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 hajutatud. 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. Ainulaadsete energiatihedate väljade loomine, ultraheli kasutamine suure võimsusega ultraheli sondide abil on tõestatud paremus nanomaterjalide töötlemisel ja on seega loodud meetod nano-dispersioonide jaoks.
(2009) näitasid, et kolme erineva nanoosakese (molübdeendisulfiid (MoS2), volframdisulfiidi (WS2) ja kuusnurkse boornitriidi (hBN)) dispersiooni stabiilsus CIMFLO 20-s ultraheli töötlemisega oli parem kui mehaanilise raputamise ja segamisega. Kuna ultraheli kavitatsioon loob unikaalsed energiatihedad tingimused, sondi tüüpi ultraheliuuring paistab silma tavapäraste dispersioonitehnikatega efektiivsuse ja tõhususe poolest.
Nanoosakeste omadused, nagu suurus, kuju ja kontsentratsioon, mõjutavad nende triboloogilisi omadusi. Kuigi ideaalne nanosuurus varieerub sõltuvalt materjalist, on enamikul nanoosakestel kõrgeim funktsionaalsus vahemikus kümme kuni sada nanomeetrit. Nanolisandite ideaalne kontsentratsioon libestiõlis 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. Rasvaõlide spetsiifiliste omaduste parandamiseks kasutatakse spetsiifilisi lisaaineid. Näiteks kulumist ennetavad määrdeained sisaldavad äärmusliku rõhu lisandeid, nagu molübdeendisulfiid, grafiit, sulfureeritud olefiinid ja dialküülditiokarbamaatikompleksid või kulumisvastased lisandid nagu triarüülfosfaadid ja tsinkdialküülditofosfaat.
Ultraheli sondi tüüpi homogenisaatorid on usaldusväärsed segistid ja neid kasutatakse suure jõudlusega määrdeainete valmistamiseks. Nano-suurusega suspensioonide valmistamisel tuntud ultrahelitöötlus on määrdeõlide tööstuslikuks tootmiseks väga tõhus.
Tööstuslik ultraheli segamissüsteem nanoosakeste suure läbilaskevõimega hajutamiseks määrdeõlidesse.
- parem triboloogiline jõudlus
- ühtlane nanolisandite lisamine
- taimsed õlipõhised määrdeained
- Tribofilmi valmistamine
- lehtmetalli moodustavad vedelikud
- nanovedelikud jahutuse efektiivsuse parandamiseks
- ioonsed vedelikud vesilahuses või õlipõhises libestis
- brokkimisvedelikud
Alumiiniumoksiidi (Al2O3) ultraheli dispersioon põhjustab osakeste suuruse olulise vähenemise ja ühtlase dispersiooni.
Nanolisanditega määrdeainete tootmine
Nanotugevdatud määrdeõlide tootmiseks on ülioluline piisav nanomaterjal ning võimas ja tõhus dispersioonitehnika. Ilma usaldusväärse ja pikaajalise stabiilse nanodispersioonita ei saa valmistada suure jõudlusega määrdeainet.
Ultraheli segamine ja dispergeerimine on väljakujunenud meetod suure jõudlusega määrdeainete tootmiseks. Määrdeainete baasõli on tugevdatud lisanditega nagu nanomaterjalid, polümeerid, korrosiooni inhibiitorid, antioksüdandid ja muud peenagregaadid. Ultraheli nihkejõud on väga tõhusad väga peene osakeste suuruse jaotamisel. 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 kest NP-d, dopeeritud NP-d).
Ultraheli suure nihkega segistid võivad oluliselt aidata tõhusalt valmistada suure jõudlusega määrdeaineid!
Õli segu tsinkdialküülditiofosfaadiga (ZDDP) ja pinnaga modifitseeritud PTFE nanoosakestega (PHGM) pärast ultraheli dispersiooni.
