluides communs.
Point de goutte
Le point de goutte est un indicateur de la résistance à la chaleur de la graisse. Lorsque la température de la graisse augmente, la pénétration augmente jusqu’à ce que la graisse se liquéfie et que la consistance désirée soit perdue. Le point de goutte est la température à laquelle une graisse devient suffisamment fluide pour couler. Le point de goutte indique la limite supérieure de température à laquelle une graisse conserve sa structure, et non la température maximale à laquelle une graisse peut être utilisée.
Stabilité à l’oxydation
C’est la capacité d’une graisse à résister à une union chimique avec l’oxygène. La réaction de la graisse avec l’oxygène produit des gommes insolubles, des boues et des dépôts de type laque qui provoquent un fonctionnement lent, une usure accrue et une réduction des jeux. L’exposition prolongée à des températures élevées accélère l’oxydation des graisses.
Les effets des températures élevées
Les températures élevées nuisent aux graisses plus qu’elles ne nuisent aux huiles. La graisse, de par sa nature, ne peut pas dissiper la chaleur par convection comme une huile en circulation. Par conséquent, sans la capacité de transférer la chaleur, les températures excessives entraînent une oxydation accélérée ou même une carbonisation où la graisse durcit ou forme une croûte.
Une lubrification efficace de la graisse dépend de sa consistance. Les températures élevées induisent un ramollissement et un saignement, ce qui fait que la graisse s’écoule loin des zones nécessaires. L’huile minérale contenue dans la graisse peut s’enflammer, brûler ou s’évaporer à des températures supérieures à 177°C (350°F).
Effets à basse température
Si la température d’une graisse est suffisamment abaissée, elle devient si visqueuse qu’elle peut être classée comme une graisse dure. La pompabilité en souffre et le fonctionnement des machines peut devenir impossible en raison des limitations de couple et des besoins en puissance. À titre indicatif, le point d’écoulement de l’huile de base est considéré comme la limite de basse température d’une graisse.