Maziva s funkcijama poboljšanim nanočesticama
Ulja za podmazivanje mogu imati velike koristi od nano-aditiva, koji pomažu smanjiti trenje i trošenje. Međutim, ključno je da nano-aditivi kao što su nanočestice, monoslojevi grafena ili nanosfere jezgre i ljuske budu ravnomjerno i pojedinačno raspršeni u mazivu. Ultrazvučna disperzija se pokazala kao pouzdana i učinkovita metoda miješanja, osiguravajući homogenu distribuciju nanočestica i sprječavajući agregaciju.
Kako raspršiti nano-aditive u tekućinama za podmazivanje? – Uz ultrazvuk!
Korištenje nano-aditiva u mazivima smatra se jednom od najučinkovitijih metoda poboljšanja triboloških karakteristika smanjujući trenje i trošenje. Takva tribološka poboljšanja uvelike povećavaju očuvanje energije, smanjenje emisija, čime se smanjuje utjecaj na okoliš.
Izazov nano-poboljšanih maziva leži u miješanju: Nanomaterijali poput nanočestica ili kristalne nano celuloze zahtijevaju fokusirane miješalice s velikim smicanjem koje raspršuju i ravnomjerno rastavljaju nanomaterijale u pojedinačne čestice. Stvaranjem jedinstvenih polja guste energije, ultrazvučna obrada pomoću ultrazvučnih sondi velike snage pokazala se superiornom u obradi nanomaterijala i stoga je uspostavljena metoda za nano-disperzije.
Molseh i sur. (2009.) pokazali su da je stabilnost disperzije tri različite nanočestice (molibden disulfid (MoS2), volfram disulfid (WS2) i heksagonalni bor nitrid (hBN)) u CIMFLO 20 s ultrazvučnom obradom bolja od one s mehaničkim mućkanjem i miješanjem. Kako ultrazvučna kavitacija stvara jedinstvene uvjete guste energije, ultrazvučna sonda nadmašuje konvencionalne tehnike disperzije u djelotvornosti i učinkovitosti.
Karakteristike nanočestica poput veličine, oblika i koncentracije utječu na njihova tribološka svojstva. Dok idealna nano veličina varira ovisno o materijalu, većina nanočestica pokazuje najveću funkcionalnost u rasponu od deset do stotina nanometara. Idealna koncentracija nano-aditiva u mazivom ulju uglavnom je između 0,1–5,0%.
Nanočestice oksida kao što su Al2O3, CuO ili ZnO naširoko se koriste kao nanočestice koje poboljšavaju tribološka svojstva maziva. Ostali aditivi uključuju aditive bez pepela, ionske tekućine, boratne estere, anorganske nanomaterijale, nanostrukture izvedene iz ugljika kao što su ugljikove nanocijevi (CNT), grafit i grafen. Specifični aditivi se koriste kako bi se poboljšala specifična svojstva ulja za podmazivanje. Na primjer, maziva za sprječavanje habanja sadrže aditive za ekstremne tlakove kao što su molibden disulfid, grafit, sumporizirani olefini i kompleksi dialkilditiokarbamata ili aditive protiv trošenja kao što su triarilfosfati i cink dialkilditiofosfat.
Homogenizatori tipa ultrazvučne sonde pouzdani su mješači i koriste se za formuliranje visokoučinkovitih maziva. Poznat kao superioran kada je u pitanju priprema suspenzija nano veličine, sonikacija je vrlo učinkovita za industrijsku proizvodnju mazivih ulja.
Industrijski ultrazvučni sustav miješanja za disperziju nanočestica visoke propusnosti u maziva ulja.
- poboljšane tribološke performanse
- jednolika inkorporacija nanoaditiva
- lubrikanti na bazi biljnog ulja
- priprema tribofilma
- tekućine za oblikovanje lima
- nanofluidi za poboljšanu učinkovitost hlađenja
- ionske tekućine u mazivu na bazi vode ili ulja
- tekućine za provlačenje
Ultrazvučna disperzija aluminijeva oksida (Al2O3) rezultira značajnim smanjenjem veličine čestica i jednolikom disperzijom.
Proizvodnja maziva s nanoaditivima
Za proizvodnju nano-ojačanih mazivih ulja ključni su odgovarajući nano-materijal i moćna, učinkovita tehnika raspršivanja. Bez pouzdane i dugoročno stabilne nano-disperzije, ne može se proizvesti mazivo visokih performansi.
Ultrazvučno miješanje i raspršivanje je utvrđena metoda za proizvodnju visokoučinkovitih maziva. Bazno ulje maziva pojačano je aditivima kao što su nanomaterijali, polimeri, inhibitori korozije, antioksidansi i drugi fini agregati. Ultrazvučne sile smicanja vrlo su učinkovite u pružanju vrlo fine raspodjele veličine čestica. Ultrazvučne (sonomehaničke) sile sposobne su samljeti čak i primarne čestice i primjenjuju se za funkcionalizaciju čestica, tako da dobivene nanočestice nude vrhunske karakteristike (npr. modifikacija površine, jezgra-ljuska NP, dopirane NP).
Ultrazvučne miješalice s velikim smicanjem mogu uvelike pomoći u učinkovitoj proizvodnji visokoučinkovitih maziva!
Mješavina ulja s cink dialkilditiofosfatom (ZDDP) i površinski modificiranim PTFE nanočesticama (PHGM) nakon ultrazvučne disperzije.
