בחר את השמן המתאים: מדריך פשוט להבנת צמיגות חומר סיכה

בשימון, חשוב להבין את הצמיגות של חומר סיכה, המספק את הבסיס הקריטי לבחירת חומרי הסיכה הנכונים, ללא קשר למכשירים מדויקים או ציוד כבד. זה כל כך חשוב להבטיח שהמכונות שלך פועלות בצורה חלקה למשך חיים ארוכים יותר ופועלת ביעילות.

 

 

מהי הצמיגות של שמן?

 

צמיגות היא ההתנגדות של נוזל לזרימה. בפשטות, צמיגות חומר סיכה מעידה על רמת עובי השמן. שמן בעל צמיגות גבוהה יותר הוא סמיך יותר וזרם לאט יותר, בעוד שמן בעל צמיגות נמוכה יותר הוא דק יותר וזרם בקלות רבה יותר.

e.g.,הצמיגות של מים @ 20 מעלות היא בערך 1 cSt, אבל לדבש יש צמיגות של כ 12000 @ 20 מעלות.

הטבלה הבאה מציגה את הצמיגות של נוזלים נפוצים.

צמיגות של נוזלים נפוצים
נוֹזֵל	כ. צמיגות @ 20 מעלות (cSt)	כ. צמיגות @ 40 מעלות (cSt)
בֶּנזִין	0.7	0.5
מַיִם	1	0.66
חָלָב	2.5	1.5
שֶׁמֶן זַיִת	80	40
שמן קנולה	75	42
שמן הידראולי (ISO VG 46)	128	46
שמן מנוע (10W-30)	300	70
שַׁמפּוֹ	5000	1500
דְבַשׁ	12000	2000

 

עבור חומרי סיכה, צמיגות היא פרמטר -סופר חשוב. זה כל כך חשוב שלעתים קרובות אנו קוראים לשמן על שמו. דוגמה מצוינת היא שמן הידראולי "ISO VG 46" - ש"46" מגיע ישירות מהצמיגות שלו שנמדדה ב-40 מעלות.

 

כיצד מוגדרת דרגת הצמיגות של שמן מנוע?

 

תקן SAE J300 מגדיר את דרגת הצמיגות של שמני מנוע. ניקח את "5W-40" כדוגמה:

 

W:זה אומר לעמוד בחורף, המייצג את ביצועי השמן במזג אוויר קר.

מספר לפני "W" (5W):דרגת הביצועים-בטמפרטורה נמוכה. מספר קטן יותר אומר שהשמן דליל יותר במזג אוויר קר, מה שהופך את ההתחלות הקרות לקשות פחות.

מספר אחרי W (40):דרגת הביצועים-בטמפרטורה גבוהה. מספר גדול יותר אומר שהשמן דביק יותר בטמפרטורות גבוהות, ומספק שכבת שמן חזקה יותר.

 

תקן SAE J300

דרגת צמיגות SAE	צמיגות סיבוב-נמוכה (cP) מקסימום	צמיגות שאיבה-נמוכה (cP) מקסימום (ללא מתח תפוקה)	צמיגות קינמטית (cSt) ב-100 מעלות דק'	צמיגות קינמטית (cSt) ב-100 מעלות מקסימום	צמיגות גזירה גבוהה (cP) ב-150 מעלות דקות
0W	6200@ -35	60000@ -40	3.8	-	-
5W	6600@ -30	60000@ -35	3.8	-	-
10W	7000@ -25	60000@ -30	4.1	-	-
15W	7000@ -20	60000@ -25	5.6	-	-
20W	9500@ -15	60000@ -20	5.6	-	-
25W	13000@ -10	60000@ -15	9.3	-	-
16	-	-	6.1	<8.2	2.3
20	-	-	6.9	<9.3	2.6
30	-	-	9.3	<12.5	2.9
40	-	-	12.5	<16.3	3.5* / 3.7**
50	-	-	16.3	<21.9	3.7
60	-	-	21.9	<26.1	3.7
*עבור ציונים 0W-40, 5W-40 ו-10W-40 ** עבור דרגות 15W-40, 20W-40, 25W-40 ו-40

 

שינויים בצמיגות (ΔV) הם גם אינדיקטור חשוב לשאלה האם יש צורך בהחלפת שמן.

 

באופן כללי, אם הצמיגות הקינמטית של שמן מנוע ב-100 מעלות משתנה ביותר מ-25% ± (עלייה או ירידה של 25% בצמיגות), זה מציין שהגיע הזמן להחליף את שמן המנוע.

