Maziva s funkcemi vylepšenými nanočásticemi
Mazací oleje mohou velmi těžit z nano-aditiv, které pomáhají snižovat tření a opotřebení. Je však zásadní, aby nano-přísady, jako jsou nanočástice, grafenové monovrstvy nebo nanosféry jádra, byly v mazivu rovnoměrně a jednotlivě rozptýleny. Ultrazvuková disperze byla prokázána jako spolehlivá a účinná metoda míchání, která poskytuje homogenní distribuci nanočástic a zabraňuje agregaci.
Jak rozptýlit nanoaditiva v mazacích kapalinách? – S ultrazvukem!
Použití nanoaditiv v mazivech je považováno za jednu z nejúčinnějších metod ke zlepšení tribologických vlastností, snížení tření a opotřebení. Takové tribologické zlepšení výrazně zvyšuje úsporu energie, snížení emisí, čímž se sníží dopad na životní prostředí.
Výzva nano-vylepšených maziv spočívá v míchání: Nanomateriály, jako jsou nanočástice nebo krystalická nanocelulóza, vyžadují soustředěné vysokosmykové míchačky, které rozptýlí a rozplétají nanomateriály rovnoměrně do jednotlivých částic. Vytváření jedinečných polí s vysokou hustou energií, ultrazvuku pomocí vysoce výkonných ultrazvukových sond bylo prokázáno nadřazenost při zpracování nanomateriálů a je tak zavedenou metodou pro nanodisperze.
Molseh a kol. (2009) ukázali, že disperzní stabilita tří různých nanočástic (disulfid molybdenu (MoS2), disulfid wolframu (WS2) a hexagonální nitrid boru (hBN)) v CIMFLO 20 s ultrazvukovým ošetřením byla lepší než stabilita s mechanickým třepáním a mícháním. Vzhledem k tomu, že ultrazvuková kavitace vytváří jedinečné energeticky husté podmínky, ultrazvuku typu sondy vyniká konvenční disperzní techniky v účinnosti a efektivitě.
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 funkčnost v rozmezí deseti až stovek nanometrů. Ideální koncentrace nanoaditiv v mazacím oleji je většinou mezi 0,1–5,0 %.
Oxidové nanočástice, jako jsou Al2O3, CuO nebo ZnO, jsou široce používány jako nanočástice zlepšující tribologický výkon maziv. Mezi další přísady patří bezpopelové přísady, iontové kapaliny, estery boritanů, anorganické nanomateriály, nanostruktury odvozené od uhlíku, jako jsou uhlíkové nanotrubice (CNT), grafit a grafen. Specifické přísady se používají ke zlepšení specifických vlastností mazacích olejů. Například maziva zabraňující opotřebení obsahují přísady pro extrémní tlaky, jako je disulfid molybdenu, grafit, sířené olefiny a dialkyldithiokarbamátové komplexy, nebo přísady proti opotřebení, jako jsou triarylfosfáty a dialkyldithiofosforečnan zinečnatý.
Homogenizátory ultrazvukové sondy jsou spolehlivé míchačky 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 vysoce výkonnou disperzi nanočástic do mazacích olejů.
- zlepšená tribologická výkonnost
- Jednotné zapracování nanoaditiv;
- Maziva na bázi rostlinných olejů
- Příprava tribofilmu
- Kapaliny pro tváření plechů
- nanofluidy pro lepší účinnost chlazení
- iontové kapaliny ve vodném mazivu nebo mazivu na olejové bázi
- protahovací kapaliny
Ultrazvuková disperze oxidu hlinitého (Al2O3) má za následek významné snížení velikosti částic a rovnoměrnou disperzi.
Výroba maziv s nanoaditivy
Pro výrobu nanovyztužených mazacích olejů je rozhodující odpovídající nanomateriál a výkonná a účinná disperzní technika. Bez spolehlivé a dlouhodobě stabilní nanodisperze nelze vyrobit vysoce výkonné mazivo.
