Niekapiący smar w pianie 

Smar w pianie jako technologia smarowania

W technice smarowania, oprócz klasycznych form — olejów, smarów stałych (zawiesiny) czy smarów suchych (suchych filmów) — stosuje się również formę pośrednią: smary pianowe, czyli lubrykantypianowe aplikowane w postaci piany lub piankowej emulsji. Ich celem jest dostarczenie środowiska smarującego w warunkach trudnych dostępu, skomplikowanej geometrii, lub tam, gdzie normalny olej lub smar mógłby kapać lub być w nadmiarze.

„Smar w pianie” stanowi formę zawiesiny mikrocząstek oleju-środka poślizgowego w ciągłej fazie gazowo-płynnej (piana), co umożliwia precyzyjne nanoszenie, przyczepność i ograniczenie strat (kapnięć, odprysków). Kluczowymi zagadnieniami są: stabilność piany, właściwa dystrybucja kropelek oleju w fazie pianowej, zdolność przyczepności (cling) do elementów konstrukcyjnych, oraz późniejsze przekształcenie piany w cienką warstwę płynną, tworzącą film smarny.

Technologia smarowania pianą znajduje zastosowanie m.in. w zakładach przetwórstwa spożywczego, w aplikacjach overhead (czyli nad głowami linii produkcyjnych), w miejscach gdzie smar nie może kapać na produkt, lub tam, gdzie kontakt metal-metal wymaga ochrony, ale klasyczny smar byłby nadmierny lub niewygodny.

Rozważania na temat smarowania pianą omówię na podstawie topowego produktu z tej grupy BDF CLING LUBE Spray firmy JAX.

Zasady konstrukcyjne i mechanizmy działania

Skład chemiczny i fazowa struktura

Smar pianowy składa się z trzech głównych komponentów:

1. Faza nośna / gazowa (powietrze, azot, inny gaz obojętny) — stanowi ciągłą fazę w pianie, w której znajdują się pęcherzyki.
2. Faza ciekła (nośnik oleju lub mieszanka olejowa / emulgator / rozcieńczalnik) — medium przenoszące substancje poślizgowe i dodatki.
3. Dodatki funkcjonalne (antyzużyciowe, EP, antykorozyjne, środki stabilizujące pianę / defoamujące, surfaktanty, środki przeciwmikrobiologiczne).

W uproszczeniu, podczas aplikacji rozpylacza lub systemu pianowego, ciekła faza z dodatkami jest aerozolowana bądź spieniana, tworząc pęcherzyki z cienkimi błonami ciekłymi, które transportują cząsteczki smaru/oleju. Po zetknięciu z powierzchnią elementów maszyny, piana opada, a olej „się osadza” i tworzy film smarny. W idealnej sytuacji piana zapewnia równomierny rozkład i dobrą penetrację, a faza gazowa zanika (ucieka), zostawiając cienką warstwę smarującą.

Trudności konstrukcyjne obejmują:

• optymalny stosunek objętościowy gazu do cieczy (gazowo-płynowy) — zbyt mocno rozwinięta piana (za dużo powietrza) może prowadzić do niestabilności i szybkiego zaniku smarowania,
• dobór surfaktantów/emulgatorów lub środków pianotwórczych, które wspierają stabilność piany, ale nie zakłócają działania dodatków smarnych,
• zapewnienie, że po ustąpieniu piany (po kontakcie z elementem) pozostanie odpowiedni film olejowy o pożądanej grubości i wytrzymałości mechanicznej.

Stabilność piany i zjawisko spienienia

Kluczowym zagadnieniem jest stabilność piany — czyli zdolność pęcherzyków do utrzymania swojej struktury przez określony czas, do momentu zetknięcia się z powierzchnią i utworzenia filmu smarowego. Zbyt szybkie „rozpłynięcie” (koalescencja pęcherzyków) może prowadzić do nierównomiernego rozkładu. Zbyt długotrwała stabilność może utrudniać przekształcenie piany w warstwę olejową lub blokować smarowanie dynamiczne.

Zjawiska fizykochemiczne istotne dla smaru w pianie to:

• napięcie powierzchniowe błon pęcherzyków (im mniejsze, tym łatwiej powstaje piana, ale może być mniej stabilna),
• obecność surfaktantów lub substancji zwiększających lepkość błony pęcherzykowej (np. polimery),
• rozkład rozmiarów pęcherzyków — mniejsze pęcherzyki z grubszej błony mogą być bardziej stabilne, ale trudniej uwalniają fazę olejową,
• zjawisko dyfuzji gazu przez błony, co stopniowo niszczy pęcherzyki,
• działania chemiczne dodatków (np. środki przeciwmikrobiologiczne, środki przeciwutleniające), które mogą wpływać na napięcie powierzchniowe, adsorpcję na interfejsach itp.

