Ultraheli-dispersiooniga täiustatud nanomäärdeained

Nano-lisandite lisamine määrdeainete koostistesse on üks viimaste aastate olulisemaid edusamme triboloogias. Siiski seisavad teadlased ja protsessinsenerid silmitsi püsiva väljakutsega: saavutada nanomõõtmeliste osakeste ühtlane jaotumine viskoossetes baasõlides, kahjustamata nende struktuurilist terviklikkust. Traditsioonilised segamismeetodid ei suuda sageli aglomeeraate tõhusalt lagundada, mille tulemuseks on toote ebajärjekindel toimivus ja piiratud säilivusaeg.

Lahendus: ultraheli abil saavutatav nano-lisandite dispersioon määrdeaine koostises

Suure võimsusega ultraheli on parim lahendus nendele dispersiooniprobleemidele. Akustilise kavitatsiooni põhimõtteid kasutades tekitab ultraheli seadmestik vedelikes keskkondades vahelduvaid kõrge ja madala rõhu tsükleid. Madalrõhu tsükli ajal tekivad vedelikus väikesed vaakummullid. Kui need mullid saavutavad maksimaalse mahu ja ei suuda enam energiat neelata, kukuvad nad kõrgrõhu tsükli ajal ägedalt kokku. See kokkuvarisemine tekitab lokaalselt äärmuslikke tingimusi – temperatuurid, mis ulatuvad ligikaudu 5000 kelvinini, ja rõhud, mis ületavad 1000 atmosfääri – mis hajutavad tõhusalt nanokübemeid ja tagavad nende ühtlase jaotumise kogu määrdeaine maatriksis.
Protsessitehnikute jaoks tähendab see vahet määrdeaine vahel, mis settib ja eraldub mõne nädala jooksul, ning sellise vahel, mis säilitab oma toimivusomadused kogu komponendi kasutusaja jooksul.

Juhtumiuuring: lämmastikuga legeeritud bambuselaadsed süsiniknanotorud juhtivates määrdeainetes

Veenev näide ultrahelitehnoloogia tõhususest määrdeainete tootmisel pärineb ajakirjas „Journal of Materials Research and Technology“ (2019) avaldatud uurimusest. Uurimus, mille pealkiri on “Lämmastikuga legeeritud bambuselaadsete süsiniknanotorude kasutamine elektrit juhtivate määrdeainete väljatöötamisel,” näitab, kuidas Hielscher UIP1000hdT sondtüüpi homogenisaator (340 W, töötlemisaeg 2 minutit) võimaldas toota homogeenseid, stabiilseid ja elektrit juhtivaid laagrimäärdeid.
Teadlased kasutasid bambusekujulisi süsiniknanotorusid (BCNT) määrdeainete juhtivate lisanditena. Tänu lämmastiku lisandumisele nanotorude seinte grafiitstruktuuri tekkisid erakordsed elektrilised ja struktuurilised omadused, mis tagasid suurepärase adsorptsioonivõime ja elektrijuhtivuse. Süsiniknanotorud on silmapaistvad elektrit juhtivad nanostruktuurilised materjalid, mille elektrilisi omadusi saab spetsiifiliselt reguleerida, lisades lämmastiku aatomeid legeerimistehnikate abil.
Tulemused rõhutavad ultrahelidispersiooni tõhusust:

Käesolev juhtumiuuring on tehniline kontseptsiooni tõestus: kui õige nanomaterjal kohtub õige ultrahelienergiaga, saavutab sellest saadud määrdeaine tulemusnäitajad, mida varem peeti tavapäraste segamismeetoditega saavutamatuks.

Määrdeainetes kasutatava ultrahelilise nanodispersiooni peamine omadus

Ultrahelidispersiooni meetod annab erakordseid tulemusi, mis kinnitavad selle tööstuslikku potentsiaali:

• Minimaalsed lisaainete nõuded: Suhteliselt väikesed BCNT-kogused, täpsemalt 1,5 massiprotsenti, on piisavad, et saavutada määrdeainete hea elektrijuhtivus, mis ületab 14 mS. Nanotorusid sisaldavad proovid näitavad staatilistes mõõtmistes head elektrijuhtivust vahemikus 7–18,5 mS.
• Parem töökindlus: Elektrijuhtivuse mõõtmised kuullaagri tegeliku töö käigus näitavad veelgi kõrgemaid väärtusi, kusjuures 3% BCNT-sisaldusega koostise puhul registreeriti maksimumväärtuseks 31,5 mS. Juhtivus suureneb igal juhul võrreldes seisukorra mõõtmistega, mis viitab sellele, et töötamise ajal tekkiv mehaaniline koormus parandab juhtivuskanaleid veelgi.
• Suurepärane hõõrdumisvõime: Tõhusad hõõrdumisomadused saavutatakse 1,5 massiprotsendilise BCNT-sisaldusega proovide puhul, mille hõõrdumismomendi väärtused on 6,1 ja 5,1 Nmm. See näitab, et optimaalne lisandi kontsentratsioon tagab juhtivuse ja mehaaniliste omaduste vahelise tasakaalu.
• Parem termiline stabiilsus: Kõrge viskoossusega silikoonõli (5000 mm²/s) ja piimjas ränidioksiidi lisamine paksendajatena tõstab tilkumispunkti üle 150 °C, kõrvaldades sellega kriitilise piirangu kõrgtemperatuursetes rakendustes.
• Optimeeritud koostised: 3% BCNT-d ja 1,0% kolloidset SiO₂ sisaldav PDMS-baasõli viskoossusega 50 mm/s osutus sobivaks kuullaagrite täitmiseks, ühendades endas elektrijuhtivuse ja mehaanilise vastupidavuse.

