윤활제용어해설 윤활제의기능 기계는일을하기때문에힘을전달하거나방향을바꾸기위해각종기계요소를조합해놓은것이므로 활동부분에는필연적으로마찰이생기게마련이므로이러한마찰을감소시키는것을윤활작용이라한다. 또한 각종기계의활동부위에공급되어마찰을감소시켜주는물질을윤활제라한다. 윤활작용은감마작용을말하지만이외에도기계의윤활에는다음과같은기능이요구된다. 1. 감마작용 접동부분에는항상유효한윤활제가존재해있어접동될때는유체윤활상태를유지함과동시에한계상태에서는 강한유막으로인하여녹아붙음현상이방지된다. 그리고윤활제는기계운동부의마찰을감소해서기계적 효율을증진시키는동시에마멸과손상을경감해서기계의수명을연장해준다. 2. 냉각작용 윤활부에는항상마찰열이발생하게마련이다. 따라서만일이열이제거되지않으면국부적으로고온이되어 마침내녹아붙게된다. 윤활제는마찰열을흡수하여다른곳으로방열시키는것이중요한임무이다. 특히, 절삭유와내연기관과같은열기관에사용되는엔진오일등에서는중요한일이다. 3. 응력분산작용 윤활부분에서는국부적또는순간적으로고압이걸리므로유막이파괴되고융착을일으키기쉽다. 윤활유는 액체의성질로서국부압력을액전체에균등하게분산시키는작용을한다. 이것을응력분산작용이라고하며, 엔진과같이진동적하중이나충격적하중이많이작용하는윤활에는중요한성질이다. 4. 밀봉작용 내연기관및압축기등의실린더윤활에있어서는피스톤링이고압작동가스의누설을방지하지만이때윤활유는 이것도도와준다. 이것을밀봉작용이라하며윤활유의중요한성질중의하나이다. 윤활유의점도, 점도지수, 유막구성력등이관계된다. 5. 방청작용 윤활면에공기중의산소나수분이작용하면금속이부식된다. 따라서윤활유는윤활유면의금속에산소, 수분 또는부식가스의침투를방지하지않으면안된다. 또한부식성이침입한후에도이것을부식억제제에의해 치환하여제거하여야한다. 6. 세정작용 윤활부에고형협잡물이존재하면마모가현저하게증가되어마찰면을상하게한다. 협잡물은공기중의먼지일
경우도있고마모금속의마분일때도있으며, 때에따라서는연소생성물이침입된경우도있다. 7. 응착방지작용 고부하및저속마찰부와같이경계마찰이발생되는곳에서극압첨가제를함유한윤활제는피막을형성해서 응착을방지한다. 기계적안정성 그리스에기계적인전단력이작용했을때에그리스의경도 ( 주도 ) 가어느정도변화하느냐를나타내는것이다. 실용면에서기계적안정성이나쁜그리스를베어링에사용하면기계적전단작용을받아연화되어유출되므로 그리스윤활이불가능하게되는경우도있다. 기유 그리스의성능은증주제및첨가제에따라변화하는데, 기유의성질에따라서도크게영향을받는다. 기유로 가장많이사용되고있는것은광유이지만, 광유는원유의산지, 유분및정제법의차이에따라점도, 조성 등이달라짐으로써많은종류가있으므로사용하는광유의종류에의하여그리스의성능도변화하게된다. 일반적으로고점도의광유는저속도하중및고온의윤활에, 저점도의광유는고속저하중저온의윤활에 적합하므로그리스를선택할때는증주제나첨가제와같이사용되고있는기유의종류도고려하여야한다. 최근들어서대단히많은합성윤활유가개발되어그리스도각기특징있는성질의합성윤활유를기유로한것이제조되어특수한윤활조건에서사용되고있다. 합성윤활유의일례로서폴리올레핀유, 폴리알킬렌글리콜에테르, 실리콘유, 에스테르류, 규산및인산에스테르류, 폴리페닐에테르, 불소유등이있는데, 이들합성윤활유를기유로하여특히가혹한온도조건, 특수한환경조건및윤활조건에부응할수있는그리스가제조, 판매되고있다. 기포성 (Foaming Characteristics, KS M 2025, ASTM D 892) 윤활유의기포발생정도를평가하는시험이며, 순환급유장치에사용되는윤활유로크랭크케이스나터빈유등은사용과정에서심한교반작용에의하여기포가발생하는경우가많다. 기포의발생은산화를촉진시키고윤활유펌프의송유능력을감소시키며윤활면에윤활유의생성을방해하여마찰면의훼손과마모의촉진을가져온다. 기포도 (Foaming Tendency) 란규정온도에서 5 분간공기를불어놓은직후의거품량 (ml) 을말하며, 기포안정도 (Foaming Stability) 란기포도측정후 10 분간방치한후의거품량 (ml) 을말한다. 내열성 그리스에전도. 대류. 방사등에의하여열적부하가가해졌을때의그리스의저항성을말한다.
