จาระบี (Grease) ส่วนประกอบ เบอร์ การผลิต และการใช้ประโยชน์

3473
แชร์ต่อให้เพื่อนได้อ่าน
  •  
  •  
  •  
  •  

จาระบี (Grease) คือ สารหล่อลื่นที่มีลักษณะเหนียวข้น ประกอบด้วยส่วนผสมของน้ำมันพื้นฐาน และสารเพิ่มคุณภาพ ใช้เติมในเครื่องจักรชนิดต่างๆ โดยมีหน้าที่หลัก คือ ทำให้เกิดการหล่อลื่น และลดแรงเสียดทานของเครื่องจักร ป้องกันการสึกกร่อนของเครื่องจักร

จาระบี มีคุณสมบัติคล้ายน้ำมันหล่อลื่น แต่มีลักษณะเหนียวข้น ทำหน้าที่เป็นตัวทำให้น้ำมันเกาะอยู่บนพื้นผิวเพื่อช่วยในการหล่อลื่น โดยส่วนประกอบที่ทำให้จาระบีมีลักษณะเหนียวข้น คือ สบู่ (Soap) ซึ่งต้องผสมสบู่กับน้ำมันหล่อลื่น และสารเพิ่มคุณภาพในขั้นตอนการผลิต

ส่วนประกอบของจาระบี
1. น้ำมันพื้นฐาน (Base Oil)
น้ำมันพื้นฐาน ถือเป็นองค์ประกอบหลักของจาระบี โดยใช้เป็นส่วนประกอบหลักประมาณร้อยละ 70-90 โดยน้ำหนัก โดยมีคุณสมบัติของน้ำมันที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับความเหมาะสมในการใช้งานของจาระบีนั้น ทั้งนี้ น้ำมันพื้นฐานแบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม คือ
– น้ำมันแร่ เป็นน้ำมันพื้นฐานที่ถูกใช้ผลิตจาระบีมากที่สุด เพราะมีราคาถูก แต่จะมีคุณสมบัติจำกัด โดยน้ำมันแร่จะผลิตได้จากการกลั่นเอาน้ำมันดิบมาผ่านกระบวนการต่าง ๆ เพื่อขจัดเอาสารที่ไม่ต้องการออกเพื่อให้มีความอยู่ตัวเชิงเคมี และเชิงความร้อนดี


– น้ำมันจากพืช หรือ น้ำมันจากสัตว์ (Vegetable or Animal Oils) เป็นน้ำมันที่ได้มาจากธรรมชาติ น้ำมันจากพืชที่ผลิต และใช้มาก ได้แก่ น้ำมันปาล์ม น้ำมันถั่วเหลือง น้ำมันรำข้าว เป็นต้น ส่วนน้ำมันจากสัตว์ที่มีการใช้มาก ได้แก่ น้ำมันหมู น้ำมันโคกระบือ และน้ำมันปลา เป็นต้น
– น้ำมันสังเคราะห์ (Synthetic Oils) เป็นน้ำมันที่ได้จากกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมีขึ้น โดยปัจจุบัน จะเป็นน้ำมันสังเคราะห์โดยใช้น้ำมันปิโตรเลียมเป็นหลัก ทั้งนี้ จาระบีที่ผลิตด้วยน้ำมันชนิดนี้ จะมีราคาแพง เพราะมีคุณสมบัติสูง และใช้จำเพาะ เช่น ใช้กับงานที่ต้องทนต่ออุณหภูมิสูง เป็นต้น

2. สารเพิ่มคุณภาพ
สารเพิ่มคุณภาพ เป็นส่วนประกอบหนึ่งที่สำคัญของจาระบี เพราะเป็นสารที่ทำหน้าที่เพิ่มคุณภาพให้จาระบีทำให้จาระบีมีความสามารถในการบำรุงรักษา และยืดอายุเครื่องจักรให้ยาวนาน ได้แก่
– สารป้องกันการสึกหรอ (Anti-wear)
– สารป้องกันการเกิดออกซิเดชั่น (Oxidation Inhabitors)
– สารป้องกันสนิม (Rust & Corrosion Inhibitors)
– สารรับแรงกดสูง (EP Agent)
– สารปรับดัชนี้ความหนืด (VI Improvers)
– สารขับน้ำ
– สารป้องกันการยึดติด
– สารหล่อลื่นที่เป็นของแข็ง เช่น กราไฟต์