W literaturze technicznej często porównuje się pianę do zjawiska pianowania olejów (foam in lubricants) — choć tam piana jest zjawiskiem niepożądanym, to w przypadku smaru pianowego jest zamierzonym efektem, ale z podobnymi ograniczeniami dotyczącymi stabilności i usuwania powietrza.

Przejście od piany do filmu smarowego

Gdy piana zetknie się z powierzchnią elementów maszyny (np. łańcuchy, prowadnice, zębate), mechaniczne siły (ściskanie, kontakt, grawitacja) powodują pęknięcie błon pęcherzyków i uwolnienie oleju / cieczy smarującej, która następnie rozlewa się lub wypełnia mikropowierzchnię i tworzy film smarny. To właśnie ten końcowy film decyduje o właściwościach smarujących: nośności, grubości, odporności na ścinanie i trwałości.

Jeśli warstwa filmowa jest zbyt cienka lub nieciągła, może wystąpić zużycie powierzchni, mikrowscinki (mikrowscinki to mikroskopijne uszkodzenia powierzchni metalu powstające w wyniku tarcia przy niedostatecznym smarowaniu) lub zatarcie.

Dlatego projektując smar w pianie trzeba zapewniać, aby faza ciekła po opuszczeniu piany z podajnika osiągnęła właściwy stosunek masy / objętości i zapewnia właściwości poślizgowe.

Właściwości tribologiczne smaru w pianie i dynamika filmu

Dla filmu smarowego utworzonego z piany obowiązują te same podstawowe zasady tribologii co dla klasycznych olejów i smarów:

• nośność (lub maksymalne ciśnienie ściskające) mierzona np. poprzez testy EP (extreme pressure),
• odporność na udary i obciążenia zmienne,
• lepkość dynamiczna i kinematyczna (jak szybko film reaguje na zmiany reżimu),
• stabilność termiczna i utlenianie,
• odporność na usunięcie z powierzchni (utrzymanie filmu w warunkach kontaktów ślizgowych i drgań).

Ponieważ smar pianowy często działa w ograniczonych reżimach (krótkie impulsy, kontakty przerywane, elementy przesuwne), konieczne jest dobranie dodatków EP, dodatków przeciwzużyciowych, modyfikatorów tarcia (np. związki siarki, fosforu, molibdenu) w taki sposób, by film smarowy powstały po zaniku piany był trwały i odporny mechanicznie.

Zalety, ograniczenia i wyzwania technologiczne

Zalety smaru w pianie

1. Minimalne kapnięcie / brak dripów — dzięki aplikacji w formie piany, ryzyko niekontrolowanego kapania oleju jest ograniczone.

2. Precyzyjne nanoszenie — piana może być nanoszona punktowo, także w trudno dostępnych miejscach.

3. Oszczędność surowca — ponieważ aplikacja może być bardziej wydajna, zużycie oleju może być niższe niż przy klasycznym smarze.

4. Unikanie zanieczyszczenia stref produkcyjnych — istotne np. w przemyśle spożywczym, gdzie nadmiar oleju może kontaminować produkty.

5. Dobra przyczepność (cling) — odpowiednio zaprojektowana piana może utrzymać się nawet w pozycjach poziomych lub odwróconych, zanim przejdzie w film smarowy.

Ograniczenia i wyzwania

1. Trudność w utrzymaniu stabilności piany — zbyt szybka koalescencja pęcherzyków lub zbyt wolny rozpad mogą zaburzyć efekt smarowania.

2. Ograniczenia co do obciążenia i prędkości — cienkie filmy smarowe mogą być mniej efektywne w warunkach wysokich obciążeń lub dużych prędkości styku.

3. Kompatybilność dodatków — surfaktanty, dodatki EP, modyfikatory tarcia i środki ochronne muszą być dobrane tak, by nie zaburzać się nawzajem ani nie wpływać negatywnie na stabilność piany.

4. Koszt i skomplikowanie formulacji — opracowanie stabilnej piany smarującej wymaga zaawansowanej chemii i testów optymalizacyjnych.

5. Starzenie i degradacja — w warunkach eksploatacyjnych piana oraz film smarowy mogą ulegać degradacji chemicznej, utlenianiu czy adsorpcji zanieczyszczeń, co wymaga odpowiednich dodatków antyutleniających i środków filtrujących.

