Maziva s funkcionalnostima poboljšanim nanočesticama
Ulja za podmazivanje mogu imati velike koristi od nanoaditiva koji pomažu u smanjenju trenja i habanja. Međutim, ključno je da nanoaditivi kao što su nanočestice, grafenski monoslojevi ili nanosfere tipa jezgro–omotač budu ravnomjerno i pojedinačno dispergirani u mazivu. Ultrazvučna disperzija pokazala se kao pouzdana i efikasna metoda miješanja, koja osigurava homogenu raspodjelu nanočestica i sprječava agregaciju.
Kako dispergirati nanoaditive u tekućinama za podmazivanje? – Pomoću ultrazvuka!
Upotreba nanoaditiva u mazivima smatra se jednom od najefikasnijih metoda za poboljšanje triboloških karakteristika, uz smanjenje trenja i habanja. Takvo tribološko poboljšanje u velikoj mjeri povećava uštedu energije i smanjenje emisija, čime se smanjuje utjecaj na okoliš.
Izazov nanopoboljšanih maziva leži u miješanju: nanomaterijali kao što su nanočestice ili kristalna nanoceluloza zahtijevaju fokusirane mješače visokog smicanja koji ravnomjerno dispergiraju i razdvajaju nanomaterijale na pojedinačne čestice. Stvarajući jedinstvena polja visoke gustoće energije, ultrazvučna obrada pomoću ultrazvučnih sonda velike snage pokazala se superiornom u obradi nanomaterijala i stoga je uspostavljena metoda za nanodisperzije.
Molseh et al. (2009) pokazali su da je stabilnost disperzije tri različite nanočestice (molibden-disulfid (MoS2), volfram-disulfid (WS2) i heksagonalni bor-nitrid (hBN)) u CIMFLO 20 uz ultrazvučnu obradu bila bolja nego uz mehaničko mućkanje i miješanje. Budući da ultrazvučna kavitacija stvara jedinstvene uvjete visoke gustoće energije, ultrazvučna obrada sondom nadmašuje konvencionalne tehnike disperzije u djelotvornosti i efikasnosti.
Karakteristike nanočestica, kao što su veličina, oblik i koncentracija, utječu na njihova tribološka svojstva. Iako idealna nanoveličina varira ovisno o materijalu, većina nanočestica pokazuje najveću funkcionalnost u rasponu od deset do sto nanometara. Idealna koncentracija nanoaditiva u ulju za podmazivanje uglavnom je između 0,1–5,0% .
Oksidne nanočestice kao što su Al2O3, CuO ili ZnO široko se koriste kao nanočestice koje poboljšavaju tribološke performanse maziva. Ostali aditivi uključuju aditive bez pepela, ionske tekućine, boratne estre, anorganske nanomaterijale, nanostrukture dobivene iz ugljika poput ugljikovih nanocijevi (CNT), grafita i grafena. Specifični aditivi koriste se kako bi se poboljšala specifična svojstva ulja za podmazivanje. Na primjer, maziva za zaštitu od habanja sadrže aditive za ekstremne pritiske kao što su molibden-disulfid, grafit, sulfurizirani olefini i kompleksi dialkilditiokarbamata ili antihabajuće aditive kao što su triarilfosfati i cink-dialkilditiofosfat.
Ultrazvučni homogenizatori sa sondom pouzdani su mješači i koriste se za formulaciju visokoučinkovitih maziva. Poznata kao superiorna kada je riječ o pripremi suspenzija nanometarskih veličina, sonikacija je vrlo efikasna za industrijsku proizvodnju ulja za podmazivanje.
Pročitajte više o ultrazvučnim disperzerima za proizvodnju nanomaziva!
Industrijski ultrazvučni sistem za miješanje za dispergiranje nanočestica u ulja za podmazivanje uz visok protok materijala.
- poboljšane tribološke performanse
- ravnomjerno ugrađivanje nanoaditiva
- maziva na bazi biljnih ulja
- priprema tribofilma
- tekućine za oblikovanje lima
- nanofluidi za poboljšanu efikasnost hlađenja
- ionske tekućine u vodenim ili uljnim mazivima
- tekućine za provlačenje
Ultrazvučna disperzija aluminij-oksida (Al2O3) rezultira značajnim smanjenjem veličine čestica i ravnomjernom disperzijom.
Proizvodnja maziva s nanoaditivima
Za proizvodnju ulja za podmazivanje ojačanih nanomaterijalima ključni su odgovarajući nanomaterijal i snažna, efikasna tehnika disperzije. Bez pouzdane i dugoročno stabilne nanodisperzije ne može se proizvesti visokoučinkovito mazivo.
Ultrazvučno miješanje i dispergiranje uspostavljena je metoda za proizvodnju visokoučinkovitih maziva. Bazno ulje maziva ojačava se aditivima kao što su nanomaterijali, polimeri, inhibitori korozije, antioksidansi i drugi fini agregati. Ultrazvučne smične sile vrlo su efikasne u postizanju veoma fine raspodjele veličine čestica. Ultrazvučne (sonomehaničke) sile mogu usitnjavati čak i primarne čestice te se primjenjuju za funkcionalizaciju čestica, tako da dobivene nanočestice nude superiorne karakteristike (npr. modifikacija površine, NČ tipa jezgro–omotač, dopirane NČ).
Ultrazvučni mješači visokog smicanja mogu uvelike pomoći u efikasnoj proizvodnji visokoučinkovitih maziva!
Mješavina ulja s cink-dialkilditiofosfatom (ZDDP) i površinski modificiranim PTFE nanočesticama (PHGM) nakon ultrazvučne disperzije.
(Studija i slika: Sharma et al., 2017)
Nove vrste nanoaditiva u uljima za podmazivanje
Razvijaju se novi aditivi nanometarskih veličina kako bi se dodatno poboljšale funkcionalnosti i performanse ulja za podmazivanje i masti. Na primjer, celulozni nanokristali (CNC) istražuju se i testiraju za formulaciju zelenih maziva. Zakani et al. (2022) pokazali su da – u poređenju sa suspenzijama za podmazivanje bez ultrazvučne obrade – maziva s CNC-om nakon ultrazvučne obrade mogu smanjiti COF (koeficijent trenja) i habanje za gotovo 25, odnosno 30%. Rezultati ove studije ukazuju na to da ultrazvučna obrada može značajno poboljšati performanse podmazivanja vodenih suspenzija CNC-a.
Visokoučinkoviti ultrazvučni disperzeri za proizvodnju maziva
Kada se nanoaditivi koriste u industrijskim proizvodnim procesima kao što je proizvodnja ulja za podmazivanje, ključno je da se suhi prahovi (tj. nanomaterijali) homogeno umiješaju u tečnu fazu (ulje za podmazivanje). Disperzija nanočestica zahtijeva pouzdanu i efikasnu tehniku miješanja, koja primjenjuje dovoljno energije za razbijanje aglomerata kako bi se oslobodile osobine čestica nanometarskih veličina. Ultrazvučni uređaji poznati su kao snažni i pouzdani disperzeri, pa se stoga koriste za deaglomeraciju i homogenu raspodjelu raznih materijala kao što su aluminij-oksid, nanocijevi, grafen, minerali i mnogi drugi materijali u tečnu fazu kao što su mineralna, sintetička ili biljna ulja. Hielscher Ultrasonics projektuje, proizvodi i distribuira visokoučinkovite ultrazvučne disperzere za sve vrste primjena homogenizacije i deaglomeracije.
Kontaktirajte nas odmah kako biste saznali više o ultrazvučnoj disperziji nanoaditiva u mazivima!
Tabela u nastavku daje okvirnu naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | klaster uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za primjene miješanja, disperzije, emulgiranja i ekstrakcije u laboratorijskom, pilot i industrijskom mjerilu.
PTFE nanomaziva 7 dana nakon pripreme (A: bazno ulje, B: PTFE nanomazivo s 1 h ultrazvučne obrade, C: PTFE nanomazivo s 30 min. ultrazvučne obrade).
(Studija i slika: © Kumar et al., 2013)
Utjecaj ultrazvučne obrade na stabilnost disperzije Al2O3 u mazivima.
(Studija i grafikon: © Sharif et al., 2017)
Činjenice vrijedne znanja
Šta su maziva?
Glavna upotreba maziva ili ulja za podmazivanje jest smanjenje trenja i habanja uslijed mehaničkog kontakta, kao i topline. Ovisno o upotrebi i sastavu, maziva se dijele na motorna ulja, tekućine za prijenosnike, hidraulične tekućine, zupčanička ulja i industrijska maziva.
Stoga se maziva široko koriste u motornim vozilima, kao i u industrijskim mašinama. Kako bi osigurala dobro podmazivanje, ulja za podmazivanje obično sadrže 90% baznog ulja (uglavnom naftne frakcije, tj. mineralna ulja) i manje od 10% aditiva. Kada se mineralna ulja izbjegavaju, kao alternativna bazna ulja mogu se koristiti biljna ulja ili sintetičke tekućine kao što su hidrogenirani poliolefini, esteri, silikoni, fluorougljici i mnoge druge. Glavna upotreba maziva jest smanjenje trenja i habanja uslijed mehaničkog kontakta, kao i smanjenje frikcijske topline i gubitaka energije. Stoga se maziva široko koriste u motornim vozilima, kao i u industrijskim mašinama.
Antioksidativne tvari kao što su aminski i fenolni primarni antioksidansi, prirodne kiseline, razgrađivači peroksida i pirazini produžuju vijek trajanja maziva povećanjem otpornosti na oksidaciju. Time se bazno ulje štiti od toplinske degradacije jer se termooksidativna razgradnja odvija u smanjenom i odgođenom obliku.
Vrste maziva
Tekuća maziva: Tekuća maziva općenito se temelje na jednoj vrsti baznog ulja. Ovom baznom ulju često se dodaju druge tvari kako bi se poboljšale funkcionalnost i performanse. Tipični aditivi uključuju, na primjer, vodu, mineralno ulje, lanolin, biljno ili prirodno ulje, nanoaditive itd.
Većina maziva su tekućine i mogu se klasificirati prema porijeklu u dvije grupe:
- Mineralna ulja: Mineralna ulja su ulja za podmazivanje rafinirana iz sirove nafte.
- Sintetička ulja: Sintetička ulja su ulja za podmazivanje koja se proizvode upotrebom spojeva koji su umjetno modificirani ili sintetizirani iz modificirane nafte.
Mast za podmazivanje je čvrsto ili polučvrsto mazivo koje se sastoji od tekućeg maziva zgusnutog dispergiranjem sredstava za zgušnjavanje u njega. Za proizvodnju masti za podmazivanje kao bazna ulja koriste se ulja za podmazivanje, koja su glavni sastojak. Mast za podmazivanje sadrži približno 70% do 80% ulja za podmazivanje.
Penetrirajuća maziva i suha maziva dodatne su vrste koje se primjenjuju uglavnom za nišne primjene.
Biomaziva odnose se uglavnom na baznu tekućinu ili ukupni ekološki profil, a ne nužno na to da je svaki pojedinačni aditiv biološkog porijekla. Biomaziva se obično temelje na biljnim uljima, sintetičkim esterima, uljima biljnog porijekla ili drugim obnovljivim/biorazgradivim baznim materijalima. Međutim, kao i konvencionalna maziva, često ipak zahtijevaju funkcionalne aditive za poboljšanje zaštite od habanja, oksidacijske stabilnosti, zaštite od korozije, viskozitetnog ponašanja i nosivosti. To znači da su biomaziva definirana široko prema obnovljivom porijeklu, biorazgradivosti, niskoj toksičnosti i ekološkim performansama, a ne zahtijevanjem da svaki aditiv bude biološki.
Pročitajte više o sonikaciji za formulacije biomaziva!
Nanoaditivi navedeni gore kao primjer mogu se uspješno umiješati u maziva pomoću ultrazvučnih disperzera.
Literatura / Reference
- 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 proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore od laboratorijske do industrijske veličine.