De basisbeginselen van vet

De American Society for Testing and Materials (ASTM) definieert smeervet als: “Een vast tot halfvloeibaar product van dispersie van een verdikkingsmiddel in vloeibaar smeermiddel. Andere ingrediënten die speciale eigenschappen verlenen, kunnen worden toegevoegd” (ASTM D 288, Standard Definitions of Terms Relating to Petroleum).

Grease Anatomy

Zoals deze definitie aangeeft, zijn er drie componenten die smeervet vormen. Deze componenten zijn olie, verdikkingsmiddel en additieven. De basisolie en het additievenpakket zijn de belangrijkste componenten in vetformuleringen, en als zodanig hebben zij een aanzienlijke invloed op het gedrag van het vet. Het verdikkingsmiddel wordt vaak aangeduid als een spons die het smeermiddel (basisolie plus additieven) vasthoudt.

Figuur 1. Anatomie van het vet

Basisolie

De meeste vetten die tegenwoordig worden geproduceerd, gebruiken minerale olie als hun vloeibare bestanddeel. Deze vetten op basis van minerale olie leveren doorgaans bevredigende prestaties in de meeste industriële toepassingen. Bij extreme temperaturen (laag of hoog) zal een vet dat gebruik maakt van een synthetische basisolie een betere stabiliteit bieden.

Dikkingsmiddel

Het verdikkingsmiddel is een materiaal dat, in combinatie met het geselecteerde smeermiddel, de vaste tot halfvloeibare structuur zal produceren. Het primaire type verdikkingsmiddel dat in het huidige vet wordt gebruikt is metaalzeep. Deze zepen omvatten lithium, aluminium, klei, polyureum, natrium en calcium. De laatste tijd winnen complexe vetten van het verdikkingsmiddel-type aan populariteit. Zij worden geselecteerd vanwege hun hoge druppelpunten en uitstekende belastbaarheid.

Complexvetten worden gemaakt door de conventionele metaalzeep te combineren met een complexvormer. Het meest gebruikte complexe vet is op lithiumbasis. Deze worden gemaakt met een combinatie van conventionele lithiumzeep en een organisch zuur met een laag molecuulgewicht als complexvormer.

Nonsoapverdikkers winnen ook aan populariteit in speciale toepassingen, zoals in omgevingen met hoge temperaturen. Bentoniet en silica-aerogel zijn twee voorbeelden van verdikkingsmiddelen die niet smelten bij hoge temperaturen. Er bestaat echter een misverstand dat, ook al is het verdikkingsmiddel bestand tegen hoge temperaturen, de basisolie snel zal oxideren bij hoge temperaturen, waardoor een frequent verversingsinterval nodig is.

Additieven

Additieven kunnen verschillende rollen spelen in een smeervet. Deze omvatten hoofdzakelijk het verbeteren van de bestaande gewenste eigenschappen, het onderdrukken van de bestaande ongewenste eigenschappen, en het verlenen van nieuwe eigenschappen. De meest voorkomende additieven zijn oxidatie- en roestremmers, extreme druk, antislijtage en wrijvingsverminderende middelen.

Naast deze additieven kunnen grenssmeringsmiddelen zoals molybdeendisulfide (moly) of grafiet in het vet worden gesuspendeerd om wrijving en slijtage te verminderen zonder nadelige chemische reacties op de metaaloppervlakken bij zware belasting en lage snelheden.

Tabel 1. NLGI Consistentie

Functie

De functie van vet is om in contact te blijven met bewegende oppervlakken en deze te smeren zonder dat het weglekt onder invloed van de zwaartekracht, centrifugale werking of onder druk wordt uitgeperst. De belangrijkste praktische eis is dat het zijn eigenschappen behoudt onder schuifkrachten bij alle temperaturen die het tijdens het gebruik ondervindt.

Toepassingen die geschikt zijn voor vet

Vet en olie zijn niet onderling verwisselbaar. Vet wordt gebruikt wanneer het niet praktisch of handig is om olie te gebruiken. De keuze van het smeermiddel voor een specifieke toepassing wordt bepaald door het ontwerp van de machine en de bedrijfsomstandigheden af te stemmen op de gewenste smeermiddel eigenschappen. Vet wordt over het algemeen gebruikt voor:

1. Machines die met tussenpozen draaien of voor langere tijd in opslag staan. Omdat het vet op zijn plaats blijft, kan zich onmiddellijk een smeerfilm vormen.

2. Machines die niet gemakkelijk toegankelijk zijn voor frequente smering. Kwalitatief hoogwaardige vetten kunnen geïsoleerde of relatief ontoegankelijke onderdelen gedurende langere perioden smeren zonder regelmatig bij te vullen. Deze vetten worden ook gebruikt in “sealed-for-life” toepassingen zoals sommige elektromotoren en tandwielkasten.

3. Machines die werken onder extreme omstandigheden zoals hoge temperaturen en drukken, schokbelastingen of lage snelheid onder zware belasting.

4. Versleten onderdelen. Vet handhaaft dikkere films in spelingen die door slijtage zijn vergroot en kan de levensduur verlengen van versleten onderdelen die voorheen met olie werden gesmeerd.