(Studija i slika: Sharma et al., 2017.)
Novi nano-aditivi u mazivim uljima
Novi aditivi nano veličine razvijeni su za daljnje poboljšanje funkcionalnosti i performansi mazivih ulja i masti. Na primjer, nano-kristali celuloze (CNC) istražuju se i testiraju za formulaciju zelenih maziva. Zakani i sur. (2022) su to pokazali – u usporedbi s nesoniciranim mazivim suspenzijama – sonicirana CNC maziva mogu smanjiti COF (koeficijent trenja) i trošenje za gotovo 25 odnosno 30%. Rezultati ove studije sugeriraju da obrada ultrazvukom može značajno poboljšati performanse podmazivanja CNC vodenih suspenzija.
Ultrazvučni raspršivači visokih performansi za proizvodnju maziva
Kada se nano-aditivi koriste u industrijskim proizvodnim procesima kao što je proizvodnja mazivih ulja, ključno je da se suhi praškovi (tj. nanomaterijali) homogeno umiješaju u tekuću fazu (ulje za podmazivanje). Disperzija nano-čestica zahtijeva pouzdanu i učinkovitu tehniku miješanja, koja primjenjuje dovoljno energije za razbijanje aglomerata kako bi se oslobodile kvalitete čestica nano-razmjera. Ultrasonicators su dobro poznati kao snažni i pouzdani raspršivači, stoga se koriste za deaglomeraciju i distribuciju različitih materijala kao što su aluminijev oksid, nanocijevi, grafen, minerali i mnogi drugi materijali homogeno u tekuću fazu kao što su mineralna, sintetička ili biljna ulja. Hielscher Ultrasonics dizajnira, proizvodi i distribuira visokoučinkovite ultrazvučne raspršivače za sve vrste aplikacija za homogenizaciju i deaglomeraciju.
Kontaktirajte nas sada kako biste saznali više o ultrazvučnoj disperziji nano-aditiva u mazivima!
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za aplikacije miješanja, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
PTFE nanolubrikanti nakon 7 dana pripreme (A: bazno ulje, B: PTFE nanolubrikant s 1 sat ultrazvučne obrade, C: PTFE nanolubrikant s 30 min. ultrazvučne obrade).
(Studija i slika: © Kumar et al., 2013.)
Učinak ultrazvuka na stabilnost disperzije Al2O3 u mazivima.
(Studija i grafički prikaz: © Sharif et al., 2017.)
Činjenice koje vrijedi znati
Što su lubrikanti?
Glavna upotreba maziva ili ulja za podmazivanje je smanjenje trenja i trošenja od mehaničkog kontakta, kao i topline. Ovisno o upotrebi i sastavu, maziva se dijele na motorna ulja, tekućine za prijenosnike, hidraulične tekućine, ulja za prijenosnike i industrijska maziva.
Stoga se maziva naširoko koriste u motornim vozilima, kao iu industrijskim strojevima. Kako bi osigurala dobro podmazivanje, ulja za podmazivanje obično sadrže 90% baznog ulja (uglavnom frakcije nafte, tj. mineralna ulja) i manje od 10% aditiva. Kada se izbjegavaju mineralna ulja, kao alternativna bazna ulja mogu se koristiti biljna ulja ili sintetičke tekućine kao što su hidrogenirani poliolefini, esteri, silikoni, fluorougljici i mnogi drugi. Glavna upotreba maziva je smanjenje trenja i trošenja od mehaničkog kontakta, kao i smanjenje gubitaka topline i energije uslijed trenja. Stoga se maziva naširoko koriste u motornim vozilima, kao iu industrijskim strojevima.
Antioksidativne tvari kao što su aminski i fenolni primarni antioksidansi, prirodne kiseline, razlagači peroksida i pirazini produžuju životni ciklus maziva povećavajući otpornost na oksidaciju. Time je bazno ulje zaštićeno od toplinske degradacije budući da dolazi do termooksidativne razgradnje u smanjenom i odgođenom obliku.
Vrste maziva
Tekuća maziva: Tekuća maziva općenito se temelje na jednoj vrsti baznog ulja. Ovom baznom ulju često se dodaju tvari za poboljšanje funkcionalnosti i performansi. Tipični aditivi uključuju na primjer vodu, mineralno ulje, lanolin, biljna ili prirodna ulja, nano-aditive itd.
Većina maziva su tekućine, a prema porijeklu se mogu podijeliti u dvije skupine:
- Mineralna ulja: Mineralna ulja su ulja za podmazivanje rafinirana iz sirove nafte.
- Sintetička ulja: Sintetička ulja su ulja za podmazivanje koja se proizvode pomoću spojeva koji su umjetno modificirani ili sintetizirani iz modificirane nafte.
Mast za podmazivanje je kruto ili polukruto mazivo koje se sastoji od tekućeg maziva, koje se zgušnjava dispergiranjem zgušnjivača u njemu. Za proizvodnju masti za podmazivanje, ulja za podmazivanje koriste se kao bazna ulja i glavni su sastojak. Mast za podmazivanje sadrži cca. 70% do 80% ulja za podmazivanje.
Prodiruća maziva i suha maziva su daljnje vrste, koje se uglavnom primjenjuju za nišne primjene.
Nano-aditivi kao što su gore navedeni kao primjeri mogu se uspješno umiješati u maziva pomoću ultrazvučnih raspršivača.
Literatura / Reference
- 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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.