Voiteluaineet, joiden toiminnallisia ominaisuuksia on parannettu nanohiukkasilla

Voiteluöljyt voivat hyötyä suuresti nanolisäaineista, jotka auttavat vähentämään kitkaa ja kulumista. On kuitenkin ratkaisevan tärkeää, että nanolisäaineet, kuten nanohiukkaset, grafeenin yksikerrosrakenteet tai ydin–kuori-nanopallot, dispergoidaan voiteluaineeseen tasaisesti ja yksittäisinä hiukkasina. Ultraäänidispergointi on osoittautunut luotettavaksi ja tehokkaaksi sekoitusmenetelmäksi, joka varmistaa nanohiukkasten homogeenisen jakautumisen ja ehkäisee aggregoitumista.

Miten nanolisäaineet dispergoidaan voitelunesteisiin? – Ultraäänellä!

Nanolisäaineiden käyttöä voiteluaineissa pidetään yhtenä tehokkaimmista menetelmistä parantaa tribologisia ominaisuuksia ja vähentää siten kitkaa ja kulumista. Tällainen tribologisten ominaisuuksien parantaminen edistää huomattavasti energiansäästöä ja päästöjen vähentämistä ja pienentää näin ympäristövaikutuksia.
Nanomateriaaleilla parannettujen voiteluaineiden haasteena on sekoittaminen: nanomateriaalit, kuten nanohiukkaset tai kiteinen nanoselluloosa, vaativat kohdennetusti toimivia suuren leikkausvoiman sekoittimia, jotka dispergoivat nanomateriaalit tasaisesti ja erottavat toisiinsa kietoutuneet rakenteet yksittäisiksi hiukkasiksi. Suuritehoisilla ultraääniantureilla tehtävä ultraäänikäsittely luo ainutlaatuisia, energiatiheitä kenttiä, ja sen ylivoimaisuus nanomateriaalien käsittelyssä on osoitettu. Siksi se on vakiintunut menetelmä nanodispersioiden valmistuksessa.
Molseh et al. (2009) osoittivat, että kolmen erilaisen nanohiukkasen (molybdeenidisulfidi (MoS2), volframidisulfidi (WS2) ja heksagonaalinen boorinitridi (hBN)) dispersiostabiilisuus CIMFLO 20:ssä oli ultraäänikäsittelyllä parempi kuin mekaanisella ravistelulla ja sekoittamisella. Koska ultraäänikavitaatio luo ainutlaatuisia, energiatiheitä olosuhteita, anturityyppinen ultraäänikäsittely ylittää tavanomaiset dispergointitekniikat vaikuttavuudessa ja tehokkuudessa.
Nanohiukkasten ominaisuudet, kuten koko, muoto ja pitoisuus, vaikuttavat niiden tribologisiin ominaisuuksiin. Vaikka ihanteellinen nanokoko vaihtelee materiaalin mukaan, useimpien nanohiukkasten toiminnalliset ominaisuudet ovat parhaimmillaan kymmenen ja sadan nanometrin välillä. Nanolisäaineiden ihanteellinen pitoisuus voiteluöljyssä on useimmiten 0,1–5,0% .
Oksidinanohiukkasia, kuten Al2O3, CuO tai ZnO, käytetään yleisesti voiteluaineiden tribologista suorituskykyä parantavina nanohiukkasina. Muita lisäaineita ovat tuhkattomat lisäaineet, ioniset nesteet, boraattiesterit, epäorgaaniset nanomateriaalit sekä hiilipohjaiset nanorakenteet, kuten hiilinanoputket (CNT), grafiitti ja grafeeni. Tiettyjä lisäaineita käytetään voiteluöljyjen tiettyjen ominaisuuksien parantamiseen. Esimerkiksi kulumista ehkäisevät voiteluaineet sisältävät ääripainelisäaineita, kuten molybdeenidisulfidia, grafiittia, rikitettyjä olefiineja ja dialkyyliditiokarbamaattikomplekseja, tai kulumisenestolisäaineita, kuten triaryylifosfaatteja ja sinkkidialkyyliditiofosfaattia.
Anturityyppiset ultraäänihomogenisaattorit ovat luotettavia sekoittimia, ja niitä käytetään suorituskykyisten voiteluaineiden formulointiin. Ultraäänikäsittely tunnetaan ylivoimaisena menetelmänä nanokokoisten suspensioiden valmistuksessa, ja se on erittäin tehokas voiteluöljyjen teollisessa valmistuksessa.
 
