Maziva s vylepšenými funkcemi nanočástic
Mazací oleje mohou velmi těžit z nanopřísad, které pomáhají snižovat tření a opotřebení. Zásadní však je, aby nanoaditiva, jako jsou nanočástice, grafenové monovrstvy nebo nanokuličky jádra a obalu, byla v mazivu dispergována rovnoměrně a jednotlivě. Ultrazvuková disperze se osvědčila jako spolehlivá a účinná metoda míchání, která poskytuje homogenní distribuci nanočástic a zabraňuje agregaci.
Jak dispergovat nanoaditiva v mazacích kapalinách? – S ultrazvukem!
Použití nanoaditiv v mazivech je považováno za jednu z nejúčinnějších metod pro zlepšení tribologických vlastností, snížení tření a opotřebení. Takové tribologické zlepšení výrazně zvyšuje úsporu energie, snížení emisí, a tím snižuje dopad na životní prostředí.
Výzva nano-vylepšených maziv spočívá v míchání: Nanomateriály, jako jsou nanočástice nebo krystalická nanocelulóza, vyžadují soustředěné mixéry s vysokým smykovým třením, které nanomateriály rovnoměrně rozptýlí a rozpletou do jednotlivých částic. Vytvořením jedinečných polí s vysokou hustotou energie bylo ultrazvuku pomocí vysoce výkonných ultrazvukových sond prokázáno nadřazenství ve zpracování nanomateriálů, a je tak zavedenou metodou pro nanodisperze.
Molseh et al. (2009) ukázali, že disperzní stabilita tří různých nanočástic (disulfid molybdeničitý (MoS2), disulfid wolframu (WS2) a hexagonální nitrid boru (hBN)) v CIMFLO 20 s ultrazvukovou úpravou byla lepší než stabilita při mechanickém protřepávání a míchání. Vzhledem k tomu, že ultrazvuková kavitace vytváří jedinečné podmínky s vysokou spotřebou energie, ultrazvuku typu sondy vyniká konvenčními disperzními technikami v účinnosti a účinnosti.
Vlastnosti nanočástic, jako je velikost, tvar a koncentrace, ovlivňují jejich tribologické vlastnosti. Zatímco ideální velikost nanočástic se liší v závislosti na materiálu, většina nanočástic vykazuje nejvyšší funkce v rozmezí deseti až sta nanometrů. Ideální koncentrace nanoaditiv v mazacím oleji se většinou pohybuje mezi 0,1–5,0 %.
Oxidové nanočástice, jako je Al2O3, CuO nebo ZnO, jsou široce používány jako nanočástice zlepšující tribologické vlastnosti maziv. Mezi další přísady patří bezpopelové přísady, iontové kapaliny, estery boritanu, anorganické nanomateriály, nanostruktury odvozené od uhlíku, jako jsou uhlíkové nanotrubice (CNT), grafit a grafen. Pro zlepšení specifických vlastností mazacích olejů se používají specifické přísady. Například maziva zabraňující opotřebení obsahují přísady pro extrémní tlaky, jako je disulfid molybdeničitý, grafit, sířené olefiny a dialkyldithiokarbamátové komplexy, nebo přísady proti opotřebení, jako jsou triarylfosfáty a dialkyldithiofosfát zinečnatý.
Ultrazvukové homogenizátory typu sondy jsou spolehlivé mixéry a používají se pro formulaci vysoce výkonných maziv. Proslulý jako vynikající, pokud jde o přípravu nano-velkých suspenzí, sonikace je vysoce účinná pro průmyslovou výrobu mazacích olejů.
Průmyslový ultrazvukový míchací systém pro vysokovýkonnou disperzi nanočástic do mazacích olejů.
- Zlepšená tribologická výkonnost
- rovnoměrné zapracování nanoaditiv
- Maziva na bázi rostlinného oleje
- Příprava tribofilmu
- Tvářecí kapaliny pro plechy
- Nanofluidy pro lepší účinnost chlazení
- iontové kapaliny ve vodném mazivu nebo mazivu na bázi oleje
- Protahovací kapaliny
Ultrazvuková disperze oxidu hlinitého (Al2O3) vede k výraznému zmenšení velikosti částic a rovnoměrné disperzi.
Výroba maziv s nanoaditivy
Pro výrobu mazacích olejů vyztužených nanotechnologiemi je rozhodující odpovídající nanomateriál a výkonná, účinná disperzní technika. Bez spolehlivé a dlouhodobě stabilní nanodisperze nelze vyrobit vysoce výkonné mazivo.
Ultrazvukové míchání a dispergování je zavedenou metodou pro výrobu vysoce výkonných maziv. Základní olej maziv je vyztužen přísadami, jako jsou nanomateriály, polymery, inhibitory koroze, antioxidanty a další jemné agregáty. Ultrazvukové smykové síly jsou vysoce účinné při zajišťování velmi jemné distribuce velikosti částic. Ultrazvukové (sonomechanické) síly jsou schopny rozemlít i primární částice a jsou aplikovány na funkcionalizaci částic tak, aby výsledné nanočástice nabízely nadřazené vlastnosti (např. povrchová modifikace, NP jádro-obal, dopované NP).
Ultrazvukové mixéry s vysokým smykem mohou výrazně pomoci efektivně vyrábět vysoce výkonná maziva!
