น้ำมันหล่อลื่นพื้นฐาน ( Base Oils )

น้ำมันหล่อลื่นที่มีคุณภาพดีมักจะมีองค์ประกอบที่สำคัญ 2 อย่างคือ

1. น้ำมันหล่อลื่นพื้นฐาน (Basic Oils)
2. สารเพิ่มคุณภาพ (Additives) ในชนิดปริมาณที่เหมาะสมกับงาน

 
น้ำมันหล่อพื้นฐานที่ใช้อยู่มี 3 ประเภทได้แก่ น้ำมันพืชหรือสัตว์ น้ำมันแร่ และน้ำมันสังเคราะห์ แต่ส่วนใหญ่แล้วจตะใช่น้ำมันแร่เพราะมีคุณภาพดีเพียงพอและราคาถูก น้ำมันชนิดอื่นจะใช้ในงานที่ต้องการคุณสมบัติพิเศษ ๆ บางอย่างเท่านั้น

1.น้ำมันพืชหรือน้ำมันสัตว์ (Vegetable or Animal Oils)ในสมัยก่อนมีการใช้ในงานหลายอย่าง แต่เนื้องจากน้ำมันพืชหรือน้ำมันสัตว์ที่ได้จากธรรมชาติมักมีความอยู่ตัวทางเคมีต่ำ เกิดเสื่อมสภาพได้ง่ายในคณะใช้งาน จึงต้องผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณภาพ ซึ่งราคาก็จะแพงขึ้นมาก จึงหมดความนิยมไป น้ำมันพืชที่คุ้นเคยได้แก่ น้ำมันละหุ่ง น้ำมันปาล์ม น้ำมันสัตว์ที่เคยใช้กันได้แก่น้ำมันหมู น้ำมันปลา ปัจจุบันมีการใช้น้ำมันพืชหรือสัตว์เป็นน้ำมันพื้นฐานน้อยมาก และใช้เฉพาะในงานหล่อลื่นที่ทำมาจากน้ำมันปิโตเลียม เช่น เพื่อเพิ่มความลื่นและความสามารถในการเข้ากับน้ำ เป็นต้น

2.น้ำมันแร่ (Mineral Oils) เป็นน้ำมันพื้นฐานที่ใช้กันมากที่สุดเพราะนอกจากคุณภาพดีแล้วราคายังถูกด้วย น้ำมันแร่ได้จากการเอาส่วนที่อยู่ก้นหอกลั่นบรรยากาศมาผ่านขบวนการกลั่นภายใต้สูญญากาศแยกเอาน้ำมันหล่อลื่นชนิดใสและชนิดข้นออกมา ที่เหลือเป็นกากก็นำไปผลิตยางมะตอย ชนิดและปริมาณของน้ำมันแร่ที่แยกออกมาได้ขึ้นอยู่กับชนิดของน้ำมันดิบที่นำมากลั่น น้ำมันดิบบางอย่างก็ไม่เหมาะที่จะมาผลิดน้ำมันแร่ น้ำมันแร่ที่ได้จากการกลั่นแยกภายใต้สุญญากาศนี้ ปกติจะยังมีคุณภาพที่ไม่ดีพอที่จะนำมาใช้ผลิตน้ำมันหล่อลื่นต้องผ่านกระบวนการต่างๆเพื่อขจัดเอาสารที่ไม่ต้องการออก เพื่อให้มีความอยู่ตัวเชิงเคมีและเชิงความร้อนดี น้ำมันแร่ที่นำมาใช้ทำน้ำมันหล่อลื่นแบ่งความดัชนีความหนืด ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงความหนืดตามอุณหภูมิแบ่งออกเป็น 3 ประเภทได้แก่ ประเภทที่มีดัชชีความหนืดสูง กลาง และต่ำ น้ำมันแร่ที่มีดัชนีความหนืดสูงได้มาจากการกลั่นน้ำมันดิบประเภทแนฟทานิก (Naphthenic)

