ไตรโบโลยี – เกี่ยวข้องกับอะไรบ้าง และมีการประยุกต์ใช้ในด้านใดบ้าง?

ไตรโบโลยีคืออะไร?

ไตรโบโลยี (Tribology) หมายถึงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับพื้นผิวที่เคลื่อนที่สัมพัทธ์และมีปฏิสัมพันธ์กัน ครอบคลุมถึงการศึกษาแรงเสียดทาน การสึกหรอ และการหล่อลื่น รวมถึงปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างวัตถุที่สัมผัสกัน กระบวนการเหล่านี้รวมถึง การถ่ายโอนแรง การแปลงพลังงานกล การเปลี่ยนแปลงทางเคมีกายภาพ และปรากฏการณ์การยึดเกาะเชิงกลที่เกิดจากรูปร่างและลักษณะพื้นผิว

วัตถุประสงค์หลักของไตรโบโลยีคือ การทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ของพื้นผิว ซึ่งจะช่วยให้สามารถแก้ปัญหาและระบุวิธีแก้ปัญหาที่เหมาะสมได้ สาขานี้เป็นสหวิทยาการ โดยอาศัยความเชี่ยวชาญจากวิศวกรรมเครื่องกล วิทยาศาสตร์วัสดุ วิศวกรรมเคมี และสาขาวิชาอื่นๆ อีกมากมาย แนวทางที่กว้างขวางเช่นนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการอธิบายปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ซับซ้อนซึ่งเกิดขึ้นในบริเวณแรงเสียดทานได้อย่างครบถ้วน

กลไกของแรงเสียดทาน

แรงเสียดทาน ตามนิยามแล้ว คือ แรงต้านทานในแนวสัมผัสต่อการเคลื่อนที่ระหว่างวัตถุแข็งสองชิ้นที่สัมผัสกัน ขนาดของแรงต้านทานนี้ขึ้นอยู่กับวัสดุ รูปทรงเรขาคณิต และคุณสมบัติพื้นผิวของวัตถุที่สัมผัสกัน รวมถึงสภาวะการทำงานและสภาพแวดล้อม กลไกนี้เกิดจากปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพที่เกิดขึ้นเป็นหลักในระดับจุลภาค

สามารถแบ่งประเภทได้ดังนี้:

• แรงเสียดทานจลน์ (แรงเสียดทานจากการเคลื่อนที่) – แรงต้านระหว่างพื้นผิวสองพื้นผิวที่สัมผัสกันและเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน
• แรงเสียดทานสถิต – เกิดขึ้นในระหว่างการเปลี่ยนจากหยุดนิ่งไปสู่การเคลื่อนที่ รวมถึงเมื่อการเคลื่อนที่หยุดลง โดยทั่วไปจะมีค่ามากกว่าแรงเสียดทานจลน์

พื้นผิวของวัตถุ แม้แต่พื้นผิวที่ดูเรียบเนียนสมบูรณ์แบบ ก็เต็มไปด้วยรอยบุ๋มและความไม่สม่ำเสมอในระดับโมเลกุล ในระหว่างการเคลื่อนที่ รอยบุ๋มเหล่านี้จะเกี่ยวพันกัน และการเอาชนะอุปสรรคเหล่านี้จำเป็นต้องใช้พลังงานจากภายนอก

การยึดเกาะ ก็เป็นปรากฏการณ์สำคัญในบริบทของแรงเสียดทานเช่นกัน ณ จุดที่วัตถุสัมผัสกันจริง พันธะระหว่างโมเลกุลจะเกิดขึ้น รวมถึงแรงแวนเดอร์วาลส์และแรงคาปิลลารี นอกจากนี้ ในระหว่างกระบวนการเสียดทาน ประจุไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิว (ปรากฏการณ์ไตรโบอิเล็กทริก) ประจุเหล่านี้จะเพิ่มแรงไอออนิกบนพื้นผิว ซึ่งส่งเสริมการก่อตัวของแรงสัมผัสแบบยึดเกาะ

ดูตัวเลือก สารป้องกันการยึดเกาะ ของเรา

เป็นที่น่าสังเกตว่าแรงเสียดทานไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะที่ส่วนต่อประสานระหว่างวัตถุสองชิ้นที่แตกต่างกันเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นภายในวัตถุชิ้นเดียวด้วย เมื่อชั้นหรืออนุภาคของมันเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า แรงเสียดทานภายใน ธรรมชาติของแรงนั้นขึ้นอยู่กับสถานะของสสาร – ในแก๊สและของเหลว แรงจะปรากฏในรูปของความหนืด (แรงค่อนข้างน้อย) ในขณะที่ในของแข็ง แรงจะมีความแข็งแกร่งกว่ามาก เนื่องจากการจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบขององค์ประกอบโครงสร้าง

สารหล่อลื่นเป็นสารที่ช่วยลดแรงเสียดทาน

การหล่อลื่นเป็นวิธีการพื้นฐานที่ใช้ในการบำรุงรักษาเครื่องจักรสำหรับการผลิตสินค้า ในกรณีของชิ้นส่วนที่เลื่อนไปมา เช่น ระบบลูกสูบ-กระบอกสูบ เฟือง และลูกเบี้ยว การหล่อลื่นระหว่างชิ้นส่วนสองชิ้นขึ้นไปมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานที่ราบรื่นของเครื่องจักร

สารหล่อลื่น คือสารที่ออกแบบมาเพื่อลดแรงเสียดทานระหว่างพื้นผิวที่สัมผัสกัน ซึ่งจะช่วยลดความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่ของพื้นผิวเหล่านั้น กลไกการทำงานขึ้นอยู่กับการแทนที่แรงเสียดทานแห้ง (ระหว่างของแข็ง) ด้วยแรงเสียดทานภายในของของเหลวที่มีความหนืดต่ำ หรือการก่อตัวของชั้นขอบเขตที่เสถียร

นอกจากการลดแรงเสียดทานแล้ว การหล่อลื่นที่เหมาะสมยังช่วยให้:

• การระบายความร้อน
• การลดเสียงรบกวน
• การป้องกันการกัดกร่อน
• การปิดผนึกที่มีประสิทธิภาพ
• การกำจัดสิ่งปนเปื้อน

น้ำมันพื้นฐาน – ปัจจัยสำคัญในการลดแรงเสียดทาน

น้ำมันพื้นฐาน เป็นวัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตสารหล่อลื่น และคุณสมบัติของน้ำมันพื้นฐานมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพและลักษณะของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป รวมถึงความหนืด ความเสถียร/ความทนทาน และความสามารถในการรับน้ำหนัก

น้ำมันพื้นฐานแบ่งออกเป็น 5 กลุ่มหลัก:

กลุ่มที่ 1, 2, 3 – น้ำมันที่ได้จากปิโตรเลียม

กลุ่มที่ 1 ประกอบด้วยน้ำมันราคาถูกที่สุดที่ได้จากการกลั่นด้วยตัวทำละลายแบบง่าย มีลักษณะเด่นคือความอิ่มตัวของไฮโดรคาร์บอนน้อยกว่า 90%และดัชนีความหนืด 80–120 น้ำมันพื้นฐานใน กลุ่มที่ 2 ผลิตโดยใช้กระบวนการไฮโดรแคร็กกิ้ง มีคุณสมบัติที่ดีกว่าน้ำมันในกลุ่มที่ 1 มีสิ่งเจือปนน้อยกว่าและมีดัชนีความหนืดสูงกว่า น้ำมัน ในกลุ่มที่ 3 เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงสุด ผ่านกระบวนการไฮโดรแคร็กกิ้งอย่างลึกซึ้ง คุณสมบัติของสารเหล่านี้คล้ายคลึงกับน้ำมันสังเคราะห์

กลุ่มที่ 4 – น้ำมันสังเคราะห์

มีลักษณะเด่นคือมีความเสถียรต่อความร้อนและการออกซิเดชันสูง นอกจากนี้ยังมีความหนืดเปลี่ยนแปลงน้อยในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง

สารประกอบกลุ่มนี้รวมถึงโพลีอัลฟาโอเลฟิน (PAO) ซึ่งเป็นไฮโดรคาร์บอนสังเคราะห์ที่นิยมใช้กัน เป็นผลิตภัณฑ์จากการพอลิเมอไรเซชันของเอทิลีนที่ได้จากน้ำมันดิบผ่าน กระบวนการแตกตัว ของแนฟทา เนื่องจากมีพันธะคู่สมบูรณ์ (ไม่มีพันธะคู่) น้ำมันเหล่านี้จึงทนต่อการออกซิเดชันและการเสื่อมสภาพที่อุณหภูมิสูง

กลุ่มที่ 5 – น้ำมันพื้นฐานอื่นๆ

กลุ่มนี้รวมถึงน้ำมันพื้นฐานอื่นๆ ทั้งหมด เช่น เอสเทอร์ โพลีอัลคิลีนไกลคอล (PAG) และซิลิโคน ทางเลือกจากพืชแทนน้ำมันแร่และน้ำมันสังเคราะห์ก็กำลังได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ ส่วนใหญ่เป็นไตรกลีเซอไรด์จากธรรมชาติ เช่น น้ำมันเรพซีดหรือน้ำมันดอกทานตะวัน

น้ำมันพื้นฐาน – ผลิตภัณฑ์ของกลุ่มบริษัท PCC

กลุ่มบริษัท PCC นำเสนอผลิตภัณฑ์น้ำมันพื้นฐานเฉพาะทางครบวงจร ที่ใช้ในสารหล่อลื่นสังเคราะห์ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ใช้ใน น้ำมันไฮดรอ ลิก น้ำมันสำหรับเครื่องจักร กล คอมเพรสเซอร์ เกียร์อุตสาหกรรม และใน อุตสาหกรรมสิ่งทอ

