روغن های PAO: نگاه نزدیک

با درود بیکران به تمامی مخاطبین و مراجعین محترم این وبلاگ مهندسی

موضوعی که قصد داریم در این پست بدان بپردازیم، نگاهی دقیقتر به روغن های سینتتیک کلاس PAO یا پلی آلفا اُلِفین (Polyalphaolefin) است. قبلا در پست «انواع روغن های پایه» در وبلاگ دانش روغنکاری راجع به تیپ ها مختلف روغن های پایه و روش های تولید آنها شرح مختصری دادیم. اما، در این پست قصد داریم نسبت به این بخش از روغن های پایه صنعتی نگاه نزدیکتری داشته باشیم.

روغن های PAO که در ادبیات مهندسی با عنوان هیدروکربن های سینتتیک یا Synthetic Hydrocarbons قرار می گیرند در گروه شماره VI یا چهار روغن های پایه قرار می گیرند. این دسته از روغن های پایه برای اولین بار در دهه 30 قرن بیستم معرفی شدند. اما، استفاده تجاری از آنها با معرفی اولین نسل از روغن های موتوری نیمه سینتتیک تا دهه 70 طول کشید. فلسفه تولید روغن های PAO، استفاده از گاز اتیلن و سپس پلیمریزه کردن زنجیره های هیدروکربنی این گاز است. البته، با توجه به اینکه گاز اتیلن یکی از محصولات جانبی پالایش نفت خام یا گاز طبیعی است، همچنان می توان روغن های PAO را وابسته به صنعت نفت دانست.

روغن های PAO نسبت به هیدروکربن های مینرال از شاخص ویسکوزیته بسیار بهتری برخوردارند و از این رو، می توانند در بازه دمایی وسیعتری نسبت به همتایان مینرال خود عملکرد خود را حفظ کنند (شکل 1 را ببینید). در خصوص شاخص ویسکوزیته مراجعه به پست «اندیس (شاخص) ویسکوزیته چیست؟» در همین وبلاگ توصیه می شود.

شکل 1: بازه عملکرد حرارتی انواع روغن های پایه (دما برحسب درجه فارنهایت است)

روغن های پایه PAO از الگوی حلقوی در ساختار خود بهره نمی برند و در عین حال، در ساختار شیمیایی آنها خبری از پیوند های دوگانه، سولفور (گوگرد)، کامپاند های نیتروژن دار، یا هیدروکربن های واکسی نیست. عدم حضور این عوامل منجر به تشکیل ساختاری کاملا غیرقطبی با شاخص (اندیس) ویسکوزیته بالا (بین 130 تا 140 در مقایسه با 100 برای روغن های مینرال)، مشخصات جریانی خوب در سرما (با جریان یافتن در منفی 50 درجه سلسیوس در میان سایر روغن های پایه رکورددار است!)، بهبود Pour Point، مقاومت خوب به اکسیداسیون (شکل 2 را ببینید)، و سازگاری شیمیایی با انواع روغن های مینرال، چسب ها، رنگ ها، و انواع قطعات پلاستیکی و لاستیکی مصرفی در سیستم های روغنرسانی می گردد (شکل 3 را ببینید). روغن های PAO بدلیل ساختار کنترل شده ای که دارند زنجیره های هیدروکربنی کوتاه و بلند در ساختار آنها وجود نداشته و از این رو تمامی زنجیره های هیدروکربنی درون آن از طول یکسانی برخوردارند. بدین ترتیب، دانسیته و فشار بخار این تیپ روغن های پایه نیز از تغییر و نوسان بسیار اندک و قابل پیش بینی برخوردار بوده و نقطه خود اشتعالی یا Flash Point سیستم های روغن حاصل از این روغن های پایه نیز در نقطه دمایی بالاتری می ایستد.

از سوی دیگر، روغن های PAO از مقاومت بهتری نسبت به انواع مینرال در تحمل حرارت پیوسته (تا 160 درجه سلسیوس) و شوک حرارتی (تا 270 درجه سلسیوس) برخوردارند. برای اطلاعات بیشتر در این خصوص، مطالعه پست «کاربرد روغن در دماهای خیلی بالا» در وبلاگ دانش روغنکاری توصیه می شود.

شکل 2: نمایه ای از میزان مقاومت گروه های مختلف روغن پایه در برابر اکسیداسیون به گروه IV یا چهار توجه کنید (منبع: Noria)

شکل 3: نمایه ای از سازگاری روغن های مختلف با انواع پلاستیک، لاستیک، و حلال ها (منبع: Noria)

مواردی که در بالا بیان شد، روغن های PAO را به انتخابی ایده آل در سنتز و تولید انواع روغن های کلاس موتوری (بویژه انواع خودرویی)، برخی هیدرولیک ها (مانند روغن هیدرولیک فرمان در خودرو ها)، چرخدنده ها، و بخش کوچکی از روغن های کمپرسوری و برینگی تبدیل کرده است. البته کاربرد این روغن های پایه به همینجا محدود نمی شود. چراکه استفاده از روغن های PAO در سنتز برخی از گریس های نسوز یا مقاوم به حرارت نیز بسیار معمول است.

اما، استفاده از روغن های PAO در بعضی موارد مناسب نیست. یکی از شاخص ترین این موارد، روغنرسانی به کمپرسور های رفت و برگشتی (پیستونی) سنگین است که در شرایط عملکردی خیلی گرم و با فشار بالا کار می کنند. دلایل این عدم تناسب، قبلا در پستی با عنوان «روغن موتور بجای روغن کمپرسور» در وبلاگ دانش روغنکاری شرح داده شده است که توصیه می شود از آن پست بازدید فرمایید.

گذشته از این، روغن های PAO دارای نقاط ضعف دیگری نیز هستند که از آن جمله می توان به عدم سازگاری با برخی آببند های غیرفلزی (شکل 2 را ببینید) و عدم پذیرش معدودی از ادتیو های رایج در سیستم های روغن موتوری یا گیربکسی یاد کرد. البته، بمنظور رفع این مشکل، روغنسازان معمولا بین 5 تا 20 درصد (بسته به فرمولاسیون) روغن های پایه استریک و اورگانیک را با PAO ها مخلوط می کنند. در کاربرد های هیدرولیک نیز استفاده از PAO ها در صورت الزام به ضد آتش یا Fire Resistant بودن روغن هیدرولیک یا الزامات زیست محیطی مانند Biodegradability محدود می شود.

شکل 4 مقایسه مناسبی را در جهت عملکرد PAO ها در برابر دیگر انواع روغن های پایه ارائه می دهد.

شکل 4: مقایسه ای اجمالی از عملکرد روغن های PAO در برابر دیگر انواع روغن های پایه (منبع: Noria)