Ultraheli: tööstusliku mastaabis laiendamise eelis

Kuigi Hielscher UIP1000hdT-seadme abil laboratoorses mastaabis läbi viidud arendustöö tõestab kontseptsiooni toimivust, peitub tööstusliku rakenduse tõeline väärtus just lineaarses mastaapsusvõimes. Hielscheri ultraheli-seadmed pakuvad ainulaadset eelist tänu oma lineaarsele mastaapsusvõimele, mis võimaldab sujuvat üleminekut R&D-tüüpi laua peal toimuv töötlemine kuni suurte koguste jooksva tootmiseni.
Tööstuslikuks rakendamiseks võivad protsessiinsenerid kasutada 4 kW mudelit UIP4000hdT, 6 kW sonikaatorit UIP6000hdT või 16 kW võimsat UIP16000hdT, mis on varustatud spetsiaalsete voolukambritega. See lineaarne mastaapimise lähenemisviis tagab, et laboratoorsel tasandil välja töötatud koostised säilitavad tootmismastaabis valmistamisel identse dispersiooni kvaliteedi ja osakeste jaotuse omadused. Ultrahelitöötlemise abil saavutatud ühtlus kõrvaldab partiidevahelise varieeruvuse, mis on tavapäraste segamismeetodite puhul tavaline probleem ning on eriti oluline kõrge jõudlusega määrdeainete rakenduste puhul lennundus-, autotööstuse ja täppismasinate sektorites.

Miks ultraheli on määrdeainete uuenduste seisukohalt oluline

Ultraheli abil saavutatava nano-lisandite dispersiooni eelised ulatuvad kaugemale lihtsast segamise efektiivsusest. See tehnoloogia võimaldab:

1. Suurendatud lisandite sisaldus: Nano-lisandeid saab lisada suuremas kontsentratsioonis ilma, et need aglomeeruksid, mis võimaldab saavutada maksimaalseid jõudlusega seotud eeliseid.
2. Parem säilivus: Homogeensed dispersioonid takistavad pikaajalise ladustamise ajal sadestumist ja faaside eraldumist.
3. Toote püsiv kvaliteet: Iga tootepartii saavutab ühesugused dispersiooninäitajad, mis on äärmiselt olulised rakenduste puhul, kus nõutakse ranget kvaliteedikontrolli.
4. Vähendatud töötlemisaeg: Ultrahelikavitatsooni abil saavutatakse dispersioon mõne minuti jooksul, mitte tundide jooksul, nagu on vaja traditsiooniliste meetodite puhul.
5. Mitmekülgsus erinevates koostistes: See tehnoloogia sobib kasutamiseks mitmesuguste baasõlide, paksendajate ja lisaainetüüpidega, pakkudes paindlikkust koostiste väljatöötamisel.

Ultrahelianduriga disperser võimaldab toota kõrge jõudlusega biolubrikante.
(Uuring ja pilt: Liu jt., 2020)

Tõhustage oma nanomäärdeainete tootmist ultraheli-dispersiooni abil

Ultrahelitehnoloogia integreerimine määrdeainete tootmisprotsessidesse tähistab paradigma muutust selles, kuidas nano-lisandeid lisatakse määrdeainete koostistesse. Nagu on näidanud lämmastikuga legeeritud bambuselaadsete süsiniknanotorude kasutamisel elektrit juhtivate määrdeainete edukas arendamine, tagab kõrge energiaga ultrahelitöötlus homogeensed ja stabiilsed dispersioonid, millel on erakordsed toimivusomadused. Tänu Hielscheri lineaarsele mastaapsusvõimele, mis ulatub laua-ultraheliseadmest UIP1000hdT-st kuni tööstuslike inline-ultraheliseadmete mudeliteni, nagu UIP4000hdT, UIP6000hdT ja UIP16000hdT voolukambritega, saavad teadlased ja protsessiinsenerid kindlalt üle minna R&Alates avastusest kuni tööstusliku tootmiseni, tagades, et laboris saavutatud innovatsioon toimib tehases täpselt samamoodi.
Määrdeainetehnoloogia tulevik ei seisne mitte ainult uute nano-lisandite väljatöötamises, vaid ka nende täieliku potentsiaali avamiseks vajalike dispersioonimeetodite valdamises. Ultrahelitöötlus loob silla teaduslike avastuste ja tööstusliku rakendamise vahel, võimaldades luua järgmise põlvkonna kõrge jõudlusega määrdeaineid nõudlike tööstusrakenduste jaoks.

 
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

Disain, tootmine ja nõustamine – Kvaliteet Valmistatud Saksamaal

Hielscheri ultrasonikaatorid on tuntud oma kõrgeimate kvaliteedi- ja disainistandardite poolest. Vastupidavus ja lihtne kasutamine võimaldavad meie ultrasonikaatorite sujuvat integreerimist tööstusrajatistesse. Hielscheri ultrasonikaatorid saavad kergesti käsitseda karmid tingimused ja nõudlikud keskkonnad.

Hielscher Ultrasonics on ISO sertifitseeritud ettevõte ja paneb erilist rõhku suure jõudlusega ultrasonikaatoritele, millel on tipptasemel tehnoloogia ja kasutajasõbralikkus. Loomulikult on Hielscheri ultrasonikaatorid CE-nõuetele vastavad ja vastavad UL, CSA ja RoHs nõuetele.

Kirjandus / Viited