윤활유

Lubricant

윤활제는 상호 접촉하는 표면 간의 마찰을 감소시키는 데 도움이 되는 물질로, 표면이 움직일 때 발생하는 열을 궁극적으로 감소시킵니다.또한 힘을 전달하거나 이물질을 운반하거나 표면을 가열 또는 냉각하는 기능도 있습니다.마찰을 줄이는 특성을 윤활이라고 합니다.

산업 용도 외에도 윤활유는 다양한 용도로 사용됩니다.다른 용도로는 요리(프라이팬에 사용되는 오일과 지방, 음식 고착을 방지하기 위한 제빵), 사람에 대한 생물학적 응용(: 인공 관절용 윤활유), 초음파 검사, 건강 검사 및 성관계 등이 있다.주로 마찰을 줄이고 메커니즘의 더 좋고 효율적인 기능에 기여하기 위해 사용됩니다.

역사

윤활제는 수천 년 동안 사용되어 왔다.칼슘 비누는 기원전 1400년 경의 차축에서 발견되었다.피라미드 시대에 건물 돌들은 기름에 오염된 목재 위에서 미끄러졌다.로마 시대에 윤활유는 동물성 지방뿐만 아니라 올리브 오일과 유채씨 기름을 기반으로 했다.산업 혁명은 금속 기반 기계의 사용과 함께 윤활유의 성장을 가속화했다.처음에는 천연 석유에 의존했지만, 1900년대 초에 석유 기반 물질로 이러한 기계의 필요성이 바뀌었다.Vacuum Oil Company가 설명한 바와 같이 석유의 진공 증류 개발로 획기적인 발전이 이루어졌습니다.이 기술을 통해 많은 [1]윤활유에서 흔히 볼 수 있는 매우 비휘발성 물질을 정화할 수 있었습니다.

특성.

좋은 윤활제는 일반적으로 다음과 같은 특성을 가집니다.

  • 높은 비등점, 낮은 빙점(다양한 온도 범위 내에서 액체를 유지하기 위해)
  • 고점도 지수
  • 열안정성
  • 유압 안정성
  • 디멀티빌리티
  • 부식 방지
  • 높은 내산화성

공식화

일반적으로 윤활제에는 90%의 베이스 오일(대부분의 경우 미네랄 오일이라고 함)과 10% 미만의 첨가제가 포함되어 있습니다.식물성 기름이나 수소화 폴리올레핀, 에스테르, 실리콘, 플루오로카본 등의 합성 액체가 베이스 오일로 사용되기도 한다.첨가제는 마찰 및 마모 감소, 점도 증가, 점도 지수 개선, 내식성 산화성, 노화 또는 오염 등을 제공합니다.

비액상 윤활제로는 분말(건조 흑연, PTFE, 몰리브덴 이황화물, 텅스텐 이황화물 등), 배관, 에어쿠션 등에 사용되는 PTFE 테이프 등이 있습니다.흑연, 몰리브덴 이황화물 및 텅스텐 이황화물과 같은 건식 윤활제도 액체 및 오일 기반 윤활제가 작동할 수 있는 온도(최대 350°C)에서 윤활유를 제공합니다.금속 슬라이딩 시스템에서 수백℃에서 형성되는 압축산화물 유약층의 저마찰 특성에 대한 관심은 제한적이었지만, 그 물리적 불안정성 때문에 아직 실용화되기까지는 수년이 걸린다.

첨가물

윤활유에 성능 특성을 부여하기 위해 많은 첨가제가 사용됩니다.최신 자동차용 윤활유에는 최대 20%의 윤활유로 구성된 10가지 첨가제가 포함되어 있으며,[1] 주요 첨가제 제품군은 다음과 같습니다.

