Nanoosakeste täiustatud funktsioonidega määrdeained
Määrdeõlid võivad nanolisanditest palju kasu saada, mis aitavad vähendada hõõrdumist ja kulumist. Siiski on ülioluline, et nanolisandid, nagu nanoosakesed, grafeeni monokihid või südamikukestaga nanosfäärid, oleksid määrdeaines ühtlaselt ja ühekordselt dispergeeritud. Ultraheli dispersioon on osutunud usaldusväärseks ja tõhusaks segamismeetodiks, pakkudes homogeenset nanoosakeste jaotust ja vältides agregatsiooni.
Kuidas hajutada nano-lisandeid määrdevedelikes? – Ultraheliga!
Nano-lisandite kasutamist määrdeainetes peetakse üheks kõige tõhusamaks meetodiks triboloogiliste omaduste parandamiseks, vähendades hõõrdumist ja kulumist. Selline triboloogiline täiustamine suurendab oluliselt energia säästmist, heitkoguste vähendamist, vähendades seeläbi keskkonnamõju.
Nano-täiustatud määrdeainete väljakutse seisneb segamises: nanomaterjalid, nagu nanoosakesed või kristalne nanotselluloos, vajavad fokuseeritud suure nihkega segisteid, mis hajutavad ja eraldavad nanomaterjalid ühtlaselt üksikuteks osakesteks. Unikaalsete energiatihedate väljade loomine, ultraheliuuring suure võimsusega ultrahelisondide abil on nanomaterjalide töötlemisel osutunud paremaks ja on seega nanodispersioonide jaoks loodud meetod.
(2009) näitas, et kolme erineva nanoosakese (molübdeendisulfiid (MoS2), volframdisulfiid (WS2) ja kuusnurkse boornitriidi (hBN)) dispersiooni stabiilsus CIMFLO 20-s ultraheli töötlemisega oli parem kui mehaanilise raputamise ja segamisega. Kuna ultraheli kavitatsioon loob ainulaadsed energiatihedad tingimused, ületab sondi tüüpi ultraheliuuring tavapäraseid dispersioonitehnikaid tõhususe ja tõhususe poolest.
Nanoosakeste omadused, nagu suurus, kuju ja kontsentratsioon, mõjutavad nende triboloogilisi omadusi. Kuigi ideaalne nanosuurus varieerub sõltuvalt materjalist, on enamikul nanoosakestel kõrgeimad funktsioonid vahemikus kümme kuni sada nanomeetrit. Nanolisandite ideaalne kontsentratsioon libestõlis on enamasti vahemikus 0,1–5,0% .
Oksiidi nanoosakesi, nagu Al2O3, CuO või ZnO, kasutatakse laialdaselt nanoosakestena, mis parandavad määrdeainete triboloogilist jõudlust. Muude lisandite hulka kuuluvad tuhavabad lisandid, ioonsed vedelikud, boraatestrid, anorgaanilised nanomaterjalid, süsinikust saadud nanostruktuurid nagu süsiniknanotorud (CNT), grafiit ja grafeen. Määrdeõlide spetsiifiliste omaduste parandamiseks kasutatakse spetsiifilisi lisaaineid. Näiteks sisaldavad kulumist ennetavad määrdeained äärmuslikke survelisandeid, nagu molübdeendisulfiid, grafiit, vääveldatud olefiinid ja dialküülitiokarbamaadi kompleksid või antirõivaste lisandid, nagu triarüülfosfaadid ja tsinkdialküülditiofosfaat.
Ultraheli sondi tüüpi homogenisaatorid on usaldusväärsed segistid ja neid kasutatakse suure jõudlusega määrdeainete valmistamiseks. Tuntud kui parem, kui tegemist on nano-suurusega suspensioonide valmistamisega, on ultrahelitöötlus väga tõhus määrdeõlide tööstuslikuks tootmiseks.
Tööstuslik ultraheli segamissüsteem nanoosakeste suure läbilaskevõimega hajutamiseks määrdeõlidesse.
