Nanorészecskékkel javított funkcionális tulajdonságú kenőanyagok
A kenőolajoknak nagy előnyt jelenthetnek a nanoadalékok, amelyek segítenek csökkenteni a súrlódást és a kopást. Kulcsfontosságú azonban, hogy a nanoadalékok, például a nanorészecskék, a grafén egyrétegű lemezei vagy a mag–héj szerkezetű nanogömbök egyenletesen, egymástól elkülönülve legyenek eloszlatva a kenőanyagban. Az ultrahangos diszpergálás bizonyítottan megbízható és hatékony keverési módszer, amely biztosítja a nanorészecskék homogén eloszlását és megakadályozza az aggregációt.
Hogyan diszpergálhatók a nanoadalékok a kenőfolyadékokban? – Ultrahanggal!
A nanoadalékok kenőanyagokban történő alkalmazását a tribológiai jellemzők javításának egyik leghatékonyabb módszereként tartják számon, amely csökkenti a súrlódást és a kopást. Az ilyen tribológiai javulás nagymértékben fokozza az energiamegtakarítást és a kibocsátáscsökkentést, ezáltal mérsékli a környezeti terhelést.
A nanoadalékokkal javított kenőanyagok esetében a kihívást a keverés jelenti: az olyan nanoanyagok, mint a nanorészecskék vagy a kristályos nanocellulóz, koncentrált hatású, nagy nyíróerejű keverőket igényelnek, amelyek a nanoanyagokat egyenletesen diszpergálják és egymástól elkülönült részecskékre bontják. Az egyedülállóan nagy energiasűrűségű tereket létrehozó, nagy teljesítményű ultrahangos szondákkal végzett ultrahangos kezelés bizonyítottan felülmúlja a többi módszert a nanoanyagok feldolgozásában, ezért a nanodiszperziók előállításának bevett módszere.
Molseh et al. (2009) kimutatták, hogy három különböző nanorészecske (molibdén-diszulfid (MoS2), volfrám-diszulfid (WS2) és hexagonális bór-nitrid (hBN)) CIMFLO 20 közegben készített diszperziójának stabilitása ultrahangos kezeléssel jobb volt, mint mechanikus rázással és keveréssel. Mivel az ultrahangos kavitáció egyedülállóan nagy energiasűrűségű körülményeket teremt, a szondával végzett ultrahangos kezelés eredményességben és hatékonyságban felülmúlja a hagyományos diszpergálási technikákat.
A nanorészecskék jellemzői, például méretük, alakjuk és koncentrációjuk, befolyásolják tribológiai tulajdonságaikat. Bár az ideális nanoméret az anyagtól függően változik, a legtöbb nanorészecske a tíz és száz nanométer közötti tartományban mutatja a legjobb funkcionális tulajdonságokat. A nanoadalékok ideális koncentrációja a kenőolajban többnyire 0,1–5,0% között van.
Az oxid-nanorészecskéket, például az Al2O3, CuO vagy ZnO részecskéket széles körben használják a kenőanyagok tribológiai teljesítményének javítására. További adalékok a hamumentes adalékok, az ionos folyadékok, a borátészterek, a szervetlen nanoanyagok, valamint a szénalapú nanoszerkezetek, például a szén nanocsövek (CNT-k), a grafit és a grafén. A kenőolajok adott tulajdonságainak javítására speciális adalékokat használnak. A kopást megelőző kenőanyagok például extrém nyomásállóságot biztosító adalékokat, például molibdén-diszulfidot, grafitot, kénezett olefineket és dialkil-ditiokarbamát-komplexeket, vagy kopásgátló adalékokat, például triaril-foszfátokat és cink-dialkil-ditiofoszfátot tartalmaznak.
Az ultrahangos szondás homogenizátorok megbízható keverők, amelyeket nagy teljesítményű kenőanyagok formulálására használnak. Az ultrahangos kezelés a nanoméretű szuszpenziók előállításában kiemelkedő módszerként ismert, és rendkívül hatékony a kenőolajok ipari gyártásában.
Tudjon meg többet a nanokenőanyagok gyártásához használható ultrahangos diszpergálókról!
Ipari ultrahangos keverőrendszer nanorészecskék nagy feldolgozási kapacitású diszpergálására kenőolajokban.
- javított tribológiai teljesítmény
- nanoadalékok egyenletes bekeverése
- növényi olaj alapú kenőanyagok
- tribofilm kialakítása
- lemezalakító folyadékok
- nanofolyadékok a hűtési hatékonyság javítására
- ionos folyadékok vizes vagy olaj alapú kenőanyagokban
- üregelő folyadékok
Az alumínium-oxid (Al2O3) ultrahangos diszpergálása jelentős részecskeméret-csökkenést és egyenletes diszperziót eredményez.
