گریدهای روغن پایه و کاربردهای آنها

روغن پایه یکی از حیاتی‌ترین فرآورده‌های نفتی است که به عنوان جزء اصلی (معمولاً 75% تا 99%) در فرمولاسیون انواع روانکارها به کار می‌رود. روانکارها مواد ضروری هستند که برای کاهش اصطکاک و سایش بین سطوح متحرک در ماشین‌آلات طراحی شده‌اند و عمر تجهیزات را افزایش داده و کارایی را بهبود می‌بخشند. در حالی که فرآورده‌های نفتی مانند گازوئیل، بنزین و نفت سفید عمدتاً به عنوان سوخت استفاده می‌شوند، روغن پایه ستون فقرات عملکردی تقریباً همه سیالات روانکاری صنعتی و خودرویی است. درک صحیح از گریدهای روغن پایه که توسط موسسه نفت آمریکا (API) طبقه‌بندی شده‌اند، برای انتخاب روانکار مناسب در هر کاربردی ضروری است.

روغن پایه چیست؟

روغن پایه یک فراورده تصفیه شده است که از نفت خام به دست می‌آید (به استثنای روغن‌های سنتتیک گروه 4 و برخی روغن‌های گروه 5). این ماده جزء مایعی است که پس از حذف مشتقات سبک‌تر، مانند بنزین و نفت سفید، در طی فرآیند تصفیه باقی می‌ماند. کیفیت نهایی روغن پایه به شدت به روش تصفیه بستگی دارد؛ هدفی که حذف ترکیبات نامطلوب مانند واکس‌ها و ناخالصی‌ها، به ویژه آنهایی که حاوی گوگرد هستند، است. محصول نهایی بر اساس پارامترهای کلیدی از جمله شاخص گرانروی (VI)، سطح اشباع و محتوای گوگرد مشخص می‌شود که طبقه‌بندی آن را در یکی از پنج گروه API تعیین می‌کند.

فرمول شیمیایی روغن پایه

روغن پایه عمدتاً مخلوط پیچیده‌ای از هیدروکربن‌ها است و نه یک موجودیت شیمیایی واحد، بنابراین فرمول شیمیایی ساده و ثابتی مانند H2 O ندارد.

• روغن پایه معدنی (گروه‌های I، II، III): اینها عمدتاً از هیدروکربن‌های اشباع تشکیل شده‌اند که زنجیره‌های بلند (پارافینی) یا حلقه‌های (نفتنی) اتم‌های کربن و هیدروژن هستند. فرمول تجربی کلی برای یک آلکان (نوعی پارافین) Cn H(2n+2) است، اما مولکول‌های خاص در روغن پایه بسیار بزرگ‌تر هستند و تعداد کربن n معمولاً در محدوده C 18 تا C 40 قرار دارد.

• روغن پایه سنتتیک (گروه IV): روغن پایه گروه 4 (PAO) از مولکول‌های کوچک‌تر و یکنواخت (آلفا اولفین‌ها) سنتز می‌شود که ساختار بسیار پایداری را فراهم می‌کند.

طبقه‌بندی گروه‌های روغن پایه API

سیستم طبقه‌بندی API، روغن‌های پایه را بر اساس سطح تصفیه، اشباع، محتوای گوگرد و شاخص گرانروی (VI) به پنج گروه اصلی تقسیم می‌کند.

روغن پایه گروه 1

• تولید: تصفیه با حلال (Solvent Refining).

• ویژگی‌ها: اشباع کمتر از 90%، گوگرد بیشتر از 0.03%، VI بین 80 تا 120.

• کاربرد: کاربردهای صنعتی عمومی، روغن‌های موتور قدیمی و به عنوان جزئی در روانکارهای ارزان‌تر. شامل گریدهای رایج مانند SN 150 و Bright Stock.

روغن پایه گروه 2

• تولید: هیدروکراکینگ (Hydrocracking).

• ویژگی‌ها: اشباع بیشتر از 90%، گوگرد کمتر از 0.03%، VI بین $80$ تا $120$ (اغلب بالای $100$).

• کاربرد: روغن‌های موتور معمولی و نیمه سنتتیک مدرن. پایداری اکسیداسیون و عملکرد بهتری نسبت به روغن پایه گروه 1 ارائه می‌دهد.

