Смазочни материали с подобрени функции за наночастици
Смазочните масла могат да се възползват значително от нанодобавките, които помагат за намаляване на триенето и износването. От решаващо значение е обаче нанодобавките като наночастици, графенови монослоеве или наносфери с обвивка на сърцевината да бъдат равномерно и еднодиспергирани в смазочния материал. Ултразвуковата дисперсия е доказано като надежден и ефективен метод за смесване, осигуряващ хомогенно разпределение на наночастиците и предотвратяващ агрегацията.
Как да диспергирате нанодобавки в смазочни течности? – С ултразвук!
Използването на нанодобавки в смазочните материали се счита за един от най-ефективните методи за подобряване на трибологичните характеристики, намаляващи триенето и износването. Такова трибологично подобрение значително подобрява енергоспестяването, намаляването на емисиите, като по този начин намалява въздействието върху околната среда.
Предизвикателството на нано-подобрените смазочни материали се крие в смесването: наноматериали като наночастици или кристална наноцелулоза изискват фокусирани смесители с високо срязване, които разпръскват и разплитат наноматериалите равномерно в единични частици. Създавайки уникални енергийно плътни полета, ултразвукът с помощта на ултразвукови сонди с висока мощност е доказано превъзходство в обработката на наноматериали и по този начин е установен метод за нанодисперсии.
Molseh et al. (2009) показват, че дисперсионната стабилност на три различни наночастици (молибденов дисулфид (MoS2), волфрамов дисулфид (WS2) и шестоъгълен борен нитрид (hBN)) в CIMFLO 20 с ултразвукова обработка е по-добра от тази при механично разклащане и разбъркване. Тъй като ултразвуковата кавитация създава уникални енергийно плътни условия, ултразвукът от сонден тип превъзхожда конвенционалните техники за дисперсия по ефективност и ефикасност.
Характеристиките на наночастиците като размер, форма и концентрация влияят върху техните трибологични свойства. Докато идеалният наноразмер варира в зависимост от материала, повечето наночастици показват най-високи функционалности в диапазона от десет до сто нанометра. Идеалната концентрация на нанодобавки в смазочното масло е най-вече между 0,1–5,0%.
Оксидните наночастици като Al2O3, CuO или ZnO се използват широко като наночастици, подобряващи трибологичните характеристики на смазочните материали. Други добавки включват безпепелни добавки, йонни течности, боратни естери, неорганични наноматериали, въглеродни наноструктури като въглеродни нанотръби (CNT), графит и графен. Специфични добавки се използват за подобряване на специфичните свойства на смазочните масла. Например, смазочните материали за предотвратяване на износване съдържат добавки при екстремно налягане като молибден дисулфид, графит, сулфуризирани олефини и диалкилдитиокарбаматни комплекси или противоизносни добавки като триарилфосфати и цинков диалкилдитиофосфат.
Ултразвуковите хомогенизатори тип сонда са надеждни смесители и се използват за формулиране на високоефективни смазочни материали. Известна като превъзходна, когато става въпрос за приготвяне на наноразмерни суспензии, ултразвукът е високоефективен за промишленото производство на смазочни масла.
Индустриална ултразвукова смесителна система за високопроизводителна дисперсия на наночастици в смазочни масла.
- подобрено трибологично представяне
- Равномерно включване на нанодобавки
- Смазочни материали на основата на растителни масла
- Приготвяне на трибофилм
- течности за формоване на ламарина
- Нанофлуиди за подобрена охлаждаща ефикасност
- йонни течности във воден или маслен лубрикант
- течности за протягане
Ултразвуковата дисперсия на алуминиев оксид (Al2O3) води до значително намаляване на размера на частиците и равномерна дисперсия.
Производство на смазочни материали с нанодобавки
За производството на наноподсилени смазочни масла са от решаващо значение подходящият наноматериал и мощната, ефективна техника на дисперсия. Без надеждна и дългосрочна стабилна нанодисперсия не може да се произведе високоефективна смазка.
Ултразвуковото смесване и диспергиране е утвърден метод за производство на високоефективни смазочни материали. Базовото масло на смазочните материали е подсилено с добавки като наноматериали, полимери, инхибитори на корозията, антиоксиданти и други фини агрегати. Ултразвуковите сили на срязване са много ефективни за осигуряване на много фино разпределение на размера на частиците. Ултразвуковите (сономеханични) сили са в състояние да смилат дори първични частици и се прилагат за функционализиране на частиците, така че получените наночастици предлагат превъзходни характеристики (напр. повърхностна модификация, НЧ с ядро-обвивка, легирани НЧ).
Ултразвуковите смесители с висока степен на срязване могат значително да помогнат за ефективното производство на високоефективни смазочни материали!
Маслена смес с цинков диалкилдитиофосфат (ZDDP) и повърхностно модифицирани PTFE наночастици (PHGM) след ултразвукова дисперсия.
(Проучване и снимка: Sharma et al., 2017)
Нови нанодобавки в смазочните масла
Разработват се нови наноразмерни добавки за по-нататъшно подобряване на функционалностите и производителността на смазочните масла и греси. Например, целулозните нанокристали (CNC) са изследвани и тествани за формулиране на зелени лубриканти. Zakani et al. (2022) показаха, че – в сравнение с незвуковите смазочни окачвания – Ултразвуковите смазочни материали с ЦПУ могат да намалят COF (коефициент на триене) и износване съответно с почти 25 и 30%. Резултатите от това проучване показват, че ултразвуковата обработка може значително да подобри ефективността на смазване на водни суспензии с ЦПУ.
Високоефективни ултразвукови диспергатори за производство на смазочни материали
Когато нанодобавките се използват в промишлени производствени процеси, като например производството на смазочни масла, от решаващо значение е сухите прахове (т.е. наноматериали) да се смесват хомогенно в течна фаза (смазочно масло). Дисперсията на наночастици изисква надеждна и ефективна техника на смесване, която прилага достатъчно енергия за разбиване на агломерати, за да се отприщи качествата на наночастиците. Ултразвуковите апарати са добре известни като мощни и надеждни дисперсьори, поради което се използват за деагломериране и разпределение на различни материали като алуминиев оксид, нанотръби, графен, минерали и много други материали хомогенно в течна фаза като минерални, синтетични или растителни масла. Hielscher Ultrasonics проектира, произвежда и разпространява високоефективни ултразвукови диспергатори за всякакъв вид приложения за хомогенизация и деагломерация.
Свържете се с нас сега, за да научите повече за ултразвуковата дисперсия на нанодобавки в смазочните материали!
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | UP100H |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4 л/мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л/мин | UIP4000hdT |
| 15 до 150L | 3 до 15 л/мин | UIP6000hdT |
| Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
| Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори за смесване, дисперсия, емулгиране и екстракция в лабораторен, пилотен и индустриален мащаб.
PTFE нанолубриканти след 7 дни приготвяне (A: базово масло, B: PTFE нанолубрикант с 1 час ултразвук, C: PTFE нанолубрикант с 30 мин. ултразвук).
(Проучване и снимка: © Kumar et al., 2013)
Ефект на ултразвука върху дисперсионната стабилност на Al2O3 в смазочните материали.
(Проучване и графика: © Sharif et al., 2017)
Факти, които си струва да знаете
Какво представляват смазочните материали?
Основната употреба на смазочни материали или смазочни масла е да се намали триенето и износването от механичен контакт, както и топлината. В зависимост от тяхната употреба и състав смазочните материали се разделят на моторни масла, трансмисионни течности, хидравлични течности, трансмисионни масла и промишлени смазочни материали.
Поради това смазочните материали се използват широко в моторните превозни средства, както и в промишлените машини. За да осигурят добро смазване, смазочните масла обикновено съдържат 90% базово масло (предимно петролни фракции, т.е. минерални масла) и по-малко от 10% добавки. Когато се избягват минералните масла, като алтернативни базови масла могат да се използват растителни масла или синтетични течности като хидрогенирани полиолефини, естери, силикони, флуоровъглеводороди и много други. Основната употреба на смазочните материали е за намаляване на триенето и износването от механичен контакт, както и за намаляване на загубите на топлина и енергия при триене. Поради това смазочните материали се използват широко в моторните превозни средства, както и в промишлените машини.
Антиоксидантни вещества като аминови и фенолни първични антиоксиданти, естествени киселини, разлагачи на пероксиди и пиразини удължават жизнения цикъл на смазочните материали чрез повишаване на окислителната резистентност. По този начин базовото масло е защитено от топлинно разграждане, тъй като термоокислителното разграждане се случва в редуцирана и забавена форма.
Видове смазочни материали
Течни смазочни материали: Течните смазочни материали обикновено се основават на един вид базово масло. Към това базово масло често се добавят по-често вещества, за да се подобри функционалността и производителността. Типичните добавки включват например вода, минерално масло, ланолин, растително или натурално масло, нанодобавки и др.
По-голямата част от смазочните материали са течности и могат да бъдат класифицирани според произхода им в две групи:
- Минерални масла: Минералните масла са смазочни масла, рафинирани от суров нефт.
- Синтетични масла: Синтетичните масла са смазочни масла, които се произвеждат с помощта на съединения, които са изкуствено модифицирани или синтезирани от модифициран петрол.
Смазочна грес е твърда или полутвърда смазка, която се състои от течна смазка, която се сгъстява чрез диспергиране на сгъстители в нея. За да се произведе смазочна грес, смазочните масла се използват като базови масла и са основната съставка. Смазочната грес съдържа приблизително 70% до 80% смазочно масло.
Проникващи смазочни материали и сухи смазочни материали са и други видове, които се прилагат най-вече за нишови приложения.
Нанодобавките, както са изброени по-горе, могат успешно да се смесват в смазочни материали с помощта на ултразвукови диспергатори.
Литература / Препратки
- László Vanyorek, Dávid Kiss, Ádám Prekob, Béla Fiser, Attila Potyka, Géza Németh, László Kuzsela, Dirk Drees, Attila Trohák, Béla Viskolcz (2019): Application of nitrogen doped bamboo-like carbon nanotube for development of electrically conductive lubricants. Journal of Materials Research and Technology, Volume 8, Issue 3, 2019. 3244-3250.
- Reddy, Chenga; Arumugam, S.; Venkatakrishnan, Santhanam (2019): RSM and Crow Search Algorithm-Based Optimization of Ultrasonicated Transesterification Process Parameters on Synthesis of Polyol Ester-Based Biolubricant. Arabian Journal for Science and Engineering 44, 2019.
- Zakani, Behzad; Entezami, Sohrab; Grecov, Dana; Salem, Hayder; Sedaghat, Ahmad (2022): Effect of ultrasonication on lubrication performance of cellulose nano-crystalline (CNC) suspensions as green lubricants. Carbohydrate Polymers 282(5), 2022.
- Mosleh, Mohsen; Atnafu, Neway; Belk, John; Nobles, Orval (2009): Modification of sheet metal forming fluids with dispersed nanoparticles for improved lubrication. Wear 267, 2009. 1220-1225.
- Sharma, Vinay, Johansson, Jens; Timmons, Richard; Prakash, Braham; Aswath, Pranesh (2018): Tribological Interaction of Plasma-Functionalized Polytetrafluoroethylene Nanoparticles with ZDDP and Ionic Liquids. Tribology Letters 66, 2018.
- Haijun Liu, Xianjun Hou, Xiaoxue Li, Hua Jiang, Zekun Tian, Mohamed Kamal Ahmed Ali (2020): Effect of Mixing Temperature, Ultrasonication Duration and Nanoparticles/Surfactant Concentration on the Dispersion Performance of Al2O3 Nanolubricants. Research Square 2020.
- Kumar D.M., Bijwe J., Ramakumar S.S. (2013): PTFE based nano-lubricants. Wear 306 (1–2), 2013. 80–88.
- Sharif M.Z., Azmi W.H., Redhwan A.A. M, Mamat R., Yusof T.M. (2017): Performance analysis of SiO2 /PAG nanolubricant in automotive air conditioning system. International Journal of Refrigeration 75, 2017. 204–216.
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да индустриален размер.