חומרי סיכה עם פונקציונליות משופרת של ננו-חלקיקים
שמני סיכה יכולים להפיק תועלת רבה מננו-תוספים, המסייעים להפחית את החיכוך והבלאי. עם זאת, חיוני שננו-תוספים כגון ננו-חלקיקים, חד-שכבות גרפן או ננו-ספירות של מעטפת ליבה יהיו מפוזרים באופן אחיד ויחיד בחומר הסיכה. פיזור אולטראסוני הוכח כשיטת ערבוב אמינה ויעילה, המספקת פיזור חלקיקים הומוגני ומונעת צבירה.
כיצד לפזר ננו-תוספים בנוזלי סיכה? – עם אולטרסאונדים!
שימוש בננו-תוספים בחומרי סיכה נחשב לאחת השיטות היעילות ביותר לשיפור המאפיינים הטריבולוגיים, הפחתת החיכוך והבלאי. שיפור טריבולוגי כזה משפר מאוד את שימור האנרגיה, הפחתת פליטות, ובכך מפחית את ההשפעה על הסביבה.
האתגר של חומרי סיכה משופרים ננו טמון בערבוב: ננו-חומרים כגון ננו-חלקיקים או ננו-תאית גבישית דורשים מערבלים ממוקדים בעלי גזירה גבוהה המפזרים ומפרקים את הננו-חומרים באופן אחיד לחלקיקים בודדים. יצירת שדות ייחודיים צפופים באנרגיה, אולטרסוניקציה באמצעות בדיקות אולטרסאונד בהספק גבוה הוכחה כעליונות בעיבוד ננו-חומרים ובכך היא השיטה המבוססת לפיזור ננו.
Molseh et al. (2009) הראו כי יציבות הפיזור של שלושה ננו-חלקיקים שונים (מוליבדן דיסולפיד (MoS2), טונגסטן דיסולפיד (WS2) ובורון ניטריד משושה (hBN)) ב-CIMFLO 20 עם טיפול על-קולי הייתה טובה יותר מזו של ניעור מכני וערבוב. מכיוון שקוויטציה על-קולית יוצרת תנאים ייחודיים של צפיפות אנרגיה, אולטרסוניקציה מסוג בדיקה מצטיינת בטכניקות פיזור קונבנציונליות ביעילות וביעילות.
מאפייני ננו-חלקיקים כגון גודל, צורה וריכוז משפיעים על תכונותיהם הטריבולוגיות. בעוד גודל ננו אידיאלי משתנה בתלות של החומר, רוב הננו-חלקיקים מראים את הפונקציות הגבוהות ביותר בטווח של עשרה עד מאות ננומטרים. ריכוז אידיאלי של ננו-תוספים בשמן סיכה הוא בעיקר בין 0.1-5.0% .
ננו-חלקיקי תחמוצת כגון Al2O3, CuO או ZnO נמצאים בשימוש נרחב כננו-חלקיקים המשפרים את הביצועים הטריבולוגיים של חומרי סיכה. תוספים אחרים כוללים תוספים ללא אפר, נוזלים יוניים, אסטרים בוראטים, ננו-חומרים אנאורגניים, ננו-מבנים שמקורם בפחמן כמו ננו-צינוריות פחמן (CNT), גרפיט וגרפן. תוספים ספציפיים משמשים על מנת לשפר תכונות ספציפיות של שמני סיכה. לדוגמה, חומרי סיכה מונעים ללבוש מכילים תוספי לחץ קיצוני כגון מוליבדן דיסולפיד, גרפיט, אולפינים גופרית וקומפלקסים dialkyldithiocarbamate או תוספים נגד שחיקה כגון triarylphosphates ואבץ dialkyldithiophosphate.
הומוגנייזרים מסוג בדיקה קולית הם מערבלים אמינים ומשמשים לניסוח של חומרי סיכה בעלי ביצועים גבוהים. סוניקציה, הידועה כמעולה בכל הנוגע להכנת מתלים בגודל ננומטרי, יעילה מאוד לייצור תעשייתי של שמני סיכה.
מערכת ערבוב על-קולית תעשייתית לפיזור בתפוקה גבוהה של ננו-חלקיקים לשמני סיכה.
- ביצועים טריבולוגיים משופרים
- שילוב ננו-תוספים אחיד
- חומרי סיכה על בסיס שמן צמחי
- הכנת טריבופילם
- מתכת להרכיב נוזלים
- ננו-נוזלים לשיפור יעילות הקירור
- נוזלים יוניים בסיכה מימית או על בסיס שמן
- נוזלים מפוצצים
פיזור על-קולי של תחמוצת אלומיניום (Al2O3) מביא להפחתה משמעותית בגודל החלקיקים ולפיזור אחיד.
ייצור חומרי סיכה עם ננו-תוספים
לייצור שמני סיכה מחוזקים בננו, ננו-חומר מתאים וטכניקת פיזור עוצמתית ויעילה הם חיוניים. ללא פיזור ננו יציב אמין וארוך טווח, לא ניתן לייצר חומר סיכה בעל ביצועים גבוהים.
ערבוב קולי ופיזור היא שיטה מבוססת לייצור חומרי סיכה בעלי ביצועים גבוהים. שמן הבסיס של חומרי סיכה מחוזק עם תוספים כגון ננו-חומרים, פולימרים, מעכבי קורוזיה, נוגדי חמצון וצברים עדינים אחרים. כוחות גזירה על-קוליים יעילים מאוד במתן פיזור גודל חלקיקים דק מאוד. כוחות על-קוליים (סונומכניים) מסוגלים לטחון אפילו חלקיקים ראשוניים ומיושמים כדי לתפקד חלקיקים, כך שהננו-חלקיקים המתקבלים מציעים תכונות טובות יותר (למשל שינוי פני השטח, NPs של מעטפת הליבה, NPs מסוממים).
מערבלים אולטרה-סוניים בעלי גזירה גבוהה יכולים לעזור מאוד לייצר חומרי סיכה בעלי ביצועים גבוהים ביעילות!
תערובת שמן עם אבץ dialkyldithiophosphate (ZDDP) וננו-חלקיקי PTFE שעברו שינוי פני השטח (PHGM) לאחר פיזור על-קולי.
(מחקר ותמונה: Sharma et al., 2017)
ננו-תוספים חדשניים בשמני סיכה
תוספים חדשים בגודל ננומטרי מפותחים כדי לשפר עוד יותר את הפונקציונליות והביצועים של שמני סיכה וגריז. לדוגמה, ננו-גבישי תאית (CNC) נחקרים ונבדקים עבור ניסוח של חומרי סיכה ירוקים. Zakani et al. (2022) הוכיחו כי – בהשוואה למתלי סיכה לא סוניים – חומרי סיכה CNC יכולים להפחית COF (מקדם חיכוך) ובלאי בכמעט 25% ו-30% בהתאמה. תוצאות מחקר זה מצביעות על כך שעיבוד אולטרה-סוניקציה יכול לשפר באופן משמעותי את ביצועי הסיכה של מתלים מימיים CNC.
מפזרים על-קוליים בעלי ביצועים גבוהים לייצור חומרי סיכה
כאשר ננו-תוספים משמשים בתהליכי ייצור תעשייתיים כגון ייצור שמני סיכה, חיוני שאבקות יבשות (כלומר, ננו-חומרים) יתערבבו באופן הומוגני לשלב נוזלי (שמן סיכה). פיזור ננו-חלקיקים דורש טכניקת ערבוב אמינה ויעילה, המיישמת מספיק אנרגיה כדי לשבור אגלומרטים על מנת לשחרר את התכונות של חלקיקים בקנה מידה ננומטרי. אולטרסאונד ידועים כמפיצים חזקים ואמינים, ולכן משמשים לפירוק והפצה של חומרים שונים כגון תחמוצת אלומיניום, ננו-צינורות, גרפן, מינרלים וחומרים רבים אחרים בצורה הומוגנית לשלב נוזלי כגון שמנים מינרליים, סינתטיים או צמחיים. Hielscher Ultrasonics מתכננת, מייצרת ומפיצה מפיצים קוליים בעלי ביצועים גבוהים עבור כל סוג של יישומי הומוגניזציה ו deagglomeration.
צרו איתנו קשר עכשיו כדי ללמוד עוד על פיזור קולי של ננו-תוספים בחומרי סיכה!
הטבלה הבאה נותנת לך אינדיקציה ליכולת העיבוד המשוערת של האולטרסאונד שלנו:
| נפח אצווה | קצב זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500 מ"ל | 10 עד 200 מ"ל/דקה | UP100H |
| 10 עד 2000 מ"ל | 20 עד 400 מ"ל/דקה | UP200Ht, UP400ST |
| 00.1 עד 20 ליטר | 00.2 עד 4L/דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10 ליטר/דקה | UIP4000hdT |
| 15 עד 150 ליטר | 3 עד 15 ליטר/דקה | UIP6000hdT |
| נ.א. | 10 עד 100 ליטר/דקה | UIP16000 |
| נ.א. | גדול | אשכול של UIP16000 |
צרו קשר! / שאל אותנו!
Hielscher Ultrasonics מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים לערבוב יישומים, פיזור, תחליב וחילוץ בקנה מידה מעבדתי, פיילוט ותעשייתי.
ננו-חומרי סיכה PTFE לאחר 7 ימי הכנה (A: שמן בסיס, B: ננו-סיכה PTFE עם אולטרסוניקציה של שעה אחת, C: ננו-סיכה PTFE עם 30 דקות. אולטרסוניקציה).
(מחקר ותמונה: © Kumar et al., 2013)
השפעת אולטרה-סוניקציה על יציבות הפיזור של Al2O3 בחומרי סיכה.
(מחקר וגרפיקה: © שריף ואחרים, 2017)
עובדות שכדאי לדעת
מהם חומרי סיכה?
השימוש העיקרי של חומרי סיכה או שמני סיכה הוא להפחית את החיכוך ואת השחיקה ממגע מכני, כמו גם חום. בהתאם לשימוש שלהם הרכב, חומרי סיכה מחולקים שמני מנוע, נוזלי תמסורת, נוזלים הידראוליים, שמני הילוכים, ושמנים תעשייתיים.
לכן, חומרי סיכה נמצאים בשימוש נרחב בכלי רכב מנועיים, כמו גם במכונות תעשייתיות. כדי לספק סיכה טובה, שמני סיכה מכילים בדרך כלל 90% שמן בסיס (בעיקר שברי נפט, כלומר שמנים מינרליים) ופחות מ -10% תוספים. כאשר נמנעים משמנים מינרליים, שמנים צמחיים או נוזלים סינתטיים כגון פוליאולפינים מוקשים, אסטרים, סיליקונים, פחמימנים פלואורו-פחמימנים ורבים אחרים יכולים לשמש כשמני בסיס חלופיים. השימוש העיקרי בחומרי סיכה הוא להפחתת החיכוך והבלאי ממגע מכני, כמו גם להפחתת חום החיכוך והפסדי אנרגיה. לכן, חומרי סיכה נמצאים בשימוש נרחב בכלי רכב מנועיים, כמו גם במכונות תעשייתיות.
חומרים נוגדי חמצון כגון נוגדי חמצון ראשוניים אמיניים ופנולים, חומצות טבעיות, מפרקים מי חמצן ופיראזינים מאריכים את מחזור החיים של חומרי סיכה על ידי הגברת עמידות החמצון. בכך שמן הבסיס מוגן מפני התפרקות חום כאשר פירוק תרמו-חמצוני מתרחש בצורה מופחתת ומאוחרת.
סוגי חומרי סיכה
חומרי סיכה נוזליים: חומרי סיכה נוזליים מבוססים בדרך כלל על סוג אחד של שמן בסיס. לשמן בסיס זה מתווספים לעתים קרובות חומרים עופרים על מנת לשפר את הפונקציונליות והביצועים. תוספים אופייניים כוללים למשל מים, שמן מינרלי, לנולין, שמן צמחי או טבעי, ננו-תוספים וכו '.
רוב חומרי הסיכה הם נוזלים, וניתן לסווג אותם לפי מוצאם לשתי קבוצות:
- שמנים מינרליים: שמנים מינרליים הם שמני סיכה המזוקקים מנפט גולמי.
- שמנים סינתטיים: שמנים סינתטיים הם שמני סיכה המיוצרים באמצעות תרכובות שעברו שינוי מלאכותי או סינתזה מנפט מעובד.
שומן סיכה הוא חומר סיכה מוצק או מוצק למחצה המורכב מחומר סיכה נוזלי, אשר מעובה על ידי פיזור חומרי עיבוי לתוכו. על מנת לייצר שומן סיכה, שמני סיכה משמשים כשמני בסיס והם המרכיב העיקרי. שומן סיכה מכיל כ-70% עד 80% שמן סיכה.
חומרי סיכה חודרים ו חומרי סיכה יבשים הם סוגים נוספים, אשר מוחלים בעיקר עבור יישומי נישה.
ננו-תוספים כמפורט לעיל ניתן לערבב בהצלחה לתוך חומרי סיכה באמצעות מפזרים קוליים.
ספרות / מקורות
- 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 מייצרת הומוגנייזרים קוליים בעלי ביצועים גבוהים מ המעבדה ל גודל תעשייתי.