윤활유

요약 기계의 마찰면에 생기는 마찰력을 줄이거나 마찰면에서 발생하는 마찰열을 분산시킬 목적으로 사용하는 유상물질(油狀物質)로 주로 석탄계 광물유가 쓰인다. 기본적으로 필요한 성질은 사용온도에 적당한 점성(粘性)을 유지할 것, 안정한 유막을 형성할 것, 열과 산화에 대해 안정도가 높을 것 등이다.

주로 석탄계 광물유가 쓰이며 동식물성유·합성유 그리고 이들을 광물유와 배합한 배합유 등도 쓰인다. 윤활을 필요로 하는 기계 요소가 여러 가지이고 기계가 작동하는 조건도 많기 때문에 윤활유의 종류가 매우 많으며 품질도 각양각색이다.

기본적으로 필요한 성질은 ① 사용온도에 적당한 점성(粘性)을 유지하는 동시에 사용온도가 변해도 급격히 점도가 변하지 않는 성질(점성지수가 크다), ② 경계윤활 상태에서도 안정한 유막을 형성하는 성질(유성이 크다), ③ 윤활 성능과 직접 관계는 없으나 열과 산화에 대해 안정도가 높을 것 등이다. 가장 대량으로 사용되는 석유계 윤활유 제조법을 예로 들면, 저점도 윤활유 원료는 끓는점이 약 300∼600℃인 탄화수소가 사용된다. 즉, 원유의 상압증류로 얻어지는 연료용 경유보다 끓는점이 약간 높은 유분(溜分)에서 감압증류로 얻어지는 중질경유 및 탈랍용 유출유(脫蠟用溜出油)에서 납을 분리한 잔유 등을 원료유로 한다.

이들 원료유 중에는 황·산소·질소 등의 화합물이나 미량의 중금속화합물이 혼입되어 윤활유로 사용될 때 금속 마찰면을 부식시키거나 윤활유 자체를 빨리 열화(劣化)시키므로 불순물을 제거하기 위해 여러 가지 정제법이 사용되고 있다. 일반적인 정제법은 황산세정과 백토처리(白土處理)이다. 원료유를 황산과 접촉시킴으로써 불포화물이나 수지질(樹脂質)의 형으로 존재하는 불순물을 황산피치로서 침전시켜 제거한다. 한편, 유분은 온탕(溫湯)으로 잔존하는 황산을 세정하고 마무리로서 활성백토 위에 100∼250℃로 접촉시킨다. 백토는 기름 속에 잔존하는 수분·착색성 물질·수지질·아스팔트질 등을 흡착시켜 제거한다. 이 방법은 황과 결합하여 손실되는 부분이 많으므로 최근에는 이것 대신에 소량의 수소를 첨가(수소화 처리)하여 불순물을 제거하게 되었다.

고점도윤활유는 앞의 유출유를 원료로 할 수 없으므로 감압증류 잔유로부터 아스팔트분이나 중금속화합물 등을 용제로 추출·제거한 것을 사용한다. 용제로는 액화 프로페인이 이들 불순물을 선택적으로 용해하므로 널리 사용되고 있다. 이 밖에 저점도에서 고점도에 이르는 고급 윤활유를 만들기 위해 고도의 정제법이 실시되고 있다. 대표적인 것으로는 점도지수 및 안정성을 향상시키기 위해 나프텐계·방향족계 탄화수소 등을 푸르푸랄 등으로 추출제거하는 방법이다. 그리고 파라핀기 원유에서 만든 윤활유에 함유된 납분을 제거하여 유동점(流動點)을 내리는 탈랍법(脫蠟法) 등이 있다. 석유계 광물유만으로 얻을 수 없는 고도의 성상을 가진 윤활유를 만들기 위해 윤활유에 소량의 첨가제를 가하는 것이 보통이며, 용도에 따라서는 윤활유의 수명을 몇 배로 늘일 수도 있다.

주된 첨가제에는 점도지수향상제·유동점 강하제(알킬나프탈린 등)·유성향상제(지방산 등)·극압첨가제(極壓添加劑:유기염산·인·황화합물 등)·산화방지제(페놀·나프톨·아민·황 및 인화합물)·청정제(유기금속염·슬러지 부착 방지)·방청제(防卽劑:석유·설폰산염 등)·소포제(消泡劑:규소유 등)·에멀션화제(乳化劑:증기 실린더유 등에 사용된다) 등과, 성능에는 관계없으나 색상형광개선제(色相螢光改善劑)도 고급 윤활유에 널리 사용되고 있다. 그리고 석유 이외의 윤활유로는 동식물유가 있으며 그대로 쓰거나 광물유와 혼합하여 쓰기도 한다.

근래에는 터보엔진과 같은 기관이 출현하여 이 엔진 윤활에는 극도의 내열내한성이 요구되고 있으며, 이 밖에 과도한 조건하에서도 사용할 수 있는 기름이 필요하여 합성윤활유가 주목을 받고 있다. 주된 것은 다이에스터(이염기산에스터) 및 폴리글리콜유이며 이 외에 실리콘유(폴리메틸실록산)·인산에스터·할로젠화합물·합성탄화수소유 등이 있다. 이들은 저온에서도 유상이며 점도·온도 변화가 적다. 그러나 실리콘유를 제외하면 내열성은 좋지 않다. 실리콘유는 내열성은 있으나 유활성(油滑性)이 부족하다. 이 밖에 유기플루오린화합물은 550℃까지 안정하며 감마성(減摩性)도 있으나 점도·온도 변화가 크다.

윤활유를 용도별로 점도가 낮은 순서에 따라 열거하면 정밀기계유(시계·계측기용), 스핀들유(방적기계의 고속회전부에 쓰이는 스핀들용), 다이너모유(모터·발전기용), 기계유(일반 기계의 베어링용), 터빈유(증기 터빈용), 컴프레서유(기체 압축기의 실린더용), 모터유(모빌유라고도 하며 자동차 엔진 윤활용), 항공윤활유(항공기 피스톤 엔진용), 디젤엔진유(저속·고속 디젤엔진, 가스엔진용으로 인화점이 높다), 머린엔진유(기름 중에 바닷물이 들어갈 우려가 있는 선박용 기관의 고하중을 견디는 고점도윤활유), 차축유(전차 등 큰 하중하에서 충격을 견디어 내는 유성이 뛰어난 고점도윤활유), 실린더유(증기기관 내부용으로 가장 고점도이다) 등이고, 이 밖에 강(鋼)의 담금유·금속 절삭유·금속 방청유·변압기유 등도 있다.

고속화한 제트기·우주로켓 등에는 재래의 광유계 윤활유로는 얻을 수 없는 고도의 성상이 필요하다. 즉, 광범위한 온도조건하에서 점성이 거의 변화하지 않고(점성지수가 매우 높다), 유동점이 낮아야 하며, 열·방사능에 대해 안정해야 한다.