3. สารอุ้มน้ำมัน
สารอุ้มน้ำมันในจาระบีที่ใช้เป็นส่วนผสมจะเป็นสารจำพวกสบู่โลหะ โดยสบู่โลหะที่ใช้ผสมในจาระบีจะเป็นสารช่วยเพิ่มคุณสมบัติของจาระบีสำหรับการหล่อลื่นเครื่องจักรในหลายด้าน อาทิ เพิ่มประสิทธิภาพให้ทนความร้อน และทนต่อน้ำได้ดี ซึ่งแต่ละชนิดนั้นให้คุณสมบัติที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับการเลือกใช้งานในแต่ละประเภทของสบู่โลหะ โดยสารอุ้มน้ำมันนี้จะทำหน้าที่ทำให้น้ำมันพื้นฐานคงสภาพในโครงสร้างของน้ำมันพื้นฐานได้ดีขึ้น แต่จะค่อยๆ เปลี่ยนหรือลดความหนืดลงเมื่อเกิดความร้อนสำหรับทำหน้าที่ในการล่อลื่น และช่วยให้กลับคืนสู่สภาพเดิมได้รวดเร็วขึ้นเมื่อความร้อนลดลง

ชนิดสบู่ที่ใช้ผลิตจาระบี
สบู่ที่ใช้ทำจาระบีจะนิยมใช้สบู่ที่ได้จากการนำโลหะไฮดรอกไซด์มาทำปฏิกิริยากับไขมันหรือกรดไขมัน และโลหะไฮดรอกไซด์ที่ใช้การทำปฏิกิริยาที่นิยม ได้แก่ แคลเซียมไฮดรอกไซด์ ลิเทียมไฮดรอกไซด์ และแบเรียมไฮดรอกไซด์ ส่วนไขมันที่นิยมใช้เป็นสารตั้งต้น ได้แก่ น้ำมันแร่ น้ำมันจากพืชหรือสัตว์ และน้ำมันสังเคราะห์ หรือใช้น้ำมันชนิดหนึ่งชนิดใดผสมกัน เช่น น้ำมันแร่ผสมกับน้ำมันสังเคราะห์ โดยสบู่ที่นิยมใช้ ได้แก่
1. สบู่ไลม์ (Lime Soap)
สบู่ไลม์ หรือ สบู่แคลเซียม ที่ใช้ผลิตจาระบีนั้นทำโดยการผสมไขมันและน้ำมันหล่อลื่นในปริมาณที่เท่ากันกับแคลเซียมไฮดรอกไซด์ ที่อุณหภูมิ 175 องศาเซลเซียส โดยให้ความร้อนด้วยไอน้ำเป็นเวลา 30 นาที ที่ความดัน 35 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว

2. สบู่โซดา (Soda Soap)
สบู่โซดาที่ใช้ผลิตจาระบีทำได้โดยการเติมไขมัน และโซเดียมไฮดรอกไซด์ในภาชนะให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 150 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้น จึงเติมน้ำมันลงไปผสมเข้าด้วยกัน

3. สบู่ลิเทียม และสบู่แบเรียม (Lithium and Barium Soap)
สบู่ชนิดนี้ เมื่อนำมาผลิตเป็นจาระบีแล้วพบว่า จะเป็นการเอาคุณสมบัติที่ดีของสบู่ไลม์ และสบู่โซดาเข้าด้วยกัน และจาระบีที่ผลิตด้วยสบู่จำพวกนี้สามารถกันน้ำได้ และนำมาใช้ได้ทั้งอุณหภูมิต่ำ และอุณหภูมิสูง ในตอนแรกเริ่มนั้น สบู่เหล่านี้ผลิตขึ้นมาสำหรับเครื่องบิน แต่ในปัจจุบันนี้ สบู่เหล่านี้ถูกใช้อย่างแพร่หลายเพื่อผลิตเป็นจาระบีสำหรับเครื่องยนต์ และเครื่องจักรในโรงงานอุตสาหกรรมภายใต้ชื่อ จาระบีอเนกประสงค์ โดยส่วนใหญ่แล้วจาระบีที่ผลิตจากสบู่ลิเทียม และสบู่แบเรียมจะมีขั้นตอนคล้ายคลึงกันกับการผลิตจาระบีจากสบู่โซดาแต่ต้องใช้อุณหภูมิในการผสมที่ 205 องศาเซลเซียส

4. สบู่อะลูมินัม (Alumimum Soap)
สบู่อะลูมินัมทำจากสบู่โซดาโดยการเติมสบู่โซดาลงไปในสารละลายอะลูมินัมซัลเฟต (Aluminum Sulfate) อะลูมินัมจะไปแทนที่โซเดียมในสบู่ และโซเดียมจะถูกกำจัดออกไปกับน้ำหรือโซเดียมซัลเฟต จากนั้น สบู่อะลูมินัมจะนำมาผสมกับน้ำมันในสัดส่วนที่ต้องการ โดยจาระบีที่ผลิตมาจากเกลืออะลูมินัมนี้ ส่วนใหญ่ใช้กับเฟืองที่มีความเคลื่อนที่ช้าๆ และทำงานที่อุณหภูมิต่ำๆ

