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기술지식/기계가공기술

그리스(구리스) 기술자료

노구라 2010.11.04 12:59

  그리이스는 기유(액상윤활제; 광유 및 합성유)에 증주제를 분산시킨 상온에서 반고체 또는 고체상의 윤활제이다. 그리이스가 윤활제로서 사용될 때, 많은 경우에 있어서 그리이스는 마치 오일과 같이 작용을 하게 된다. 그리이스는 윤활유와 마찬가지로 움직이는 두표면사이에서 유막을 형성하여 금속대 금속의 접촉을 방지하므로써 마찰을 방지해 준다. 하지만 그리이스는 넣어둔 그 자리에 그대로 남아있는 장점이 있다. 그리이스는 윤활유와는 달리 기계장치로부터 새어 나가거나 윤활 표면으로부터 흘러내리려는 경향이 적다. 일반적으로 그리이스에 비해 윤활유가 더 좋은 윤활제로 여겨지고 있지만 경제성 및 운전의 용이성 등이 감안되는 많은 윤활조건하에서는 오히려 그리이스가 윤활유 보다도 더 나은 윤활제이다. 윤활유를 사용한 윤활에 있어서는 물이나 먼지와 같은 오염물질의 침입 및 생산품의 오염을 발생시킬 수 있는 누유를 방지하기 위하여 밀봉재를 사용하여야 한다.


그리이스의 장점
  (1)윤활유에 비하여 비산(飛散)이나 유출(流出)이 적으므로 급유회수가 줄어들며, 최소한의 양을 사용하여야 하므로 경제적이다.
(밀봉형 베어링의 경우에는 그 베어링의 교환 시기까지 그리이스의 재보충 없이 사용이 가능하며, 그리이스의 과충진은 오히려 윤활에 좋지 않은 영향을 미친다.)
(2)그리이스 자신이 밀봉효과를 가지므로 물이나 먼지 등 오염물질로 부터의 침입을 방지할 수 있으므로 밀봉(seal)의 구조를 간단히 할 수 있다.
(3)순환 펌프 등의 급유 시스템이 필요치 않으므로 기계의 설치비용이 저렴하다.
(4)사용용도 범위가 크므로 한가지의 그리이스로서 비교적 여러 온도조건을 만족시킬 수 있다.
(5)저속회전, 고하중(高荷重), 충격하중이 가해지는 윤활조건 및 습동부에서도 양호한 윤활성능을 가진다.
(6)장기간 운전되는 윤활부위에도 유막(油膜)을 보존하여 녹이나 부식을 방지한다.
(7)이유황 몰리브덴(MoS2)이나 흑연(Graphite)과 같은 고체 첨가제가 윤활유에서와 같이 침강되지 않고 고루 분산될 수 있어 사용이 용이하다.
(8)누유가 염려되는 윤활개소에 적당하며, 특히 섬유공업, 식품공업이나 식품 포장용기 제조 산업과 같이 누유가  치명적인 산업에 매우 중요하다.


그리이스의 단점
  (1)급유, 그리이스의 교환, 세정 등의 취급이 윤활유에 비하여 다소 까다롭다
(2)물이나 먼지 등의 이물질이 혼입된 경우에 제거가 거의 불가능하다.
(3)냉각효과가 작아서 교반저항에 따른 발열이 일반적으로 크다.
(따라서 그리이스는 최소량을 사용하여야 하며, 과충진을 피해야 한다.)
(4)오일 윤활에 비하여 세부(細部) 윤활이 잘 되지 않는다.
(5)회전속도에 제한을 받으며, 특히 고속으로 회전되는 경우에 더욱 심하다.
(6)유격이 좁고 속도가 빠른 미끄럼 베어링에는 부적합 하다.
(7)윤활유에 비하여 첨가제의 농도가 높다.
(8)그리이스 윤활에서는 그리이스의 열화나 연마성 오염 물질의 축적이 국부적으로 발생되므로 최적 교환시기를 결정하기가 어렵다.


그리이스의 성분
  그리이스의 주성분은 윤활의 주체가 되는 기유(基油: Base Oil)와 그리이스의 특성을 결정하는 증주제(Thickener 또는 Gelling agent)그리고 그리이스의 제반 성능을 향상시키기 위한 각종 성능 첨가제(Performance additives)의 세가지로 크게 나눌 수 있으며, 다음과 같다.