일반적으로그리스의내열성은구성하는증주제및기유의종류에따라달라진다. 동판부식 - 윤활유 (Copper Corrosion, KS M 2018, ASTM D 130) 오일중에함유되어있는유리산및부식성황물질로인한금속의부식여부를확인하는시험으로시험방법은 시험관법과봄베법이있다. 동판부식 - 그리스 (Corrosion of Grease to Copper Strip, KS M 2046( 가열 ), 2088( 실온 )) 그리스가장비에미치는부식의영향을확인하는시험으로그리스에함유된오일의정제도와유리상태의산 및알칼리의유무를확인하는데시험목적이있다. 반응 (Reaction, KS M 2012) 석유제품에함유되어있는수용성산및염기의유무를확인하는시험으로지시약의변색에의하여산성혹은 알칼리성을확인한다. 시험목적은오일중에산및알칼리가함유되어있을경우, 이들은접촉하는윤활면에 대하여부식을일으키게되는데이를확인하는시험이다. 용제 ( 펜탄, 벤젠 ) 불용분 (KS M 2221, ASTM D 893) 크랭크케이스오일과같은고온고속으로작동시사용되는오일은운전과정에서발생한용제에녹지않는물질들을형성하는데이러한물질들을불용성물질이라고한다. 이러한물질들은윤활제의노화, 연료의연소, 윤활개소로부터생기는마모, 운전에대한환경조건등에서발생되며엔진내의피스톤링등에부착되어오일에대한산화와엔진의마모및부식을촉진하게된다. 불용성물질은펜탄불용성물질과벤진불용성물질로크게나누며펜탄용제에녹지않는물질을펜탄불용성물질 ( 고무질, 아스팔트질, 수지질탄소, 연료검댕, 금속, 먼지, 납염등 ) 이라한다. 이러한물질들은개개의차량과운전조건에따라각각달라지지만통상디젤엔진이가솔린엔진보다도더심하다. 시험방법은 A 법과 B 법으로나누며, A 법은응결제를사용하지않은펜탄및벤젠불용성물질측정하는데적용하며, B 법은청정제및응결제를함유한오일에대한펜탄및벤젠불용성물질을측정하는데대하여규정하고있다. 비중 (Specific Gravity, KS M 2002) 15 에있어서부피시료의질량과이와같은부피 4 에있어서의물의질량과의비를말하며, 15/4 의 값으로표시한다. 비중시험은윤활유의성분을결정하는데직접적인중요항목은아니나기유의종류와 탄화수소의분자구성을예측하고열량을계산할수있으며 15 에서의정확한부피를산출할수있다. 산화안정도 - 윤활유 (Oxidation Stability, KS M 2021) 윤활유는사용중공기중의산소의접촉을받아산화작용을하며, 이는온도, 수분및금속등의영향으로산화가더욱촉진된다. 이러한화학작용으로인하여오일은산화, 열분해, 중합, 축합의현상을가져와열화되며, 기계의원활한작동을저해하고마모및부식의결과를가져오게된다. 산화에대한안정성을확인하는시험으로점도비와전산가증가및래커도를시험하여오일의산화안정성을평가한다.
