Fondamenti di grasso

L’American Society for Testing and Materials (ASTM) definisce il grasso lubrificante come: “Un prodotto da solido a semifluido di dispersione di un agente addensante in un lubrificante liquido. Possono essere inclusi altri ingredienti che conferiscono proprietà speciali” (ASTM D 288, Definizioni standard di termini relativi al petrolio).

Anatomia del grasso

Come indica questa definizione, ci sono tre componenti che formano il grasso lubrificante. Questi componenti sono l’olio, l’addensante e gli additivi. L’olio di base e il pacchetto di additivi sono i componenti principali delle formulazioni di grasso e, come tali, esercitano una notevole influenza sul comportamento del grasso. L’addensante è spesso indicato come una spugna che trattiene il lubrificante (olio base più additivi).

Figura 1. Anatomia del grasso

Olio di base

La maggior parte dei grassi prodotti oggi usa olio minerale come componente fluido. Questi grassi a base di olio minerale forniscono tipicamente prestazioni soddisfacenti nella maggior parte delle applicazioni industriali. A temperature estreme (basse o alte), un grasso che utilizza un olio base sintetico fornirà una migliore stabilità.

Addensante

L’addensante è un materiale che, in combinazione con il lubrificante selezionato, produrrà la struttura da solida a semifluida. Il tipo principale di addensante usato nel grasso corrente è il sapone metallico. Questi saponi includono litio, alluminio, argilla, poliurea, sodio e calcio. Ultimamente, i grassi complessi di tipo addensante stanno guadagnando popolarità. Sono stati scelti per i loro alti punti di caduta e le loro eccellenti capacità di carico.

I grassi complessi sono fatti combinando il sapone metallico convenzionale con un agente complessante. Il grasso complesso più usato è quello a base di litio. Questi sono fatti con una combinazione di sapone di litio convenzionale e un acido organico a basso peso molecolare come agente complessante.

Gli addensanti al sapone stanno anche guadagnando popolarità in applicazioni speciali come gli ambienti ad alta temperatura. La bentonite e l’aerogel di silice sono due esempi di addensanti che non si sciolgono alle alte temperature. C’è un’idea sbagliata, tuttavia, che anche se l’addensante può essere in grado di resistere alle alte temperature, l’olio base si ossida rapidamente a temperature elevate, richiedendo così un frequente intervallo di rilubrificazione.

Additivi

Gli additivi possono svolgere diversi ruoli in un grasso lubrificante. Questi includono principalmente il miglioramento delle proprietà desiderabili esistenti, la soppressione delle proprietà indesiderabili esistenti e l’impartizione di nuove proprietà. Gli additivi più comuni sono inibitori di ossidazione e ruggine, pressione estrema, antiusura e agenti di riduzione dell’attrito.

In aggiunta a questi additivi, lubrificanti limite come il bisolfuro di molibdeno (moly) o la grafite possono essere sospesi nel grasso per ridurre l’attrito e l’usura senza reazioni chimiche avverse alle superfici metalliche durante il carico pesante e le basse velocità.

Tabella 1. Consistenza NLGI

Funzione

La funzione del grasso è quella di rimanere in contatto e lubrificare le superfici in movimento senza fuoriuscire sotto la forza di gravità, l’azione centrifuga o essere spremuto sotto pressione. Il suo principale requisito pratico è che mantiene le sue proprietà sotto le forze di taglio a tutte le temperature che sperimenta durante l’uso.

Applicazioni adatte al grasso

Il grasso e l’olio non sono intercambiabili. Il grasso viene usato quando non è pratico o conveniente usare l’olio. La scelta del lubrificante per un’applicazione specifica è determinata dall’abbinamento del design del macchinario e delle condizioni operative con le caratteristiche del lubrificante desiderato. Il grasso è generalmente usato per:

1. Macchinari che funzionano a intermittenza o che sono in magazzino per un lungo periodo di tempo. Poiché il grasso rimane sul posto, un film lubrificante può formarsi istantaneamente.

2. Macchinari che non sono facilmente accessibili per una lubrificazione frequente. I grassi di alta qualità possono lubrificare componenti isolati o relativamente inaccessibili per lunghi periodi di tempo senza frequenti rabbocchi. Questi grassi sono anche usati in applicazioni sigillate a vita come alcuni motori elettrici e riduttori.

3. Macchinari che operano in condizioni estreme come temperature e pressioni elevate, carichi d’urto o velocità lente con carichi pesanti.

4. Componenti usurati. Il grasso mantiene pellicole più spesse negli spazi allargati dall’usura e può estendere la vita delle parti usurate che erano precedentemente lubrificate dall’olio.

Proprietà funzionali del grasso

1. Il grasso funziona come un sigillante per minimizzare le perdite e per tenere fuori i contaminanti. A causa della sua consistenza, il grasso agisce come sigillante per prevenire perdite di lubrificante e anche per impedire l’ingresso di contaminanti corrosivi e materiali estranei. Agisce anche per mantenere efficaci le guarnizioni deteriorate.

2. Il grasso è più facile da contenere dell’olio. La lubrificazione a olio può richiedere un sistema costoso di apparecchiature di circolazione e complessi dispositivi di ritenzione. In confronto, il grasso, in virtù della sua rigidità, è facilmente confinato con dispositivi di ritenzione semplificati e meno costosi.

3. Il grasso tiene in sospensione i lubrificanti solidi. I lubrificanti solidi finemente macinati, come il bisolfuro di molibdeno (moly) e la grafite, sono mescolati al grasso nel servizio ad alta temperatura o in applicazioni ad alta pressione estrema. Il grasso tiene i solidi in sospensione mentre i solidi si depositano fuori dagli oli.

4. Il livello del fluido non deve essere controllato e monitorato.

Caratteristiche

Come l’olio, il grasso presenta un proprio insieme di caratteristiche che devono essere considerate quando viene scelto per un’applicazione. Le caratteristiche che si trovano comunemente sulle schede tecniche dei prodotti sono le seguenti:

Pompabilità

La pompabilità è la capacità di un grasso di essere pompato o spinto attraverso un sistema. Più praticamente, la pompabilità è la facilità con cui un grasso pressurizzato può fluire attraverso le linee, gli ugelli e i raccordi dei sistemi di distribuzione del grasso.

Resistenza all’acqua

Questa è la capacità di un grasso di resistere agli effetti dell’acqua senza cambiare la sua capacità di lubrificare. Una schiuma di sapone/acqua può sospendere l’olio nel grasso, formando un’emulsione che può lavare via o, in misura minore, ridurre la lubrificazione diluendo e cambiando la consistenza e la struttura del grasso.

Consistenza

La consistenza del grasso dipende dal tipo e dalla quantità di addensante usato e dalla viscosità del suo olio base. La consistenza di un grasso è la sua resistenza alla deformazione da parte di una forza applicata. La misura della consistenza è chiamata penetrazione. La penetrazione dipende dal fatto che la consistenza sia stata alterata dalla manipolazione o dalla lavorazione. I metodi ASTM D 217 e D 1403 misurano la penetrazione dei grassi grezzi e lavorati. Per misurare la penetrazione, un cono di un dato peso è lasciato affondare in un grasso per cinque secondi a una temperatura standard di 25°C (77°F).

La profondità, in decimi di millimetro, a cui il cono affonda nel grasso è la penetrazione. Una penetrazione di 100 rappresenterebbe un grasso solido, mentre una penetrazione di 450 sarebbe semifluida. La NLGI ha stabilito numeri di consistenza o numeri di grado, che vanno da 000 a 6, corrispondenti a specifici intervalli di numeri di penetrazione. La tabella 1 elenca le classificazioni dei grassi NLGI insieme a una descrizione della consistenza di come si riferisce ai semifluidi comuni.

Punto di caduta

Il punto di caduta è un indicatore della resistenza al calore del grasso. Con l’aumento della temperatura del grasso, la penetrazione aumenta fino a quando il grasso si liquefa e si perde la consistenza desiderata. Il punto di caduta è la temperatura alla quale un grasso diventa abbastanza fluido da gocciolare. Il punto di caduta indica il limite superiore della temperatura alla quale un grasso mantiene la sua struttura, non la temperatura massima alla quale un grasso può essere usato.

Stabilità all’ossidazione

Questa è la capacità di un grasso di resistere all’unione chimica con l’ossigeno. La reazione del grasso con l’ossigeno produce gomme insolubili, fanghi e depositi simili a lacche che causano un funzionamento lento, una maggiore usura e una riduzione dei giochi. L’esposizione prolungata alle alte temperature accelera l’ossidazione dei grassi.

Effetti delle alte temperature

Le alte temperature danneggiano i grassi più degli oli. Il grasso, per sua natura, non può dissipare il calore per convezione come un olio in circolazione. Di conseguenza, senza la capacità di trasferire il calore, le temperature eccessive provocano un’ossidazione accelerata o addirittura una carbonizzazione in cui il grasso si indurisce o forma una crosta.

La lubrificazione efficace del grasso dipende dalla sua consistenza. Le alte temperature inducono l’ammorbidimento e l’emorragia, facendo sì che il grasso scorra via dalle aree necessarie. L’olio minerale contenuto nel grasso può infiammarsi, bruciare o evaporare a temperature superiori a 177°C (350°F).

Effetti delle basse temperature

Se la temperatura di un grasso viene abbassata abbastanza, diventa così viscoso da poter essere classificato come un grasso duro. La pompabilità ne risente e il funzionamento dei macchinari può diventare impossibile a causa delle limitazioni di coppia e dei requisiti di potenza. Come linea guida, il punto di scorrimento dell’olio base è considerato il limite di bassa temperatura di un grasso.