TERCERA PARTE:
TERCERA PARTE:
La composición química de un lubricante para bicicletas es de importancia fundamental para su capacidad de reducir la fricción o el desgaste. Ya sea que esté formulado para el rendimiento o la durabilidad, la combinación de aceites base y aditivos define qué tan bien un lubricante realiza su tarea.
Bajo la superficie de un lubricante se esconde un mundo de complejidad. La interacción de los componentes químicos se produce a nivel molecular en un mundo invisible para el ojo humano. Las relaciones que comparten, su capacidad de trabajar juntos ("sinérgicos") o de anular el efecto del otro ("antagónicos") son algunos de los numerosos factores que tienen en cuenta los científicos de Muc-Off.
Absorción, viscosidad, lubricidad, solubilidad e incluso volatilidad: éstas y otras innumerables consideraciones son competencia del químico industrial. La temperatura y la presión, la velocidad y la carga, la dureza y el acabado de la superficie son algunos de los factores que pueden afectar al rendimiento del lubricante, ya sea que se mezcle para lograr rendimiento o durabilidad.
Nuestra investigación con el Laboratorio Químico del Gobierno (LGC) y el Laboratorio Nacional de Física (NPL) ha sido fundamental en el desarrollo de un nuevo protocolo para identificar los componentes químicos más utilizados en un proceso logrado con espectrometría de masas de cromatografía de gases (GC/MS) y espectrometría de masas de sonda de análisis de sólidos atmosféricos (ASAP-MS).
El proceso de creación de un nuevo lubricante es una tarea que requiere mucho tiempo. Es necesario seleccionar y probar cada aditivo individualmente para ver no sólo cómo funcionan por sí solos, sino también dentro de la fórmula. Cada aditivo debe probarse varias veces, luego se analizan los datos y se toma una decisión sobre qué probar a continuación. El equipo de I+D debe reformatear el dinamómetro cada vez que cambie un ingrediente. Es un proceso minucioso, pero que proporciona los resultados más completos y, en última instancia, el mejor lubricante posible.
Durante el desarrollo de un lubricante para cadenas, hay una serie de decisiones que deben tomarse con respecto a la fórmula final. Es importante entender que una fórmula puede tener tantos o tan pocos componentes individuales como sea necesario, según los requisitos del lubricante. Por ejemplo, supongamos que desea formular un lubricante para cadenas que sea eficiente y tenga buena durabilidad. Primero, querrá determinar qué tipo de lubricante será: a base de agua o a base de aceite. Independientemente del tipo de lubricante que se elija, habrá una amplia gama de fluidos base que se pueden seleccionar.
Dado que la eficiencia y la durabilidad son los requisitos de rendimiento del lubricante, las propiedades clave que debe tener el lubricante son buenas propiedades antidesgaste y baja fricción. Para lograr esto, deberá seleccionar los productos químicos (aditivos) que serán responsables de mejorar las propiedades de fricción y desgaste. En esencia, deberá seleccionar modificadores de fricción adecuados (para baja fricción) y aditivos antidesgaste (para bajo desgaste). En este escenario, puede utilizar un tipo de modificador de fricción o una combinación de dos o más. Lo mismo puede decirse de los aditivos antidesgaste.
Además de seleccionar el tipo de aditivos que se van a utilizar, se debe tomar otra decisión con respecto a la concentración de los aditivos individuales en la fórmula. Si por suerte el formulador logra determinar la combinación del aditivo con sus concentraciones óptimas, se enfrenta al desafío adicional de la estética del lubricante. Esto incluye aspectos como el color y la fragancia, que en algunos casos pueden ser una necesidad para enmascarar cualquier olor fuerte del aditivo o de la mezcla de aceite base.
Todos los lubricantes están compuestos por un aceite base y aditivos. A veces, se utiliza más de un aceite base. El aceite base siempre ocupa la mayor parte del lubricante. La gama de aceites base que nuestros químicos pueden elegir es amplia. La selección es siempre crítica y depende en gran medida de la experiencia.
La relación entre el aceite base y los aditivos también depende de su finalidad. Mientras que el aceite base tiene la función de lubricar la cadena, los aditivos cumplen funciones específicas. No existe un método teórico para calcular la proporción correcta de aceite base y aditivo. La experiencia del químico es fundamental. Para los menos experimentados, la presencia de sedimentos (aditivos no disueltos) es un signo inequívoco de desequilibrio proporcional.
IPor supuesto, es posible invertir la proporción de aceite base y aditivo y formular un lubricante compuesto únicamente de aditivo. Sin embargo, la verdad del rendimiento de un lubricante reside tanto en su mezcla como en sus componentes.