산화안정도 - 그리스 (Oxidation Characteristics, KS M 2049) 고온에서그리스의산화정도를측정하는시험으로그리스는실제운전조건하에서베어링중에장시간고온으로유지되는동안산화작용을받아열화하게된다. 그리스가산화되면일반적으로악취가나고부식성생성물이생기며그리스중오일분의경화와비누물질의구조파괴현상을가져오며, 이로인하여동력의손실, 장비의부식및마모를가져온다. 즉그리스의수명을평가하는시험으로산소의존재하에서산소흡수로인한산소압강하를측정하여내산화성을조사평가하는시험이다. 색 (Color, KS M 2029, 2106) 석유제품의색은원유의종류, 제조방법, 제조공정등에따라다르며무색에서흑색에이르기까지수많은 종류의색이있다. 일반적으로휘발유, 경유, 등유등은무색에가까우며파라핀계윤활유는담황색, 혼합기유는녹황색, 나프텐계유는황청색이나정제도에따라달라진다. 즉정제도를확인하는시험으로정제가고도로행하여짐에따라색은무색에가까워진다. 윤활유의색은비색계에의하여측정되며이에대한종류는 ASTM, Saybolt 색도계등이사용되며이들은측정기에따라기준의표시방법이각각다르다. 수세내수도 (Water Washout Character, KS M 2087) 그리스가물과접촉된경우의물에대한저항성을확인하는시험이다. 윤활기구에서그리스와물이공존했을때, 여러가지거동을나타냄과동시에그에따라서부작용도나타나게 되는데, 아래 3 가지유형으로대별된다. 1. 그리스가완전히발수성이고물과공존했을때, 수적으로서물을유지하여유화되지않는다. 그러나유리된수적이혼재하기때문에그것이발청의원인이되기쉽다. 2. 그리스에적당한흡수성이있고물과공존했을때, 어느정도까지수분을흡수하여에멀젼을형성하는데, 그리스의구조는파괴되지않고또한수분이발청의원인이되기쉽다. 3. 그리스에내수성이없고물과공존하면용해되어버린다. 따라서발청의원인이되기는어렵지만그리스의상태가파괴되어유동상이된다. 내수도는그리스의성능평가의한방법이며, 전기한 3 개형이있다는것을유의하여야한다. ASTM D-1264 에수세내수성의평가방법이규정되어있는데이는그리스를충전한볼베어링에물을계속적으로뿜으면서회전시켜물에의해유출되는그리스의양을측정한다. 유동성액체또는반고체의흐름의용이성을말하며윤활제에서는점도, 그리스에서는겉보기점도로서 C.G.S 단위, 포아즈로표시된다. 그리스는반고체의윤활제이므로윤활개소에서어떤거동을나타내는지를알기위해서겉보기점도를아는것이중요한일이다. 그리스는액체윤활제와증주제및첨가제로구성되어있기때문에일종의비뉴턴유체이다. 통상의상태에서는유동하지않으나외력을주면흐르기쉬운상태가되고외력을제거하면그리스는원래의상태로되돌아간다. 그리스의겉보기점도는측정온도에서그리스의압력을걸어표준치수의모세관을통과시킴으로써구한다.
ASTM 시험법에서는겉보기점도는측정온도범위 -55 에서 40 에서의전단율이 0.1s -1 에서 25~100000 포아즈또는 15,000 s -1 에서 1~100 포아즈까지측정된다. 유동점 (Pour Point, KS M 2016) 오일을저어주지않고규정된방법으로냉각하였을때오일이유동하는최저의온도. 2.5 의정수배로표시하며측정목적은극한지에서오일의사용유무와저장. 공급을결정하는데있다. 이유도 (Oil Separation, KS M 2050) 그리스를장시간사용하지않고방치해놓거나사용과정에서오일이그리스로부터이탈되는현상을말한다. 즉그리스중의오일은섬유질상의비누입자사이에모세관현상으로유지된상태인데 Gel 구조가충분치못할경우 (Bleeding) 와모세관의변화 (Synerisis) 를초래할경우오일의유지가불안정하여발생한다. 이와같이그리스의이유현상은그리스의제조시농축이잘못된경우와사용과정에서외력이작용할때또는압송되어온도가상승될경우발생한다. 인화점 (Flash Point, KS M 2010) 오일을규정조건으로가열하여발생한증기에불꽃을접근시켰을때순간적으로불이붙는온도를말하며가열을더욱계속하면증기발생이심해지고그것에점화하여연소가 5 초이상계속되는온도를연소점혹은발화점이라고한다. 이것은기계작동시열의발생에의한폭발및화재의위험을방지하며연료유를사용하는개소에서의연료유의희석과휘발에의한오일의수명여부를확인하는시험이다. 