Olejová směs s dialkyldithiofosfátem zinečnatým (ZDDP) a povrchově modifikovanými nanočásticemi PTFE (PHGM) po ultrazvukové disperzi.
(Studie a obrázek: Sharma et al., 2017)
Nové nanoaditiva v mazacích olejích
Jsou vyvíjeny nové nano-velké přísady pro další zlepšení funkčnosti a výkonu mazacích olejů a tuků. Například nanokrystaly celulózy (CNC) jsou výzkumně testovány a testovány pro složení zelených maziv. Zakani et al. (2022) prokázali, že – ve srovnání s nesonikovanými mazacími suspenzemi – sonikovaná CNC maziva by mohla snížit COF (koeficient tření) a opotřebení téměř o 25 a 30 %. Výsledky této studie naznačují, že ultrazvukové zpracování může významně zlepšit mazací výkon CNC vodných suspenzí.
Vysoce výkonné ultrazvukové dispergátory pro výrobu maziv
Při použití nanoaditiv v průmyslových výrobních procesech, jako je výroba mazacích olejů, je zásadní, aby suché prášky (tj. nanomateriály) byly homogenně smíchány do kapalné fáze (mazací olej). Disperze nanočástic vyžaduje spolehlivou a účinnou techniku míchání, která aplikuje dostatek energie k rozbití aglomerátů, aby se uvolnily vlastnosti částic v nanoměřítku. Ultrasonicators jsou dobře známí jako výkonné a spolehlivé dispergátory, proto se používají k deaglomeraci a distribuci různých materiálů, jako je oxid hlinitý, nanotrubice, grafen, minerály a mnoho dalších materiálů homogenně do kapalné fáze, jako jsou minerální, syntetické nebo rostlinné oleje. Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrábí a distribuuje vysoce výkonné ultrazvukové dispergátory pro jakýkoli druh homogenizace a deaglomerace aplikací.
Kontaktujte nás a dozvíte se více o ultrazvukové disperzi nanoaditiv v mazivech!
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:
| Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20L | 0.2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| Není k dispozici | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
| Není k dispozici | větší | shluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, emulgaci a extrakci v laboratorním, pilotním a průmyslovém měřítku.
PTFE nanomaziva po 7 dnech přípravy (A: základový olej, B: PTFE nanomazivo s 1 hodinou ultrazvuku, C: PTFE nanomazivo s 30 min. ultrazvuku).
(Studie a obrázek: © Kumar et al., 2013)
Vliv ultrazvuku na disperzní stabilitu Al2O3 v mazivech.
(Studie a grafika: © Sharif et al., 2017)
Fakta, která stojí za to vědět
Co jsou maziva?
Hlavním použitím maziv nebo mazacích olejů je snížení tření a opotřebení mechanickým kontaktem a také teplem. V závislosti na jejich použití a složení se maziva dělí na motorové oleje, převodové kapaliny, hydraulické kapaliny, převodové oleje a průmyslová maziva.
Proto jsou maziva široce používána v motorových vozidlech i v průmyslových strojích. Aby bylo zajištěno dobré mazání, mazací oleje obvykle obsahují 90 % základového oleje (většinou ropné frakce, tj. minerální oleje) a méně než 10 % přísad. Pokud se vyhnete minerálním olejům, lze jako alternativní základové oleje použít rostlinné oleje nebo syntetické kapaliny, jako jsou hydrogenované polyolefiny, estery, silikony, fluorované uhlovodíky a mnoho dalších. Hlavním použitím maziv je snížení tření a opotřebení v důsledku mechanického kontaktu, jakož i snížení ztrát třecího tepla a energie. Proto jsou maziva široce používána v motorových vozidlech i v průmyslových strojích.
Antioxidační látky, jako jsou aminové a fenolické primární antioxidanty, přírodní kyseliny, rozkladače peroxidu a pyraziny, prodlužují životní cyklus maziv tím, že zvyšují oxidační odolnost. Základový olej je tak chráněn před tepelnou degradací, protože dochází k termooxidačnímu rozkladu v redukované a zpožděné formě.
Typy maziv
Tekutá maziva: Kapalná maziva jsou obecně založena na jednom typu základového oleje. K tomuto základovému oleji se často přidávají látky, aby se zlepšila funkčnost a výkon. Mezi typické přísady patří například voda, minerální olej, lanolin, rostlinný nebo přírodní olej, nanoaditiva atd.
Většina maziv jsou kapaliny a lze je rozdělit podle jejich původu do dvou skupin:
- Minerální oleje: Minerální oleje jsou mazací oleje rafinované ze surové ropy.
- Syntetické oleje: Syntetické oleje jsou mazací oleje, které se vyrábějí za použití sloučenin, které jsou uměle upraveny nebo syntetizovány z modifikované ropy.
Mazací tuk je pevné nebo polotuhé mazivo, které spočívá v kapalném mazivu, které je zahuštěno dispergováním zahušťovadel do něj. K výrobě mazacího tuku se mazací oleje používají jako základové oleje a jsou hlavní složkou. Mazací tuk obsahuje přibližně 70 % až 80 % mazacího oleje.
Penetrační maziva a Suchá maziva jsou další typy, které se používají většinou pro specializované aplikace.
Nanoaditiva, jak je uvedeno výše, lze úspěšně přimíchat do maziv pomocí ultrazvukových dispergátorů.
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 vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratoř k průmyslová velikost.