روان کننده ها با عملکردهای بهبود یافته با نانوذرات
روغن های روان کننده می توانند از مواد افزودنی نانو بهره مند شوند که به کاهش اصطکاک و سایش کمک می کند. با این حال، بسیار مهم است که نانوافزودنی ها مانند نانوذرات، تک لایه های گرافن یا نانوکره های هسته پوسته به طور یکنواخت و تک پراکنده در روان کننده باشند. پراکندگی اولتراسونیک به عنوان روش اختلاط قابل اعتماد و کارآمد ثابت شده است، ارائه توزیع نانوذرات همگن و جلوگیری از تجمیع.
چگونه نانو افزودنی ها را در سیالات روان کننده پراکنده کنیم؟ – با اولتراسونیک!
استفاده از نانوافزودنی ها در روانکارها به عنوان یکی از موثرترین روش ها برای بهبود ویژگی های تریبولوژیکی و کاهش اصطکاک و سایش در نظر گرفته می شود. چنین پیشرفت تریبولوژیکی صرفه جویی در انرژی، کاهش انتشار گازهای گلخانه ای را تا حد زیادی افزایش می دهد و در نتیجه اثرات زیست محیطی را کاهش می دهد.
چالش روان کننده های بهبود یافته نانو در اختلاط نهفته است: نانوموادی مانند نانوذرات یا نانو سلولز کریستالی به میکسرهای متمرکز با برش بالا نیاز دارند که نانو مواد را به طور یکنواخت به ذرات منفرد پراکنده و جدا می کنند. ایجاد میدان های منحصر به فرد متراکم انرژی، فراصوت با استفاده از پروب های اولتراسوند با قدرت بالا برتری در پردازش نانومواد ثابت شده است و در نتیجه روش تاسیس برای نانو پراکندگی است.
مولسه و همکاران (2009) نشان دادند که پایداری پراکندگی سه نانوذره مختلف (دی سولفید مولیبدن (MoS2)، دی سولفید تنگستن (WS2) و نیترید بور شش ضلعی (hBN)) در CIMFLO 20 با تیمار اولتراسونیک بهتر از تکان دادن مکانیکی و هم زدن است. به عنوان حفره مافوق صوت ایجاد شرایط منحصر به فرد انرژی متراکم، پروب نوع ultrasonication برتری تکنیک های پراکندگی معمولی در اثربخشی و بهره وری.
ویژگی های نانوذرات مانند اندازه، شکل و غلظت بر ویژگی های تریبولوژیکی آنها تأثیر می گذارد. در حالی که اندازه نانو ایده آل از نظر وابستگی به ماده متفاوت است، اکثر نانوذرات بیشترین قابلیت را در محدوده ده تا صد نانومتر نشان می دهند. غلظت ایده آل نانو افزودنی ها در روغن روان کننده عمدتا بین 0.1 تا 5.0 درصد است.
نانوذرات اکسیدی مانند Al2O3، CuO یا ZnO به طور گسترده ای به عنوان نانوذرات برای بهبود عملکرد تریبولوژیکی روان کننده ها استفاده می شوند. سایر افزودنی ها شامل افزودنی های بدون خاکستر، مایعات یونی، استرهای بورات، نانومواد معدنی، نانوساختارهای مشتق از کربن مانند نانولوله های کربنی (CNTs)، گرافیت و گرافن هستند. از افزودنی های خاص به منظور بهبود خواص خاص روغن های روان کننده استفاده می شود. به عنوان مثال، روان کننده های پیشگیرانه سایش حاوی افزودنی های فشار شدید مانند دی سولفید مولیبدن، گرافیت، الفین های سولفوریزه و کمپلکس های دی آلکیلدیتیوکاربامات یا افزودنی های ضد سایش مانند تری آریل فسفات و دی آلکیلدیتیوفسفات روی هستند.
هموژنایزرهای نوع پروب اولتراسونیک میکسرهای قابل اعتماد هستند و برای فرمولاسیون روان کننده های با کارایی بالا استفاده می شوند. مشهور به عنوان برتر که آن را به آماده سازی سوسپانسیون نانو اندازه می آید، فراصوت برای تولید صنعتی روغن روغن بسیار کارآمد است.
سیستم اختلاط اولتراسونیک صنعتی برای پراکندگی با توان بالا از نانوذرات به روغن های روان کننده.