  • 부점억제제는 왁스의 결정화를 방지하는 화합물이다.긴 사슬 알킬벤젠은 왁스의 작은 결정체에 달라붙어 결정 성장을 방해합니다.
  • 발포 방지제는 일반적으로 실리콘 화합물로 표면 장력을 증가시켜 발포 형성을 억제합니다.
  • 점도 지수 향상제(VI)는 윤활유가 고온에서도 점성을 유지할 수 있도록 하는 화합물입니다.전형적인 VII는 폴리아크릴산염부타디엔이다.
  • 항산화제는 윤활제 내의 탄화수소 분자의 산화 분해 속도를 억제한다.저온에서는 예를 들어 부틸화 히드록시톨루엔과 같은 활성기억제제가 사용된다.금속이 산화 과정을 촉매하는 90°C 이상의 온도에서는 디티오포스페이트가 더 유용하다.후자의 경우 첨가제를 금속 비활성화제라고 합니다.
  • 세제는 고온에서 접촉 표면에 침전물이 형성되는 것을 방지하여 엔진 구성 요소의 청결을 보장합니다.
  • 부식 억제제(녹 억제제)는 일반적으로 알킬술폰산염과 같은 알칼리성 물질로 금속 부품을 부식시킬 수 있는 산을 흡수합니다.
  • 마모 방지 첨가제는 금속 부품에 보호용 '트리보필름'을 형성하여 마모를 억제합니다.표면과 결합하는 강도에 따라 두 가지 클래스가 있습니다.인기 있는 예로는 인산 에스테르와 디티오포스페이트 [2]아연이 있다.
  • 극도의 압력(스크러핑 방지) 첨가제는 슬라이딩 금속 부품에 보호막을 형성합니다.이러한 물질은 디티오포스페이트와 같은 황 화합물인 경우가 많습니다.
  • 마찰 수식제는 특히 표면이 [3]직접 접촉하는 경계 윤활 시스템에서 마찰과 마모를 줄여줍니다.

윤활제의 종류

1999년에는 전세계적으로 [4]약 3730만 톤의 윤활유가 소비되었다.전기[5] 자동차를 포함한 자동차 애플리케이션이 우세하지만 다른 산업, 해양 및 금속 작업 애플리케이션도 윤활유의 큰 소비자입니다.공기 및 기타 가스 기반 윤활유가 알려져 있지만(: 유체 베어링), 액체 윤활유가 시장을 지배하고 있으며, 고체 윤활유가 그 뒤를 잇고 있습니다.

윤활제는 일반적으로 대다수의 베이스 오일과 바람직한 특성을 부여하기 위한 다양한 첨가제로 구성됩니다.일반적으로 윤활제는 한 가지 유형의 베이스 오일을 기반으로 하지만 성능 요구 사항을 충족하기 위해 베이스 오일의 혼합물도 사용됩니다.

미네랄 오일

"미네랄 오일"이라는 용어는 원유에서 파생된 윤활 베이스 오일을 지칭하는 데 사용됩니다.미국석유협회(API)는 다음과 같은 여러 종류의 윤활유 기유를 [6]지정하고 있습니다.

용매 추출, 용매 또는 촉매 결로 및 수소 마감 공정에 의해 제조됩니다.I족 공통 베이스 오일은 150SN(용제 중성), 500SN 및 150BS(브라이트 스톡)입니다.
  • 그룹 II – 포화도 > 90%, 황 < 0.03%, SAE 점도 지수 80~120
하이드로 크래킹 및 용매 또는 촉매 결로 공정으로 제조됩니다.II족 염기유는 거의 모든 탄화수소 분자가 포화상태이기 때문에 산화방지 특성이 우수하다.그것은 물빛을 띤다.
  • 그룹 III – 포화도 > 90%, 황 < 0.03%, SAE 점도 지수 120 이상
등가수소화 등 특수공정에 의해 제조됩니다.베이스 오일 또는 탈락 공정의 슬랙스 왁스로 제조할 수 있습니다.
  • 그룹 IV – 폴리알파올레핀(PAO)
  • 그룹 V – 위에 포함되지 않은 나프테닉, 폴리알킬렌 글리콜(PAG), 폴리에스테르 등.

윤활유 업계는 일반적으로 이 그룹 용어를 다음과 같이 확장합니다.

  • I+족(점성지수 103–108)
  • II족(점성지수 113–119)
  • III족 III+족으로 점도 지수가 140 이상인 것

또한 일반적인 구성에 따라 세 가지 범주로 분류할 수 있습니다.

  • 파라핀어
  • 나프테닉
  • 방향제

합성유

석유유래 윤활유도 합성 탄화수소(최종 석유유래), "합성유"를 사용하여 제조할 수 있다.

여기에는 다음이 포함됩니다.

고체 윤활제

PTFE: 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 예를 들어 비접착성 표면을 제공하기 위한 조리도구 상의 코팅층으로서 일반적으로 사용된다.최대 350°C의 사용 가능한 온도 범위와 화학적 불활성성으로 인해 증점제와 윤활제 역할을 모두 수행할 수 있는 특수 그리스에서 유용한 첨가제가 됩니다.극도의 압력 하에서 PTFE 분말 또는 고형물은 부드럽고 접촉 영역으로부터 떨어져 나가기 때문에 가치가 거의 없습니다.세라믹,[7] 금속 또는 합금 윤활제를 사용해야 합니다.

무기고형물: 흑연, 육각형 질화붕소, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐 등이 고체윤활제이다.일부는 매우 높은 온도에서도 윤활성을 유지합니다.일부 재료는 산화 저항성이 낮기 때문에 사용이 제한될 수 있습니다(예: 이황화 몰리브덴은 공기 중 350°C 이상에서 분해되지만 환원 환경에서는 1100°C).

금속/합금:금속 합금, 복합 재료 및 순금속을 그리스 첨가제 또는 슬라이딩 표면 및 베어링의 유일한 구성 요소로 사용할 수 있습니다.도금면에는 내식성과 슬라이드성이 뛰어난 카드뮴, 사용하고, 슬라이드 베어링에는 납, 주석, 아연합금 및 각종 청동합금을 사용하거나, 슬라이드면에만 분말을 사용하여 윤활할 수 있다.

수성 윤활

수성 윤활은 여러 가지 기술적 응용 분야에서 관심이 있습니다.PEG와 같은 강한 수화 브러시 폴리머는 액체 고체 [8]계면에서 윤활제로 사용될 수 있습니다.이러한 고분자 필름은 다른 자유수 분자와 지속적으로 빠르게 교환함으로써 표면을 분리하면서 높은 압축 시 브러시-브러시 인터페이스에서 높은 유동성을 유지하므로 마찰 계수가 매우 낮습니다.

생물윤활제

생물윤활제는 식물성 기름과 다른 재생 가능한 원천에서 유래한다.그것들은 보통 트리글리세리드 에스테르입니다.윤활유 기유의 사용으로는 식물성 유래물이 바람직하다.일반적인 것으로는 고올레산 유채유, 피마자유, 팜유, 해바라기씨유, 식물성 유채씨유, 나무원유 등이 있다.많은 식물성 기름은 종종 가수분해되어 산을 생성하고, 그 후에 선택적으로 결합하여 전문 합성 에스테르를 형성합니다.다른 천연유래 윤활제로는 라놀린(울 그리스, 천연 발수제)[9]있습니다.

고래 기름은 역사적으로 중요한 윤활유였고, 일부는 20세기 후반까지 자동 변속기 [10]유체의 마찰 수식 첨가제로 사용되었습니다.

2008년 바이오 윤활유 시장은 연간 [11]총 84만 톤의 윤활유 시장에서 영국 윤활유 판매량의 약 1%를 차지했습니다.

2020년 현재 호주 CSIRO의 연구진은 엔진 윤활유로서 홍화유를 연구하고 있으며, 엔진 구동 잔디 깎기, 전기톱 및 기타 농업 장비에서 석유 기반 윤활유보다 뛰어난 성능과 낮은 배출량을 발견했습니다.곡물 재배업자들은 이 제품을 매우 적게 정제하고, 생분해성 바이오 에너지와 바이오 연료를 필요로 하지 않는다고 설명하면서 이 혁신을 환영했다.과학자들은 유전자 사일런싱을 사용하여 이 식물을 재설계하여 현재 어떤 식물에서나 구할 수 있는 최고인 93%의 기름을 생산하는 품종을 만들어냈다.미국 몬태나주립대 첨단연료센터 연구진은 대형 디젤 엔진에서 기존 오일과 비교해 이 오일의 성능을 연구한 결과 "게임 체인저"[12]라고 표현했다.

윤활제의 기능

모터 오일의 형태로 윤활유를 사용하는 가장 큰 용도 중 하나는 자동차와 동력 장비의 내연기관을 보호하는 것입니다.

윤활제 vs. 트랙 방지 코팅

안티택 또는 안티스틱 코팅은 주어진 재료의 접착 상태(접착성)를 줄이도록 설계되었습니다.고무, 호스, 전선 및 케이블 산업은 안티 트랙 제품의 가장 큰 소비자이지만 사실상 모든 산업에서는 어떤 형태로든 고착 방지제를 사용합니다.고착 방지제는 주어진 화합물의 접착 특성을 낮추도록 설계되어 있는 반면 윤활제는 두 표면 간의 마찰을 줄이도록 설계되어 있다는 점에서 윤활제와 다릅니다.

움직이는 부품을 분리하여 보관하다

윤활제는 일반적으로 시스템에서 움직이는 부품을 분리하는 데 사용됩니다.이러한 분리를 통해 마찰, 마모 및 표면 피로를 줄이고 열 발생, 작동 소음 및 진동을 줄일 수 있습니다.윤활유는 여러 가지 방법으로 이를 실현합니다.가장 일반적인 것은 물리적 장벽을 형성하는 것입니다. 즉, 얇은 윤활제 층이 움직이는 부품을 분리합니다.이는 하이드로플래닝(hydroplaning)과 유사하며, 이는 자동차 타이어가 고인 물을 통과하여 노면에서 분리될 때 관찰되는 마찰 손실입니다.이를 유체역학적 윤활이라고 합니다.표면 압력 또는 온도가 높은 경우 유체 막이 훨씬 얇아지고 일부 힘이 윤활유를 통해 표면 간에 전달됩니다.

마찰을 줄이다

일반적으로 윤활유가 없는 시스템에서는 윤활유와 표면 간의 마찰이 표면 간 마찰보다 훨씬 적습니다.따라서 윤활유를 사용하면 전체 시스템 마찰이 줄어듭니다.마찰 감소는 열 발생을 줄이고 마모 입자의 형성을 감소시킬 뿐만 아니라 효율성을 향상시킨다는 장점이 있습니다.윤활제는 예를 들어 시동 시 차량 엔진에서 밸브 트레인을 보호하는 등 유체역학적 윤활을 위한 충분한 벌크 윤활유가 존재하는 경우에도 표면 마찰을 줄이기 위해 금속 표면에 화학적으로 결합하는 마찰 개질제라고 알려진 극성 첨가제를 포함할 수 있습니다.베이스 오일 자체는 극성이므로 폴리에스테르 오일과 같이 금속 표면에 본질적으로 결합할 수 있습니다.

열전달

가스와 액체 윤활제 모두 열을 전달할 수 있습니다.그러나 액체 윤활제는 높은 비열 용량 때문에 훨씬 더 효과적입니다.일반적으로 액체 윤활유는 시스템의 더 차가운 부분과 지속적으로 순환되지만, 조절된 온도가 필요할 때는 윤활유를 사용하여 열을 가하거나 냉각할 수 있습니다.이 순환 흐름은 또한 주어진 시간 단위로 운반되는 열의 양을 결정합니다.고유량 시스템은 많은 열을 방출할 수 있으며 윤활유에 가해지는 열 스트레스를 줄일 수 있는 추가적인 이점을 제공합니다.따라서 저비용 액체 윤활유를 사용할 수 있습니다.가장 큰 단점은 일반적으로 높은 흐름에는 더 큰 섬프와 더 큰 냉각 장치가 필요하다는 것입니다.두 번째 단점은 윤활유를 열 스트레스로부터 보호하기 위해 유량에 의존하는 고유량 시스템은 갑작스러운 시스템 셧다운 시 치명적인 장애를 일으킬 수 있다는 것입니다.자동차용 오일 냉각 터보차저가 대표적인 예입니다.터보차저는 작동 중에 빨간색으로 뜨거워지고 냉각되는 오일은 시스템에 상주하는 시간이 매우 짧기 때문에(즉, 높은 유량) 살아남습니다.시스템이 갑자기 셧다운될 경우(고속 주행 후 서비스 구역으로 끌어당기고 엔진을 정지) 터보 충전기에 있는 오일이 즉시 산화되어 침전물로 인해 오일 통로가 막힙니다.시간이 지남에 따라 이러한 침전물이 오일 통로를 완전히 차단하여 냉각을 감소시키고, 그 결과 터보 충전기가 완전히 고장나거나 베어링이 고착될 수 있습니다.그리스 및 페이스트와 같은 비유동 윤활제는 열 전달에 효과적이지 않지만, 애초에 열 발생을 감소시키는 데 기여합니다.