6. Sterowanie mikropowietrzem / rozpraszanie powietrza — obecność powietrza i niewłaściwe uwalnianie pęcherzyków może prowadzić do defektów filmu smarowego, a w skrajnych przypadkach – do zjawiska pionowego „pompowania” powietrzem.

Przykład wzorcowy smar w pianie : BDF CLING LUBE Spray JAX

Charakterystyka produktu jako właściwości bazowe

Produkt JAX BDF Cling-Lube to przemysłowy lubrykant pianowy przeznaczony do zastosowań w zakładach przemysłowych a z racji posiadania atestu NSF H-1 także w zakładach spożywczych. Typowa aplikacji produktu są stosowane tam gdzie smar nie może kapać na produkty.

Do istotnych właściwości tego produktu należą:

• Ekstremalna przyczepność („cling”): został zaprojektowany, by piana przylegała do powierzchni prowadnic, łańcuchów, wózków, poruszających się części — nawet w pozycji pionowej lub nad głową.
• Formuła pianowa (foaming, no-drip, dense foam): produkt ma właściwości spieniania, co pomaga w kontrolowanej aplikacji i zapobiega kapaniu.
• Dodatki EP / antyzużyciowe: produkt zawiera środki ekstremalnego ciśnienia i środki przeciwzużyciowe, by wspierać funkcję smarowania, nawet przy dużych obciążeniach.
• Ochrona przed korozją i środowiskowa trwałość — zawiera dodatki hamujące korozję nawet w warunkach dużej wilgotność .
• Zawartość Micronox® — technologia przeciwdrobnoustrojowa, istotna dla zastosowań w przemyśle spożywczym (redukcja ryzyka mikrobiologicznego).
• Rejestracja NSF H1 — kwalifikuje i umożliwia aby produkt był stosowany także w zakładach spożywczych, tam gdzie przypadkowy kontakt z produktem spożywczym nie powinien stwarzać zagrożenia.
• Bezkapkowa aplikacja — dzięki formule „no drip” (bez kapliwości), zmniejsza ryzyko kapania i skażenia.

Firma JAX opisuje, że produkt był opracowany we współpracy z działami utrzymania linii produkcyjnych w zakładach mięsnych i spożywczych , by sprostać potrzebie smaru, który trzyma się nad powierzchnią, a nie kapie na produkty.

Analiza produktu firmy Jax jako wzorzec

Możemy przeanalizować, jakie cechy sprawiają, że BDF Cling-Lube jest dobrym wzorcem smaru pianowego:

1. Balans piany vs film
   Produkcja gęstej, zwartopianowej piany umożliwia, że produkt może być nanoszony w kontrolowanym sposób, a mimo to przekształca się w film smarowy — kluczowe w formule BDF Cling-Lube. Dzięki temu piana „trzyma się” i nie ścieka, zanim olej zdąży się zaaplikować.
2. Dopasowanie dodatków
   Dodatki EP i antyzużyciowe występują w takiej formie i stężeniu, by nie zakłócać struktury piany, ale by film olejowy działał skutecznie. Dobór konkretnych związków (siarka, fosfor, molibden, itp.) musi być skoordynowany z systemem pianotwórczym.
3. Skuteczna przyczepność i brak kapnięć
   Cechą kluczową przy zastosowaniach nad głową (overhead) jest zdolność do przylegania („cling”) — BDF Cling-Lube spełnia tę funkcję przez utrzymanie piany do momentu, gdy film olejowy może się uformować.
4. Zgodność z wymaganiami sanitarnymi
   Rejestracja NSF H1 oraz ochrona mikrobiologiczna (Micronox®) czynią produkt akceptowalnym także w środowiskach spożywczych. To wymaga, by składniki nie były toksyczne i by były stabilne mikrobiologicznie.
5. Wygodna aplikacja w postaci sprayu/aerosolu
   Format aerozolowy pozwala na aplikację w trudno dostępnych miejscach, tam gdzie ręczne nanoszenie klasycznego smaru byłoby trudne lub ryzykowne.

Możliwe wady i warunki ograniczeń

Nawet produkt smar w pianie tak dopracowany jak BDF Cling-Lube może mieć ograniczenia:

• przy bardzo dużych obciążeniach lub prędkościach styku film może być zbyt cienki, by zapewnić komfortowy margines nośności — wtedy klasyczne smary mogą być lepszym wyborem,
• w warunkach ekstremalnych temperatur (bardzo wysokich lub bardzo niskich) stabilność piany lub trwałość dodatków może być wyzwaniem,
• wymagany jest okres regeneracji / ponownej aplikacji — film smarowy może ulegać zużyciu, a nowa aplikacja pianowa wymaga czystej powierzchni,
• w przypadku zanieczyszczeń, pyłów lub osadów powierzchniowych film może być mniej skuteczny, gdyż cząstki mogą być osadzone razem z olejem,
• koszty — bardziej złożona chemia i opakowania (aerozol) mogą być droższe niż tradycyjne smary.