Kenőanyagok gyártása nanoadalékokkal
A nanoadalékokkal erősített kenőolajok gyártásához kulcsfontosságú a megfelelő nanoanyag és egy nagy teljesítményű, hatékony diszpergálási technika. Megbízható és hosszú távon stabil nanodiszperzió nélkül nem állítható elő nagy teljesítményű kenőanyag.
Az ultrahangos keverés és diszpergálás bevett módszer a nagy teljesítményű kenőanyagok gyártásában. A kenőanyagok alapolajának tulajdonságait olyan adalékokkal javítják, mint a nanoanyagok, polimerek, korróziógátlók, antioxidánsok és egyéb finom aggregátumok. Az ultrahangos nyíróerők rendkívül hatékonyan biztosítanak nagyon finom részecskeméret-eloszlást. Az ultrahangos (szonomechanikai) erők még az elsődleges részecskéket is képesek aprítani, és a részecskék funkcionalizálására is alkalmazzák őket, hogy az így keletkező nanorészecskék kiemelkedő tulajdonságokkal rendelkezzenek (pl. felületmódosítás, mag–héj szerkezetű nanorészecskék, adalékolt nanorészecskék).
A nagy nyíróerejű ultrahangos keverők nagymértékben segíthetik a nagy teljesítményű kenőanyagok hatékony gyártását!
Cink-dialkil-ditiofoszfátot (ZDDP) és felületmódosított PTFE-nanorészecskéket (PHGM) tartalmazó olajkeverék ultrahangos diszpergálás után.
(Tanulmány és kép: Sharma et al., 2017)
Új nanoadalékok a kenőolajokban
Új nanoméretű adalékokat fejlesztenek a kenőolajok és kenőzsírok funkcionális tulajdonságainak és teljesítményének további javítására. Például cellulóz-nanokristályokat (CNCs) kutatnak és tesztelnek zöld kenőanyagok formulálásához. Zakani et al. (2022) kimutatták, hogy – az ultrahanggal nem kezelt kenőszuszpenziókhoz képest – az ultrahanggal kezelt CNC kenőanyagok a COF (súrlódási együttható) értékét és a kopást közel 25, illetve 30% mértékben csökkenthetik. E tanulmány eredményei arra utalnak, hogy az ultrahangos kezelés jelentősen javíthatja a CNC vizes szuszpenziók kenési teljesítményét.
Nagy teljesítményű ultrahangos diszpergálók kenőanyagok gyártásához
Ha nanoadalékokat használnak ipari gyártási folyamatokban, például kenőolajok gyártásában, kulcsfontosságú, hogy a száraz porokat (azaz a nanoanyagokat) homogénen keverjék a folyadékfázisba (kenőolajba). A nanorészecskék diszpergálása megbízható és hatékony keverési technikát igényel, amely elegendő energiát biztosít az agglomerátumok felbontásához, hogy a nanoméretű részecskék tulajdonságai érvényesülhessenek. Az ultrahangos kezelőberendezések nagy teljesítményű és megbízható diszpergálókként ismertek, ezért különféle anyagok, például alumínium-oxid, nanocsövek, grafén, ásványok és számos más anyag deagglomerálására és homogén eloszlatására használják őket folyadékfázisban, például ásványi, szintetikus vagy növényi olajokban. A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos diszpergálókat tervez, gyárt és forgalmaz mindenféle homogenizálási és deagglomerálási alkalmazáshoz.
Lépjen kapcsolatba velünk most, és tudjon meg többet a nanoadalékok kenőanyagokban történő ultrahangos diszpergálásáról!
Az alábbi táblázat tájékoztatást nyújt ultrahangos kezelőberendezéseink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:
| Adagtérfogat | Térfogatáram | Ajánlott készülékek |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | nagyobb | csoportba kapcsolt UIP16000 |
Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezzen tőlünk!
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt keverési, diszpergálási, emulgeálási és extrakciós alkalmazásokhoz laboratóriumi, kísérleti üzemi és ipari léptékben.
PTFE-nanokenőanyagok az előállítás után 7 nappal (A: alapolaj, B: PTFE-nanokenőanyag 1 hr ultrahangos kezeléssel, C: PTFE-nanokenőanyag 30 min. ultrahangos kezeléssel).