- parem triboloogiline jõudlus
- ühtlane nanolisandite lisamine
- Taimse õli baasil määrdeained
- Tribofilmi ettevalmistamine
- lehtmetalli moodustavad vedelikud
- nanovedelikud jahutuse efektiivsuse parandamiseks
- ioonsed vedelikud vesilahuses või õlipõhises libestis
- haudumisvedelikud
Alumiiniumoksiidi (Al2O3) ultraheli dispersioon toob kaasa osakeste suuruse olulise vähenemise ja ühtlase dispersiooni.
Määrdeainete tootmine nanolisanditega
Nanotugevdatud määrdeõlide tootmiseks on ülioluline piisav nanomaterjal ning võimas ja tõhus dispersioonitehnika. Ilma usaldusväärse ja pikaajalise stabiilse nanodispersioonita ei saa toota suure jõudlusega määrdeainet.
Ultraheli segamine ja hajutamine on väljakujunenud meetod suure jõudlusega määrdeainete tootmiseks. Määrdeainete baasõli on tugevdatud selliste lisanditega nagu nanomaterjalid, polümeerid, korrosiooni inhibiitorid, antioksüdandid ja muud peened täitematerjalid. Ultraheli nihkejõud on väga tõhusad väga peene osakeste suuruse jaotuse tagamisel. Ultraheli (sonomehaanilised) jõud on võimelised freesima isegi primaarseid osakesi ja neid rakendatakse osakeste funktsionaliseerimiseks, nii et saadud nanoosakesed pakuvad paremaid omadusi (nt pinna modifitseerimine, südamiku kestaga NP-d, dopeeritud NP-d).
Ultraheli suure nihkega segistid võivad oluliselt aidata tõhusalt valmistada suure jõudlusega määrdeaineid!
Õli segu tsinkdialküülditiofosfaadiga (ZDDP) ja pinna modifitseeritud PTFE nanoosakestega (PHGM) pärast ultraheli dispersiooni.
(Uuring ja pilt: Sharma et al., 2017)
Uudsed nanolisandid määrdeõlides
Määrdeõlide ja määrdeainete funktsionaalsuse ja jõudluse edasiseks parandamiseks töötatakse välja uudsed nanosuuruses lisandid. Näiteks tselluloosi nanokristalle (CNC) uuritakse ja testitakse roheliste määrdeainete valmistamiseks. Zakani jt (2022) näitasid, et – võrreldes ultraheliga määrimata määrdesuspensioonidega – ultraheliga töödeldud CNC määrdeained võivad vähendada COF-i (hõõrdetegur) ja kulumist vastavalt peaaegu 25 ja 30%. Selle uuringu tulemused viitavad sellele, et ultraheli töötlemine võib oluliselt parandada CNC vesisuspensioonide määrimisvõimet.
Suure jõudlusega ultraheli dispergeerijad määrdeainete tootmiseks
Kui nanolisandeid kasutatakse tööstuslikes tootmisprotsessides, näiteks määrdeõlide tootmisel, on ülioluline, et kuivad pulbrid (st nanomaterjalid) segataks homogeenselt vedelasse faasi (määrdeõli). Nanoosakeste dispersioon nõuab usaldusväärset ja tõhusat segamistehnikat, mis kasutab piisavalt energiat aglomeraatide purustamiseks, et vallandada nanoosakeste omadused. Ultrasonikaatorid on tuntud kui võimsad ja usaldusväärsed dispergeerijad, seetõttu kasutatakse neid erinevate materjalide, näiteks alumiiniumoksiidi, nanotorude, grafeeni, mineraalide ja paljude teiste materjalide homogeenseks deagglomereerimiseks ja jaotamiseks vedelaks faasiks, nagu mineraal-, sünteetilised või taimeõlid. Hielscher Ultrasonics projekteerib, toodab ja levitab suure jõudlusega ultraheli dispergeerijaid igasuguste homogeniseerimise ja deagglomeratsiooni rakenduste jaoks.
Võtke meiega kohe ühendust, et saada lisateavet nano-lisandite ultraheli dispersiooni kohta määrdeainetes!