오염물 및 이물질을 운반합니다.

윤활유 순환 시스템은 내부에서 발생한 이물질과 외부 오염물질을 시스템으로 유입시켜 제거할 수 있는 필터로 운반하는 장점이 있습니다.자동차 엔진과 같은 이물질이나 오염물질을 정기적으로 생성하는 기계용 윤활제에는 일반적으로 이물질과 오염물질을 필터로 운반 및 제거하는 데 도움이 되는 세제 및 분산제 첨가제가 포함되어 있습니다.시간이 지남에 따라 필터가 막히고 청소 또는 교체가 필요하므로, 오일 교환과 동시에 차량의 오일 필터를 교체하는 것이 좋습니다.기어 박스와 같은 폐쇄형 시스템에서는 필터가 자석으로 보충되어 생성되는 철의 미세 물질을 흡입할 수 있습니다.

순환 시스템에서 오일은 필터가 만들 수 있는 한 깨끗해지기 때문에 소비자가 다양한 자동차 필터의 여과 능력을 쉽게 평가할 수 있는 업계 표준이 없다는 것은 유감스러운 일입니다.불량한 자동차 필터는 기계(엔진)의 수명을 크게 단축할 뿐만 아니라 시스템의 비효율성을 초래합니다.

송신 전력

유압 오일이라고 알려진 윤활유가 정수압 동력 전달에서 작동 오일로 사용됩니다.유압 오일은 전 세계에서 생산되는 모든 윤활유의 대부분을 차지합니다.자동 변속기토크 컨버터는 윤활유를 사용하는 동력 변속기의 또 다른 중요한 응용 프로그램입니다.

마모로부터 보호

윤활제는 움직이는 부품을 분리하여 마모를 방지합니다.윤활제는 마모 및 피로에 대한 성능을 높이기 위해 마모 방지제 또는 극도의 압력 첨가제를 포함할 수도 있습니다.

부식 방지

많은 윤활제는 표면과 화학 결합을 형성하거나 습기를 배제하는 첨가제로 제조되어 부식 및 녹을 방지합니다.두 금속 표면 사이의 부식을 줄이고 이러한 표면 간의 접촉을 방지하여 침지 부식을 방지합니다.

가스용 씰

윤활유가 모세관력을 통해 움직이는 부품 사이의 간극을 차지하여 간극을 밀봉합니다.이 효과는 피스톤과 샤프트를 씰링하는 데 사용할 수 있습니다.

유체형


'유리' 형성(고온 마모)

고온 마모 방지 및 윤활과 관련하여 연구된 또 다른 현상은 압축 산화층 글레이즈 형성의 현상이다.이러한 글레이즈는 압축산화물층을 소결함으로써 생성된다.이러한 유약은 결정성이며, 도기에서 볼 수 있는 비정질 유약과는 대조적이다.필요한 고온은 금속 표면이 서로 미끄러지는 것(또는 세라믹 표면에 대한 금속 표면)에서 발생합니다.산화물의 발생에 의한 금속 접촉이나 접착의 제거에 의해 마찰이나 마모가 저감된다.실질적으로 이러한 표면은 자기 윤활성이 있다.

"유리"는 이미 산화물이기 때문에 공기 또는 산화 환경에서 매우 높은 온도에서도 살아남을 수 있습니다.그러나 충분한 산화물 파편을 생성하기 위해 먼저 모재(또는 세라믹)가 마모되어야 하는 단점이 있습니다.

폐기 및 환경에 미치는 영향

전체 윤활유의 약 50%가 환경으로 [citation needed]배출되는 것으로 추정됩니다.일반적인 폐기 방법에는 재활용, 연소, 매립 및 물 배출이 포함되지만, 대부분의 국가에서는 적은 양의 윤활제라도 많은 양의 물을 오염시킬 수 있기 때문에 일반적으로 매립지에서의 폐기 및 물 배출이 엄격히 규제됩니다.대부분의 규제는 폐수에 존재할 수 있는 윤활유의 한계치를 허용하고 있으며, 기업은 허용 가능한 [citation needed]수준에 도달하기 위해 폐수 처리에 연간 수억 달러를 지출하고 있습니다.

