Lubrikanti s poboljšanim funkcijama nanočestica
Ulja za podmazivanje mogu imati velike koristi od nano-aditiva, koji pomažu u smanjenju trenja i habanja. Međutim, ključno je da nano-aditivi kao što su nanočestice, monoslojevi grafena ili nanosfere jezgro-ljuska budu jednolično i jednostruko dispergovani u mazivu. Ultrazvučna disperzija se dokazala kao pouzdana i efikasna metoda miješanja, osiguravajući homogenu distribuciju nanočestica i sprječavajući agregaciju.
Kako dispergirati nano-aditive u tekućinama za podmazivanje? – Uz ultrazvuk!
Upotreba nanoaditiva u mazivima smatra se jednom od najefikasnijih metoda za poboljšanje triboloških karakteristika smanjujući trenje i habanje. Takvo tribološko poboljšanje uvelike povećava očuvanje energije, smanjenje emisija, čime se smanjuje utjecaj na okoliš.
Izazov nano poboljšanih maziva leži u miješanju: nanomaterijali kao što su nanočestice ili kristalna nano celuloza zahtijevaju fokusirane miksere sa visokim smicanjem koji raspršuju i rastavljaju nanomaterijale ujednačeno u pojedinačne čestice. Stvarajući jedinstvena polja gustoće energije, ultrazvučna obrada pomoću ultrazvučnih sondi velike snage je dokazana superiornost u obradi nanomaterijala i stoga je uspostavljena metoda za nano-disperzije.
Molseh et al. (2009) su pokazali da je stabilnost disperzije tri različite nanočestice (molibden disulfid (MoS2), volfram disulfid (WS2) i heksagonalni bor nitrid (hBN)) u CIMFLO 20 uz ultrazvučnu obradu bolja od one uz mehaničko mućkanje i miješanje. Kako ultrazvučna kavitacija stvara jedinstvene uslove gustoće energije, ultrazvučna metoda sonde nadmašuje konvencionalne tehnike disperzije u efektivnosti i efikasnosti.
Karakteristike nanočestica kao što su veličina, oblik i koncentracija utječu na njihova tribološka svojstva. Dok idealna nano-veličina varira u zavisnosti od materijala, većina nanočestica pokazuje najveću funkcionalnost u rasponu od deset do sto nanometara. Idealna koncentracija nanoaditiva u mazivom ulju je uglavnom između 0,1-5,0%.
Nanočestice oksida kao što su Al2O3, CuO ili ZnO se široko koriste kao nanočestice koje poboljšavaju tribološke performanse maziva. Ostali aditivi uključuju aditive bez pepela, jonske tekućine, boratne estre, neorganske nanomaterijale, nanostrukture dobivene ugljikom kao što su ugljične nanocijevi (CNT), grafit i grafen. Koriste se specifični aditivi kako bi se poboljšala specifična svojstva ulja za podmazivanje. Na primjer, maziva za sprječavanje habanja sadrže aditive za ekstremne pritiske kao što su molibden disulfid, grafit, sumporizirani olefini i kompleksi dialkilditiokarbamata ili aditivi protiv habanja kao što su triarilfosfati i cink dialkilditiofosfat.
Ultrazvučni homogenizatori tipa sonde su pouzdani mikseri i koriste se za formulaciju maziva visokih performansi. Poznata kao superiorna kada je u pitanju priprema suspenzija nano veličine, ultrazvuk je visoko efikasan za industrijsku proizvodnju mazivih ulja.
Industrijski ultrazvučni sistem miješanja za visokopropusnu disperziju nanočestica u ulja za podmazivanje.
- poboljšane tribološke performanse
- ujednačeno ugrađivanje nano-aditiva
- maziva na bazi biljnog ulja
- priprema tribofilma
- fluidi za formiranje lima
- nanofluidi za poboljšanu efikasnost hlađenja
- jonske tečnosti u vodenom ili uljnom mazivu
- tečnosti za provlačenje
Ultrazvučna disperzija aluminijum oksida (Al2O3) dovodi do značajnog smanjenja veličine čestica i ravnomerne disperzije.
Proizvodnja maziva sa nano-aditivima
Za proizvodnju nano-pojačanih mazivih ulja, adekvatan nanomaterijal i moćna, efikasna tehnika disperzije su ključni. Bez pouzdane i dugoročno stabilne nano-disperzije, ne može se proizvesti mazivo visokih performansi.
Ultrazvučno miješanje i dispergiranje je uspostavljena metoda za proizvodnju maziva visokih performansi. Bazno ulje maziva je ojačano aditivima kao što su nanomaterijali, polimeri, inhibitori korozije, antioksidansi i drugi fini agregati. Ultrazvučne smične sile su visoko efikasne u obezbjeđivanju vrlo fine raspodjele veličine čestica. Ultrazvučne (sonomehaničke) sile su sposobne da samelju čak i primarne čestice i primjenjuju se na funkcionalizaciju čestica, tako da rezultirajuće nanočestice nude superiorne karakteristike (npr. modifikacija površine, jezgro-ljuska NP, dopirane NP).
Ultrazvučni mikseri sa visokim smicanjem mogu uvelike pomoći u efikasnoj proizvodnji maziva visokih performansi!
