Nynas araştırmacıları, yürüttükleri karşılaştırmalı bir çalışmada, ağır bir özel yağın gres formülasyonlarında bright stock alternatifi olarak kullanılabileceğini ortaya koydu. Uygun maliyetli olan bu seçenek, eşdeğer veya daha iyi performans sunuyor. Tek dezavantajı ise sadece siyah renkte üretilebilmesi.
“Siyah olmak kaydıyla istediğiniz rengi seçebilirsiniz.”
Henry Ford’un bu meşhur sözü, 20. yüzyılın başlarında otomobil üretiminin rasyonalizasyon sürecine atıfta bulunuyordu. Montaj hattının kullanıma girmesiyle, siyah boya diğer tüm renklerden daha hızlı kuruduğu için, seri üretime alınan arabalarda siyah zorunlu renk haline geldi. Bundan bir yüzyıl sonra, petrol rafinerilerinde devam etmekte olan küresel rasyonalizasyon, gelecekte parafinik bright stock arzını tehdit eder hale geldi. Grup I üretiminin rasyonalizasyonu, yağlayıcı formülatörlerini alternatif baz yağları değerlendirmeye yöneltti. Bu alternatif pazara hizmet etmek için Nynas, onu ilk Ford Model T kadar siyah yapan bir ürün akışı içeren, yüksek viskoziteli bir baz yağ geliştirdi (BBT 28). Bu ürünün tek dezavantajı ise rengi. Karşılaştırmalı bir çalışma, bu baz sıvının uygun maliyetli ve çeşitli uygulamalarda bright stock’tan daha iyi performans gösteren bir alternatif olarak kullanılabileceğini ortaya koydu.
Daha yüksek film kalınlığına ihtiyaç duyulan uygulamalarda, uygun viskozitede karışımlar oluşturmak için bright stock genellikle solvent nötr 500 (SN500) veya viskozitesi daha yüksek diğer yağlarla harmanlanır. Gres formülasyonlarında bright stock ikamesi olarak BBT 28’in potansiyelini araştırmak için, farklı viskozitelere sahip birkaç gres hazırlandı ve karakterize edildi. BBT 28’e ek olarak, bright stock 200 (BS200) ve SN500 olmak üzere iki parafinik yağ seçildi. Sırasıyla BS200 ve BBT 28’in SN500 ile seyreltilmesiyle üç farklı viskozite (235, 370 ve 505 mm2/s) elde edildi. Baz yağların ve farklı karışımların özellikleri Tablo 1’de görülebilir. A, B ve C iki parafinik yağın (SN500+BS200) karışımlarıdır, A’, B’ ve C’ ise parafinik ve naftenik yağların (SN500+BBT 28) karışımlarıdır.
Gres numuneleri, karışımların kullanıldığı açık bir kazanda hazırlandı. Bu numuneler için hedef NLGI 2. derece idi. Bu çalışmada kullanılan greslerin hiçbirisine katkı maddesi eklenmedi. Tablo 2’de görülebileceği gibi, greslerin ölçülen özelliklerine dayanarak, BBT 28 bazlı gresler için daha düşük koyulaştırıcı içeriği, iyi mekanik stabilite ve üstün su püskürtme gibi bazı ilginç davranışlar elde edilebilir.
Gres numunelerinin yük taşıma kapasitesi dört bilyeli makine kullanılarak ölçüldü. Altı gres numunesinin tümünde görülen aşınma izi, numuneler arasında önemli bir fark olmadığını gösteriyor. A’, B’ ve C’ greslerinin sırasıyla A, B ve C greslerinden daha az koyulaştırıcı içermesi ve daha düşük viskozite indeksine sahip olması, bu sonucu ilginç kılıyor.
Yağlama gresi viskoelastik özellikte, yani viskoz kısmı (baz yağ) ve elastik kısmı (kalınlaştırıcı) olan bir malzemedir. Sıcaklık ve kesme gerilimi gibi
parametreler yağı ve koyulaştırıcıyı farklı şekilde etkiler. Gres numunesinin kontrollü koşullar altında akışkanlığı, uygulanan sıcaklıkta gresin esas kıvamı
olarak yorumlanabilecek gresin depolanması veya elastik modülü (G’) ile ilgili değerli bilgiler sağlayabilir.