Functionele eigenschappen van vet

1. G vet functioneert als een afdichtingsmiddel om lekkage te minimaliseren en verontreinigingen buiten te houden. Vanwege zijn consistentie werkt vet als een afdichtingsmiddel om lekkage van smeermiddel te voorkomen en tevens om te voorkomen dat corrosieve verontreinigingen en vreemde materialen binnendringen. Het zorgt er ook voor dat versleten afdichtingen goed blijven werken.

2. Vet is eenvoudiger te bevatten dan olie. Voor oliesmering kan een duur systeem van circulatieapparatuur en complexe retentievoorzieningen nodig zijn. Ter vergelijking: vet kan door zijn stijfheid gemakkelijk worden ingesloten met eenvoudige, minder kostbare retentievoorzieningen.

3. Vet houdt vaste smeermiddelen in suspensie. Fijngemalen vaste smeermiddelen, zoals molybdeendisulfide (molybdeen-disulfide) en grafiet, worden met vet gemengd bij gebruik op hoge temperaturen of in toepassingen met extreem hoge druk. Vet houdt vaste deeltjes in suspensie, terwijl vaste deeltjes uit olie bezinken.

4. Het vloeistofniveau hoeft niet te worden gecontroleerd en bewaakt.

Karakteristieken

Zoals olie vertoont vet zijn eigen reeks kenmerken waarmee rekening moet worden gehouden bij de keuze voor een toepassing. De kenmerken die gewoonlijk op productinformatiebladen worden aangetroffen, zijn onder meer de volgende:

Pompbaarheid

Pompbaarheid is het vermogen van een vet om door een systeem te worden gepompt of geduwd. Praktischer gezegd is de pompbaarheid het gemak waarmee een vet onder druk door leidingen, sproeiers en fittingen van vetafgiftesystemen kan stromen.

Waterbestendigheid

Dit is het vermogen van een vet om de effecten van water te weerstaan zonder dat het smerende vermogen verandert. Een zeep/water schuim kan de olie in het vet in suspensie brengen en een emulsie vormen die kan wegspoelen of, in mindere mate, de smering verminderen door verdunning en verandering van de consistentie en textuur van het vet.

Consistentie

De consistentie van een vet hangt af van het type en de hoeveelheid verdikkingsmiddel dat wordt gebruikt en de viscositeit van de basisolie. De consistentie van een vet is zijn weerstand tegen vervorming door een uitgeoefende kracht. De maatstaf voor de consistentie wordt penetratie genoemd. De penetratie hangt af van de vraag of de consistentie is veranderd door behandeling of bewerking. De methoden ASTM D 217 en D 1403 meten de penetratie van onbewerkte en bewerkte vetten. Om de penetratie te meten, laat men een kegel van een bepaald gewicht gedurende vijf seconden in een vet zinken bij een standaardtemperatuur van 25°C (77°F).

De diepte, in tienden van een millimeter, tot waar de kegel in het vet zakt is de penetratie. Een penetratie van 100 zou een vast vet vertegenwoordigen terwijl een penetratie van 450 een half vloeibaar zou zijn. De NLGI heeft consistentienummers of rangnummers vastgesteld, variërend van 000 tot 6, die overeenkomen met gespecificeerde bereiken van penetratiegetallen. Tabel 1 geeft een overzicht van de NLGI vetclassificaties samen met een beschrijving van de consistentie van hoe het zich verhoudt tot veelvoorkomende halfvloeistoffen.

Druppelpunt

Druppelpunt is een indicator van de hittebestendigheid van vet. Naarmate de temperatuur van het vet toeneemt, neemt de penetratie toe totdat het vet vloeibaar wordt en de gewenste consistentie verloren gaat. Het druppelpunt is de temperatuur waarbij een vet vloeibaar genoeg wordt om te druppelen. Het druppelpunt geeft de bovenste temperatuurgrens aan waarbij een vet zijn structuur behoudt, niet de maximumtemperatuur waarbij een vet mag worden gebruikt.

Oxidatiestabiliteit

Dit is het vermogen van een vet om weerstand te bieden aan een chemische verbinding met zuurstof. De reactie van vet met zuurstof produceert onoplosbare gom, sludge en lakachtige afzettingen die trage werking, verhoogde slijtage en vermindering van speling veroorzaken. Langdurige blootstelling aan hoge temperaturen versnelt de oxidatie in vetten.

Effecten bij hoge temperaturen

Hoge temperaturen schaden vetten meer dan ze oliën schaden. Vet kan van nature geen warmte afvoeren door convectie zoals een circulerende olie. Bijgevolg, zonder de mogelijkheid om warmte af te voeren, resulteren te hoge temperaturen in versnelde oxidatie of zelfs carbonisatie waarbij het vet verhardt of een korst vormt.

Effectieve smering van het vet hangt af van de consistentie van het vet. Hoge temperaturen veroorzaken verzachting en ontluchting, waardoor het vet wegvloeit van de plaatsen waar het nodig is. De minerale olie in vet kan vonken, verbranden of verdampen bij temperaturen hoger dan 177°C (350°F).

Effecten bij lage temperatuur

Als de temperatuur van een vet voldoende wordt verlaagd, wordt het zo viskeus dat het kan worden geclassificeerd als een hard vet. De verpompbaarheid lijdt eronder en de werking van machines kan onmogelijk worden door koppelbeperkingen en vermogenseisen. Als richtlijn wordt het stolpunt van de basisolie beschouwd als de lage-temperatuurgrens van een vet.