- بهبود عملکرد تریبولوژیکی
- ترکیب یکنواخت نانو افزودنی
- روان کننده های مبتنی بر روغن گیاهی
- تهیه تریبوفیلم
- سیالات تشکیل دهنده ورق فلز
- نانوسیالات برای بهبود کارایی خنک کننده
- مایعات یونی در روان کننده های آبی یا روغنی
- سیالات برچینگ
پراکندگی التراسونیک اکسید آلومینیوم (Al2O3) منجر به کاهش قابل توجهی اندازه ذرات و پراکندگی یکنواخت می شود.
ساخت روان کننده ها با مواد افزودنی نانو
برای تولید روغن های روان کننده تقویت شده با نانو، مواد نانو کافی و یک تکنیک پراکندگی قدرتمند و کارآمد بسیار مهم است. بدون پراکندگی نانو پایدار قابل اعتماد و طولانی مدت، نمی توان روان کننده ای با کارایی بالا تولید کرد.
اختلاط و پراکندگی اولتراسونیک یک روش تاسیس برای تولید روان کننده های با کارایی بالا است. روغن پایه روان کننده ها با مواد افزودنی مانند نانومواد، پلیمرها، بازدارنده های خوردگی، آنتی اکسیدان ها و سایر سنگدانه های ریز تقویت می شود. نیروهای برشی اولتراسونیک در ارائه توزیع اندازه ذرات بسیار خوب بسیار کارآمد هستند. نیروهای اولتراسونیک (سونومکانیکی) قادر به آسیاب حتی ذرات اولیه هستند و برای عامل سازی ذرات اعمال می شوند، به طوری که نانوذرات حاصل ویژگی های برتر (به عنوان مثال اصلاح سطح، NP های هسته پوسته، NP های دوپ شده) را ارائه می دهند.
میکسرهای اولتراسونیک با برش بالا می توانند تا حد زیادی به تولید روان کننده های با کارایی بالا کمک کنند!
مخلوط روغن با روی dialkyldithiophosphate (ZDDP) و نانوذرات PTFE اصلاح شده سطحی (PHGM) پس از پراکندگی اولتراسونیک.
(مطالعه و تصویر: شارما و همکاران، 2017)
نانو افزودنی های جدید در روغن های روان کننده
افزودنی های جدید در اندازه نانو برای بهبود بیشتر عملکرد و عملکرد روغن ها و گریس های روان کننده توسعه یافته اند. به عنوان مثال، نانوکریستال های سلولزی (CNCs) برای فرمولاسیون روان کننده های سبز مورد تحقیق و آزمایش قرار می گیرند. زاکانی و همکاران (2022) نشان دادند که – در مقایسه با سیستم تعلیق روان کننده بدون صدا – روان کننده های CNC فراصوت می توانند COF (ضریب اصطکاک) و سایش را تقریبا 25 و 30٪ به ترتیب کاهش دهند. نتایج این مطالعه نشان می دهد که پردازش اولتراسونیک می تواند به طور قابل توجهی عملکرد روانکاری سوسپانسیون های آبی CNC را بهبود بخشد.
پراکنده کننده های اولتراسونیک با کارایی بالا برای تولید روان کننده
هنگامی که از افزودنی های نانو در فرآیندهای تولید صنعتی مانند تولید روغن های روان کننده استفاده می شود، بسیار مهم است که پودرهای خشک (یعنی نانومواد) به طور همگن در یک فاز مایع (روغن روانکاری) مخلوط شوند. پراکندگی نانوذرات به یک تکنیک اختلاط قابل اعتماد و موثر نیاز دارد که انرژی کافی را برای شکستن آگلومراها به منظور آزاد کردن کیفیت ذرات در مقیاس نانو اعمال می کند. مافوق صوت به خوبی به عنوان پراکنده کننده های قدرتمند و قابل اعتماد شناخته شده، بنابراین مورد استفاده برای deagglomerate و توزیع مواد مختلف مانند اکسید آلومینیوم، نانولوله، گرافن، مواد معدنی و بسیاری از مواد دیگر به طور همگن به یک فاز مایع مانند روغن های معدنی، مصنوعی و یا گیاهی. Hielscher Ultrasonics طراحی، تولید و توزیع پراکنده کننده های مافوق صوت با کارایی بالا برای هر نوع برنامه های کاربردی همگن سازی و deagglomeration.
تماس با ما در حال حاضر برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد پراکندگی مافوق صوت نانو مواد افزودنی در روان کننده ها!
