Grasso lubrificante

Il grasso – Componenti e caratteristiche

A seconda dell’applicazione, il grasso può presentare diversi benefici rispetto alla lubrificazione ad olio. I grassi forniscono una tenuta fisica che evita l’infiltrazione di contaminanti, resistono al dilavamento acquoso e possono essere applicati anche in posizione verticale. Sono inoltre particolarmente adatti all’ utilizzo in applicazioni dove la rilubrificazione non viene effettuata di frequente o non è economicamente giustificata, a causa della configurazione fisica del macchinario, del tipo di movimento, del tipo di guarnizione o della necessità che il lubrificante svolga una funzione, totale o parziale, di tenuta per evitare perdite o l’ingresso di contaminanti. A causa della loro natura semisolida, i grassi non forniscono le funzioni di raffreddamento o di pulizia associate all’ utilizzo di un olio lubrificante.
A parte queste eccezioni, i grassi svolgono tutte le altre funzioni di un olio lubrificante. Poichè le circostanze sopra descritte esisteranno sempre, rimarrà comunque la necessità di utilizzare i grassi. Di conseguenza, i grassi sono utilizzati in circa l’80% dei cuscinetti con elementi volventi.

Componenti dei grassi

I grassi vengono prodotti combinando tre componenti principali: olio base,  addensante ed additivi.

Oli base

L’olio base costituisce il principale componente di un grasso e rappresenta l’80 – 97% del peso. La scelta dell’olio base può cadere su olio minerale, olio sintetico o qualsiasi olio che presenti proprietà lubrificanti. Occorre notare che l’olio base di un grasso esercita l’effettiva azione lubrificante, salvo che in applicazioni molto lente o oscillanti. Le stesse regole applicate per determinare l’opportuno grado di viscosità di un olio lubrificante si applicano alla scelta dell’olio base del grasso lubrificante.

Addensanti

L’addensante può essere qualsiasi materiale che, unito all’olio base, produrrà la struttura da semifluida a solida.

In pratica, l’addensante nei confronti dell’olio svolge la stessa funzione che ha una spugna verso l’acqua, la trattiene e la può rilasciare se sottoposta ad una forza. Gli addensanti principali impiegati nei grassi comprendono saponi di litio, alluminio e calcio; argilla; poliurea e sono utilizzati da soli o in varie combinazioni. Il sapone di litio è l’addensante più comunemente usato.

Additivi

Come negli additivi per gli oli lubrificanti, gli additivi e i modificatori per i grassi conferiscono caratteristiche speciali o ne modificano quelle esistenti. Gli additivi e i modificatori comunemente utilizzati nei grassi sono antiossidanti o antiruggine, polimeri, additivi per pressioni estreme (EP), antiusura, modificatori della lubricità atti a ridurre l’attrito (particelle solubili o finemente disperse come bisolfuro di molibdeno e grafite) e coloranti o pigmenti. I coloranti o i pigmenti conferiscono SOLO la colorazione e non hanno alcun effetto sulle proprietà lubrificanti dei grassi.

Consistenza del grasso

La consistenza è definita come il grado di resistenza alla deformazione di un materiale plastico sul quale viene applicata una forza. Nel caso dei grassi lubrificanti, si tratta di una misura della durezza o della morbidezza relativa che influisce anche sulle proprietà di scorrimento e distribuzione. La consistenza è misurata dalla penetrazione del cono nel grasso secondo il metodo ASTM D 217, ed è generalmente espressa come grado NLGI.
Penetrazione con cono: La consistenza del grasso è misurata a 25°C  dopo che il campione è stato sottoposto a 60 colpi nel manipolatore per grassi ASTM (figura 1). Dopo che il campione è stato preparato, il cono di un penetrometro (figura 2) viene rilasciato e fatto penetrare
nel grasso per effetto del proprio peso per 5 secondi. Dopodiché la profondità raggiunta dal cono viene letta in decimi di millimetro. Tanto maggiore è la profondità raggiunta dal cono nel grasso, tanto più alto è il risultato di penetrazione e tanto più morbido è il grasso.