 

 

ככל שחומר סיכה מתקרב לסוף תוחלת חייו, הצמיגות שלו תפחת תחילה בצורה ניכרת, ואז תחווה עלייה מהירה. כדי למנוע בלאי מנוע כתוצאה מהתמוטטות סיכה, החלפה מיידית של השמן לפני שהצמיגות יורדת באופן משמעותי חיונית להבטחת ביצועים נאותים של הרכב

 

שמן מנוע מתברר כעבה יותר מעבר לסטנדרט.

עיבוי (עלייה בצמיגות של יותר מ-+25%) נגרמת לעתים קרובות מחמצון שמן, וכתוצאה מכך כמות גדולה של בוצה, מה שמוביל-לבלאי מתחיל וצריכת דלק מוגברת.

שמן מנוע מתגלה כדק יותר מהסטנדרטי.

דילול (ירידה בצמיגות של יותר מ-25%) נגרמת לעיתים קרובות על ידי דילול דלק או חוסר יעילות תוספים, מה שמוביל לשימון לא מספיק ולבלאי חמור.

 

כיצד מוגדרות דרגות צמיגות של שמנים תעשייתיים?

 

דרגת הצמיגות הסטנדרטית ISO 3448 היא תקן הסיווג האוניברסלי והנפוץ ביותר לצמיגות חומרי סיכה תעשייתיים, בשימוש נפוץ עבור שמנים הידראוליים, שמני גיר ושמנים תעשייתיים אחרים.

ISO VG (דרגת צמיגות), לדוגמה, ISO VG 32, ISO VG 68, ISO VG 220.

הגדרת הליבה: המספר של כל כיתה מייצג את נקודת המרכז של הצמיגות הקינמטית של מוצר השמן ב-40 מעלות. טווח התנודות המותר שלו הוא ±10%.

לדוגמה: טווח הצמיגות של ISO VG 46 הוא 41.4 - 50.6 cSt (מכיוון ש-46 ± 10%=41.4 ~ 50.6).

 

בתחום השימון התעשייתי, שינויי צמיגות הם שיטה חשובה לתחזוקת ציוד. אם הצמיגות של חומר סיכה מופיעה משמעותית מעלה או מטה לאחר תקופת שימוש, על מהנדסי התחזוקה לשים לב מיד, שכן הדבר עלול לגרום לכשל בחומר סיכה, שעלול לגרום לנזק חמור לציוד.

 

עלייה בצמיגות השמן:

צמיגות השמן -גבוהה תמיד מעידה על חמצון חמור של שמן, הצטברות של בוצה או זיהום עם שמנים שאינם תואמים בעלי צמיגות- גבוהה יותר.

למשל, במערכות הידראוליות הפועלות תחת טמפרטורות גבוהות מתמשכות, הנוזל מתחמצן מהר מאוד, מה שמוביל לעלייה בצמיגות. על המפעילים להחליף שמן חדש בהקדם.

אם לא, השמן המיושן לא רק יגביר את צריכת האנרגיה של המערכת ויגרום לתגובה איטית, אלא עלול גם לעורר כשלים חמורים כמו חסימת מסנן.

ירידה בצמיגות השמן:

ישנן 2 סיבות מדוע צמיגות חומר הסיכה יורדת: 1, זיהום על ידי נוזלים בעלי צמיגות- נמוכה יותר, כגון חדירת מים או ממיסים עקב איטום ציוד לקוי; 2, השרשראות המולקולריות של משפרי אינדקס צמיגות נותקו על ידי גזירה מכנית גבוהה.

כמה שמני גלגלי שיניים-נמוכים בשוק משמשים כמקרה טיפוסי: היצרן עירב שמני בסיס-בצמיגות נמוכה עם מעבים פולימריים לא יקרים. המראה-הצמיגות הראשונית הטובה אינה יכולה לעמוד בפני הגזירה האינטנסיבית בסיבוב ההילוכים. הצמיגות שלהם יורדת במהירות תוך תקופה קצרה, מה שמוביל לחוזק לא מספיק של סרט השמן, וחוסר סיכה, מה שגורם לבלאי ציוד. גישת "חיסכון- בעלויות" למעשה מגדילה משמעותית את הסיכון לכשל בציוד, מגדילה את עלות התחזוקה ומקצרת את חיי השירות שלו.

 

משפרי צמיגות, טמפרטורה וצמיגות (VIIs).