연소점은일반적으로인화점보다높으며그이상의조건에서는윤활유를사용할수없다. 인화점의시험방법은보통인화점 80 이상의윤활유, 아스팔트등의인화점측정시에사용하는 COC (Cleveland Open Cup), 인화점 50 이상의연료유및석유제품의인화점을측정시사용하는 PM(Pensky- Martens Closed Tester), 인화점 95 이하의컷백아스팔트를제외한연료유및석유제품의인화점측정시에사용하는 TCC(Tag Closed Tester), 인화점이 -18 ~ 163 인연료유, 페인트, 레진등모든석유제품의인화점측정시사용하는 TOC (Tag Open Cup) 등여러가지방법이있다. 잔류탄소분 (Carbon Residue, KS M 2017) 오일을공기가부족한상태에서불완전연소시켜열분해한후에생기는코크스상태의탄화잔류물을말한다. 내연기관용윤활유와같이고온으로작동시사용되는오일은잔류탄소분으로인하여기계내부의윤활면에탄화물의퇴적현상을유발하며이는오일의산화와부식을촉진하여윤활을저해한다. 일반적으로휘발성이높고점도가낮은오일은휘발성이낮고점도가높은오일에비하여잔류탄소분이적다. 적점 (Dropping Point, KS M 2033, ASTM D 566) 그리스의내열성을확인하는시험으로반고체상의그리스가온도상승에따라액화되는온도즉, 최초에융해적하하기시작되는최저의온도를적점이라고하며이는증주제의종류에따라달라진다. 점도 (Viscosity, KS M 2014) 점도란액체내의전단속도가있을때그전단속도방향의수직면에서속도의방향으로단위면적에따라생기는전단응력의크기로서표시하는유체의내부저항이다. 점도의차원은질량 / 길이 시간이고단위는 N.s/m2 와포아즈 (Ps) 및센티포아즈 (cps) 를쓴다. 1Ps =0.1N.s/m 2, 1cPs = 1/100 Ps 동점도 (Kinematic Viscosity) 동점도란점도를그액체의동일상태 ( 온도, 압력 ) 에있어서의밀도로나눈값을말하며, 그차원은 ( 길이 ) 2 / 시간이며, 단위로서는 m 2 /s 와보조단위로서스톡스 (St) 및센티스톡스 (cst) 를쓴다. 1St = 0.0001m 2 /s, 1cSt = 1/100 St 점도지수 (Viscosity Index, KS M 2014) 오일의점도와온도의관곌를지수로나타내는실험치로서오일의점도는온도가상승하면점도는낮아지고
반대로온도가낮아지면점도는커진다. 점도지수가높다는것은온도변화에대한점도의변화가적다는것을나타낸다. 점도지수는오일의열에대한안정성을확인하는시험이다. 이는광유중점도지수가가장좋은미국의펜실바니아산오일을 100 으로하고점도지수가가장낮은 Gulf Coast 산오일을 0 으로하여이와비교, 환산된시험치이다. 주도 (Cone Penetration, KS M 2032, ASTM D 217) 그리스의단단하기즉그리스가얼마나굳은가를측정하는시험으로경도또는침입도라고표현하며가압하에서그리스의유동성을표시하는가장중요한시험중의하나이다. 그리스의경도는증주제의첨가량과종류, 기유의함량과점도, 수분의함유량등에의해서좌우된다. 혼화주도 : 시험온도를 25±0.5 로유지하여규정의혼화기내에서 60회를혼화한직후에측정한주도 불혼화주도 : 시험온도 25±0.5 에서혼화하지않은상태에서측정한주도 고형주도 : 주도 85이하의그리스에적용되며규정치수로절단된고형시료의 25±0.5 에서측정한주도 중화가 (Neutralization Number, KS M 2004) 중화란어떤용액에 H + 이온과 OH - 이온의농도의곱이 Kw( 물의이온곱 ) 보다크게되면이두이온은결합하여 H 2 O 가형성된다. 이런경우를중화라하며석유제품에있어서는시료 1g 속에함유되어있는산또는알칼리성분을중화하는데소요된수산화칼륨 (KOH) 또는염산 (HCl) 에상당하는수산화칼륨의 mg 수로서전산가와전알칼리가를총칭하여중화가라한다. 이것은오일의정제도와내연기관용윤활유와같이오일중에함유된알칼리성첨가제의함량또는오일의사용과정에서일어난산화의정도를확인하는데시험목적이있다. 중화가를측정하는방법은지시약적정법과전위차적정법의두가지가있다. 