[하이플럭스 기술자료] 그리스의 개요 및 특징

[하이플럭스 기술자료] 그리스의 개요 및 특징

 

그리스는 구름 베어링과 각종 마찰부분의 윤활제로 광범위하게 사용되고 있고, 그 적용 범위는 자동차, 항공기, 선박 등의 수송기계와 제철, 제지 등의 설비기계, 건설기계, 전기기기 등의 전분야에 퍼져있다.

이러한 기계장치와 설비의 고성능화, 고효율화 및 근년의 우주기기, 원자력기기의 적용 등 그리스의 사용환경은 점점 더 다양해지고 더욱 더 엄격해지고 있다. 이에 따른 그리스의 종류와 요구특성도 더욱 세분화되고 가혹해져서 그리스의 올바른 이해가 설비보전 비용을 절감시키는 중요한 요인으로 작용하고 있다.

 

1. 그리스의 정의 및 윤활특성

그리스는 액체윤활유, 즉 기유에 증주제라고 불리는 미세한 고체를 분산시켜 반고체상으로 한 윤활제이다. 반고체상이라는 의미는 보통의 상태에서는 느낌이 고체보다는 부드럽고 액체보다는 단단한 중간상태로서 어떤 조건에서는 고체로서, 또 다른 조건에서는 액체로서 작용하게 된다. 즉, 정지한 상태에서는 스스로 형태를 유지하며 흐르지 않는 고체로서 행동하지만 강하게 휘저으면 연화하여 액체에 가까워진다.

 

그리스는 이 성질을 살린 윤활제로서 오래 전부터 사용되어 왔다. 예를 들어 구름베어링에 적용되면 베어링이 정지해 있을 때는 베어링 내부에 부착되어 유출되지 않고 머물러 있지만, 베어링이 회전하여 전단을 받으면 유동화하여 거의 기유의 상태가 되어 윤활에 관여한다. 그리고 회전이 정지하면 다시 본래의 경도를 회복하여 베어링 내에 부착된다.

 

이 성질 때문에 액체윤활제와 비교하여 다음과 같은 장 · 단점이 있다.

 

  

그리스	액체윤활제
● 장기간 무급지 가능 ● 소량으로 윤활 가능 ● 윤활계가 단순하다. ● 밀봉이 단순하다.    - 밀봉효과가 있다. ● 이물질의 제거가 불가능하다. ● 고속한계가 낮다. ● 냉각능력이 없다. ● 중위에 부착되어 녹을 방지할 수 있다. ● 첨가제의 필요농도가 높아진다. –고체윤활제는 침강되지 않아 오히려 이용하기 쉽다.	● 어떤 형태로든 연속급유가 필요하다. – 적하, 비산, 순환 등 ● 필요 유량이 많다. ● 윤활계가 복잡하다. ● 밀봉장치가 복잡하다. ● 이물질의 연속 제거가 가능하다. –여과, 원심분리 등 ● 고속회전이 가능하다. ● 냉각성능이 크다. ● 장기 저장중 유면상부의 유막을 유지할 수 없어 방청을 못한다. ● 첨가제의 효과가 좋다.

 

2. 그리스의 윤활성

 

그리스에 의한 윤활을 윤활유에 비교하면 다음과 같은 장점이 있다.

● 간단한 실기구에서 윤활부에 유지할 수 있는 장시간 소량의 윤활제만 보급하여 윤활할 수 있다. (그 중에서 가장 두드러진 것이 밀봉구름 베어링)

● 그리스 자체가 실의 역할을 하기 때문에 이런 의미에서도 실기구를 간략화할 수 있따.

● 윤활부분의 가장 가까이에 부착한 그리스에서 소량씩 분리하는 그리스 또는 기유에 의해 윤활되기 때문에 조건에 따라서는 운전토크를 낮게, 또 사용온도범위를 넓힐 수 있다.

● 휴지(休止)기간이 긴 사용에서도 필요한 부분에 부착하여 녹 등을 방지한다.

  그러나, 또 다음과 같은 결점도 있다.

● 윤활부분 또는 고온부분에 순환하여 냉각을 할 수 없다.

● 유막(油膜)의 수복성(修復性)이 나빠 캐비테이션을 일으키기 쉬우므로 고속조건이 어려운 부분에는 사용할 수 없다. 유막의 연속성을 전제로 한 미끄럼베어링에는 사용하기 어렵다.

● 혼입된 물과 異物을 사용중에 제거할 수 없다.

