American Society for Testing and Materials (ASTM) definierar smörjfett som: ”En fast till halvflytande produkt av dispersion av ett förtjockningsmedel i flytande smörjmedel. Andra ingredienser som ger särskilda egenskaper kan ingå” (ASTM D 288, Standard Definitions of Terms Relating to Petroleum).
Fettets anatomi
Som framgår av denna definition finns det tre komponenter som bildar smörjfett. Dessa komponenter är olja, förtjockningsmedel och tillsatser. Basoljan och additivpaketet är de viktigaste komponenterna i smörjfettformuleringar, och som sådana utövar de ett betydande inflytande på smörjfettets beteende. Förtjockaren kallas ofta för en svamp som håller smörjmedlet (basolja plus tillsatser).
Figur 1. Fettets anatomi
Basolja
De flesta fetter som tillverkas i dag använder mineralolja som vätskekomponent. Dessa mineraloljebaserade fetter ger vanligtvis tillfredsställande prestanda i de flesta industriella tillämpningar. Vid extrema temperaturer (låga eller höga) ger ett fett som använder en syntetisk basolja bättre stabilitet.
Tjockningsmedel
Tjockningsmedlet är ett material som i kombination med det valda smörjmedlet ger den fasta till halvflytande strukturen. Den primära typen av förtjockningsmedel som används i nuvarande fett är metalltvål. Dessa tvålar omfattar litium, aluminium, lera, polyurea, natrium och kalcium. På senare tid har komplexa förtjockningsfetter blivit allt populärare. De väljs på grund av sin höga droppunkt och utmärkta lastbärande förmåga.
Komplexa fetter tillverkas genom att kombinera den konventionella metalltvålen med ett komplexbildande medel. Det mest använda komplexa fettet är litiumbaserat. Dessa tillverkas med en kombination av konventionell litiumtvål och en organisk syra med låg molekylvikt som komplexbildare.
Nonsonapsförtjockningsmedel blir också allt populärare i specialtillämpningar, t.ex. i högtemperaturmiljöer. Bentonit och kiseldioxid aerogel är två exempel på förtjockningsmedel som inte smälter vid höga temperaturer. Det finns dock en missuppfattning att även om förtjockningsmedlet klarar de höga temperaturerna kommer basoljan att oxideras snabbt vid förhöjda temperaturer, vilket kräver täta omsmörjningsintervall.
Additiv
Additiv kan spela flera roller i ett smörjfett. Dessa inkluderar främst att förbättra de befintliga önskvärda egenskaperna, undertrycka de befintliga oönskade egenskaperna och ge nya egenskaper. De vanligaste tillsatserna är oxidations- och rosthämmare, medel för extrema tryck, slitageskydd och friktionsreducerande medel.
Inom dessa tillsatser kan gränssmörjmedel som molybdendisulfid (moly) eller grafit vara suspenderade i smörjfettet för att reducera friktion och slitage utan negativa kemiska reaktioner på metallytorna vid tung belastning och låga hastigheter.
Tabell 1. NLGI Konsistens
Funktion
Fettets funktion är att förbli i kontakt med och smörja rörliga ytor utan att läcka ut under tyngdkraften, centrifugalverkan eller pressas ut under tryck. Dess viktigaste praktiska krav är att det behåller sina egenskaper under skjuvkrafter vid alla temperaturer som det utsätts för under användning.
Användningsområden som lämpar sig för fett
Fett och olja är inte utbytbara. Fett används när det inte är praktiskt eller bekvämt att använda olja. Valet av smörjmedel för en specifik tillämpning bestäms genom att matcha maskinens konstruktion och driftsförhållanden med önskade smörjmedelsegenskaper. Fett används i allmänhet för:
-
Maskiner som körs intermittent eller är lagrade under en längre tid. Eftersom fettet stannar på plats kan en smörjfilm omedelbart bildas.
-
Maskiner som inte är lättillgängliga för frekvent smörjning. Fetter av hög kvalitet kan smörja isolerade eller relativt svåråtkomliga komponenter under längre tid utan frekvent påfyllning. Dessa fetter används också i tillämpningar som är förseglade för livslängd, t.ex. vissa elektriska motorer och växellådor.
-
Maskiner som arbetar under extrema förhållanden, t.ex. höga temperaturer och tryck, stötbelastning eller långsam hastighet under tung belastning.
-
Slitna komponenter. Fett upprätthåller tjockare filmer i mellanrum som förstorats av slitage och kan förlänga livslängden på slitna delar som tidigare smörjts med olja.