3. น้ำมันสังเคาระห์ (Synthetic Oils) เป็นน้ำมันที่สังเคราะห์ขึ้นโดยขบวนการทางเคมี วัสดุเริ่มต้นที่ใช้มักจะมาจากน้ำมันปิโตรเลียม น้ำมันสังเคราะห์ที่ใช้กันมีอยู่หลายชนิดแต่ราคาค่อนข้างแพง ในปัจจุบันใช้เป็นน้ำมันหล่อลื่นพื้นฐานเฉพาะในงานพิเศษที่ต้องการคุณสมบัติด้านดัชนีความหนืดสูง จุดไหลเทต่ำและมีการระเหยต่ำ เป็นต้น น้ำมันสังเคราะห์ที่ใช้กันมากมี 
-Polyalphaolefins (PAO) ซึ่งมีดัชนีความหนืดสูงมาก มีจุดไหลเทต่ำมาก มีการระเหยต่ำ และมีความต้านทานต่อปฎิกริยาออกซิเดชั่นดี เริ่มใช้กันมากขึ้นเพราะ ราคาเริ่มถูกลงและผลิตได้ง่าย 
-พวก Esters ทั้งพวก Diester และ Complex Ester ใช้เป็น น้ำมันพื้นฐานในงานที่ต้องประสบกับสภาวะ อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงมาก ๆ เช่น น้ำมันเทอร์ไบน์ของเครื่องยนต์ไอพ่น พวก Esters มีดัชนีความหนืดสูงมากมีการระเหยตัวต่ำและมีความอยู่ตัวดี Phosphate Esters ก็ใช้ทำพวกน้ำมันไฮดรอลิคที่ไม่ติดไฟ
               - พวก Polyglcols มีจุดเดือดสูงและจุดไหลเทต่ำ ใช้ในงานที่มีอุณหภูมิสูง เช่น ใช้ทำน้ำมันเบรกและน้ำมันไฮดรอลิคไม่ติดไฟ 
               - พวก Silicone ใช้ในงานอุณหภูมิสูง
               - พวก Halogenated Hydrocarbon เช่น  Chlorofluorocarbons ใช้ทำน้ำมันเครื่องอัดออกซิเจน เพราะมีความอยู่ตัวทางเคมีและความร้อนดีมาก
               - พวก Polypheny Ethers มีความอยู่ตัวทางความร้อนสูงมาก มีความต้านทานต่อรังสีนิวเคลียร์ใช้ในงานที่อุณหภูมิสูงถึง 500 c เช่น เป็นน้ำมันไฮดรอลิคในยานอวกาศ

สารเพิ่มคุณภาพ (Additives)
                เครื่องจักรกลและเครื่องยนต์ในปัจจุบันได้รับการออกแบบให้มีขนาดเล็กลง ทำงานเร็วขึ้นและภาระน้ำมันก็สูงขึ้น น้ำมันหล่อลื่นในเครื่องจักรเครื่องยนต์ดังกล่าวมักต้องประสบกับสภาวะด้านอุณหภูมิ ความเครียด และภาระน้ำหนักสูง น้ำมันหล่อลื่นพื้นฐานล้วน ๆ มักจะยังมีคุณภาพดีไม่เพียงพอที่จะทำหน้าที่ต่าง ๆ ให้ได้ครบถ้วนโดยมีอายุการใช้งานที่ยื่นนานตามสมควร ดังนั้นจึงต้องมีการเติมสารในปริมาณที่พอดี เพื่อเพิ่มคุณสมบัติทั้งมนด้านเคมีและกายภาพของน้ำมันหล่อลื่นพื้นฐานให้ดีเหมาะสมกับงานที่ต้องการ สารเพิ่มคุณภาพมีอยู่มากมายหลายชนิดและประเภท แต่ที่ใช้กันมากได้แก่
                -สารต้านปฏิกิริยาออกซิเดชั่น
                -สารป้องกันการสึกหรอ
                -สารป้องกันสนิม
                -สารป้องกันฟอง
                -สารรับแรงกดสูง
                -สารเพิ่มดัชนีความหนืด
                -สารชะล้าง/กระจายสิ่งสกปรก
                -สารเพิ่มความเป็นด่าง