 

이와 같은 그리스윤활의 특징은 기유속에 층주자의 구조를 만듬에 의해 고의로 준 특이한 유동특성에 의존하고 있다. 즉, 베어링 등의 윤활부분에서는 전단속도가 105~106S-1 또는 그 이상에 달하므로 그리스 점도는 그 온도에서의 기유점도 가까이까지 저하하고 윤활은 거의 기유상태에서 된다. 따라서, 윤활면에서 본 기유선정은 기유를 그대로 윤활유로서 사용하는 경우에 준해도 좋다. 한편, 베어링이 정지하면 동력정도의 외력으로는 유동하지 않는 정도로 경화되어 베어링 내에 머문다. 조도는 기유점도 보다도 층주자량의 종류에 따라 정해지지만, 윤활부분의 상황과 급유방법에 맞는 것을 선정하게 된다.

 

그리스 윤활의 또 하나 특징은 , 예를 들면 구름베어링 등에 사용했을 경우, 운전초기에 대부분의 그리스는 옆으로 밀리게 되며 윤활부분은 말려든 소량의 그리스, 또는 분리된 기유에 의해 윤활된다. 이런 상황을 Channeling이라고 하지만 Channeling의 그리스는 정상운전에서는 토크가 낮고 온도상승도 적은 데다, 대부분의 그리스는 교란을 받지 않고 온존되므로 열화(劣化)를 입는 일도 적다. 이 성질은 그리스의 유동특성인 전단속도의존성과 시간의존성이 강할수록 현저하고, 증주제의 종류에도 좌우되지만 주도가 작아져도 이 성질이 증가하므로, 경우에 따라서는 딱딱한 그리스를 사용하는 편이 운전토크가 낮은 일도 있다.

또, Channeling의 정도는 그리스의 충전량에도 좌우되며 베어링에 넣는 양을 적게 하면 Channeling상태가 실현된다. 따라서 그리스의 경우, 적정한 충전량을 지키는 것이 중요하며 보통 베어링내 공간이 1/3~2/3인 것이 적당하다고 한다.

 

3. 그리스의 내열성과 열화

 

그리스의 성질은 기유와 증주제로 정해지지만 그리스윤활을 특징짓고 있는 특이한 유동특성은 또 증주제의 3차원적 구조에 의하므로 그리스의 내열성과 열화에는 성분의 안전성 외에, 증주제구조의 온도에 의한 변화에도 큰 영향이 있다. 일반적으로 사용되는 비누계 그리스의 경우, 증주제의 금속비누 결정은 기유가 공존하는 상온(常溫)에서 융해하여 액화될 때까지의 온도범위에 몇가지 전이점이 있고, 그 때마다 그리스의 성질이 변화한다. 전이점은 기유, 비누의 종류와 양에 따라 변화할 뿐 아니라 유리 지방산의 존재에 의해서도 영향을 받는다.

그리스의 내열성표준이 되는 적점은 그리스가 액화되는 액정(液晶) 또는 용융상태로의 전이점에 상당하는 것이며, 그 보다도 낮은 온도에서 결정(結晶)또는 왁스 상태로의 이전이 일어나도 그리스는 회복불능의 변화를 일으켜 사용할 수 없게 된다.

 

이런 중간단계의 상이는 공존물질의 영향을 받을 뿐아니라, 그 온도로 유지되는 시간과 이력의 영향도 받으므로 평가가 어려우며, 연속사용의 온도상한으로서는 적점인 70~80˚C 이하를 취하는 것이 보통이다. 내열성을 개량하기 위해 고온용 그리스에는 콤플렉스 비누와 비누계의 증주제가 사용되지만, 그 물질자체의 내열성과는 별도로 상호 결합 상태의 변화가 일어나 연화(軟化)되거나 경화(硬化)되거나 하는일이 있기 때문에 주의가 필요하다.

물론 장기에 걸친 사용에서는 물리적변화 외에 성분의 화학적변화에 의한 열화가 진행된다. 특히 기유의 열화수명이 중요하지만 증주제가 산화의 촉매가 되는 일이 많으므로 오일 단독으로 사용할 경우보다 수명이 짧은 것이 보통이다. 고온으로 장기간 사용하는 것에는 합성계 기유가 사용된다. 또 산화방지제는 윤활유의 경우와 같이 유효하다.

이와 같이 그리스의 내열성과 열화수명은 물리적 · 화학적 변화가 조합되어 복잡하므로 적점과 산화안정도 뿐만 아니라, 베어링시험 등에서 종합적으로 성능을 평가하는 것이 필요하다.

 

4. 그리스의 저온 사용한계

 

저온에서는 기유의 점도가 그리스의 유동특성을 지배하게 된다. 그러나 전단속도가 작은 점에서는 非뉴턴성도 남으므로 유동특성의 측정치에 대한 고찰이 필요하게 된다.

또 베어링에 있어서 저온시동토크는 미끄럼베어링의 경우, 회전 2중원통점도계라 생각하여 계산한 결과를 거의 적용할 수 있다. 구름베어링에서도 시동시에 그리스가 충만해 있을 대는 그리스의 유동 특성, 특히 저온에서 기유점도에 의한 영향이 크다.

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