Kenőanyagok nanorészecske-továbbfejlesztett funkciókkal
A kenőolajok nagy hasznot húzhatnak a nano-adalékanyagokból, amelyek segítenek csökkenteni a súrlódást és a kopást. Döntő fontosságú azonban, hogy a nano-adalékanyagok, például a nanorészecskék, az egyrétegű grafén vagy a maghéj nanogömbök egyenletesen és egyszeresen diszpergálódjanak a kenőanyagban. Az ultrahangos diszperzió megbízható és hatékony keverési módszernek bizonyult, homogén nanorészecske-eloszlást biztosít és megakadályozza az aggregációt.
Hogyan lehet eloszlatni a nano-adalékanyagokat a kenőfolyadékokban? – Ultrahanggal!
A nano-adalékanyagok használata kenőanyagokban az egyik leghatékonyabb módszer a tribológiai jellemzők javítására, a súrlódás és a kopás csökkentésére. Az ilyen tribológiai fejlesztés nagymértékben növeli az energiatakarékosságot, a kibocsátás csökkentését, ezáltal csökkentve a környezeti hatást.
A nanotechnológiával továbbfejlesztett kenőanyagok kihívása a keverésben rejlik: a nanoanyagok, például a nanorészecskék vagy a kristályos nanocellulóz koncentrált, nagy nyíróképességű keverőkre van szükség, amelyek egyenletesen diszpergálják és szétválasztják a nanoanyagokat egyetlen részecskére. Egyedülálló energia-sűrű mezők létrehozása, ultrahangos kezelés nagy teljesítményű ultrahangos szondákkal bizonyítottan jobb a nanoanyag-feldolgozásban, és ezáltal a nano-diszperziók bevált módszere.
Molseh et al. (2009) kimutatta, hogy három különböző nanorészecske (molibdén-diszulfid (MoS2), volfrám-diszulfid (WS2) és hatszögletű bór-nitrid (hBN)) diszperziós stabilitása a CIMFLO 20-ban ultrahangos kezeléssel jobb volt, mint mechanikus rázás és keverés. Mivel az ultrahangos kavitáció egyedülálló energia-sűrű körülményeket teremt, a szonda típusú ultrahangos kezelés kiemelkedik a hagyományos diszperziós technikák hatékonyságában és hatékonyságában.
A nanorészecskék jellemzői, például mérete, alakja és koncentrációja befolyásolják tribológiai tulajdonságaikat. Míg az ideális nanoméret az anyagtól függően változik, a legtöbb nanorészecske a legmagasabb funkcionalitást mutatja tíztől száz nanométerig. A nano-adalékanyagok ideális koncentrációja a kenőolajban többnyire 0,1–5,0% között van.
Az oxid nanorészecskéket, például az Al2O3-at, CuO-t vagy ZnO-t széles körben használják nanorészecskékként, javítva a kenőanyagok tribológiai teljesítményét. Egyéb adalékanyagok közé tartoznak a hamumentes adalékanyagok, ionos folyadékok, borátészterek, szervetlen nanoanyagok, szénből származó nanoszerkezetek, például szén nanocsövek (CNT), grafit és grafén. Speciális adalékanyagokat használnak a kenőolajok speciális tulajdonságainak javítására. Például a kopásmegelőző kenőanyagok extrém nyomású adalékokat, például molibdén-diszulfidot, grafitot, kénezett olefineket és dialkil-ditiokarbamát komplexeket vagy kopásgátló adalékokat, például triarilfoszfátokat és cink-dialkil-ditiofoszfátot tartalmaznak.
Az ultrahangos szonda típusú homogenizátorok megbízható keverők, és nagy teljesítményű kenőanyagok előállítására szolgálnak. Híres, mint kiváló, amikor a nanoméretű szuszpenziók előállításáról van szó, az ultrahangos kezelés rendkívül hatékony a kenőolajok ipari gyártásához.
Read more about ultrasonic dispersers for nano-lubricant production!
Ipari ultrahangos keverőrendszer a nanorészecskék nagy áteresztőképességű diszperziójához kenőolajokba.
- jobb tribológiai teljesítmény
- Egységes nanoadditív bekeverés
- növényi olaj alapú kenőanyagok
- Tribofilm előkészítése
- lemezalakító folyadékok
- nanofluidok a jobb hűtési hatékonyság érdekében
- Ionos folyadékok vizes vagy olaj alapú síkosítóban
- Üregelő folyadékok
Az alumínium-oxid (Al2O3) ultrahangos diszperziója jelentős részecskeméret-csökkenést és egyenletes diszperziót eredményez.
Kenőanyagok gyártása nano-adalékokkal
A nanoerősítésű kenőolajok előállításához elengedhetetlen a megfelelő nanoanyag és az erőteljes, hatékony diszperziós technika. Megbízható és hosszú távú stabil nano-diszperzió nélkül nem lehet nagy teljesítményű kenőanyagot gyártani.
Az ultrahangos keverés és diszpergálás bevált módszer a nagy teljesítményű kenőanyagok előállítására. A kenőanyagok alapolaját olyan adalékokkal erősítik meg, mint nanoanyagok, polimerek, korróziógátlók, antioxidánsok és más finom aggregátumok. Az ultrahangos nyíróerők rendkívül hatékonyak a nagyon finom részecskeméret-eloszlás biztosításában. Az ultrahangos (szonomechanikus) erők képesek még az elsődleges részecskék őrlésére is, és a részecskék funkcionalizálására alkalmazzák, így a kapott nanorészecskék kiváló tulajdonságokkal rendelkeznek (pl. Felületmódosítás, maghéj NP-k, adalékolt NP-k).
Az ultrahangos nagy nyíróképességű keverők nagyban segíthetnek a nagy teljesítményű kenőanyagok hatékony gyártásában!
Olajkeverék cink-dialkil-ditiofoszfáttal (ZDDP) és felületmódosított PTFE nanorészecskékkel (PHGM) ultrahangos diszperzió után.
(Tanulmány és kép: Sharma et al., 2017)
Új nano-adalékanyagok kenőolajokban
Új nanoméretű adalékokat fejlesztettek ki a kenőolajok és zsírok funkcióinak és teljesítményének további javítása érdekében. Például a cellulóz nanokristályok (CNC-k) kutatásokat végeznek és tesztelnek zöld kenőanyagok formulázására. Zakani et al. (2022) kimutatta, hogy – összehasonlítva a szonikálatlan kenő felfüggesztésekkel – szonikált CNC kenőanyagok csökkenthetik a COF (súrlódási együttható) és a kopás közel 25 és 30% -kal. A tanulmány eredményei azt sugallják, hogy az ultrahangos feldolgozás jelentősen javíthatja a CNC vizes szuszpenziók kenési teljesítményét.
Nagy teljesítményű ultrahangos diszpergálószerek kenőanyaggyártáshoz
Amikor nano-adalékanyagokat használnak ipari gyártási folyamatokban, például kenőolajok gyártásában, döntő fontosságú, hogy a száraz porokat (azaz nanoanyagokat) homogén módon folyékony fázisba keverjék (kenőolaj). A nanorészecskék diszperziójához megbízható és hatékony keverési technikára van szükség, amely elegendő energiát alkalmaz az agglomerátumok lebontásához a nanoméretű részecskék tulajdonságainak felszabadítása érdekében. Az ultrahangos készülékek jól ismertek, mint erős és megbízható diszpergálószerek, ezért különböző anyagok, például alumínium-oxid, nanocsövek, grafén, ásványi anyagok és sok más anyag homogén folyékony fázisba, például ásványi, szintetikus vagy növényi olajok. A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos diszpergálószereket tervez, gyárt és forgalmaz bármilyen homogenizációs és deagglomerációs alkalmazáshoz.
Lépjen kapcsolatba velünk most, hogy többet megtudjon a nano-adalékanyagok ultrahangos diszperziójáról a kenőanyagokban!
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| 15–150 liter | 3–15 l/perc | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt keverési alkalmazásokhoz, diszperzióhoz, emulgeáláshoz és extrakcióhoz laboratóriumi, kísérleti és ipari méretekben.
PTFE nanokenőanyagok 7 napos előkészítés után (A: alapolaj, B: PTFE nanokenőanyag 1 órás ultrahangos kezeléssel, C: PTFE nanokenőanyag 30 perces ultrahangos kezeléssel).
(Tanulmány és kép: © Kumar et al., 2013)
Az ultrahangos kezelés hatása az Al2O3 diszperziós stabilitására kenőanyagokban.
(Tanulmány és grafika: © Sharif et al., 2017)
Tények, amelyeket érdemes tudni
Mik azok a kenőanyagok?
A kenőanyagok vagy kenőolajok fő felhasználása a mechanikai érintkezésből származó 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. A jó kenés érdekében a kenőolajok jellemzően 90% alapolajat (többnyire kőolajfrakciókat, azaz ásványolajokat) és kevesebb mint 10% adalékanyagot tartalmaznak. Az ásványolajok elkerülése esetén alternatív alapolajként növényi olajok vagy szintetikus folyadékok, például hidrogénezett poliolefinek, észterek, szilikonok, fluorozott szénhidrogének és még sok más használhatók. A kenőanyagok fő felhasználása a mechanikai érintkezésből eredő súrlódás és kopás csökkentése, valamint a súrlódási hő- és energiaveszteség csökkentése. Ezért a kenőanyagokat széles körben használják gépjárművekben és ipari gépekben.
Az antioxidáns anyagok, például aminsav és fenolos primer antioxidánsok, természetes savak, peroxid lebontók és pirazinok meghosszabbítják a kenőanyagok életciklusát az oxidatív ellenállás növelésével. Ezáltal az alapolaj védve van a hőlebomlástól, mivel a termo-oxidatív bomlás redukált és késleltetett formában történik.
Kenőanyag típusok
Folyékony kenőanyagok: A folyékony kenőanyagok általában egyfajta alapolajon alapulnak. Ehhez az alapolajhoz gyakran adnak anyagokat a funkcionalitás és a teljesítmény javítása érdekében. A tipikus adalékanyagok közé tartozik például a víz, az ásványolaj, a lanolin, a növényi vagy természetes olaj, a nano-adalékanyagok stb.
A kenőanyagok többsége folyadék, és eredetük szerint két csoportba sorolhatók:
- Ásványolajok: Az ásványolajok nyersolajból finomított kenőolajok.
- Szintetikus olajok: A szintetikus olajok olyan kenőolajok, amelyeket mesterségesen módosított vagy módosított kőolajból szintetizált vegyületek felhasználásával állítanak elő.
Kenőzsír szilárd vagy félszilárd kenőanyag, amely folyékony kenőanyagból áll, amelyet sűrítőanyagok diszpergálásával sűrítenek. A kenőzsír előállításához a kenőolajokat alapolajként használják, és ezek a fő összetevők. A kenőzsír kb. 70-80% kenőolajat tartalmaz.
Behatoló kenőanyagok és száraz kenőanyagok további típusok, amelyeket leginkább réspiaci alkalmazásokhoz alkalmaznak.
Biolubricants refer mainly to the base fluid or overall environmental profile, not necessarily to every single additive being bio-derived. Biolubricants are commonly based on vegetable oils, synthetic esters, plant-derived oils, or other renewable/biodegradable base materials. However, like conventional lubricants, they often still require functional additives to improve wear protection, oxidation stability, corrosion protection, viscosity behavior, and load-carrying capacity. This means biolubricants are defined broadly around renewable origin, biodegradability, low toxicity, and environmental performance rather than requiring every additive to be biological.
Read more about sonication for biolubricant formulations!
A fent felsorolt példaértékű nano-adalékanyagok ultrahangos diszpergálószerekkel sikeresen keverhetők kenőanyagokba.
Irodalom / 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.
Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok labor hoz ipari méret.