Mješavina ulja sa cink dialkilditiofosfatom (ZDDP) i površinski modificiranim PTFE nanočesticama (PHGM) nakon ultrazvučne disperzije.
(Studija i slika: Sharma et al., 2017.)
Novi nano-aditivi u uljima za podmazivanje
Novi aditivi nano-veličine razvijeni su za dalje poboljšanje funkcionalnosti i performansi ulja i masti za podmazivanje. Na primjer, nano-kristali celuloze (CNC) se istražuju i testiraju za formulaciju zelenih maziva. Zakani i dr. (2022) su to pokazali – u poređenju sa nesonificiranim suspenzijama za podmazivanje – sonicirana CNC maziva mogu smanjiti COF (koeficijent trenja) i habanje za skoro 25 odnosno 30%. Rezultati ove studije sugeriraju da obrada ultrazvukom može značajno poboljšati performanse podmazivanja CNC vodenih suspenzija.
Ultrazvučni disperzatori visokih performansi za proizvodnju maziva
Kada se nanoaditivi koriste u industrijskim proizvodnim procesima kao što je proizvodnja ulja za podmazivanje, ključno je da se suvi prahovi (tj. nanomaterijali) homogeno pomiješaju u tečnu fazu (ulje za podmazivanje). Disperzija nano-čestica zahteva pouzdanu i efikasnu tehniku mešanja, koja koristi dovoljno energije da razbije aglomerate kako bi se oslobodili kvaliteti čestica nano-razmera. Ultrasonikatori su dobro poznati kao moćni i pouzdani disperzatori, stoga se koriste za deaglomeraciju i distribuciju različitih materijala kao što su aluminijum oksid, nanocevi, grafen, minerali i mnogi drugi materijali homogeno u tečnu fazu kao što su mineralna, sintetička ili biljna ulja. Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučne disperzere visokih performansi za bilo koju vrstu primjene homogenizacije i deaglomeracije.
Kontaktirajte nas sada da saznate više o ultrazvučnoj disperziji nano-aditiva u mazivima!
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15 l/min | UIP6000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za primjene miješanja, disperzije, emulgiranja i ekstrakcije u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
PTFE nanolubrikant nakon 7 dana pripreme (A: bazno ulje, B: PTFE nanolubrikant sa ultrazvučnom obradom od 1 sata, C: PTFE nanolubrikant sa ultrazvučnom obradom od 30 minuta).
(Studija i slika: © Kumar et al., 2013)
Utjecaj ultrazvučne obrade na stabilnost disperzije Al2O3 u mazivima.
(Studija i grafički prikaz: © Sharif et al., 2017.)
Činjenice koje vrijedi znati
Šta su maziva?
Glavna upotreba maziva ili ulja za podmazivanje je smanjenje trenja i habanja zbog mehaničkog kontakta, kao i topline. U zavisnosti od upotrebe i sastava, maziva se dijele na motorna ulja, prijenosne tekućine, hidraulične tekućine, ulja za prijenosnike i industrijska maziva.
Zbog toga se maziva široko koriste u motornim vozilima, kao iu industrijskim mašinama. Za dobro podmazivanje, ulja za podmazivanje obično sadrže 90% baznog ulja (uglavnom naftnih frakcija, tj. mineralnih ulja) i manje od 10% aditiva. Kada se izbjegavaju mineralna ulja, kao alternativna bazna ulja mogu se koristiti biljna ulja ili sintetičke tekućine kao što su hidrogenirani poliolefini, esteri, silikoni, fluorougljici i mnoga druga. Glavna upotreba maziva je smanjenje trenja i habanja zbog mehaničkog kontakta, kao i smanjenje gubitaka topline i energije na trenje. Stoga se maziva široko koriste u motornim vozilima, kao iu industrijskim mašinama.
Antioksidativne supstance kao što su primarni antioksidansi amino i fenola, prirodne kiseline, razlagači peroksida i pirazini produžavaju životni ciklus maziva povećavajući otpornost na oksidaciju. Na taj način je bazno ulje zaštićeno od toplotne degradacije jer se termo-oksidativni razgradnji javlja u reduciranom i odgođenom obliku.
Vrste maziva
Tečna maziva: Tečna maziva su uglavnom bazirana na jednoj vrsti baznog ulja. Ovom baznom ulju se često dodaju različite supstance u cilju poboljšanja funkcionalnosti i performansi. Tipični aditivi uključuju na primjer vodu, mineralno ulje, lanolin, biljna ili prirodna ulja, nano-aditive itd.
Većina maziva su tekućine, a prema porijeklu se mogu svrstati u dvije grupe:
- Mineralna ulja: Mineralna ulja su ulja za podmazivanje rafinirana od 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, koje se zgušnjava raspršivanjem sredstava za zgušnjavanje u njega. Za proizvodnju masti za podmazivanje, ulja za podmazivanje koriste se kao bazna ulja i glavni su sastojak. Mast za podmazivanje sadrži pribl. 70% do 80% ulja za podmazivanje.
Prodorna maziva i suha maziva su daljnji tipovi, koji se uglavnom primjenjuju za nišne aplikacije.
Nano-aditivi kao što su gore navedeni primjeri mogu se uspješno pomiješati u maziva pomoću ultrazvučnih disperzatora.
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 ultrazvučne homogenizatore visokih performansi lab to industrijska veličina.