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| 15 تا 150 لیتر | 3 تا 15 لیتر در دقیقه | UIP6000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا برای مخلوط کردن برنامه های کاربردی، پراکندگی، امولسیون و استخراج در آزمایشگاه، خلبان و مقیاس صنعتی.
نانوروان کننده های PTFE پس از 7 روز آماده سازی (A: روغن پایه، B: نانوروان کننده PTFE با سونوگرافی 1 ساعت، C: نانوروان کننده PTFE با 30 دقیقه اولتراسونیکاسیون).
(مطالعه و تصویر: © کومار و همکاران، 2013)
اثر امواج فراصوت بر پایداری پراکندگی Al2O3 در روان کننده ها.
(مطالعه و گرافیک: © شریف و همکاران، 2017)
حقایقی که ارزش دانستن دارند
روان کننده ها چیست؟
کاربرد اصلی روان کننده ها یا روغن های روان کننده کاهش اصطکاک و سایش ناشی از تماس مکانیکی و همچنین گرما است. روان کننده ها بسته به کاربرد و ترکیب آنها به روغن موتور، سیالات انتقال، سیالات هیدرولیک، روغن دنده و روان کننده های صنعتی تقسیم می شوند.
بنابراین، روان کننده ها به طور گسترده ای در وسایل نقلیه موتوری و همچنین در ماشین آلات صنعتی استفاده می شوند. برای ارائه روغن کاری خوب، روغن های روان کننده معمولا حاوی 90 درصد روغن پایه (عمدتا بخش های نفتی، یعنی روغن های معدنی) و کمتر از 10 درصد مواد افزودنی هستند. هنگامی که از روغن های معدنی اجتناب می شود، روغن های گیاهی یا مایعات مصنوعی مانند پلی الفین های هیدروژنه، استرها، سیلیکون ها، فلوروکربن ها و بسیاری دیگر می توانند به عنوان روغن های پایه جایگزین استفاده شوند. کاربرد اصلی روان کننده ها کاهش اصطکاک و سایش ناشی از تماس مکانیکی و همچنین کاهش اتلاف حرارت و انرژی اصطکاکی است. بنابراین، روان کننده ها به طور گسترده ای در وسایل نقلیه موتوری و همچنین در ماشین آلات صنعتی استفاده می شوند.
مواد آنتی اکسیدانی مانند آنتی اکسیدان های اولیه آمینیک و فنلی، اسیدهای طبیعی، تجزیه کننده های پراکسید و پیرازین ها با افزایش مقاومت اکسیداتیو، چرخه عمر روان کننده ها را افزایش می دهند. در نتیجه روغن پایه در برابر تخریب گرما محافظت می شود زیرا تجزیه ترمواکسیداتیو به صورت کاهش یافته و تأخیری رخ می دهد.
انواع روان کننده
روان کننده های مایع: روان کننده های مایع به طور کلی بر اساس یک نوع روغن پایه هستند. به این روغن پایه اغلب مواد بیشتری به منظور بهبود عملکرد و عملکرد اضافه می شوند. افزودنی های معمولی شامل به عنوان مثال، آب، روغن معدنی، لانولین، روغن نباتی یا طبیعی، نانو افزودنی ها و غیره است.
اکثر روان کننده ها مایعات هستند و ممکن است با توجه به منشا آنها به دو گروه طبقه بندی شوند:
- روغن های معدنی: روغن های معدنی روغن های روان کننده ای هستند که از نفت خام تصفیه می شوند.
- روغن های مصنوعی: روغن های مصنوعی روغن های روان کننده ای هستند که با استفاده از ترکیباتی تولید می شوند که به طور مصنوعی اصلاح شده یا از نفت اصلاح شده سنتز می شوند.
گریس روان کننده یک روان کننده جامد یا نیمه جامد است که از یک روان کننده مایع تشکیل شده است که با پراکنده کردن عوامل غلیظ کننده در آن ضخیم می شود. به منظور تولید گریس روانکاری از روغن های روان کننده به عنوان روغن های پایه استفاده می شود و ماده اصلی آن هستند. گریس روانکاری حاوی تقریبا 70 تا 80 درصد روغن روان کننده است.
روان کننده های نفوذی . روان کننده های خشک انواع دیگری هستند که بیشتر برای کاربردهای طاقچه استفاده می شوند.
نانو افزودنی ها به عنوان مثال ذکر شده در بالا را می توان با موفقیت با استفاده از پراکنده کننده های اولتراسونیک به روان کننده ها مخلوط کرد.
ادبیات / منابع
- 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 مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.