Lue lisää ultraäänidispergointilaitteista nanovoiteluaineiden tuotannossa!
 

Alumiinioksidin (Al2O3) ultraäänidispergointi pienentää hiukkaskokoa merkittävästi ja tuottaa tasaisen dispersion.

Voiteluaineiden valmistus nanolisäaineilla

Nanomateriaaleilla vahvistettujen voiteluöljyjen tuotannossa sopiva nanomateriaali sekä tehokas ja voimakas dispergointitekniikka ovat ratkaisevan tärkeitä. Ilman luotettavaa ja pitkäaikaisesti stabiilia nanodispersiota ei voida valmistaa suorituskykyistä voiteluainetta.
Ultraäänisekoitus ja -dispergointi ovat vakiintunut menetelmä suorituskykyisten voiteluaineiden tuotannossa. Voiteluaineiden perusöljyä vahvistetaan lisäaineilla, kuten nanomateriaaleilla, polymeereillä, korroosionestoaineilla, antioksidanteilla ja muilla hienojakoisilla aggregaateilla. Ultraäänen leikkausvoimat tuottavat erittäin tehokkaasti hyvin hienojakoisen hiukkaskokojakauman. Ultraäänen aiheuttamat (sonomekaaniset) voimat pystyvät jauhamaan jopa primäärihiukkasia, ja niitä käytetään hiukkasten funktionalisointiin, jotta syntyvillä nanohiukkasilla on ylivoimaiset ominaisuudet (esim. pinnan muokkaus, ydin–kuori-nanohiukkaset, seostetut nanohiukkaset).
Suuren leikkausvoiman ultraäänisekoittimet voivat auttaa merkittävästi suorituskykyisten voiteluaineiden tehokkaassa valmistuksessa!

Uudet nanolisäaineet voiteluöljyissä

Uusia nanokokoisia lisäaineita kehitetään voiteluöljyjen ja voitelurasvojen toiminnallisten ominaisuuksien ja suorituskyvyn parantamiseksi edelleen. Esimerkiksi selluloosan nanokiteitä (CNC) tutkitaan ja testataan ympäristöystävällisten voiteluaineiden formulointia varten. Zakani et al. (2022) osoittivat, että ultraäänikäsitellyt CNC-voiteluaineet pystyivät vähentämään kitkakerrointa (COF) ja kulumista lähes 25 ja 30% vastaavasti verrattuna ultraäänikäsittelemättömiin voitelususpensioihin. Tämän tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että ultraäänikäsittely voi parantaa merkittävästi CNC-vesisuspensioiden voitelukykyä.

Tehokkaat ultraäänidispergointilaitteet voiteluaineiden valmistukseen

Kun nanolisäaineita käytetään teollisissa valmistusprosesseissa, kuten voiteluöljyjen tuotannossa, on ratkaisevan tärkeää, että kuivat jauheet (eli nanomateriaalit) sekoitetaan homogeenisesti nestefaasiin (voiteluöljyyn). Nanohiukkasten dispergointi vaatii luotettavan ja tehokkaan sekoitustekniikan, joka kohdistaa riittävästi energiaa agglomeraattien hajottamiseen, jotta nanokokoisten hiukkasten ominaisuudet saadaan käyttöön. Ultraäänilaitteet tunnetaan tehokkaina ja luotettavina dispergointilaitteina, ja siksi niitä käytetään erilaisten materiaalien, kuten alumiinioksidin, nanoputkien, grafeenin, mineraalien ja monien muiden materiaalien, deagglomerointiin ja homogeeniseen jakamiseen nestefaasiin, kuten mineraaliöljyihin, synteettisiin öljyihin tai kasviöljyihin. Hielscher Ultrasonics suunnittelee, valmistaa ja toimittaa tehokkaita ultraäänidispergointilaitteita kaikenlaisiin homogenointi- ja deagglomerointisovelluksiin.
Ota meihin yhteyttä nyt ja lue lisää nanolisäaineiden ultraäänidispergoinnista voiteluaineisiin!

Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: