Смазочни материали с подобрени функционалности за наночастици
Смазочните масла могат да се възползват значително от нанодобавките, които спомагат за намаляване на триенето и износването. От решаващо значение е обаче нано-добавки като наночастици, графенови монослоеве или наносфери с ядро-обвивка да са равномерно и единично диспергирани в смазката. Ултразвуковата дисперсия е доказана като надежден и ефективен метод за смесване, осигуряващ хомогенно разпределение на наночастиците и предотвратяване на агрегацията.
Как да разпръснем нано-добавки в смазочни течности? – С ултразвук!
Използването на нано-добавки 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 икономията на енергия, намаляването на емисиите, като по този начин намалява въздействието върху околната среда.
Предизвикателството на наноподобрените смазочни материали се крие в смесването: Наноматериали като наночастици или кристална нано целулоза изискват фокусирани миксери с високо срязване, които разпръскват и разплитат наноматериалите равномерно в единични частици. Създаване на уникални енергийно плътни полета, ултразвук 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) показа, че стабилността на дисперсията 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 с механично разклащане и разбъркване. Тъй като ултразвукова кавитация създава уникални енергийно плътни условия, сонда тип ултразвук превъзхожда конвенционалните дисперсионни техники в ефективност и ефикасност.
Характеристиките на наночастиците като размер, форма и концентрация влияят върху техните трибологични свойства. Докато идеалният нано-размер варира в зависимост от материала, повечето наночастици показват най-високи функционалности в диапазона от десет до сто нанометра. Идеалната концентрация на нано-добавки 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 добавки без пепел, йонни течности, боратни естери, неорганични наноматериали, наноструктури, получени от въглерод, като въглеродни нанотръби (CNTs), графит и графен. Специфични добавки се използват за подобряване на специфичните свойства на смазочните масла. Например, превантивно износване смазочни материали съдържат екстремни добавки налягане като молибден дисулфид, графит, сулфурирани олефини и dialkyldithiocarbamate комплекси или антиизносване добавки като триарилфосфати и цинк dialkyldithiophosphate.
Ултразвуковите хомогенизатори тип сонда са надеждни миксери и се използват за формулиране на високоефективни смазочни материали. Известен като превъзходно, когато става въпрос за подготовката на наноразмерни суспензии, ултразвук е високо ефективен за промишленото производство на смазочни масла.
Индустриална ултразвукова смесителна система за високопроизводителна дисперсия на наночастици в смазочни масла.
- подобрена трибологична ефективност
- Еднородно включване на нанодобавки
- Смазочни материали на основата на растително масло
- подготовка на трибофилм
- Течности за формоване на ламарина
- нанофлуиди за подобрена ефикасност на охлаждане
- йонни течности във водна или маслена смазка
- протяжни течности
Ултразвукова дисперсия на алуминиев оксид (Al2O3) води до значително намаляване на размера на частиците и равномерна дисперсия.
Производство на смазочни материали с нано-добавки
За производството на нано-подсилени смазочни масла, адекватният наноматериал и мощната, ефективна техника за дисперсия са от решаващо значение. 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 от смазочни материали е подсилено с добавки като наноматериали, полимери, инхибитори на корозията, антиоксиданти и други фини агрегати. Ултразвуковите сили на срязване са много ефективни при осигуряването на много фино разпределение на размера на частиците. Ултразвуковите (сономеханични) сили са способни да смилат дори първични частици и се прилагат за функционализиране на частици, така че получените наночастици да предлагат превъзходни характеристики (например модификация на повърхността, NPs с обвивка на ядрото, легирани NPs).
Ултразвуковите миксери с високо срязване могат значително да помогнат за ефективното производство на високоефективни смазочни материали!
Масло смес с цинк dialkyldithiophosphate (ZDDP) и повърхностно модифицирани PTFE наночастици (PHGM) след ултразвукова дисперсия.
(Проучване и снимка: Sharma et al., 2017)
Нови нано-добавки в смазочни масла
Нови наноразмерни добавки са разработени за по-нататъшно подобряване на функционалностите и производителността на смазочните масла и греси. Например, целулозните нанокристали (CNC) са изследвания и тествани за формулиране на зелени смазочни материали. Zakani et al. (2022) демонстрира, че – в сравнение с необработени смазочни суспензии – CNC смазочни материали с ултразвук могат да намалят COF (коефициент на триене) и износване съответно с почти 25 и 30%. Резултатите от това проучване показват, че обработката с ултразвук може значително да подобри ефективността на смазване на CNC водни суспензии.
Високопроизводителни ултразвукови разпръсквачи 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. наноматериалите) да се смесват хомогенно в течна фаза (смазочно масло). Дисперсията на наночастиците изисква надеждна и ефективна техника на смесване, която прилага достатъчно енергия за разбиване на агломерати, за да разгърне качествата на наномащабните частици. Ultrasonicators са добре известни като мощни и надеждни диспергери, поради което се използва за деагломериране и разпространение 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 високопроизводителни ултразвукови разпръсквачи за всякакъв вид хомогенизация и деагломерационни приложения.
Свържете се с нас сега, за да научите повече за ултразвукова дисперсия на нано-добавки в смазочни материали!
Таблицата по-долу дава индикация за приблизителната капацитет за преработка на нашите ultrasonicators:
| Партида том | Дебит | Препоръчителни Devices |
|---|---|---|
| 1 до 500mL | 10 до 200 ml / мин | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400 ml / мин | Uf200 ः т, UP400St |
| 00,1 до 20L | 00,2 до 4 л / мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л / мин | UIP4000hdT |
| от 15 до 150L | 3 до 15L/min | UIP6000hdT |
| п.а. | 10 до 100 L / мин | UIP16000 |
| п.а. | по-голям | струпване на UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитай ни!
Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори за смесване на приложения, дисперсия, емулгиране и екстракция на лаборатория, пилот и промишлен мащаб.
PTFE нанолубриканти след 7 дни на подготовка (A: базово масло, B: PTFE nanolubricant с 1 час ултразвук, C: PTFE нанолубрикант с 30 мин. ултразвук).
(Проучване и снимка: © Kumar et al., 2013)
Ефект на ултразвук върху стабилността на дисперсията на Al2O3 в смазочни материали.
(Проучване и графика: © Sharif et al., 2017)
Факти заслужава да се знае
Какво представляват смазочните материали?
Основната употреба на смазочни материали или смазочни масла е да се намали триенето и износването от механичен контакт, както и топлина. В зависимост от тяхната употреба и състав, смазочните материали се разделят на моторни масла, трансмисионни течности, хидравлични течности, трансмисионни масла и промишлени смазочни материали.
Следователно смазочните материали се използват широко в моторните превозни средства, както и в промишлените машини. За да се осигури добро смазване, смазочните масла обикновено съдържат 90% базово масло (предимно нефтени фракции, т.е. минерални масла) и по-малко от 10% добавки. Когато се избягват минерални масла, растителни масла или синтетични течности като хидрогенирани полиолефини, естери, силикони, флуоровъглероди и много други могат да се използват като алтернативни базови масла. Основната употреба на смазочните материали е да се намали триенето и износването от механичен контакт, както и да се намалят загубите на топлина и енергия при триене. Следователно смазочните материали се използват широко в моторните превозни средства, както и в промишлените машини.
Антиоксидантните вещества като аминови и фенолни първични антиоксиданти, естествени киселини, пероксидни разлагачи и пиразини удължават жизнения цикъл на смазочните материали чрез увеличаване на окислителната устойчивост. По този начин базовото масло е защитено от разграждане на топлината, тъй като термооксидативното 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 вещества, за да се подобри функционалността и производителността. Типичните добавки включват например вода, минерално масло, ланолин, растително или натурално масло, нано-добавки 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 разпръскване на сгъстяващи агенти 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 други видове, които се прилагат най-вече за нишови приложения.
Нано-добавките, изброени по-горе, могат успешно да се смесват в смазочни материали с помощта на ултразвукови диспергери.
Литература / Препратки
- 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 високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори от лаборатория да се промишлени размери.