전산가 : 시료 1g 중에함유되어있는모든산성성분을중화하는데소요되는 KOH의 mg 수. 전알칼리가 : 시료 1g 중에함유되어있는전알칼리성성분을중화하는데소요되는염산또는과염소산과당량의 KOH의 mg수. 강산가 : 시료 1g 중에함유되어있는강산성성분을중화하는데소요되는 KOH의 mg 수. 강알칼리가 : 시료 1g 중에함유되어있는강알칼리성성분을중화하는데소요되는산과당량의 KOH의 mg 수. 증발량 (Evaporation loss, KS M 2037) 그리스중에함유되어있는수분과저휘발성인광유의함유량을확인하는시험이며, 그리스는경질광유의함유로인하여고온부위에서윤활제의변질과인화의위험성확인하는데목적이있다. 그리스가어느온도의환경에있을때증발소모되는양을증발량이라고한다. 그리스류증발량시험방법에는시료그대로가열하여시험하는 A 법과가열시료의표면에같은온도의공기를세차게내뿜어증발을촉진시켜시험하는 B 법이있다. 그리스의주성분은기유, 증주제및첨가제이며, 그밖에수분을함유하지만증발의주체는특히기유의증발에기인하는경우가많다. 특히고온에서는기유나첨가제등의열화가관여하여커지는수도있다. 일반적으로시험방법상에서는 A 법에비하여 B 법에서의증발량이크다. 또한실용성과의관계에서는베어링온도가높을때, 마찰면에서의유분의증발이윤활부족의원인이되기
쉬운것으로생각되어고온에서사용하는그리스의증발량은적은것이바람직하다. 증주제액체윤활제를반고체상또는고체상의그리스로하기위하여첨가하는것을증주제라고부르며, 비누계및비비누계의여러가지가그특성에따라각용도의그리스를만들기위하여사용되고있다. 첨가제그리스는기유와증주제로구성되지만제성능을개선. 향상시키기위하여각종첨가제가사용된다. 산화방지제, 방식제. 방청제, 금속불활성제또는부식방지제, 내하중제. 극압제, 유성향상제, 마모방지제, 고체윤활제, 유동점강하제, 점도지수향상제, 구조안정제, 점착제등이자주사용된다. 이와같은첨가제들은고체윤활제를제외하고모두윤활유에도사용되는것인데그리스의경우는윤활유와달리첨가제가갖는극성이그리스의구조에악영향을미칠때가많으므로극히선택적으로사용하지않으면안된다. 또한동등한효과를위해서는윤활유에비하여수배의첨가량을필요로하는것이보통이다. 두종류이상의첨가제를사용할때, 그의상호효과및그리스구조에대한영향을충분히고려하지않으면안된다. 캐비테이션 (Cavitation) 작동유등에 5% 정도의공기가용존되어있는데이공기는펌프의흡입측이나릴리프밸브의탱크포트등에서부압으로인하여기포를발생시키게되는데이러한현상을캐비테이션이라고한다. 이때기포가고압부에서급격히파괴되며진동과소음을발생시킴에따라서에로젼 (erosion) 이라고부르는금속파괴현상이일어나므로기기의수명을단축시킨다. 황산회분 (Sulfated Ash Content, KS M 2006) 시료가연소하고남은탄화잔류물에황산을가하고이것을가열하여항량으로한회분을황산회분이라한다. 윤활유중에함유되어있는금속계첨가제의함량과사용유에있어서윤활개소로부터발생하는마모분의함량을확인하는데시험의목적이있다. 협잡물 (Deleterious Particles, KS M 2048) 그리스류에혼입된협잡물을크기별로확인하는시험으로협잡물은윤활면의손상과마모를증가시키는요인이된다. 규정된 Template 에시료를채우고현미경을사용하여협잡물의크기에따라그수를측정한다. 혼화안정도 (Working Stability, KS M 2051) 혼화기에충전한시료에유공판을강제적으로상하작동시켜그리스에기계적인작용 ( 전단 ) 을준다음에 25 로하여주도를측정한다. 일반적으로 10 만회혼화가많다. 그리스는전단작용을주면망목상의섬유가파괴되어연화된다. 그정도는전단작용의크기와비누기 ( 증주제 ) 의성질에따라다르며, 비교적작은경우는작동정지하면원래의상태로되돌아가는수가있고, 또한베어링등으로교반되었을때에는연화되어유출되는일이있다. 혼화안정도의수치가혼화주도와비교하여변화가클수록기계적안정성이나쁜것으로추정되고있으며수명도짧다고할수있다. 회분 (Ash Content, KS M 2034) 회분의함량은그리스의제조과정에서검화할때사용된금속염등의양에의해좌우되는데이것은윤활부위의마찰을증가시키므로기계를손상시키는요인이된다.