Effektivare smörjmedel med hjälp av sågspån

oljig mätare
Foto: Shane Gorski, via Flickr (licenserad under CC BY-ND 2.0 licens)

Det går inte bra att cykla utan att olja kedjan! Likaså kan man inte heller kapa, svarva, skära metall eller pressa plåt utan smörjmedel. Förr flödade den miljö- och hälsofarliga smörjoljan i de mekaniska verkstäderna, men nu finns tekniken för en snålare användning.

Mineraloljorna kan på sikt också bytas mot vegetabiliska oljor. Utmaningen är, enligt Oleksandr Gutnichenko och Lanny Kirkhorn vid Lunds universitet, att göra de nya smörjmedlen ännu effektivare än de gamla. Och till sin hjälp tar de sågspån!

Alla plåtdelar i exempelvis en bil produceras av tunna plåtskivor som skärs till, smörjs in, läggs i en form och pressas till rätt utseende. Efter pressningen är alla delar klibbiga av smörjmedlet och måste rengöras innan lackering. Det klibbiga smörjmedlet används för att minska friktionen när ytor är i kontakt under rörelse vid bearbetning av metaller och för att kyla ner processen. Förr fanns den svarta smörjoljan överallt i verkstäderna, på maskinen, i luften, på händerna…

Farliga tillsatser

– Jag har sett maskiner där man har sprutat på 50 liter olja-vattenblandning per minut, smörjmedel som även innehöll olika farliga tillsatser, berättar Oleksandr Gutnichenko vid avdelningen för Industriell produktion. Att spruta på massor med sådan olja i skärmaskiner eller i pressformarna är hälsovådligt och kan leda till astma, allergier och andra hudproblem.

I dag syns inte oljan på samma sätt i industriernas verkstadshallar, men man använder fortfarande flytande smörjmedel, ofta mineralolja (från fossil olja) blandat med vatten. Och smörjmedlen innehåller fortfarande många olika mer eller mindre farliga tillsatser som ska förbättra smörjning och kylning.

Sågspån förbättrar

– Under de senaste 20 åren har strategin varit att minska mängden olja bland annat genom att installera system som kallas MQL (Minimum quantity lubrication). Man har även börjat ersätta den farliga mineraloljan med vegetabiliska oljor, tex rapsolja, berättar Lanny Kirkhorn, kollega till Oleksandr Gutnichenk, som tillägger:

– Forskarna använder en förnybar restprodukt som sågspån för att förbättra rapsolja som smörjmedel och därmed underlätta för verkstadsindustrin att gå över från mineraloljor till att använda vegetabiliska oljor.

Vi utgår från en träråvara som sågspån.

– Om vi ersätter dagens metoder med MQL och smörjmedel baserat på rapsolja har vi redan kommit långt med att ta bort många farliga komponenter. I dagsläget är dock ett av problemen att många industrier inte vill byta metod och investera i ny teknologi på grund av att de har en väl inkörd smörjprocess som fungerar trots att det finns negativa effekter.

sågspån
Forskarna använder en förnybar restprodukt som sågspån för att förbättra rapsolja som smörjmedel och därmed underlätta för verkstadsindustrin att gå över från mineraloljor till att använda vegetabiliska oljor. Foto: Shutterstock
Forskarna använder en förnybar restprodukt som sågspån för att förbättra rapsolja som smörjmedel och därmed underlätta för verkstadsindustrin att gå över från mineraloljor till att använda vegetabiliska oljor. Foto: Shutterstock

Grafit är nyckeln

Oleksandr Gutnichenko och Lanny Kirkhorn försöker nu göra rapssmörjmedlet effektivare än dagens farliga smörjmedel genom att ta fram ofarliga tillsatser som kan förbättra smörjprestanda, vilket minskar energiåtgången och verktygsslitaget ytterligare.

De har idag tagit fram ett nano-grafitpulver som upplandat i vatten kan tillföras rapsoljan.

– Grafit, förklarar Oleksandr Gutnichenko, är en typ av kol med kristallin struktur uppbyggd av nano-tunna skikt. Dessa mjuka flagor passar in mellan två ytor av olika material och fungerar i sig som smörjmedel exempelvis i samband med smide eller formpressning av plåt.

I deras försök har grafittillsatsen visat sig reducera friktionen upp till 25 procent. Nu ska detta testas i industriell produktion, men Oleksandr Gutnichenko vet redan att det inte fungerar vid alla typer av produktion.

– Även om grafitflagorna är nano-tunna, så är de för breda för att passa in i skärningszoner vid skärande bearbetning av metall. För det behövs ännu mindre partiklar.

Eftersom det är svårt och energikrävande att slå sönder grafit i än mindre bitar så har Oleksandr Gutnichenkos kommit fram till en annan lösning som involverar sågspån.

Mindre än nano

– Vi utgår från en träråvara som sågspån. Sågspånet värms först för att bli av med vatten, oljor med flera oönskade ämnen. Efter det fortsätter vi att värma sågspånet i olika processer och till slut får vi fram små kristaller av grafit men även så kallat amorft kol (kolpartiklar med svaga strukturer). Sedan kan vi skala av grafiten i nano-tunna flagor och även förstöra de svaga amorfa kol-materialet så att det bildas nanokolpartiklar som är ännu mindre än nano-grafiten.

På så sätt kan man alltså använda en förnybar restprodukt som sågspån för att förbättra rapsolja som smörjmedel och därmed underlätta för verkstadsindustrin att gå över från mineraloljor till att använda vegetabiliska oljor.

 

Mer om projektet

Målet med Oleksandr Gutnichenkos projekt är att forskningen ska resultera i nya effektiva och miljövänliga kyl- och smörjmedel för tillämpningar inom skärande bearbetning, plåtformning och smide.

Användningen av smörjmedlet kommer inledningsvis att kombineras med teknikerna MQL (Minimum quantity lubrication) och ultrahögtryckskylning. Med MQL kan man minska användningen av smörjmedel från ett flöde av 50 liter vattenblandad olja per minut till en sprayning av 15 milliliter olja per timme.

Företag som är engagerade i projektet är: Svenska Tanso AB, AB Karl Hedin och Willo AB, samt företaget Accu Svenska AB som tillverkar MQL-utrustningen och förser projektet med smörjolja baserat på rapsolja.