                น้ำมันหล่อลื่นมักจะผลิตขึ้นมาเพื่อใช้งานเฉพาะอย่าง เช่น น้ำมันเครื่องยนต์ น้ำมันเครื่องยนต์ น้ำมันเกียร์ น้ำมันไฮดริค เป็นต้น ในการที่จะผลิตน้ำมันหล่อลื่นชนิดหนึ่งขึ้นมานั้น จะมีการพิจารณาถึงหน้าที่ที่น้ำมันหล่อลื่นนั้นจะต้องกระทำ และสภาวะต่าง ๆ ที่น้ำมันหล่อลื่นนั้นต้องประสบในขณะทำงานหล่อลื่น จากนั้นจึงสามารถกำหนดคุณสมบัติของน้ำมันหล่อลื่นที่ต้องการ แล้วจึงเลือกสรรน้ำมันหล่อลื่นพื้นฐาน และชนิด/ปริมาณของสารเพิ่มคุณภาพที่เหมาะสมกับงานที่ต้องการ น้ำมันหล่อลื่นแต่ละชนิดจึงใช้น้ำมันพื้นฐานชนิดและปริมาณของสารเพิ่มคุณภาพไม่เหมือนกัน
                สารเพิ่มคุณภาพต่าง ๆ ที่เติมในน้ำหล่อลื่นนั้น ส่วนใหญ่แล้วเป็นสารเคมีซึ่งปกติจะมีความเป็นกรดอ่อนหรือด่างอ่อนที่เป็นกลางก็มีอยู่บ้าง ความซับซ้อนในการออกสูตรน้ำมันหล่อลื่นอยู่ตรงที่การเลือกสรรสารเพิ่มคุณภาพชนิดต่าง ๆ ที่จะต้องมาอยู่ด้วยกันไม่เกิดปฏิกริยาเคมีต่อกัน และบางครั้งก็ช่วยเสริมคุณสมบัติซึ่งกันและกัน ดังนั้นการนำน้ำมันต่างชนิดกันมาผสมหรือใช้ปะปนกัน จึงเป็นสิ่งที่ไม่ควรกระทำ เพราะมีความเสี่ยงที่สารเคมีเพิ่มคุณภาพในน้ำมันทั้งสองชนิดนั้นเกิดทำปฏิกิริยาต่อกันตกตะกอนและเสื่อมคุณสมบัติไปได้ นอกจากจะได้มีการทดสอบอย่างแน่ชัดแล้วว่าน้ำมันทั้งสองสามารถเข้ากันได้
 

คุณสมบัติที่สำคัญของน้ำมันหล่อลื่น

               1. ความหนืด – ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับการหล่อลื่นนั้น ความหนืดเป็นคุณสมบัติพื้นฐานที่สำคัญที่สุดที่จะไปพิจารณาเป็นอย่างแรกในการเลือกใช้น้ำมันหล่อลื่นให้เหมาะกับงาน น้ำมันที่มีความหนืดต่ำจะให้ฟิลม์หล่อลื่นที่บางทำให้ไม่สามารถรับภาระน้ำหนักได้มาก แต่สามารถแทรกตัวไปตามส่วนต่าง ๆ  ที่ต้องการหล่อลื่นได้อย่างรวจเร็วและระบายความร้อนได้ดี ส่วนน้ำมันที่มีความหนืดสูงจะให้ฟิล์มหล่อลื่นที่หนาจึงสามารถรับแรงกดได้ดีกว่า แต่จะต้องเสียพลังงานในการเฉือนฟิล์มน้ำมันมากขึ้นและระบายความร้อนได้ช้า ความหนืดจะมีค่าแปรเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิของน้ำมันกล่าวคือหนืดมากเมื่ออุณหภูมิลดลง และหนืดน้อยลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น วิธีการวัดความหนืดทำโดยการจับเวลาที่น้ำมันปริมาณหนึ่งหน่อยไหลผ่านรูหลอดแก้วของเครื่องวัดความหนืด (Viscometer) ภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่ถูกควบคุมให้คงที่ ค่าความหนืดที่นิยมใช้กันแพร่หลายมากที่สุดในปัจจุบันได้แก่ค่าความหนืดคิเนแมติก (Kinematic Viscosity) ที่มีหน่วยเป็นเซ็นติสโตก (cSt)

               2. ดัชนีความหนืด – ตัวเลขที่ใช้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความหนืดของน้ำมันหล่อลื่นกับอุณหภูมิโดยการเปลี่ยบเทียบกับน้ำมันมาตรฐาน น้ำมันที่มีค่าดัชนความหนืดสูงจะมีค่าความหนืดเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนไปน้อยกว่าน้ำมันที่มีค่าดัชนีความหนืดต่ำ

               3. จุดไหลเท – เมื่ออุณหภูมิของน้ำมันลดต่ำลงความหนืดหรือความต้านทานการไหลของน้ำมันจะเพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ จนในที่สุดน้ำมันจะหยุดไหล อุณหภูมิสูงสุดที่น้ำมันเริ่มหยุดไหลเรียกว่า “จุดไหลเท” น้ำมันหล่อลื่นที่ได้มาจากน้ำมันดิบประเภทพาราฟินนิก จะมีจุดไหลเทกว่าน้ำมันหล่อลื่นที่ได้จากน้ำมันดิบประเภทเนฟทานิก เนื่องจากมีส่วนประกอบของไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลประเภทที่ทำให้เกิดไขสูง

                4. จุดวาบไฟ – อุณหภูมิต่ำที่น้ำมันจะต้องถูกทำให้ร้อนขึ้นจนไอของน้ำมันระเหยออกมามากเพียงพอที่จะติดไฟ ซึ่งในการประเมิณถึงความเหมาะสมของน้ำมันหล่อลื่นในด้านความปลอดภัยสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง