รอบรู้เรื่องอุตสาหกรรม ตอน จาระบี 

จาระบี (Grease) เป็นวัสดุในงานอุตสาหกรรมที่เราต่างรู้จักกันเป็นอย่างดี แต่จะมีสักกี่คนที่จะให้ความสนใจถึงชนิดต่าง ๆ ของจาระบี และรู้จักเลือกใช้ให้เหมาะสมกับงาน เพราะในความเป็นจริงนั้นจาระบี แบ่งออกเป็นหลายชนิดตามวัตถุดิบที่สร้าง และผลิตออกมาให้เหมาะกับการใช้งานต่าง ๆ กัน การเลือกใช้ให้ถูกต้องจะช่วยให้เครื่องมือ/เครื่องจักรของเรามีอายุการใช้ งานยาวนาน และไม่ต้องคอยซ่อมบำรุงกันอยู่บ่อย ๆ

จาระบีคืออะไร ?

จาระบีมีหน้าตาดังแสดงในรูปที่ 1 เป็นสารกึ่งของเหลว/กึ่งของแข็ง โดยเป็นสารผสมระหว่างน้ำมันหล่อลื่น (Fluid Lubricant), สารทำให้เข้มข้น (Thicker) และสารเติม (Additives)

น้ำมัน หล่อลื่น ที่นำมาผสมเป็นจาระบี อาจเป็นได้ทั้งน้ำมันปิโตรเลียม (Petroleum), น้ำมันสังเคราะห์ (Synthetic Oil) หรือน้ำมันพืช (Vegetable) ส่วนสารทำให้เข้มข้นนั้นจะช่วยให้จาระบีมีคุณลักษณะที่เหนียว และมีโครงสร้างวัสดุที่ดูเป็นเส้นใย 3 มิติ หรือเป็นเหมือนก้อนฟองน้ำที่ดูดซับและชุ่มไปด้วยน้ำมัน

สารทำให้เข้ม ข้นได้แก่ สบู่, สารอินทรีย์ หรือสารอนินทรีย์ที่ไม่ใช่สบู่ ทั้งนี้จาระบีส่วนใหญ่ในท้องตลาดเป็นสารประกอบที่ผลิตจากน้ำมันจากแร่ ผสมกับสารทำให้เข้มข้นที่เป็นสบู่ ในขณะที่สารเติมที่กล่าวถึงในตอนต้นนั้นจะใส่เข้าไปเพื่อเพิ่มคุณสมบัติ พิเศษให้จาระบี และป้องกันเนื้อจาระบี

การใช้งานจาระบี

จาระบี จะทำหน้าที่เกาะติด และรักษาพื้นผิวที่มีการเคลื่อนที่ ไม่ให้น้ำหนัก, แรงจากการหมุน หรือแรงจากการเสียดสีทำให้หน้าสัมผัสเกิดความเสียหาย และข้อกำหนดหลักของจาระบีในทางปฏิบัติก็คือจะต้องรักษาคุณสมบัติของเฉพาะตัว เอาไว้ให้ได้แม้ว่าอุณหภูมิแวดล้อมจะสูงขึ้น ข้อควรจำอย่างแรกก็คือ จาระบีและน้ำมันหล่อลื่นไม่สามารถใช้แทนกันได้ น้ำมันหล่อลื่นจะถูกใช้ในงานหล่อลื่นเครื่องจักรกลซึ่งมีการระบุใช้กับน้ำมันหล่อลื่นตามคุณสมบัติที่กำหนดเอาไว้เท่านั้น 
เราจะใช้จาระบีก็ต่อเมื่อในทางปฏิบัตินั้นไม่สะดวกที่จะใช้น้ำมันหล่อลื่น และ เราควรใช้จาระบีในลักษณะงานต่อไปนี้