 


기유
  기유는 그리이스에서 실제로 윤활을 하는 주체로서 그리이스 전체 조성 중 약 80-90%를 차지하고 있으므로 용도에 따른 기유의 종류나 점도의 선정은 매우 중요하다. 기유에는 크게 광유(鑛油)계와 합성유(合成油)계가 있으며, 우선 광유계로서는 용도에 따라 저점도의 것으로부터 고점도의 것에 이르기까지 널리 사용되며, 광유의 구성성분에 따라 파라핀계 기유와 나프텐계 기유로 나눌 수 있고 두 종류의 기유는 각각 그 특성이 다르므로 용도에 따라 혼합하여 사용하기도 한다. 또한 광유는 가격이 비교적 저렴하여 그리이스 제조에 가장 많이 사용된다. 윤활유에 의한 윤활에서와 마찬가지로 일반적으로 고하중, 저속, 고온 윤활개소에는 고점도의 기유가 사용되며, 경하중, 고속, 저온 윤활개소에는 저점도의 기유가 사용된다. 합성유는 초저온, 초고온 또는 광범위한 온도조건 그리고 빠른 속도와 정밀성이 요구되는 항공기, 정밀기계, 광학기계 등의 특수용도에 주로 사용되며, 가격은 매우 비싸다. 합성유로서는 주로 에스테르(Ester)계, 폴리알파올레핀(P.A.O:Poly Alpha Oleffin)계, 실리콘(Silicone)계오일이 주로 사용된다.그리이스의 제반 성능을 향상시키기 위한 각종 성능 첨가제(Performance additives)의 세가지로 크게 나눌 수 있으며, 다음과 같다.

 


 

증주제
  증주제는 그리이스의 특성을 결정짓는 중요한 요소이며, 그리이스의 주도는 곧 증주제의 양에 따라 달라진다. 증주제는 금속비누기(Metallic soap),무기계비(非) 비누기(Inorganic non-soap) 그리고 유기계비(非) 비누기(Organic non-soap)로 대별 할 수 있으나 대부분의 그리이스는 금속비누기 그리이스이며, 비 비누기 그리이스는 주로 고온 등의 특수한 목적으로 사용된다.

 1. 금속비누(Metallic soap)증주제
유지류(油脂類)와 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 수산화물을 검화(비누화) 반응을 시켜 제조한 것이다. 유지류는 일반적으로 채취된 것을 그대로 사용하지 않고 탈색, 탈취, 수소첨가 등의 처리를 하거나 또는 가수분해를 하여 지방산 형태로 사용된다. 유지류 및 금속화합물류도 기유와 같이 그리이스의 용도 특성에 따라 구분하여 사용되고 있으며, 각 성분 및 함량에 따라서 내수성, 내열성, 점착성 등 그리이스로서의 특성이 결정된다.

2. 비(非) 비누기(Non-soap)증주제
단지 주도를 증가시키기 위하여 사용되는 경우와 그 자체에 윤활능력이 있는 고체 윤활제의 역할을 하는 것으로 대별할 수 있다. 주도를 증가시키기 위해 사용되는 증주제는 다시 무기질의 비비누기 증주제와 유기질의 비비누기 증주제로 나눌 수 있다. 무기 증주제의 대표적인 것으로는 실리카 겔, 벤토나이트 등이며, 유기 증주제의 대표적인 것은 폴리우레아와 소디움텔레프타라메이트 등이 있다. 자체로 윤활능력을 가진 고체 윤활제로서 증주제로 사용되는 것은 주로 그라파이트(Graphite:흑연), 이유황 몰리브덴(Molybdenum Disulphide 또는 MoS2), 산화아연, 분말아연, 산화마그네슘, 텅스텐 등이 있으며, 이들은 주로 고열 등의 특수한 용도로 사용된다.

 


첨가제
  그리이스는 첨가제를 사용하지 않은 상태에서도 윤활작용을 할 수가 있으나 그리이스의 성능을 더욱 높이고 사용자의 요구 성능을 충족시키기 위하여 각종 성능향상 첨가제를 사용하고 있다. 이 첨가제들은 그리이스의 물리적인 성능뿐만 아니라 화학적인 성능도 향상시켜 주며, 그리이스의 수명을 연장시켜주고, 윤활되는 금속재질에 대한 마모, 부식 및 녹 발생 등의 손상을 최소화 시켜준다. 그리이스에 사용되는 첨가제로 대표적인 것은  아래와 같다.