ผลิตภัณฑ์หลากหลายประเภทมีให้เลือกในซีรี่ส์ Rokolub ซึ่งโดยหลักๆ แล้วได้แก่:

• โพลีอัลคิลีนไกลคอล (PAG) ที่ละลายน้ำได้ (Rokolub ซีรีส์ 50-B และ Rokolub ซีรีส์ 60-D)
• โพลีอัลคิลีนไกลคอล (PAG) ที่ไม่ละลายน้ำ (ชุด Rokolub PB และชุด Rokolub PO-D)
• ฟอสเฟตเอสเทอร์ (Rokolub FR I ซีรีส์ และ Rokolub FR T ซีรีส์)

สารเติมแต่ง AW และ EP และลักษณะแรงเสียดทานทางไตรโบโลยี

ในน้ำมันและจาระบีที่ใช้ในอุตสาหกรรม น้ำมันพื้นฐานเป็นส่วนประกอบหลัก สารเติมแต่งที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงคุณสมบัติตามธรรมชาติของน้ำมันพื้นฐาน

สารเติมแต่งที่ช่วยเพิ่มคุณสมบัติการหล่อลื่นเป็นสารประกอบทางเคมีที่เข้าร่วมในปฏิกิริยาทางเคมีเชิงเสียดทาน สารที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือสารเติมแต่งที่ควบคุมการสึกหรอและแรงเสียดทาน โดยมีทั้งในรูปแบบของสารเติมแต่งป้องกันการสึกหรอ (AW) หรือสารเติมแต่งรับแรงดันสูง (EP)

ดูตัวเลือก สารเติมแต่งป้องกันการสึกหรอ ของเรา

สารเติม แต่งป้องกันการสึกหรอ (AW)

สารเติมแต่งป้องกันการสึกหรอ (AW additives) คือส่วนประกอบของสารหล่อลื่นที่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับพื้นผิวโลหะที่ต้องการปกป้อง ก่อให้เกิดชั้นเคลือบป้องกันที่ช่วยปกป้องโลหะจากการสึกหรอภายใต้สภาวะการหล่อลื่นแบบขอบเขต สารเติมแต่งป้องกันการสึกหรอจะสร้างพื้นผิวที่ทนทานต่อความเสียหายได้ดีกว่าโลหะพื้นฐานที่ไม่มีการปกป้อง

ประเภทของสารเติมแต่งป้องกันการสึกหรอที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ สารประกอบสังกะสี (เช่น สังกะสีไดอัลคิลไดไทโอฟอสเฟต, ZDDP), สารประกอบโมลิบเดนัม (เช่น โมลิบเดนัมไดไทโอคาร์บาเมต) และสารเติมแต่งที่มีฟอสฟอรัสและโบรอนเป็นส่วนประกอบ

กลุ่มบริษัท PCC นำเสนอสารเติมแต่งป้องกันการสึกหรอ ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากซีรี่ส์ Rokolub AD (เช่น Rokolub AD 246 ultra )

สารเติมแต่ง ทนแรงดันสูง (EP)

หน้าที่หลักของสารเติมแต่ง EP คือการป้องกันการสัมผัสของพื้นผิวภายใต้ภาระที่สูงมาก สารเติมแต่ง EP ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับพื้นผิวโลหะ ก่อให้เกิดชั้นป้องกันที่ปกป้องพื้นผิวจากการติดขัดและการสึกหรอ สารเติมแต่ง EP ช่วยให้จาระบีทนต่อแรงดันในระยะสั้นที่เกินความสามารถในการรับน้ำหนักปกติโดยไม่เกิดความเสียหาย โดยทั่วไปแล้ว สารเติมแต่ง EP จะออกฤทธิ์แรงและรุนแรงกว่าสารเติมแต่งป้องกันการสึกหรอ

ตัวอย่างทั่วไปของสารเติมแต่ง EP ได้แก่ สารประกอบที่มีกำมะถันเป็นองค์ประกอบ (เช่น จาระบีและน้ำมันที่มีกำมะถัน) สารประกอบฟอสฟอรัส (เช่น ฟอสเฟต ไทโอฟอสเฟต) หรือสารต่างๆ เช่น กราไฟต์ และโมลิบเดนัมซัลไฟด์

ในกลุ่มผลิตภัณฑ์ของ PCC Group สารเติมแต่ง EP ส่วนใหญ่เป็นผลิตภัณฑ์จากซีรี่ส์ EXOfos (เช่น EXOfos PA-080S , EXOfos PB-184 )

สำรวจสารเติมแต่งแรงดันสูง ทั้งหมดได้ที่นี่