คุณสมบัติของสบู่โลหะแต่ละชนิด

สารอุ้มน้ำมัน จุดหลอมตัว(oC) อุณหภูมิที่ใช้งาน(oC) การทนน้ำ การทนความร้อน
1. สบู่แคลเซี่ยม (Ca) 85-105 70-80 ดีมาก ไม่ดี
2. สบู่โซเดียม (Na) 175-200 120-150 ไม่ดี ดี
3. สบู่อลูมิเนียม (Al) 90-110 70-80 ดี ไม่ดี
4. สบู่ลิเทียม (Li) 170-200 120-140 ดี ดี
5. สบู่แคลเซี่ยมคอมเพล็กซ์ 260-300 120-150 ดีมาก ดี
6. สบู่ลิเทียมคอมเพล็กซ์ 260-300 150-175 ดี ดีมาก
7. เคลย์ (Bentonite clay)   >500 ดีมาก ดีเยี่ยม

คุณสมบัติของจาระบีที่ใช้สบู่ชนิดต่างๆ

ชนิดสบู่

คุณสมบัติจาระบี

จุดหยด

สบู่แคลเซียม ทนน้ำ แต่ไม่ทนความร้อน 200
สบู่โซเดียม ทนความร้อน แต่ไม่ทนน้ำ 350-400
สบู่อะลูมิเนียม ทนน้ำ แต่ไม่ทนความร้อน 200
สบู่แคลเซียมคอมเพล็กซ์ ทนน้ำ และทนความร้อน 350-400
สบู่ลิเธียม ทนน้ำ และทนความร้อน 350
สบู่ลิเธียมคอมเพล็กซ์ ทนน้ำ และทนความร้อน 380
คอลลอยแดลเคลย์ ทนน้ำ และทนความร้อนได้สูง

คุณสมบัติที่ดีของจาระบี
1. จุดหยดของจาระบี
จุดหยดของจาระบี คือ อุณหภูมิที่ทำให้จาระบีหมดความคงตัวในรูปความเหนียวข้นแล้วกลายเป็นของเหลวภายใต้อุณหภูมิที่สูงขึ้น ดังนั้น จุดหยดของจาระบีจะบ่งบอกถึงอุณหภูมิสูงสุดที่ทำให้จาระบีเปลี่ยนสภาพจากลักษณะที่หนืดข้นกลายมาเป็นของเหลว แต่ทั้งนี้ จาระบีแต่ละเกรดหรือแต่ละชนิดจะมีจุดหยดที่แตกต่างกันตามส่วนผสม

2. การรับแรงกดของจาระบี (Extreme Pressures)
การรับแรงกดของจาระบีจะได้จากการเติมสารเพิ่มคุณภาพที่ผสมลงไปในจาระบี ทำให้เพิ่มคุณสมบัติการใช้งานสำหรับรับแรงกดได้สูงขึ้น โดยการทดสอบการรับแรงกดของจาระบีจะทำโดยวิธี Four Ball Test (4 Ball Weld Load)

3. ความอ่อนแข็งของจาระบี
ความแข็ง หรือ ความเหนียว หรือ ความคงตัว (Consistency/Penetration) ของจาระบีเป็นคุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของจาระบี เพื่อที่ผู้ใช้จะได้เลือกใช้จาระบีที่มีความแข็งหรือให้เหมาะสมกับชนิดของงาน โดยมาตรฐานค่าความแข็งของจาระบีนิยมใช้ค่าที่กำหนดโดยสถาบันจาระบีแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา หรือ NLGI (National Lubricating Grease Institute) ซึ่งได้กำหนดเบอร์ของจาระบีไว้ด้วยค่าการวัดความแข็งของจาระบี โดยใช้เครื่องมือทดสอบ ที่เรียกว่า เพเนโทรมิเตอร์ (Penetrometer)