 

הצמיגות נמדדת באופן כללי בטמפרטורה מסוימת. המדד צמיגות (VI)מודד כמה צמיגות חומר סיכה משתנה עם הטמפרטורה. ככל שהערך גבוה יותר, כך ערך הצמיגות משתנה פחות עם הטמפרטורה.

e.g.:

ה-VI של שמן מינרלי (על בסיס פרפיני-) הוא בערך 96-110, בעוד של פולי-אלפא-אולפינים (PAO) יכול להגיע עד ל-120-180. ה-VI של שמן PAG (פוליאלקילן גליקול) יכול להגיע ליותר מ-190.

 

מכיוון שהציוד וטמפרטורות הסביבה משתנות ללא הרף, ברוב יישומי הסיכה, חומרי סיכה בעלי VI גבוה מועדפים להתאמה רחבה לטמפרטורה והגנה יציבה יותר על סיכה. לדוגמה, שמני מנוע-מתקדמים לרכב המבוססים על PAO הם בדרך כלל בעלי VI גבוה יותר, מתאימים יותר להתנעות- קרה ולנהיגה אינטנסיבית בטמפרטורות חמות.

 

כיצד ניתן לשפר את ה-VI של שמן בסיס?

 

בנוסף לאופטימיזציה של שמן הבסיס עצמו (זיקוק פיזי והמרה כימית), ניתן להשיג גם חומרי סיכה בעלי VIs גבוה יותר על ידי הוספת משפרי צמיגות. תוספי סיכה אלו הם בדרך כלל פולימרים ארוכי שרשרת- המתרחבים עם חום, ומונעים את הדילול הטבעי של השמן.

 

משפר אינדקס צמיגות (VII)

​

משפר אינדקס צמיגות (VII) הוא תוסף המשמש לניסוח שמני מנועי בעירה פנימית רב-דרגתיים וחומרי סיכה תעשייתיים גבוהים אחרים. זה מגביר את ה-VI ומפחית את השינוי בצמיגות עם הטמפרטורה בפורמולציות חומר הסיכה.

משפר אינדקס הצמיגות הנפוץ ביותר הוא קופולימר אולפין (OCP), בדרך כלל מתייחס לקופולימר אתילן פרופילן (EPM). OCP הוא אחד מהמיינסטרים VIIs הנפוצים ביותר בעולם, במיוחד בשמני מנוע. ישנם גם VII אחרים, כמו PMA, HSD, אנא לחץ כאן כדי לדעת יותר על משפרי אינדקס הצמיגות.

 

מבוא כללי למשפרי אינדקס צמיגות עבור חומר סיכה

 

2 צדדים של צמיגות: גבוה מדי או נמוך מדי

 

עלינו לבחור תמיד את חומר הסיכה בדרגת הצמיגות המתאימה בהתאם להוראות המדריך.

 

שמן מנוע לרכב

 

• צמיגות נמוכה מדי

צמיגות נמוכה מדי גורמת בעיקר לאי סיכה מספקת וטבעות איטום מושבתות, מה שמוביל ישירות לבלאי מנוע ולדליפות.

• צמיגות גבוהה מדי

צמיגות גבוהה מדי פירושה התנגדות מוגזמת ויכולת זרימה לקויה, מה שעלול לגרום להתנעה קשה של המנוע, צריכת דלק גבוהה ופיזור חום לקוי.

 

שמנים תעשייתיים

 

בואו נעשה דוגמה עם שמן הידראולי; זה עלול לגרום לבעיות מיותרות אם הנוזלים ההידראוליים גבוהים מדי או נמוכים מדי מעבר לסטנדרט.

• צמיגות נמוכה מדי

אם הנוזלים ההידראוליים עבים מדי, הדבר עלול להגביר את התנגדות המשאבה, לעכב את הזרימה ולגרום לריקוע במשאבה, מה שפוגע במשאבה. יתר על כן, שמן הידראולי בעל צמיגות גבוהה מדי מגביר את התנגדות הזרימה במערכת ההידראולית, מגביר את צריכת החשמל, מאט את תגובת המפעילים ומפחית את הדיוק.

• צמיגות גבוהה מדי

אם הנוזלים ההידראוליים דקים מדי, סרט השמן הופך דק יותר, מה שגורם לאי סיכה מספקת ולבלאי גוברת. שמן עם צמיגות נמוכה גם פוגע בביצועי האיטום, ומגביר את הסיכון לדליפה.

 

אילו צמיגות נבדקות לחומרי סיכה?

 

עבור שמני מנוע

 

• צמיגות קינמטית של 100 מעלות - בתנאי פעולת מנוע רגילים.

KV100 קובע את העובי והחוזק של סרט השמן במהלך פעולת מנוע רגילה. עבור כל דרגת צמיגות, SAE J300 מגדיר צמיגות קינמטית מינימלית ואופציונלית מקסימלית ב-100 מעלות.