(Uuring ja pilt: Sharma et al., 2017)
Uudsed nanolisandid määrdeõlides
Välja on töötatud uudsed nanosuuruses lisandid, et veelgi parandada määrdeõlide ja määrdeainete funktsionaalsust ja jõudlust. Näiteks tselluloosi nanokristallid (CNC) on uuringud ja testitud roheliste määrdeainete koostise osas. (2022) näitasid, et – võrreldes ultraheliga töötlemata määrdeainete suspensioonidega – ultraheliga töödeldud CNC määrdeained võivad vähendada COF-i (hõõrdetegur) ja kulumist vastavalt peaaegu 25 ja 30%. Selle uuringu tulemused näitavad, et ultrahelitöötlus 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) segatakse homogeenselt vedelasse faasi (libestiõli). Nanoosakeste dispersioon nõuab usaldusväärset ja tõhusat segamistehnikat, mis rakendab piisavalt energiat aglomeraatide purustamiseks, et vallandada nanoosakeste omadused. Ultrasonikaatorid on hästi tuntud kui võimsad ja usaldusväärsed dispergeerijad, mida seetõttu kasutatakse erinevate materjalide, näiteks alumiiniumoksiidi, nanotorude, grafeeni, mineraalide ja paljude teiste materjalide deagglomereerimiseks ja jaotamiseks vedelasse faasi, 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!
Alljärgnev tabel annab teile ülevaate meie ultrahelihitiste ligikaudse töötlemisvõimsusest:
| partii Köide | flow Rate | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500 ml | 10 kuni 200 ml / min | UP100H |
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 kuni 20 l | 0.2 kuni 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100 l | 2 kuni 10 l / min | UIP4000hdT |
| 15 kuni 150 l | 3 kuni 15 l/min | UIP6000hdT |
| e.k. | 10 kuni 100 l / min | UIP16000 |
| e.k. | suurem | klastri UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meiega!
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid rakenduste segamiseks, hajutamiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks laboris, piloot- ja tööstuslikus mastaabis.
PTFE nanomäärdeained pärast 7-päevast valmistamist (A: baasõli, B: PTFE nanomäärdeaine 1 h ultraheliga, C: PTFE nanomäärdeaine 30 min. ultraheli).
(Uuring ja pilt: © Kumar et al., 2013)
Ultraheli mõju Al2O3 dispersiooni stabiilsusele määrdeainetes.
(Uuring ja graafik: © Sharif et al., 2017)
Faktid Tasub teada
Mis on määrdeained?
Määrdeainete või libestiõlide peamine kasutusala on vähendada hõõrdumist ja kulumist nii mehaanilisest kontaktist kui ka kuumusest. Sõltuvalt nende kasutusest ja koostisest jagunevad määrdeained mootoriõlideks, ülekandevedelikeks, hüdraulilisteks vedelikeks, käigukastiõlideks ja tööstuslikeks määrdeaineteks.
Seetõttu kasutatakse määrdeaineid laialdaselt nii mootorsõidukites kui ka tööstusmasinates. Hea määrimise tagamiseks sisaldavad määrdeõlid tavaliselt 90% baasõli (enamasti naftafraktsioonid ehk mineraalõlid) ja alla 10% lisaaineid. Kui mineraalõlisid välditakse, 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 energia kadude 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 erinevaid aineid. Tüüpilised lisandid on 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 ühendeid, mis on kunstlikult modifitseeritud või sünteesitud modifitseeritud naftast.
Määriv rasv on tahke või pooltahke määrdeaine, mis koosneb vedelast määrdeainest, mis pakseneb paksendavate ainete dispergeerimisega. Määrderasva tootmiseks kasutatakse baasõlidena määrdeõlisid ja need on peamine koostisosa. Määrimisrasv sisaldab ca 70-80% määrdeõli.
Läbitungivad määrdeained ja kuivad määrdeained on muud tüübid, mida kasutatakse peamiselt niširakendustes.
Eespool loetletud näitena loetletud nano-lisandeid saab ultraheli dispergeerijate abil edukalt segada määrdeainetesse.
Kirjandus/viited
- 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 Lab et tööstuslik suurus.