Nano-maziva vylepšená ultrazvukovou disperzí

Začlenění nanoaditiv do receptur maziv představuje jeden z nejvýznamnějších pokroků v oblasti tribologie v posledních letech. Výzkumníci a procesní inženýři však čelí přetrvávajícímu problému: jak dosáhnout homogenní disperze nanočástic ve viskózních základových olejích, aniž by došlo k narušení jejich strukturální integrity. Tradiční metody míchání často nedokážou aglomeráty účinně rozbít, což vede k nejednotnému výkonu produktu a omezené skladovatelnosti.

Řešení: Disperze nanoaditiv pomocí ultrazvuku ve složení maziv

Vysoce výkonný ultrazvuk představuje nejlepší řešení těchto problémů s disperzí. Na základě principů akustické kavitace vytváří ultrazvukové zařízení v kapalném médiu střídající se cykly vysokého a nízkého tlaku. Během nízkotlakého cyklu se v kapalině tvoří malé vakuové bublinky. Jakmile tyto bublinky dosáhnou maximálního objemu a nemohou již absorbovat další energii, během vysokotlakého cyklu prudce prasknou. Tento kolaps vytváří lokálně extrémní podmínky – teploty dosahující přibližně 5000 kelvinů a tlaky přesahující 1000 atmosfér – které účinně rozrušují shluky nanočástic a zajišťují jejich rovnoměrné rozložení v celé matrici maziva.
Pro procesní inženýry to znamená rozdíl mezi mazivem, které se usazuje a oddělí již během několika týdnů, a mazivem, které si zachovává své výkonnostní vlastnosti po celou dobu životnosti součásti.

Případová studie: Uhlíkové nanotrubice podobné bambusu s příměsí dusíku v vodivých mazivech

Přesvědčivý příklad účinnosti ultrazvukové technologie při výrobě maziv přináší výzkum zveřejněný v časopise *Journal of Materials Research and Technology* (2019). Studie s názvem “Využití uhlíkových nanotrubiček s bambusovou strukturou dopovaných dusíkem pro vývoj elektricky vodivých maziv,” ukazuje, jak homogenizátor Hielscher UIP1000hdT se sondou (340 W, doba zpracování 2 minuty) umožnil výrobu homogenních, stabilních a elektricky vodivých ložiskových maziv.
Vědci využili uhlíkové nanotrubice ve tvaru bambusu (BCNT) jako vodivé přísady do maziv. Díky začlenění dusíku do grafitové struktury bočních stěn nanotrubic vznikly mimořádné elektronické a strukturální vlastnosti, které vedly k vynikajícím adsorpčním vlastnostem a elektrické vodivosti. Uhlíkové nanotrubice jsou pozoruhodné elektricky vodivé nanostrukturované materiály a jejich elektronické vlastnosti lze specificky ladit začleněním atomů dusíku pomocí technik dopování.
Výsledky podtrhují účinnost ultrazvukové disperze:

Tato případová studie slouží jako technický důkaz proveditelnosti: když se správný nanomateriál spojí se správnou ultrazvukovou energií, výsledné mazivo dosahuje výkonnostních parametrů, které byly dříve považovány za nedosažitelné pomocí konvenčních metod míchání.

Hlavní vlastnost ultrazvukové nanodisperze v mazivech

Metoda ultrazvukové disperze přináší výjimečné výsledky, které potvrzují její průmyslový potenciál:

• Minimální požadavky na přísady: K dosažení dobré elektrické vodivosti maziv přesahující 14 mS postačují relativně malé množství BCNT, konkrétně 1,5 % hmotnostních. Vzorky obsahující nanotrubice vykazují při stacionárních měřeních dobrou elektrickou vodivost v rozmezí od 7 do 18,5 mS.
• Zvýšený výkon během provozu: Měření elektrické vodivosti během skutečného provozu kuličkových ložisek ukazují ještě vyšší hodnoty, přičemž u složení s 3 % BCNT byla zaznamenána maximální hodnota 31,5 mS. Vodivost se v každém případě zvyšuje ve srovnání s měřeními v klidovém stavu, což naznačuje, že mechanické namáhání během provozu dále zlepšuje vodivé cesty.
• Vynikající třecí vlastnosti: Vzorky s obsahem 1,5 % hmotnostních BCNT vykazují účinné třecí vlastnosti, přičemž hodnoty třecího momentu činí 6,1 a 5,1 Nmm. To dokazuje, že optimální koncentrace přísady zajišťuje rovnováhu mezi vodivostí a mechanickými vlastnostmi.
• Zlepšená tepelná stabilita: Přidání silikonového oleje s vysokou viskozitou (5000 mm²/s) a pyrogenního oxidu křemičitého jako zahušťovadel zvyšuje bod kapání na více než 150 °C, čímž se řeší zásadní omezení při použití za vysokých teplot.
• Optimalizované složení: Základní olej PDMS s obsahem 3 % BCNT a 1,0 % koloidního SiO₂ a viskozitou 50 mm/s se ukázal jako velmi vhodný pro plnění kuličkových ložisek, neboť kombinuje vodivost s mechanickou odolností.