1. เครื่องจักรที่ทำงานไม่ต่อเนื่อง หรือเครื่องจักรที่ต้องถูกเก็บไว้เป็นเวลานาน ๆ เพราะชั้นฟิล์มหล่อลื่นของจาระบีจะช่วยรักษาชิ้นส่วนเคลื่อนที่ของเครื่อง จักรเอาไว้
2. เครื่องจักรที่ผู้ใช้ไม่สะดวกที่จะใส่น้ำมันหล่อลื่นได้บ่อย ๆ หรือใส่น้ำมันหล่อลื่นได้ยาก เช่น ในตำแหน่งที่คับแคบ และเข้าถึงได้ยาก
3. เครื่องจักรที่ทำงานในสภาวะหนัก เช่นอุณหภูมิสูง, ความดันสูง, แรงสั่นสะเทือนมาก หรือเครื่องจักรความเร็วรอบต่ำแต่โหลดหนัก ๆ เป็นต้น เพราะภายใต้สภาวะดังกล่าว
จาระบีจะเป็นเหมือนเบาะรองที่มีความหนาให้กับหน้าสัมผัส ช่วยให้เกิดการหล่อลื่นได้ดี 
ในขณะที่ถ้าเป็นน้ำมันหล่อลื่นนั้นชั้นรองจะบางเกินไปและเกิดแยกตัวออกได้
4. ชิ้นส่วน หรือเครื่องจักรเก่า เพราะจาระบีจะช่วยลดช่องว่างของชิ้นส่วนที่มีการเคลื่อนที่ของเครื่องจักร ให้น้อยลง ช่วยยืดอายุของเครื่องจักรเก่าซึ่งเคยใช้น้ำมันเป็นสารหล่อลื่นมาก่อน และจาระบียังช่วยลดเสียงดังรบกวนที่เกิดจากการเสียดสีของเครื่องจักรเก่า ด้วย

คุณสมบัติในการทำงานของจาระบี

1. จาระบีจะต้องเป็นเหมือนสารผนึกที่ช่วยลดรอยรั่ว หรือช่องว่าง และป้องกันชิ้นส่วนจากวัตถุเจือปน และฝุ่นละออง 
2. จาระบีต้องมีความง่ายในการใช้กว่าน้ำมันหล่อลื่น เพราะการหล่อลื่นด้วยน้ำมันต้องอาศัยระบบและอุปกรณ์ที่มีราคาแพง
3. จาระบีจะต้องยึดจับของแข็งที่เป็นสารแขวนลอย ในขณะที่ถ้าเป็นน้ำมันหล่อลื่นสารแขวนลอยจะกระจายตัวในน้ำมัน
4. ระดับของเหลวไม่ต้องควบคุม หรือต้องคอยตรวจสอบ

ข้อด้อยของจาระบี
1.มีคุณสมบัติในการถ่ายเทความร้อนต่ำ เนื่องจากความเหนียวของจาระบีทำให้การนำพาความร้อนไม่สามารถทำได้เหมือนน้ำมัน
2.ความ ต้านทานต่อการเคลื่อนที่ ในช่วงการเริ่มเดินเครื่องจักร (Start-up) จาระบีจะสร้างแรงต้านการเคลื่อนที่ ดังนั้นจาระบีอาจไม่เหมาะกับงานที่มีแรงบิดต่ำแต่ความเร็วรอบสูง
3.ชำระล้างหรือถ่ายเทออกยากกว่าน้ำมันและระดับที่แท้จริงของการใส่จาระบีก็ยากที่จะวัดค่าออกมา                    

คุณลักษณะเฉพาะของจาระบี
- ความหนืด เมื่อเริ่มเดินเครื่องจักรจาระบีจะมีความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ของเครื่อง จักร แต่พอความเร็วสูงขึ้นการต้านทานของจาระบีจะน้อยลง ซึ่งคุณลักษณะนี้เรียกว่าความหนืด เมื่อเปรียบเทียบกับกรณีของน้ำมันนั้นจะต่างกัน เพราะน้ำมันที่อุณหภูมิคงที่จะมีระดับความหนืดเท่าเดิมทั้งในช่วงการเริ่ม เดิน และช่วงการทำงานของเครื่องจักร สำหรับจาระบีความหนืดที่เกิดเป็นความหนืดปรากฏ (Apparent Viscosity) 

 - การแตกซึม (Bleeding) เป็นสภาวะที่ของเหลวแยกตัวออกจากสารทำให้เข้มข้น (Thicker) สภาวะนี้เกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิการใช้งานสูง และอาจเกิดขึ้นเมื่อมีการจัดเก็บจาระบีเอาไว้เป็นเวลานาน ๆ โดยไม่ได้ใช้ เมื่อจาระบีถูกสูบผ่านท่อในระบบหล่อลื่นจะเกิดแรงต้านการไหลขึ้น ซึ่งต่างจากกรณีของน้ำมันที่จะไหลได้อย่างต่อเนื่อง