روغن پایه گروه 3

• تولید: هیدروکراکینگ شدید و هیدروایزومریزاسیون.

• ویژگی‌ها: اشباع بیشتر از 90%، گوگرد کمتر از 0.03%، VI بالای 120.

• کاربرد: برای فرمولاسیون روغن‌های سنتتیک یا نیمه سنتتیک با کارایی بالا به دلیل پایداری حرارتی و اکسیداسیون عالی استفاده می‌شود.

روغن پایه گروه 4

• تولید: سنتز شیمیایی (پلی آلفا اولفین‌ها یا PAO).

• ویژگی‌ها: کاملاً سنتتیک، VI بالا (معمولاً 125 تا 200)، عملکرد عالی در دماهای شدید (بسیار گرم یا بسیار سرد).

• کاربرد: روغن‌های موتور سنتتیک سطح بالا، روغن‌های مسابقه‌ای و روانکارها برای شرایط عملیاتی سخت.

روغن پایه گروه 5

• تولید: متنوع، بسته به نوع (مانند استریفیکاسیون برای استرها).

• ویژگی‌ها: شامل تمام روغن‌های پایه‌ای است که در هیچ یک از گروه‌های I-IV قرار نمی‌گیرند، مانند استرها، پلی آلکیلن گلیکول‌ها (PAGs) و روغن‌های نفتنی.

• کاربرد: کاربردهای تخصصی (مانند هوانوردی، تبرید) و به عنوان مواد افزودنی برای بهبود عملکرد سایر روغن‌های پایه.

بهترین انواع روغن پایه

یک روغن پایه “بهترین” مطلق وجود ندارد؛ بهترین انتخاب کاملاً به کاربرد بستگی دارد:

• برای عملکرد شدید (دمای بالا/پایین): روغن پایه گروه 4 (PAO) و برخی روغن پایه گروه 5 تخصصی (مانند استرها) به دلیل ساختار مولکولی سفارشی و پایداری برتر هستند.

• برای استفاده خودرویی مدرن: روغن پایه گروه 3 بهترین تعادل VI بالا، پایداری حرارتی و مقرون به صرفه بودن را برای بیشتر روغن‌های موتور سنتتیک مدرن ارائه می‌دهد.

• برای مصارف صنعتی حساس به هزینه: روغن پایه گروه 2 اغلب به روغن پایه گروه 1 ترجیح داده می‌شود زیرا پایداری اکسیداسیون و خلوص بهتری را با افزایش حاشیه‌ای هزینه فراهم می‌کند. روغن پایه گروه 1 عموماً کمترین کیفیت را دارد.

ارزیابی کیفیت: تفاوت ظاهری و آزمایشگاهی

تفاوت بین یک روغن پایه با کیفیت و یک روغن پایه با کیفیت پایین، هم در مشاهده ساده و هم در آزمایش‌های دقیق آزمایشگاهی مشهود است.

نتیجه‌گیری

روغن پایه، به عنوان یک مشتق حیاتی از نفت خام و یک فرآورده نفتی اصلی، برای دنیای روانکاری امری اساسی است. سیستم طبقه‌بندی API، که از روغن پایه گروه 1 با تصفیه کمتر تا روغن پایه گروه 4 با عملکرد بالا و روغن پایه گروه 5 تخصصی را در بر می‌گیرد، صنعت روانکار را هدایت می‌کند. گرایش به سمت روغن‌های پایه مدرن و بسیار تصفیه‌شده (روغن پایه گروه 2 و روغن پایه گروه 3) نشان‌دهنده نیاز صنعت به پایداری حرارتی افزایش‌یافته و کاهش ناخالصی‌ها است که راه را برای روانکارهای با عملکرد بهتر و افزایش عمر ماشین‌آلات هموار می‌کند. درک خواص هر گروه برای به حداکثر رساندن کارایی در بخش‌های خودرویی و صنعتی ضروری است.