Ultrazvuk: Výhoda při průmyslovém rozšíření výroby

Zatímco vývoj v laboratorním měřítku s využitím zařízení Hielscher UIP1000hdT dokazuje proveditelnost konceptu, skutečná hodnota pro průmyslové aplikace spočívá v lineární škálovatelnosti. Ultrazvukové přístroje Hielscher nabízejí jedinečnou výhodu díky své schopnosti lineárního škálování, což umožňuje plynulý přechod z fáze výzkumu a vývoje (R&D)&Od stolního zpracování až po sériovou výrobu velkých objemů.
Pro průmyslové nasazení mohou procesní inženýři využít model UIP4000hdT o výkonu 4 kW, sonikátor UIP6000hdT o výkonu 6 kW nebo výkonný model UIP16000hdT o výkonu 16 kW, vybavený specializovanými průtokovými komorami. Tento lineární přístup k škálování zajišťuje, že receptury vyvinuté v laboratorním měřítku si při výrobě v průmyslovém měřítku zachovají identickou kvalitu disperze a charakteristiky distribuce částic. Konzistence dosažená pomocí ultrazvukového zpracování eliminuje variabilitu mezi jednotlivými šaržemi, která trápí konvenční metody míchání, což je obzvláště důležité pro aplikace vysoce výkonných maziv v leteckém, automobilovém a přesném strojírenském průmyslu.

Proč je ultrazvuk důležitý pro inovace v oblasti maziv

Výhody dispergace nanoaditiv pomocí ultrazvuku přesahují pouhou účinnost míchání. Tato technologie umožňuje:

1. Zvýšený obsah přísad: Je možné přidávat vyšší koncentrace nanoaditiv bez toho, aby docházelo k aglomeraci, čímž se maximalizují výkonnostní výhody.
2. Zlepšená trvanlivost: Homogenní disperze zabraňují usazování a fázovému oddělování i při dlouhodobém skladování.
3. Stálá kvalita výrobků: Každá výrobní šarže vykazuje identické disperzní vlastnosti, což je zásadní pro aplikace vyžadující přísnou kontrolu kvality.
4. Zkrácená doba zpracování: Ultrazvuková kavitace zajišťuje disperzi během několika minut, zatímco tradiční metody k tomu potřebují několik hodin.
5. Všestrannost napříč různými složeními: Tato technologie je kompatibilní s různými základními oleji, zahušťovadly a typy přísad, což umožňuje flexibilitu při vývoji receptur.

Ultrazvukový dispergátor se sondou umožňuje výrobu vysoce výkonných biomaziv.
(Studie a obrázek: Liu a kol., 2020)

Zlepšete výrobu svých nanomaziv pomocí ultrazvukové disperze

Začlenění ultrazvukové technologie do výrobních procesů maziv představuje zásadní změnu v přístupu k začleňování nanoaditiv do složení maziv. Jak dokazuje úspěšný vývoj elektricky vodivých maziv s využitím uhlíkových nanotrubiček podobných bambusu, dopovaných dusíkem, vysoce energetická ultrazvuková обробka zajišťuje homogenní a stabilní disperze s výjimečnými výkonnostními vlastnostmi. Díky lineární škálovatelnosti zařízení společnosti Hielscher, od stolního ultrazvukového zařízení UIP1000hdT až po průmyslové inline modely, jako jsou UIP4000hdT, UIP6000hdT a UIP16000hdT s průtokovými komorami, mohou výzkumníci a procesní inženýři s jistotou přejít z fáze výzkumu a vývoje (R&D)&Od fáze výzkumu až po komerční výrobu, přičemž zajišťujeme, aby inovace vyvinutá v laboratoři fungovala ve výrobě naprosto stejně.
Budoucnost technologie maziv nespočívá pouze ve vývoji nových nanoaditiv, ale také v dokonalém zvládnutí disperzních technik, které umožňují plně využít jejich potenciál. Ultrazvukové zpracování představuje most mezi vědeckými objevy a průmyslovým využitím a umožňuje vznik nové generace vysoce výkonných maziv pro náročné průmyslové aplikace.

 
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

Projekce, výroba a poradenství – Kvalita Made in Germany

Hielscher ultrasonicators jsou dobře známí pro své nejvyšší standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových zařízení do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí jsou snadno zvládnutelné Hielscher ultrasonikators.

Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.

Literatura / Reference