 - ความเหนียวแน่น (Consistency) และหมายเลข NLGI คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของจาระบีก็คือความเหนียวแน่น เพราะจาระบีที่แข็งเกินไปจะไม่สามารถถูกป้อนเข้าไปยังบริเวณที่ต้องการหล่อ ลื่นได้โดยง่าย ในขณะที่ถ้าจาระบีเหลวมากเกินไปก็จะเกิดการรั่วซึมได้ ความเหนียวแน่นของจาระบีขึ้นอยู่กับชนิด, ขึ้นอยู่สารทำให้เข้มข้นที่ใช้ และยังขึ้นอยู่กับความหนืดของน้ำมันที่ใช้ผลิตจาระบีนั้น ๆ อีกด้วย โดยสรุปแล้วความเหนียวแน่นของจาระบีก็คือค่าความต้านทานของจาระบีต่อการ เปลี่ยนรูปเมื่อมีแรงมาทำต่อจาระบีนั่นเอง 

ค่าความเหนียวแน่นของ จาระบีได้มีการกำหนดเป็นหมายเลขแสดงระดับความเหนียวแน่น โดยสถาบันจาระบีหล่อลื่นแห่งชาติสหรัฐ ฯ (National Lubricating Grease Institute) กำหนดเป็นหมายเลข NLGI ตั้งแต่หมายเลข 000 ถึง 6 ดังแสดงในตารางที่ 1 แสดงระดับความเหนียวแน่นของจาระบีซึ่งได้ หมายเลขนี้ได้จากการทดสอบด้วยการวางกรวยน้ำหนักที่ทราบค่าบนจาระบีแล้ววัด ระดับการจมลึกลงในเนื้อจาระบีในเวลา 5 วินาที ที่ระดับอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส

- คุณลักษณะการดักจับฝุ่นผง จาระบีจะเป็นตัวยึดเกาะฝุ่นผงเอาไว้ที่ผิวเนื้อด้านนอกของจาระบี ซึ่งคุณลักษณะนี้จะช่วยป้องกันฝุ่นผง ซึ่งอาจเป็นเศษโลหะไปทำให้บริเวณใช้งานเกิดการสึกหรอได้ อย่างไรก็ตามถ้าฝุ่นผงมากเกินไป มันก็จะจมลงในเนื้อจาระบีและเข้าไปถึงพื้นผิวหล่อลื่นจนกลายเป็นการเร่งให้ เกิดการสึกหรอเร็วขึ้นกว่าที่ควร

- การกัดกร่อน และความต้านทานสนิม คุณลักษณะนี้หมายถึงความสามารถของจาระบีในการปกป้องพื้นผิวโลหะจากการกัด กร่อนของสารเคมี ทั้งนี้ความต้านทานสารเคมีโดยธรรมชาติของจาระบีจะขึ้นอยู่กับชนิดของสารทำ ให้เข้มข้นที่นำมาผลิตจาระบี ความต้านทานต่อการกัดกร่อนอาจเพิ่มขึ้นได้โดยการเติมสารยับยั้งการกัดกร่อน และยับยั้งสนิม

- จุดหยดตัว (Dropping Point) จุดหยดตัวเป็นตัวชี้ระดับความต้านทานความร้อนของจาระบี ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นเกินระดับที่กำหนดแล้วจาระบีก็จะหลอมละลายเป็นของเหลว และสูญเสียค่าความเหนียวแน่นไป จุดหยดตัวจึงเป็นระดับอุณหภูมิที่ทำให้จาระบีเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวเพียง พอที่จะทำให้เกิดเป็นหยดได้ แม้ว่าจุดหยดตัวเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิใช้งานของจาระบี แต่เราไม่ควรอย่างยิ่งที่จะใช้งานจาระบีในย่านอุณหภูมิหยดตัว จาระบีหลายชนิดที่เมื่อหลอมละลายในระดับอุณหภูมิหยดตัวแล้ว จะกลับสู่สภาพปกติได้เมื่ออุณหภูมิเย็นลง

- การระเหย (Evaporation) ระดับอุณหภูมิของน้ำมันที่ผสมอยู่ในจาระบีจะระเหยที่ระดับ 177องศาเซลเซียส ดังนั้นถ้าอัตราการระเหยมากขึ้นจาระบีก็จะแข็งตัวมากขึ้น เนื่องจากความเข้มข้นของสารทำให้เข้มข้นมีมากขึ้น เหตุการณ์นี้ทำให้เราก็ต้องคอยใส่จาระบีบ่อยขึ้น

- เสถียรภาพออกซิเดชั่น เป็นความสามารถของจาระบีในการต้านทานผลที่เกิดจากการทำปฏิกิริยาระหว่างสาร เคมีกับออกซิเจน เพราะการเกิดออกซิเดชั่นจะทำให้เกิดคราบสกปรกหรือเกิดเป็นตะกอนแข็ง เป็นสาเหตุให้หน้าสัมผัสหล่อลื่นเกิดการสึกหรอได้ 