Grado NLGI

L’ NLGI (National Lubricating Grease Institute) ha standardizzato una scala numerica per la consistenza dei grassi sulla  base della gamma di penetrazione lavorata secondo l’ASTM D 217. da 000 per grassi semifluidi a 6 per grassi solidi (tabella 1). Il grado
di grasso più diffuso, NLGI 2, presenta una consistenza morbida e burrosa. Occorre notare che la consistenza del grasso è legata al contenuto dell’addensante ma non alla viscosità dell’olio base.

Stabilità strutturale del grasso

Stabilità meccanica: È una caratteristica essenziale delle prestazioni dei grassi lubrificanti, poiché è una misura di come la consistenza del grasso cambierà in servizio quando è sottoposto alla sollecitazione meccanica (taglio) derivante dall’azione di scuotimento causata da elementi in movimento o dalle vibrazioni generate dall’ applicazione o ad essa esterne. Col tempo, il rammollimento del grasso in un cuscinetto può provocarne perdite dalla sede del cuscinetto stesso, rendendo necessari ulteriori interventi di manutenzione e frequenti rilubrificazioni per evitare guasti prematuri derivanti dalla perdita di lubrificante sugli elementi volventi. Per ottenere una buona stabilità meccanica, i grassi sono sviluppati mediante un’attenta selezione della composizione dell’addensante e un’ottimizzazione del processo di produzione. La stabilità meccanica viene spesso misurata utilizzando il test prolungato su manipolatore ASTM D217 (per es. 100.000 colpi) o il test di stabilità al rotolamento ASTM D1831.  ASTM D1831 sottopone il grasso al taglio facendo ruotare un cilindro che contiene un rullo di 5 kg a 165 g/min per 2 ore. La variazione di penetrazione alla fine dei test costituisce una misura della stabilità meccanica.

Nelle applicazioni e negli utilizzi, l’ingresso di contaminanti ambientali è purtroppo una realtà comune che spesso influisce negativamente sulla stabilità meccanica del grasso. È importante che i grassi non siano sviluppati solo per fornire un’eccellente stabilità strutturale in uno stato incontaminato, ma anche in presenza di contaminanti ambientali come acqua, fluidi di processo o altri contaminanti. Ciò può essere valutato per mezzo di prove al banco condotte in laboratorio in condizioni diverse con presenza di acqua. Punto di goccia: Il punto di goccia del grasso è la temperatura alla quale l’addensante perde la capacità di mantenere l’olio base entro la matrice dello stesso. Ciò può essere dovuto allo scioglimento dell’addensante o al calo di viscosità dell’olio, tale da rendere insufficienti la tensione superficiale e l’azione capillare a mantenere
l’olio entro la matrice dell’addensante. ASTM D2265 (preferibile rispetto al vecchio e meno preciso ASTM D566) è il metodo standard utilizzato per determinare il punto di goccia del grasso. Un piccolo campione di grasso viene posto in una tazza e riscaldato in maniera controllata in un dispositivo simile ad un forno. Quando la prima goccia di olio cade dall’ apertura inferiore della tazza, viene registrata la temperatura per determinare il punto di goccia . Il punto di goccia dipende dal tipo di addensante. Gli alti punti di goccia, normalmente oltre i 240°C, si rilevano nei grassi al complesso di litio, complesso di calcio, complesso di alluminio, poliurea e argilla, mentre i punti di goccia molto più bassi sono tipici dei tradizionali saponi di litio (180°C), calcio (180°C) e sodio (120°C). Il punto di goccia è uno dei fattori che caratterizzano la stabilità termica dei grassi. Tuttavia, NON costituisce una previsione accurata del limite superiore della temperatura di esercizio del grasso che dipende da molte variabili, quali ad esempio la stabilità all’ ossidazione dell’olio, la degradazione degli additivi, il taglio degli addensanti, la separazione dell’olio e così via. Un alto punto di goccia non predice la temperatura di esercizio superiore, ma è un indicatore del picco massimo di temperatura alla quale il grasso può essere sottoposto per un breve periodo, non rilasciando eccessivamente olio e quindi riducendo drasticamente la durata del grasso e danneggiando potenzialmente le apparecchiature nel lungo periodo.