วิธีทดสอบค่าความแข็ง หรือ ความเหนียว หรือ ความคงตัว (Consistency/Penetration) ของจาระบี ทำได้โดยนำจาระบีใส่ในภาชนะทดลองอาจจะเป็นแก้วหรือบิกเกอร์ หรืออาจใช้เครื่องเพเนโทรมิเตอร์ที่แล้วปรับหรือความคุมอุณหภูมิของจาระบีให้อยู่ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส จากนั้น นำภาชนะรูปกรวยปลายแหลมที่ได้มาตรฐานปล่อยทิ้งที่ด้านบนของพื้นผิวจาระบี โดยปล่อยให้ปลายแหลมค่อยๆจมลงบนพื้นผิวของจาระบีเป็นเวลา 5 วินาที จากนั้น ค่อยอ่านค่าความลึกของภาชนะปลายแหลมที่จมลง โดยวัดเป็นเศษในสิบส่วนของมิลลิเมตร (1/10 ของมิลลิเมตร) โดยค่าที่อ่านได้ของความลึกที่จมลงจะแสดงถึงความอ่อนตัวของจาระบีว่ามีมากหรือน้อยไปเทียบเบอร์ของจาระบีใน ซึ่งสถาบันจาระบีในสหรัฐฯ (National Lubricating Grease Institute ชื่อย่อ NLGI) ได้กำหนดเบอร์ของจาระบีไว้ดังตารางด้านล่าง

ผลจากการอ่านค่า อธิบายได้คือ หากกรวยจมลงได้ลึกมากแสดงว่า จาระบีอ่อนมาก ถือเป็นจาระบีเบอร์ต่ำที่มีสภาพแข็งน้อยด้วยกรวยทดสอบที่จมลงลึกมาก ส่วนจาระบีเบอร์สูงจะมีระยะจมลึกของกรวยน้อยหรือจมลึกน้อยนั่นเอง

ถ้าอยู่ระหว่าง 445-475 มิลลิเมตร ถือว่าจาระบีนั้นเนื้ออ่อนมาก ถ้าอยู่ในช่วง 85-115 มิลลิเมตร ถือว่าจาระบีนั้นเนื้อแข็งมาก คือ ถ้าเปรียบเทียบค่าที่ทดสอบระยะจมได้แล้ว ได้เบอร์ต่ำ แสดงว่า จาระบีนั้นมีเนื้อที่อ่อนตัวมาก แต่หากเปรียบเทียบได้เบอร์ยิ่งสูง ก็แสดงว่า จาระบีนั้น มีเนื้อที่แข็งมาก ทั้งนี้ ความอ่อนหรือความแข็งของเนื้อจาระบีจะขึ้นอยู่กับสัดส่วนผสมของสบู่ และความข้นใสของน้ำมันพื้นฐาน (เกรดน้ำมันพื้นฐาน) ที่ใช้ผสมเป็นหลัก

เกรด หรือ เบอร์จาระบี

เบอร์จาระบี

(Consistency Number)

ระยะจมของกรวยทดสอบที่ 25 C

(ASTM Worked Penetration, 77 C, 1/10 mm)

000 อ่อนมาก

445-475

00

400-430

0

355-385

1

310-340

2

265-295

3

220-250

4

175-205

5

130-160

6 แข็ง

85-115

หน้าที่ของจาระบี
1. ช่วยในการหล่อลื่นเพื่อลดแรงเสียดทางขณะที่เครื่องจักรทำงาน
2. ช่วยป้องกันการเกิดสนิม และการกัดกร่อน
3. ช่วยป้องกันการสึกหรอของเครื่องจักร
4. ช่วยป้องกันความสกปรกที่จะเกาะติดบนชิ้นส่วนของเครื่องจักร
5. ช่วยลดอุณหภูมิภายในเครื่องจักร ขณะที่เครื่องจักรทำงาน

การผลิตจาระบี [2]
ในการผลิตจาระบี สบู่จะถูกทำให้กระจายตัวในน้ำมันพื้นฐานเพื่อให้เกิดการผสม และได้สัดส่วนตามต้องการ โดยใช้วิธีตรวจสอบด้วยไมโครสโกปี (Microscopy)

การเกิดเป็นสารที่มีลักษณะเป็นเส้นใยสบู่ ชนิด ปริมาณ ขนาด รูปร่าง และการกระจายตัวของเส้นใยสบู่จะบ่งบอกถึงระดับความเข้มข้นความยืดหยุ่น และสมบัติต่างๆของจาระบีที่ผลิตได้ จาระบีอาจจะมีปริมาณสบู่ตั้งแต่ 30%-50% และถึงแม้ว่ากรดไขมันจะมีอิทธิพลต่อสมบัติของจาระบี แต่ตัวโลหะในสบู่จะมีอิทธิพลมากที่สุด ยกตัวอย่างเช่น สบู่แคลเซียมซึ่งผลิตได้เป็นจาระบีที่มีลักษณะคล้ายเนย จะมีสมบัติในการกันน้ำได้อย่างดีแต่จะมีข้อจำกัดเรื่องอุณหภูมิที่ใช้งาน คือ ต้องต่ำกว่า 95 องศาเซลเซียส เกลือโซเดียมที่อยู่ในรูปของจาระบีเส้นใย สามารถจะกระจายในน้ำได้ และสามารถใช้ที่อุณหภูมิมากกว่า 95 องศาเซลเซียสได้