Funktionella egenskaper hos fett
-
Fett fungerar som ett tätningsmedel för att minimera läckage och hålla föroreningar borta. På grund av sin konsistens fungerar fett som ett tätningsmedel för att förhindra läckage av smörjmedel och även för att förhindra att korrosiva föroreningar och främmande material kommer in. Det fungerar också för att hålla försämrade tätningar effektiva.
-
Fett är lättare att innehålla än olja. Oljesmörjning kan kräva ett dyrt system med cirkulationsutrustning och komplexa retentionsanordningar. I jämförelse kan fett, tack vare sin styvhet, lätt begränsas med förenklade och mindre kostsamma retentionsanordningar.
-
Fett håller fasta smörjmedel i suspension. Finfördelade fasta smörjmedel, t.ex. molybdendisulfid (moly) och grafit, blandas med fett i högtemperaturtjänster eller i extrema högtryckstillämpningar. Fett håller fasta ämnen i suspension medan fasta ämnen sedimenterar ur oljor.
-
Vätskenivån behöver inte kontrolleras och övervakas.
Kännetecken
Som olja uppvisar fett en egen uppsättning egenskaper som måste beaktas när det väljs för en tillämpning. De egenskaper som vanligtvis återfinns på produktdatablad inkluderar följande:
Pumpbarhet
Pumpbarhet är ett fetts förmåga att pumpas eller skjutas genom ett system. Mer praktiskt är pumpbarheten den lätthet med vilken ett trycksatt fett kan flöda genom ledningar, munstycken och kopplingar i fettutmatningssystem.
Vattenbeständighet
Detta är ett fetts förmåga att motstå effekterna av vatten utan att dess smörjförmåga förändras. Ett lödder av tvål/vatten kan suspendera oljan i fettet och bilda en emulsion som kan tvätta bort eller, i mindre utsträckning, minska smörjförmågan genom att späda ut och förändra fettets konsistens och textur.
Konsistens
Fettets konsistens beror på vilken typ av förtjockningsmedel som används och mängden av detta samt på viskositeten hos dess basolja. Ett fetts konsistens är dess motståndskraft mot deformation av en påförd kraft. Måttet på konsistensen kallas penetration. Penetrationen beror på om konsistensen har ändrats genom hantering eller bearbetning. Metoderna ASTM D 217 och D 1403 mäter penetrationen hos obearbetade och bearbetade fetter. För att mäta penetrationen låter man en kon av given vikt sjunka ner i ett fett i fem sekunder vid en standardtemperatur på 25 °C (77 °F).
Djupet, i tiondels millimeter, till vilket konen sjunker ner i fettet är penetrationen. En penetration på 100 motsvarar ett fast fett medan en penetration på 450 motsvarar ett halvflytande fett. NLGI har fastställt konsistenstal eller gradtal, från 000 till 6, som motsvarar specificerade intervall av penetrationstal. I tabell 1 listas NLGI:s fettklassificeringar tillsammans med en beskrivning av konsistensen av hur den förhåller sig till vanliga halvflytande ämnen.
Droppunkt
Droppunkt är en indikator på fettets värmebeständighet. När fettets temperatur ökar ökar penetrationen tills fettet blir flytande och den önskade konsistensen går förlorad. Droppunkten är den temperatur vid vilken ett fett blir tillräckligt flytande för att droppa. Droppunkten anger den övre temperaturgräns vid vilken ett fett behåller sin struktur, inte den högsta temperatur vid vilken ett fett kan användas.
Oxidationsstabilitet
Detta är ett fetts förmåga att motstå en kemisk förening med syre. Fettets reaktion med syre ger upphov till olösligt gummi, slam och lackliknande avlagringar som orsakar trög drift, ökat slitage och minskade spelrum. Långvarig exponering för höga temperaturer påskyndar oxidationen i fetter.
Effekter av höga temperaturer
Höga temperaturer skadar fetter mer än de skadar oljor. Fett kan till sin natur inte avleda värme genom konvektion som en cirkulerande olja. Utan förmågan att avleda värme leder följaktligen för höga temperaturer till accelererad oxidation eller till och med karbonisering där fettet hårdnar eller bildar en skorpa.
Effektiv smörjning med fett beror på fettets konsistens. Höga temperaturer framkallar uppmjukning och blödning, vilket gör att fettet rinner bort från behövliga områden. Mineraloljan i fett kan blossa upp, brinna eller avdunsta vid temperaturer över 177°C (350°F).
Lågtemperatureffekter
Om temperaturen på ett fett sänks tillräckligt mycket blir det så trögflytande att det kan klassificeras som ett hårt fett. Pumpbarheten försämras och maskindrift kan bli omöjlig på grund av vridmomentbegränsningar och effektkrav. Som riktlinje anses basoljans hällpunkt vara den låga temperaturgränsen för ett fett.