일반적으로 전기를 생성하기 위해 윤활유를 연료로 연소하는 것도 주로 첨가제가 상대적으로 많이 존재하기 때문에 규제의 적용을 받습니다.연소는 대기 오염물질과 유독 물질, 주로 중금속 화합물이 풍부한 화산재를 발생시킨다.따라서 윤활유 연소는 대기 오염 물질을 제거하기 위한 특수 스크러버를 포함하고 유독재 처리 허가를 받아 매립지에 접근할 수 있는 전문 시설에서 이루어집니다.

불행히도, 환경에 직접 도달하는 대부분의 윤활유는 일반 대중이 그것을 땅, 배수구로 배출하고 쓰레기처럼 매립지에 직접 배출하기 때문입니다.다른 직접적인 오염원에는 도로에서의 유출, 우발적인 유출, 자연재해 또는 인공재해, 파이프라인 누출 등이 포함된다.

여과 기술과 공정의 향상으로 (기준 재고와 원유 가격이 상승하면서) 재활용이 실현 가능한 선택지가 되었습니다.일반적으로 각종 여과장치는 미립자, 첨가물, 산화물을 제거하고 베이스 오일을 회수합니다.공정 중에 오일이 정제될 수 있습니다.이 베이스 오일은 버진 베이스 오일과 거의 동일하게 취급되지만 재생 오일은 일반적으로 열등하다고 여겨지기 때문에 사용을 상당히 꺼립니다.사용한 윤활유에서 추출한 부분 진공은 천연유보다 뛰어난 성질을 가지고 있지만, 비용 효율은 여러 요소에 따라 다릅니다.사용된 윤활유는 정유소 공급 원료로 사용되어 원유의 일부가 될 수도 있습니다.첨가물, 그을음 및 마모 금속은 공정에서 중요한 촉매에 심각한 독을 가하거나 비활성화를 일으키기 때문에 이 사용에 상당한 거부감이 있습니다.여과(이물, 첨가물 제거)와 재정제(증류, 이성질화, 하이드로크랙 등)를 모두 할 수 없다.그러나 정유 공장에서는 저수조, 철도 탱크에서 측정된 양의 지속적인 공급이 필요하기 때문에 재활용의 일차적인 장애물은 여전히 유체 수집으로 남아 있다.

경우에 따라 사용하지 않는 윤활유를 폐기해야 합니다.이러한 상황에서는 제조원에 반품하여 새로운 배치의 일부로 처리할 수 있도록 하는 것이 최선의 방법입니다.

환경: 윤활제는 주로 심각한 수질 오염의 가능성이 높기 때문에 신선하거나 사용 시 환경에 상당한 피해를 줄 수 있습니다.또 윤활유에 전형적으로 함유된 첨가제는 동식물에 독성이 있을 수 있다.사용된 유체에서는 산화 생성물도 독성이 있을 수 있습니다.환경에서의 윤활유 지속성은 주로 베이스 오일에 의존하지만, 매우 유독성 첨가제를 사용할 경우 지속성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.라놀린 윤활제는 무독성이므로 사용자와 환경 모두에게 안전한 환경 대안이 됩니다.

사회 및 산업 단체

주요 출판물

  • 피어 리뷰
    • ASME 트리볼로지 저널
    • 트라이볼로지 인터내셔널
    • 트리볼로지 트랜잭션
    • 합성 윤활제 저널
    • 트리볼로지 레터
    • 윤활학
  • 무역 정기간행물
    • 트라이브 테크놀로지 및 윤활 테크놀로지
    • Fuels & Lubes International
    • 오일트렌즈
    • 러브 앤 그리스
    • 배합
    • 화학 시장 리뷰
    • 기계 윤활

「 」를 참조해 주세요.

  • 윤활 – 두 표면 간의 마찰을 줄이기 위한 재료의 존재.
  • 모터 오일 – 내연기관의 윤활에 사용되는 윤활유
  • 오일 분석 – 오일 기반 윤활유의 특성과 오염물질에 대한 실험실 분석
  • 침투성 오일 – 매우 낮은 점도의 오일.
  • 트라이볼로지 – 상대 운동으로 상호작용하는 표면의 과학 및 공학

레퍼런스

메모들

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원천

외부 링크