Un lubricante de alto rendimiento reduce la fricción. Su capacidad para hacerlo depende de la selección cuidadosa de componentes químicos de vanguardia. Los modificadores de fricción son muchos y variados, pero las categorías principales incluyen modificadores de fricción orgánicos, modificadores de fricción poliméricos, partículas micronano y modificadores de fricción de organomolibdeno. Los modificadores de fricción orgánicos se crean típicamente a partir de ácido oleico, oleil amida o ácido esteárico, pero hay más variedades. Estos modificadores de fricción (compuestos químicos) consisten en una cabeza polar y una cola no polar. Las cabezas polares son atraídas por las superficies de fricción reactivas que quedan. Las colas no polares se extienden hacia fuera desde ambas superficies formando un plano de corte de baja fricción donde se encuentran entre sí. Este plano de corte de baja fricción es responsable de la reducción de la fricción.
Los modificadores de fricción poliméricos pueden contener un compuesto de metacrilato de alquilo. Su función y comportamiento cumplen la misma función en un lubricante para bicicletas que un modificador de fricción orgánico: las cabezas polares se adhieren a la superficie del lubricante para formar un plano de corte de baja fricción.
Las nanopartículas, o "micropartículas", son más complejas. Su comportamiento variaría según el tipo. Algunas forman planos de cizallamiento de baja fricción como los descritos anteriormente, mientras que otras, como el PTFE, tienen propiedades intrínsecas de reducción de la fricción derivadas de su capacidad de "rodar" dentro de los contactos. Todas las nanopartículas comparten una propiedad insoluble, lo que significa que se compactan, en lugar de disolverse en el lubricante, o se sedimentan según la densidad y suben a la superficie del lubricante.
Diagrama de modificador de fricción de polímero
Un lubricante formulado para aumentar la durabilidad lo hace reduciendo el desgaste. Las tribopelículas son sólo un método y se forman debido a la presencia de aditivos antidesgaste. Existe otro método que consiste en crear fórmulas con aditivos de alto peso molecular. Estos componentes de "cadena larga" forman estructuras similares a fibras que crean una "segunda superficie", separando las áreas de contacto de la transmisión por sólo unas pocas micras. Un menor contacto, naturalmente, significa un menor desgaste.
Nuestra capacidad para determinar los componentes químicos de los lubricantes más importantes es uno de los logros más importantes de nuestro proyecto de investigación con LGC y NPL: es innovación en su máxima expresión. Los procesos utilizados para aplicar ingeniería inversa a una fórmula química fueron la cromatografía de gases y espectrometría de masas (GC/MS) y la espectrometría de masas con sonda de análisis de sólidos atmosféricos (ASAP-MS).
Como sugiere el nombre, la cromatografía de gases y espectrometría de masas (GC/MS) funciona midiendo el comportamiento del lubricante cuando se calienta hasta su punto de ebullición. Primero se mezcla con un disolvente y se inyecta en la columna de cromatografía de una máquina analítica altamente sofisticada, que también contiene gas, oxígeno o un "enactor" como argón o helio. Al introducir la muestra en la columna, se expulsa el gas.
La espectrometría de masas con sonda para análisis de sólidos atmosféricos (ASAP-MS) es similar al análisis por cromatografía de gases descrito anteriormente, pero se realiza a temperaturas más altas y se utiliza cuando el análisis por cromatografía de gases no ha logrado identificar ciertos componentes químicos. Ambos proporcionan un espectro para el análisis.
Pero no tenemos la necesidad constante de aplicar ingeniería inversa a los productos de nuestros competidores. Una vez que hayamos identificado los componentes químicos más utilizados, podremos ampliar nuestra literatura de pruebas y acelerar el desarrollo de nuestras propias fórmulas.
El alcance de la categoría de lubricantes es enorme. Pocos productos ayudan al ciclista a superar una gama tan amplia de desafíos. La mayoría de los productos para bicicletas sólo resuelven un problema. El lubricante para cadenas puede ser una ayuda para el rendimiento, la durabilidad y la protección, según la fórmula.
Sin embargo, algunos desafíos no se pueden superar con un lubricante. Las rutinas de mantenimiento deficientes, las ineficiencias mecánicas y las condiciones climáticas para las que el lubricante no está optimizado pueden acabar incluso con la fórmula más avanzada. Elige tu lubricante con cuidado y utilízalo como parte de una rutina de mantenimiento regular e integral para obtener el mejor rendimiento.
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