สบู่แบเรียม และสบู่ลิเทียมที่อยู่ในรูปของจาระบีจะมีลักษณะคล้ายคลึงกับสบู่แคลเซียม แต่สามารถใช้ได้ที่ทั้งอุณหภูมิต่ำ และอุณหภูมิสูง ดังนั้น จาระบีจากสบู่แบเรียมและสบู่ลิเทียมจึงเป็นจาระบีที่ใช้ได้กับงานหลายประเภทสบู่อาจจะถูกรวมเข้ากับน้ำมันหล่อลื่นจากผลิตภัณฑ์กลั่นเบา (Light Distillate) จนถึงน้ำมันหนัก ค่าการหล่อลื่นของจาระบีจะขึ้นอยู่กับคุณภาพ และความหนืดของน้ำมัน

นอกจากจะมีสบู่กับน้ำมันแล้วจาระบียังประกอบด้วยสารปรุงแต่งเพื่อใช้สำหรับปรับปรุงคุณสมบัติของจาระบีด้วยกราไฟต์ แป้ง และสารที่มีลักษณะเป็นเส้นใยที่เติมลงไปผสมเป็นจาระบีก็สามารถช่วยให้การหล่อลื่นในเครื่องยนต์ได้ดี และสารเคมีอย่างอื่นอาจจะเติมลงไปเพื่อเพิ่มความต้านทานไม่ให้จาระบีถูกออกซิไดส์หรือมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง

การเลือกใช้จาระบี
การเลือกใช้จาระบีจะขึ้นอยู่กับชนิด และความเร็วของชิ้นงานของเครื่องจักรกล อุณหภูมิ ระดับความชื้นวิธีการใช้งานของเครื่องจักร และสภาพแวดล้อมของเครื่องจักรกลนั้น หากสภาพแวดล้อมมีน้ำไม่เพียงแต่จะต้องใช้จาระบีทนน้ำอย่างเดียว แต่ควรหาวิธีการป้องกันไม่ให้น้ำชะล้างจาระบีได้โดยตรง

ถ้าสภาพการใช้งานมีอุณหภูมิสูง นอกจากจะต้องใช้จาระบีที่ทนความร้อนแล้วยังต้องทำการอัดจาระบีให้ถี่ขึ้นอีก และยังต้องคำนึงถึงวิธีการนำไปใช้งานอีกด้วย เช่น ในเครื่องหล่อลื่นอัตโนมัติแบบมีจุดจ่ายกลาง (Centralized System) ควรใช้จาระบีอ่อน ประมาณเบอร์ 0 หรือเบอร์ 1 ถ้าใช้อัดด้วยปืนอัดจาระบีอาจใช้จาระบีเบอร์ 2 และเบอร์ 3 ได้นอกจากนี้ การเลือกใช้จาระบีมักคำนึงถึงราคาด้วย

อย่างไรก็ตาม ไม่ควรคำนึงถึงเพียงแต่ราคาอย่างเดียวจะต้องพิจารณาถึงสิ่งอื่นด้วย เช่น โรงงานแห่งหนึ่งต้องใช้จาระบีที่มีคุณภาพสูงมาก และใช้จาระบีคุณภาพต่ำเพียงเล็กน้อย เมื่อพิจารณาถึงสิ่งต่างๆ เช่น การเก็บรักษาการจัดอุปกรณ์ต่างๆ การสูญเสียจาระบีที่ตกค้างในภาชนะบรรจุการเสียแรงงานควบคุมหรือการใช้จาระบีผิดชนิด ฯลฯ จะเห็นได้ว่าถ้าใช้จาระบีอเนกประสงค์เพียงอย่างเดียวจะทำให้ประหยัดกว่า เป็นต้น

เอกสารอ้างอิง
[1] สุฤกษ์ ขวัญสุวรรณ์. 2552. การพัฒนาการผลิตจาระบีจากน้ำมันปาล์ม-
ทดแทนการใช้จาระบีจากน้ำมันปิโตรเลียม.
[2] Speight, J.G. The Chemistry and Technology of Petroleum. 3rd ed.,Revised and Expanded, New York : Mercel Dekker, 1998.


แชร์ต่อให้เพื่อนได้อ่าน
  •  
  •  
  •  
  •