سوالات متداول (FAQ)

۱. روغن پایه چیست و چرا اهمیت دارد؟

روغن پایه بخش اصلی (حدود ۷۵ تا ۹۹ درصد) روانکارها را تشکیل می‌دهد و برای کاهش اصطکاک و سایش بین قطعات متحرک ماشین‌آلات استفاده می‌شود. کیفیت و نوع روغن پایه مستقیماً بر عملکرد نهایی روانکار و طول عمر تجهیزات تأثیر می‌گذارد.

۲. API روغن‌های پایه را چگونه طبقه‌بندی می‌کند؟

موسسه نفت آمریکا (API) روغن‌های پایه را بر اساس سه پارامتر اصلی (درجه اشباع، محتوای گوگرد و شاخص گرانروی) به پنج گروه اصلی (I، II، III، IV و V) طبقه‌بندی می‌کند.

۳. تفاوت اصلی بین روغن‌های پایه گروه I، II و III چیست؟

• گروه I: کمترین میزان پالایش، گوگرد بالا، شاخص گرانروی بین ۸۰ تا ۱۲۰. برای کاربردهای عمومی و کم‌هزینه.
• گروه II: پالایش بیشتر (هیدروکراکینگ)، گوگرد پایین، شاخص گرانروی معمولاً بالای ۱۰۰. پایداری اکسیداسیون بهتر و کیفیت بالاتر.
• گروه III: بیشترین میزان پالایش (هیدروکراکینگ شدید)، گوگرد بسیار پایین، شاخص گرانروی بالای ۱۲۰. پایداری حرارتی و اکسیداسیون عالی، مناسب برای روغن‌های موتور سینتتیک با کیفیت بالا.

۴. روغن پایه گروه IV و V چه ویژگی‌هایی دارند؟

• گروه IV: روغن‌های کاملاً سینتتیک (PAO) با شاخص گرانروی بالا (۱۲۵ تا ۲۰۰). پایداری عالی در دماهای بسیار بالا و پایین، مناسب برای کاربردهای فوق‌العاده با عملکرد بالا.
• گروه V: شامل تمام روغن‌هایی است که در گروه‌های دیگر قرار نمی‌گیرند، مانند استرها، PAGها و روغن‌های نفتنیک. دارای خواص متنوع و برای کاربردهای تخصصی یا به عنوان افزودنی استفاده می‌شوند.

۵. آیا روغن خوراکی از روغن پایه تولید می‌شود؟

خیر، روغن خوراکی از روغن پایه تولید نمی‌شود. روغن پایه از پالایش نفت خام به دست می‌آید و برای مصارف صنعتی و روانکاری استفاده می‌شود. روغن‌های خوراکی از منابع گیاهی (مانند آفتابگردان، زیتون، سویا) یا حیوانی (مانند چربی‌های حیوانی) به دست می‌آیند و فرآیندهای پالایشی کاملاً متفاوتی برای مصارف غذایی دارند.

۶. بهترین نوع روغن پایه کدام نوع است؟

“بهترین” نوع روغن پایه وجود ندارد؛ بهترین نوع بستگی به کاربرد خاص دارد. برای کاربردهای عمومی و مقرون‌به‌صرفه، گروه I یا II مناسب است. برای روغن‌های موتور پیشرفته و کارکرد در دماهای بالا و پایین، گروه III یا IV (سینتتیک) بهترین عملکرد را دارند. گروه V نیز برای خواص بسیار تخصصی به کار می‌رود. انتخاب صحیح بر اساس نیازهای تجهیزات و شرایط عملیاتی تعیین می‌شود.

۷. آیا از روغن پایه برای ماساژ استفاده می‌شود؟

بستگی به نوع روغن پایه دارد، اما به طور کلی روغن پایه صنعتی برای ماساژ مناسب نیست. برخی از “روغن‌های سفید” که زیرمجموعه‌ای از روغن‌های پایه گروه V (نفتنیک) هستند و درجه خلوص بسیار بالایی دارند و برای مصارف دارویی و آرایشی (مانند روغن بچه یا لوسیون‌ها) استفاده می‌شوند، ممکن است به عنوان پایه برای روغن‌های ماساژ استفاده شوند. با این حال، روغن‌های پایه معمولی صنعتی حاوی ناخالصی‌هایی هستند که می‌توانند برای پوست مضر باشند و هرگز نباید برای ماساژ مستقیم استفاده شوند.