Ultrazvukové míchání a dispergace je zavedená metoda pro výrobu vysoce výkonných maziv. Základní olej maziv je vyztužen přísadami, jako jsou nanomateriály, polymery, inhibitory koroze, antioxidanty a další jemné kamenivo. Ultrazvukové smykové síly jsou vysoce účinné při poskytování velmi jemné distribuce velikosti částic. Ultrazvukové (sonomechanické) síly jsou schopny frézovat i primární částice a jsou aplikovány na funkcionalizaci částic, takže výsledné nanočástice nabízejí vynikající vlastnosti (např. Povrchová modifikace, NP jádra-skořápka, dopované NP).
Ultrazvukové vysokosmykové míchačky 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
Pro další zlepšení funkčnosti a výkonu mazacích olejů a plastických maziv jsou vyvíjena nová nano-rozměrná aditiva. Například nanokrystaly celulózy (CNC) jsou výzkumy a testovány pro formulaci zelených maziv. Zakani et al. (2022) prokázali, že – ve srovnání s nesonikovanými mazacími suspenzemi – Sonikované CNC maziva by mohly snížit COF (koeficient tření) a opotřebení o téměř 25 a 30%. Výsledky této studie naznačují, že ultrazvuku zpracování může výrazně zlepšit mazací výkon CNC vodných suspenzí.
Vysoce výkonné ultrazvukové dispergátory pro výrobu maziv
Při použití nanoaditiva 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 používá dostatek energie k rozbití aglomerátů, aby se uvolnily vlastnosti částic v nanoměřítku. Ultrasonicators jsou dobře známé 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 deaglomeračních aplikací.
Kontaktujte nás nyní a dozvíte se více o ultrazvukové disperzi nano-přísad v mazivech!
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators:
| Hromadná dávka | průtok | Doporučené Devices |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml / min | UP100H |
| 10 až 2000ml | 20 až 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 00,1 až 20L | 00,2 až 4 litry / min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10 l / min | UIP4000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| na | 10 až 100L / min | UIP16000 |
| na | větší | hrozen UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!
Hielscher Ultrazvuk vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, emulgaci a extrakce v laboratoři, pilotním a průmyslovém měřítku.
PTFE nanomaziva po 7 dnech přípravy (A: základní 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 Worth Knowing
Co jsou maziva?
Hlavním použitím maziv nebo mazacích olejů je snížení tření a opotřebení z mechanického kontaktu a tepla. V závislosti na 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. Pro zajištění dobrého mazání obsahují mazací oleje obvykle 90 % základového oleje (většinou ropné frakce, tj. minerální oleje) a méně než 10 % aditiv. Pokud se vyhnete minerálním olejům, mohou být jako alternativní základové oleje použity rostlinné oleje nebo syntetické kapaliny, jako jsou hydrogenované polyolefiny, estery, silikony, fluorované uhlovodíky a mnoho dalších. Hlavním použitím maziv je snížení tření a opotřebení z mechanického kontaktu, jakož i snížení tepelných a energetických ztrát třením. 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 zvýšením oxidační odolnosti. Tím je základový olej chráněn před tepelnou degradací, protože dochází k termooxidačnímu rozkladu v redukované a zpožděné formě.
Typy maziv
Kapalná maziva: Kapalná maziva jsou obecně založena na jednom typu základového oleje. K tomuto základnímu 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 apod.
Většina maziv jsou kapaliny a mohou být klasifikovány podle svého původu do dvou skupin:
- Minerální oleje: Minerální oleje jsou mazací oleje rafinované ze surového oleje.
- Syntetické oleje: Syntetické oleje jsou mazací oleje, které jsou vyráběny za použití sloučenin, které jsou uměle modifikovány nebo syntetizovány z modifikované ropy.
Mazací plastické mazivo je tuhé nebo polotuhé mazivo, které sestává z kapalného maziva, které je zahuštěno rozptýlením zahušťovadel do něj. Pro výrobu mazacího tuku se mazací oleje používají jako základové oleje a jsou hlavní složkou. Mazací plastické mazivo obsahuje přibližně 70 až 80 % mazacího oleje.
Penetrační maziva a suchá maziva jsou další typy, které se používají většinou pro specializované aplikace.
Nano-přísady, jak je uvedeno výše, mohou být úspěšně smíchány do maziv pomocí ultrazvukových dispergátorů.
Literatura / Reference
- 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 na průmyslové velikosti.