 

• גזירה גבוהה בטמפרטורה גבוהה (HTHS)צמיגות - ב-150 מעלות - בתנאי הפעלה קשים של מנוע.

SAE J300 מציין ערכי HTHS מינימליים עבור דרגות צמיגות שונות. בדיקת HTHS משלימה את מבחן הצמיגות של 100 מעלות, המודדת במיוחד את חוזק סרט השמן ברגעים התובעניים ביותר של המנוע, כאשר ההגנה נחוצה ביותר.

צמיגות HTHS נמוכה מדי עלולה לגרום לשימון לא מספיק ולבלאי מוגבר.

 

• סימולטור קראנק קר (CCS)צמיגות - מודדת את ביצועי התנעה קרה של מנוע בטמפרטורות נמוכות.

צמיגות CCS היא פרמטר מפתח בהגדרת הציון "W" (חורף). זה מדמה את ההתנגדות לזרימת שמן במהלך הפעלת המנוע בטמפרטורות נמוכות במיוחד. ככל שהערך נמוך יותר, העומס על המצבר והמנוע קטן יותר במהלך התנעה קרה, וכתוצאה מכך התנעה חלקה יותר.

 

• Micro Rotational Viscometer (MRV) / צמיגות שאיבה - האם ניתן לשאוב את השמן בטמפרטורות נמוכות?

צמיגות MRV היא פרמטר מפתח נוסף בהגדרת שמן מנוע בדרגת "W".

הוא מדמה האם ניתן לאסוף את השמן על ידי משאבת השמן ולהזרים ביעילות לכל רכיבי המנוע בטמפרטורות נמוכות. אם ה-MRV גבוה מדי, השאיבה הופכת לקשה, מה שעלול להוביל לרעב בשמן ולבלאי חמור של המנוע מיד לאחר ההתנעה.

 

• צמיגות קינמטית של 40 מעלות - משמשת לחישוב אינדקס צמיגות

למרות שלא נעשה שימוש ישיר בצמיגות קינמטית של 40 מעלות בדירוגי SAE J300, היא נשארת תכונה פיזיקלית חשובה מאוד. זה חיוני בפיתוח ניסוח שמן ובקרת איכות. 40 מידת הצמיגות הקינמטית משמשת בעיקר לחישוב אינדקס הצמיגות.

 

שינוי צמיגות ואינדקס צמיגות משפרים את - SSI

 

שמן סיכה המכיל משפרי מדד צמיגות (VIIs) מראה צמיגות משופרת משמעותית ואינדקס צמיגות גבוה יותר. עם זאת, לאחר תקופה מסוימת של פעולת המנוע, הצמיגות שלו עשויה לרדת באופן ניכר. למה זה קורה?

 

משפרי אינדקס צמיגות הם בעצם פולימרים מסיסים-בשמן. כאשר שמן הסיכה נתון לגזירה קיצונית-כגון-הילוכים מהירים ומשאבות שמן-ניתן לנתק את שרשראות הפולימר הללו באופן מכני. תהליך זה מפחית לצמיתות את המשקל המולקולרי של הפולימרים, וכתוצאה מכך ירידה משמעותית בצמיגות שמן המנוע. תופעה זו מכונה באופן מקצועיאובדן יציבות גזירה קבוע. זה מוביל לדילול של סרט השמן, שימון לא מספק וביצועי איטום מופחתים, מה שבתורו מאיץ את בלאי הרכיבים.

 

חומרי סיכה פרימיום נותנים עדיפות לפולימרים בעלי אינדקס יציבות גזירה (SSI) גבוה במיוחד כדי להבטיח שהצמיגות תישאר בטווח המתוכנן לאורך כל מרווח ניקוז השמן, מה שמספק הגנה עקבית ומתמשכת למנוע.

 

בשמן התעשייתי, הדרישות לצמיגות משתנות מאוד בין יישומים שונים.

 

ניקח שמן הידראולי כדוגמה,התקנים הסיניים מגדירים מפרטים עבור דרגות L-HM (אנטי-בלאי), L-HV (נמוכה-טמפרטורה) ו-L-HS (אולטרה-נמוכה-טמפרטורה). אנו יכולים לראות שלמרות שדרישות הצמיגות שלהם ב-40 מעלות זהות, הדרישות שלהם לצמיגות-בטמפרטורה נמוכה, נקודת יציקה ואינדקס צמיגות שונות לחלוטין.