- ความสามารถในการสูบ (Pumpability) และความสามารถในการป้อน (Feedability) ความ สามารถในการสูบ เป็นคุณลักษณะของจาระบีที่จะถูกสูบ หรือถูกอัดเข้าสู่ระบบการหล่อลื่น ทั้งนี้ในทางปฏิบัติอาจหมายถึงความง่ายที่จะทำให้จาระบีที่มีความดันสูงผ่าน เข้าไปยังส่วนของท่อ, น็อตเซิล, หรือข้อต่อต่าง ๆ ของระบบป้อนกระจายจาระบี (Grease-Dispensing System) ในขณะที่ความสามารถในการป้อน หมายถึงความสามารถที่จาระบีจะถูกดูดเข้าไปในปั๊มอัด ทั้งนี้จาระบีที่มีเนื้อสารแบบเส้นใยเหนียวนั้นมีความสามารถในการป้อนสูง แต่มีความสามารถในการสูบต่ำ หรือถ้าเป็นจาระบีที่มีเนื้อสารเหมือนเนย ก็จะมีความสามารถในการสูบดี แต่มีความสามารถในการป้อนต่ำ

- ความมีเสถียรภาพจากการถูกตัดเฉือน ความเหนี่ยวแน่นของจาระบีอาจเปลี่ยนแปลงเมื่อนำไปใช้งานซึ่งต้องมีการตัด เฉือนระหว่างหน้าสัมผัสเคลื่อนที่ ความมีเสถียรภาพจากการถูกตัดเฉือนจึงเป็นความสามารถของจาระบีที่จะรักษา ระดับของความเหนี่ยวแน่นได้เมื่อถูกตัดเฉือน

- ผลกระทบจากอุณหภูมิสูง อุณหภูมิสูงจะสร้างความเสียหายให้กับจาระบีมากกว่าน้ำมันหล่อลื่น ทั้งนี้เนื่องจากจาระบีจะไม่สามารถกระจายความร้อนด้วยการพาความร้อนเหมือน กับน้ำมัน นอกจากนี้จาระบียังไม่สามารถถ่ายเทความร้อนได้อีกด้วย ผลก็คือทำให้ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นถูกเร่ง เมื่ออุณหภูมิสูงจาระบีจะละลายและไหลออกจากบริเวณที่ต้องให้การหล่อลื่น นอกจากนี้จาระบีที่ละลายอาจเกิดการวาบไฟ หรือเผาไหม้ขึ้นมาได้หากอุณหภูมิสูงกว่า 177 องศาเซลเซียส

- ผลกระทบจากอุณหภูมิต่ำ ถ้าอุณหภูมิต่ำมากเกินไปจาระบีจะมีมีความหนืดมากขึ้น ทำให้เปลี่ยนรูปเป็นจาระบีที่แข็งมากขึ้นจนส่งผลต่อประสิทธิภาพการหล่อลื่น ทำให้แรงบิด และกำลังขับของเครื่องจักรเปลี่ยนไป และอุณหภูมิต่ำมากจนทำให้เกิดสภาวะเช่นนี้สามารถตรวจสอบได้จากคู่มือหรือ ฉลากของ ผลิตภัณฑ์                                                                                                                                   

- ความต้านทานน้ำ เป็นความสามารถของจาระบีที่จะคงทนต่อผลกระทบจากน้ำได้โดยไม่มีการเปลี่ยน ความสามารถในการเป็นสารหล่อลื่น จาระบีที่ต้านทานน้ำได้จะช่วยให้พื้นผิวลดโอกาสที่จะเกิดสนิมได้อีกด้วย

การเลือกใช้จาระบี
          เมื่อจะเลือกใช้จาระบี สิ่งที่ต้องพิจารราเป็นหลักก็คือการกำหนดคุณสมบัติที่ต้องการของงานนั้น ๆ เพื่อที่จะเลือกจาระบีให้เหมาะกับงาน ดังแสดงในตารางที่ 2 เป็นแนวทางการเลือกใช้จาระบีให้เหมาะกับงานต่าง ๆ ในตารางนี้แสดงจาระบีชนิดที่ใช้กันโดยทั่วไป 10 ชนิด พร้อมทั้งข้อมูลคุณสมบัติทั่ว ๆ ไป, พิกัดอุณหภูมิ และหลักในการใช้ (ข้อมูลในตารางได้มาจาก NLGI Lubricating Grease Guild, 4th Ed.)