(Tanulmány és kép: © Kumar et al., 2013)
Az ultrahangos kezelés hatása az Al2O3 diszperziójának stabilitására kenőanyagokban.
(Tanulmány és ábra: © Sharif et al., 2017)
Hasznos tudnivalók
Mik a kenőanyagok?
A kenőanyagok vagy kenőolajok fő felhasználási célja a mechanikai érintkezésből eredő súrlódás és kopás, valamint a hő csökkentése. Felhasználásuktól és összetételüktől függően a kenőanyagokat motorolajokra, sebességváltó-folyadékokra, hidraulikafolyadékokra, hajtóműolajokra és ipari kenőanyagokra osztják.
Ezért a kenőanyagokat széles körben használják gépjárművekben és ipari gépekben egyaránt. A megfelelő kenés biztosítása érdekében a kenőolajok jellemzően 90% alapolajat (többnyire kőolajfrakciókat, azaz ásványi olajokat) és kevesebb mint 10% adalékot tartalmaznak. Ha kerülik az ásványi olajok használatát, alternatív alapolajként növényi olajok vagy szintetikus folyadékok, például hidrogénezett poliolefinek, észterek, szilikonok, fluorkarbonok és számos más anyag használhatók. A kenőanyagok fő felhasználási célja a mechanikai érintkezésből eredő súrlódás és kopás, valamint a súrlódási hő és az energiaveszteségek csökkentése. Ezért a kenőanyagokat széles körben használják gépjárművekben és ipari gépekben egyaránt.
Az antioxidáns hatású anyagok, például az amin- és fenolalapú elsődleges antioxidánsok, a természetes savak, a peroxidbontó anyagok és a pirazinok az oxidációval szembeni ellenállás növelésével meghosszabbítják a kenőanyagok élettartamát. Ezáltal az alapolaj védett a hő okozta degradációval szemben, mivel a termooxidatív bomlás kisebb mértékben és később következik be.
Kenőanyagtípusok
Folyékony kenőanyagok: A folyékony kenőanyagok általában egyféle alapolajra épülnek. Ehhez az alapolajhoz gyakran más anyagokat adnak a funkcionális tulajdonságok és a teljesítmény javítása érdekében. Jellemző adalék például a víz, az ásványi olaj, a lanolin, a növényi vagy természetes olaj, a nanoadalékok stb.
A kenőanyagok többsége folyékony, és eredetük szerint két csoportba sorolhatók:
- Ásványi olajok: Az ásványi olajok nyers kőolajból finomított kenőolajok.
- Szintetikus olajok: A szintetikus olajok olyan kenőolajok, amelyeket mesterségesen módosított vagy módosított kőolajból szintetizált vegyületek felhasználásával állítanak elő.
A kenőzsír szilárd vagy félszilárd kenőanyag, amely folyékony kenőanyagból áll, és ezt sűrítőanyagok belediszpergálásával sűrítik be. A kenőzsír előállításához kenőolajokat használnak alapolajként, és ezek alkotják a fő összetevőt. A kenőzsír körülbelül 70% és 80% közötti arányban tartalmaz kenőolajat.
A behatoló kenőanyagok és a száraz kenőanyagok további típusok, amelyeket többnyire speciális alkalmazási területeken használnak.
A biokenőanyagok fogalma elsősorban az alapfolyadékra vagy az összességében vett környezeti jellemzőkre utal, és nem feltétlenül arra, hogy minden egyes adalék biológiai eredetű. A biokenőanyagok általában növényi olajokon, szintetikus észtereken, növényekből származó olajokon vagy más megújuló/biológiailag lebomló alapanyagokon alapulnak. A hagyományos kenőanyagokhoz hasonlóan azonban gyakran ezekhez is szükség van funkcionális adalékokra a kopásvédelem, az oxidációs stabilitás, a korrózióvédelem, a viszkozitási viselkedés és a teherbíró képesség javításához. Ez azt jelenti, hogy a biokenőanyagokat tág értelemben a megújuló eredet, a biológiai lebonthatóság, az alacsony toxicitás és a környezeti teljesítmény alapján határozzák meg, ahelyett, hogy minden adaléktól megkövetelnék a biológiai eredetet.
Tudjon meg többet a biokenőanyagok formulálásához alkalmazott ultrahangos kezelésről!
A fent példaként felsorolt nanoadalékok ultrahangos diszpergálókkal sikeresen bekeverhetők a kenőanyagokba.
Szakirodalom / Hivatkozások
- 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.
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt a laboratóriumi mérettől az ipari méretig.