 

נֶכֶס	L-HM (אנטי-לבישה)	L-HV (טמפרטורה נמוכה)	L-HS (אולטרה-טמפרטורה נמוכה)
צמיגות קינמטית ב-40 מעלות (mm²/s)	28.8 ~ 35.2	28.8 ~ 35.2	28.8 ~ 35.2
יכולת התנעה-נמוכה בטמפרטורה (טמפרטורה עבור צמיגות של 1500 מ"מ לשנייה)	לא צוין	פחות או שווה ל-18 מעלות	פחות או שווה ל-24 מעלות
מדד צמיגות VI	גדול או שווה ל-95	גדול או שווה ל-140	גדול או שווה ל-150
נזילות-נמוכה בטמפרטורה (נקודת מזיגה)	פחות או שווה ל-15 מעלות	פחות או שווה ל-33 מעלות	פחות או שווה ל-45 מעלות
יישום מומלץ	טמפרטורות סביבה מתונות/יציבות	טווח טמפרטורות רחב, אזורים קרים	קור חמור, תנאים ארקטיים

 

שמן הידראולי נגד-שחיקה - L-HM :ציון בסיסי זה נותן עדיפות לצמיגות בטמפרטורת החדר (40 מעלות) ו-0 מעלות. יש לו את הדרישות הנמוכות ביותר עבור אינדקס צמיגות וביצועי טמפרטורה- נמוכים.

שמן הידראולי בטמפרטורה-נמוכה - L-HV :בהתבסס על L-HM, כיתה זו משפרת באופן משמעותי את אינדקס הצמיגות ואת ביצועי הטמפרטורות-הנמוכות, מה שהופך אותו למתאים לאקלים קר.

שמן הידראולי בטמפרטורה-נמוכה- במיוחד - L-HS :שמן זה משפר עוד יותר את יכולת ההתנעה של-הטמפרטורה-נמוכה ואינדקס הצמיגות מעבר ל-L-HV. זהו הדרגה הגבוהה ביותר, המיועד לאקלים קר קיצוני.

 

 

אילו רכיבים בתכשירי סיכה משפיעים על הצמיגות?

 

CF-4 15דוגמה לניסוח שמן סיכה W-40
רְכִיב	אֲחוּזִים	פונקציה ראשונית והשפעה על צמיגות
שמן בסיס-150SN	53.0	מספק את בסיס הניסוח ואת צמיגות הדאטום.
שמן בסיס- 500SN	29.0	כרכיב שמן בסיס כבד, הוא מגביר את צמיגות הדאטום.
חבילת תוסף סיכה	8.0	מספק חומרי ניקוי, פיזור, תכונות נגד-בלאי וכו', ובמקביל תורם להשפעה קלה של עיבוי.
שיפור אינדקס צמיגות (OCP)	9.6	מגדיל באופן דרמטי את צמיגות-טמפרטורות גבוהות כדי להבטיח שדרגת "40" יתקיים ומשפר את מדד הצמיגות כדי להשיג את ביצועי הטמפרטורות הנמוכות- "15W".
מדכא נקודת מזיגה	0.4	משפר נזילות-בטמפרטורה נמוכה: מייעל צמיגות-בטמפרטורה נמוכה (למשל, CCS), אך עם השפעה נמוכה מאוד על צמיגות-טמפרטורות גבוהות.
סוכן נגד קצף	10 עמודים לדקה	מדכא קצף: למעשה אינו משפיע על צמיגות השמן הכוללת.

 

בניסוח לעיל, הצמיגות של שמן הסיכה המוגמר מושפעת בעיקר משלושה היבטים מרכזיים.

שמני בסיס

זהו המרכיב העיקרי בניסוח שמן סיכה; הצמיגות שלו קובעת ישירות את צמיגות הדאטום של המוצר המוגמר.

שמן בסיס אחד או שניים נבחרים כנוזל הבסיס של חומר סיכה. למשל, שיטה נפוצה היא להשתמש בתערובת של 150N ו-500N ביחס מסוים כדי למזג שמן מנוע 20W-50.

משפר מדד צמיגות (VII)

VII מעבה משמעותית את השמן ומשפר את מדד הצמיגות שלו. זהו מרכיב המפתח המאפשר שמנים-רב-דרגתיים.

תוספים אחרים

חבילת התוספות (VIIs לא כלולים) תורמת בדרך כלל גם אפקט עיבוי קטן. יתרה מזאת, תוספים כמו מדכאי נקודות-(לדוגמה, PMA PPD) גם מגבירים מעט את הצמיגות.

על מנת להשיג שמן סיכה-איכותי, על מהנדסי בלנדר השמן לחשב במדויק לפי דפי הנתונים של חומרי הגלם, ולאזן את הקשר בין שלושת האלמנטים הללו.