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500 ml | 10 kuni 200 ml / min | UP100H |
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 kuni 20L | 0.2 kuni 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 kuni 150L | 3 kuni 15L/min | UIP6000hdT |
| mujal liigitamata | 10 kuni 100 L / min | UIP16000 |
| mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid rakenduste segamiseks, hajutamiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks laboris, piloot- ja tööstuslikus mastaabis.
PTFE nanolubrikantid pärast 7-päevast valmistamist (A: baasõli, B: PTFE nanolubricant koos 1 h ultraheliga, C: PTFE nanolubricant 30 min. ultraheliga).
(Uuring ja pilt: © Kumar et al., 2013)
Ultraheli mõju Al2O3 dispersiooni stabiilsusele määrdeainetes.
(Uuring ja graafik: © Sharif et al., 2017)
Faktid, mida tasub teada
Mis on määrdeained?
Määrdeainete või määrdeõlide peamine kasutusala on hõõrdumise ja kulumise vähendamine nii mehaanilisest kontaktist kui ka kuumusest. Sõltuvalt nende kasutamisest ja koostisest jagatakse määrdeained mootoriõlideks, ülekandevedelikeks, hüdraulikavedelikeks, käigukastiõlideks ja tööstuslikeks määrdeaineteks.
Seetõttu kasutatakse määrdeaineid laialdaselt nii mootorsõidukites kui ka tööstusmasinates. Hea määrimise tagamiseks sisaldavad määrdeõlid tavaliselt 90% baasõli (enamasti naftafraktsioone, st mineraalõlisid) ja vähem kui 10% lisaaineid. Mineraalõlide vältimisel võib alternatiivsete baasõlidena kasutada taimeõlisid või sünteetilisi vedelikke, nagu hüdrogeenitud polüolefiinid, estrid, silikoonid, fluorosüsivesinikud ja paljud teised. Määrdeainete peamine kasutusala on mehaanilisest kontaktist tuleneva hõõrdumise ja kulumise vähendamine ning hõõrdesoojuse ja energiakadude vähendamine. Seetõttu kasutatakse määrdeaineid laialdaselt nii mootorsõidukites kui ka tööstusmasinates.
Antioksüdatiivsed ained, nagu amiinsed ja fenoolsed primaarsed antioksüdandid, looduslikud happed, peroksiidi lagundajad ja pürasiinid, pikendavad määrdeainete elutsüklit, suurendades oksüdatiivset resistentsust. Seega on baasõli kaitstud kuumuse lagunemise eest, kuna termooksüdatiivne lagunemine toimub vähendatud ja hilinenud kujul.
Määrdeainete tüübid
Vedelad määrdeained: Vedelad määrdeained põhinevad tavaliselt ühte tüüpi baasõlil. Sellele baasõlile lisatakse funktsionaalsuse ja jõudluse parandamiseks sageli aineid. Tüüpiliste lisandite hulka kuuluvad näiteks vesi, mineraalõli, lanoliin, taimne või looduslik õli, nanolisandid jne.
Enamik määrdeaineid on vedelikud ja neid võib nende päritolu järgi liigitada kahte rühma:
- Mineraalõlid: Mineraalõlid on toornaftast rafineeritud määrdeõlid.
- Sünteetilised õlid: Sünteetilised õlid on määrdeõlid, mille valmistamisel kasutatakse modifitseeritud naftast kunstlikult modifitseeritud või sünteesitud ühendeid.
Määrdemäärimine on tahke või pooltahke määrdeaine, mis koosneb vedelast määrdeainest, mida paksendatakse paksendavate ainete hajutamisega. Määrderasva tootmiseks kasutatakse baasõlidena määrdeõlisid ja need on peamine koostisosa. Määrderasv sisaldab ca 70-80% määrdeõli.
Läbitungivad määrdeained ja kuivad määrdeained on täiendavad tüübid, mida kasutatakse peamiselt niširakenduste jaoks.
Ülaltoodud eeskujulikult loetletud nano-lisandeid saab ultraheli dispergeerijate abil edukalt määrdeainetesse segada.
Kirjandus / Viited
- 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 toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates Lab kuni tööstuslik suurus.