Zastosowania, kryteria doboru i metody testowania

Typowe obszary zastosowań

Smar w pianie stosuje się wszędzie tam, gdzie klasyczny smar może być problematyczny lub ryzykowny:

• linie produkcyjne w zakładach spożywczych w strefach nad głową (overhead conveyors, wózki, łańcuchy) — aby uniknąć kapania na produkty,
• prowadnice i szyny w konstrukcjach pionowych lub w pozycji odwróconej,
• mechanizmy w ciasnych przestrzeniach, gdzie trudno nanieść pędzlem lub smar stały,
• aplikacje prewencyjne tam, gdzie okresowe smarowanie ma być długotrwałe, ale z minimalnym ryzykiem ściekania,
• sytuacje, gdzie smar musi być szybko aplikowany i odparować fazę gazową, pozostawiając film olejowy.

Kryteria doboru smaru pianowego

Przy wyborze lub projektowaniu takiego smaru należy uwzględnić:

1. Zakres obciążeń i prędkości kontaktów — film smarowy musi sprostać wymaganiom tribologicznym układu.
2. Temperatury pracy — smar pianowy i dodatki muszą być stabilne w zakresie temperatur roboczych.
3. Warunki środowiskowe — wilgoć, zapylenie, chemikalia, czynniki korozyjne – wymagają odpowiednich dodatków.
4. Czas przytrzymania piany (dwell time) — czas, przez który piana musi się utrzymać, zanim przekształci się w film.
5. Kompatybilność materiałowa — z uszczelnieniami, powłokami, materiałami konstrukcyjnymi, by nie występowały reakcje chemiczne lub degradacja.
6. Wymagania sanitarne / regulacyjne — w aplikacjach spożywczych lub medycznych smar musi być dopuszczony do kontaktu z żywnością lub mieć odpowiednie certyfikaty.
7. Częstotliwość regeneracji / aplikacji — w zależności od intensywności eksploatacji.

Metody testowania i oceny

W technice smarowej pianowej stosuje się kombinację metod:

• Testy pianowania (foam tests) — analogiczne do testów pianowania olejów (np. ASTM D892) w celu oceny zdolności do spienienia i stabilności piany.
• Analiza czasu rozkładu piany i koalescencji — pomiar, jak szybko piana się zapada i jak długo utrzymuje się struktura pęcherzyków.
• Testy filmowe — tribologiczne testy tarcia i nośności filmu smarowego uzyskanego po zaniku piany (pin-on-disk, testy EHD, testy EP).
• Badania trwałości chemicznej — starzenie termiczne, utlenianie, analiza zawartości dodatków po cyklach pracy.
• Testy przyczepności / cling — badanie, czy smar pianowy utrzymuje się na powierzchniach w różnych orientacjach (pion, odwrócona, ukośna).
• Eksperymentalne testy polowych warunków — aplikacja w warunkach produkcyjnych i obserwacja trwałości i skuteczności.

Wskazówki praktyczne i perspektywy rozwoju

• Przy opracowaniu smaru pianowego warto prowadzić iteracyjne testy: regulować stosunek gazu do cieczy, modyfikować skład surfaktantów, testować w warunkach skrajnych.
• Integracja z systemami automatycznego smarowania pianowego (spryski, injekcja piany) może zwiększyć efektywność aplikacji.
• Badania nad nowymi surfaktantami, nanocząstkami, mikrokapsułkami czy inteligentnymi dodatkami (np. reagującymi na temperaturę) mogą zwiększyć stabilność i skuteczność pian smarowych.
• Monitorowanie stanu filmu smarowego (np. sensory, pomiary tarcia) może umożliwić adaptacyjną aplikację piany w miarę potrzeb.
• W kontekście zrównoważonego rozwoju, dążyć się może do formulacji biodegradowalnych, bezpiecznych dla zdrowia i środowiska, o odpowiednich certyfikatach.

Jeżeli jesteś zainteresowany smarem w postaci piany to podaj nam co smarujesz i w jakich warunkach a my dobierzemy Ci odpowiedni produkt. Możesz również dobrać sam produkt w naszym sklepie https://sklepsmary.pl/ zadzwonić 601444 149 lub zamówić e-mailem sklep@elub.pl