산화방지제
그리이스는 탄소와 수소를 주성분으로 하는 전형적인 탄화수소 화합물이며, 사용되는 동안 공기중의 산소와 접촉하게 되고 또한 운전중에 발생되는 열에 의하여 산화되기 쉽다. 산화를 일으키는 주요 원인은 사용온도, 사용환경이며, 그리이스 주변의 각종 금속이온들은 산화를 촉진하는 촉매로 작용하게 된다. 그리이스가 산화를 받게 되면 화학적인 변화와 물리적인 변화를 가져오게 된다. 그리이스가 산화되면 우선 화학적인 변화로서 산성물질의 생성과 고분자 불용해분의 증가가 발생되고, 물리적인 변화로 변색(變色)과 주도의 변화를 일으키며, 산화가 더욱 진행되면 슬러지의 생성, 유용성(油溶性:Oil soluble)산성물의 증가 등으로 마침내 그리이스로서의 기능은 잃어버리게 된다. 따라서 그리이스가 가능한 한 산화를 적게 받도록 하거나, 산화시간을 지연시켜 장기간 사용할 수 있도록 하기 위하여 산화방지제를 사용한다. 산화방지제는 주로 페놀(Phenol)계, 아민(Amine)계의 화합물 및 이들의 유기 금속화합물이 주로 사용된다.

마모방지제
가장 이상적인 윤활상태는 마찰되는 금속사이에 충분한 두께의 유막을 형성하여 마찰과 마모를 방지해 주는 것이지만 실질적인 윤활상태에서는 발생되는 열과 하중에 의해 유막이 매우 얇아져 경계윤활 상태에 이르게 된다. 이때 금속과 금속의 직접적인 접촉을 방지하기 위하여 마모방지제를 사용하게 되며, 마모방지제는 알콜(Alcohol)類나 지방산(Fatty acid)類 같은 비교적 분자간의 고리가 긴 유기화학물질로 되어 있다. 마모방지제는 금속표면에 흡착(吸着)하여 마치 탄화수소의 고리가 표면에 수직으로 배열된 것과 같은 모양으로 얇은 코팅막을 형성하여, 이 막으로서 금속대 금속의 직접적인 접촉을 방지해 주게 되지만 매우 극심한 하중이 가해지게 되면 이 막은 파괴가 되고 따라서 극압첨가제의 사용이 필요하게 된다.

녹 및 부식방지제(Rust and Corrosion Inhibitor)
녹은 산소와 물이 화학반응에 의해서 금속표면에 생성된 산화물과 수산화물의 혼합물이고 때에 따라서는 이것에 공기중의 탄산가스에 의한 탄산염이 함유되기도 한다. 일반적으로 녹은 수분접촉이 많은 운전조건이나 저온으로 운전되는 경우에 발생된다. 녹은 대체적으로 철의 경우에는 적색, 동의 경우에는 녹청색, 알루미늄이나 아연 등에서는 백색으로 나타난다 . 녹/부식 방지제는 첨가제 분자의 극성기에 의하여 오일-금속계면에 있어서 금속표면에 흡착하여 보호피막을 형성하므로서 수분이나 산성물질등이 금속표면에 부착되어 녹을 발생시키지 못하도록 하는 역할을 한다.

극압첨가제(Extreme Pressure Additive)
금속의 마찰면에 많은 하중이 가해져 마찰열이 높아지게 되면 오일의 막(유막)만으로는 윤활작용을 지속할 수 없어 금속대 금속의 접촉이 발생되는 경계윤활 및 극압윤활 상태에 이르게 된다. 이때 그리이스에 황(S),인(P) 또는 황-인(S-P)화합물 등의 화학첨가제 또는 납(Pb), 몰리브데늄(Mo)등의 금속성 극압첨가제를 첨가하게 되면 마찰면의 마모나 소부(燒付:타서 눌러붙는 현상)를 방지할 수 있다. 극압첨가제가 첨가된 그리이스를 흔히 EP 그리이스라고 부르며, 극압첨가제는 금속마찰부위의 요철면에서 윤활막이 파단되어 금속대 금속의 접촉이 일어날 때 국부적으로 금속융착에 의한 발열로 금속표면과 화학적으로 반응하여 금속 무기화학물의 피막을 빠른 속도로 그 속에 형성하므로 마모와 소부를 방지하게 된다.

고체첨가제(Solid Additive)
고체 첨가제는 증주제로서의 역할도 겸하며, 동시에 극심한 하중이 주어지는 윤활조건하에서의 극압 첨가제로서도 사용이 된다. 특히 고온, 고하중의 윤활조건에서 윤활유분이 유출 또는 증발되어도 그 고체 입자에 의해서 고체윤활을 지속할 수 있는 첨가제이며, 이유황 몰리브덴(MoS2), 흑연(Graphite)등이  주로 사용된다.

기타첨가제
활성을 향상시켜주는 유성향상제(Oiliness improver), 그리이스의 구조를 안정하게 유지시켜주는 구조안정제(Structure stabilizer)그리고 그리이스의 비산을 방지하고 부착력을 향상시켜주는 점착성향상제(Tackiness additive)등이 있으며, 이 이외에도 사용 목적이나 용도에 따라 여러 가지의 첨가제를 사용할 수 있다.

 

 

출처:액슨모빌

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