Yukarıda verilen greslerin reolojik davranışını incelemek amacıyla, frekansın ve sıcaklığın sabit tutulduğu (10 rad/s ve 25 °C) bir şekil değiştirme tarama programı uygulandı ve şekil değiştirme logaritmik olarak 0,01’den %1000’e kadar artırıldı.
Şekil 1’de elastik modülü, B ve B’ numuneleri için şekil değiştirme fonksiyonu olarak tanımlanır. G’, B için 13605 Pa ve B’ için 878 Pa’dır, bu da numunelerin sırasıyla %6,6 ve %4,8 koyulaştırıcı içeriği ile uyumludur. Özellikle, 60 vuruştan sonra aynı penetrasyon sayısına sahip olmaları önemlidir. Bununla birlikte, B’ için lineer viskoelastik bölge (LVR), numune B’den daha büyüktür. Bu veri, B’ numunesinin B numunesinden mekanik olarak daha kararlı bir ürün olduğunu gösterdiği için ilginçtir.
Greslerin düşük sıcaklık davranışı, +50 ila -30 °C arasında bir sıcaklık tarama programı kullanılarak incelendi. G’ değerindeki değişiklik, sıcaklığın bir
fonksiyonu olarak ölçüldü. A, B ve C için elde edilen sonuçlar Şekil 2’de, A’, B’ ve C’ için elde edilen sonuçlar ise Şekil 3’te görülebilir. Diferansiyel taramalı kalorimetre ölçümleri yapıldı ve sonuçlarda greslerin düşük sıcaklıktaki reolojik davranışını destekler nitelikte olduğu görüldü.
Şekil 2 ve 3, iki maddede özetlenebilecek bazı ilginç bilgiler ortaya koyuyor:
a) A, B ve C greslerinin eğimindeki değişiklik -5 °C civarında gerçekleşir, bu da tüm parafinik karışımların 12 °C’de düşük bir akma noktası göstermesine rağmen, bright stock (BS 200) varlığına ve buna bağlı muhtemel mum oluşumuna atfedilebilir.
b) Tüm parafinik bazlı gresler, -30 °C’de parafinik/naftenik bazlı greslerden önemli ölçüde daha yüksek G’ değerine sahiptir. Bunun nedeni, bright stock ile daha fazla mum kristalleşmesinin yarattığı etkidir. Ancak her iki gres de SN500 içerdiğinden, en azından SN500’ün bu artışın ana kaynağı olmadığı varsayılabilir.
Şekil 4, çeşitli yağ karışımları için koyulaştırıcı içeriğinin bir fonksiyonu olarak viskoziteyi gösteriyor. Burada BBT 28 naftenik yağı, sırasıyla parafinik yağ (SN500) ve başka bir naftenik yağ (T 110) ile harmanlandı. Görülebileceği gibi, naftenik yağların kullanımı (T 110 + BBT 28) koyulaştırıcı içeriğini açıkça azaltıyor ve BBT 28 kendi başına en düşük koyulaştırıcı içeriğini veriyor.
Bu çalışmada elde edilen sonuçlara dayanarak, gres formülasyonlarında bright stock yerine BBT 28 kullanımının aşağıdaki hususlarda fayda sağlayacağı
sonucuna varılabilir:
- Koyulaştırıcı içeriğinde önemli azalma.
- Daha düşük koyulaştırıcı içeriğine rağmen daha iyi mekanik stabilite.
- Muhtemelen BBT 28’in daha yapışkan olmasından dolayı çok iyi su püskürtme özelliği.
- Daha düşük koyulaştırıcı içeriğine ve daha düşük viskozite indeksine rağmen bright stock bazlı greslerdekine benzer aşınma izi.
Bununla birlikte, eşdeğer veya daha iyi performansa sahip gres formülasyonlarında bright stock yerine ikame bir ürün kullanılabileceği genel sonucuna varılabilir. Sonuç olarak, rengin bir sorun olmadığı varsayılarak, daha uygun maliyetli bir gres formülasyonu elde edilebilir. (Ford, sadece siyah renkte üretilen modelinin tanıtımının ardından rekor satış rakamlarına ulaştı.)
*Bu çalışma Mehdi Fathi-Najafi tarafından 17 Haziran 2013’te Tucson’da (ABD) düzenlenen NLGI konferansında sunulmuştur.
