Նանոմասնիկներով բարելավված գործառնական հատկություններով քսանյութեր
Նանոհավելանյութերը կարող են զգալիորեն բարելավել քսայուղերը՝ օգնելով նվազեցնել շփումն ու մաշվածությունը։ Սակայն խիստ կարևոր է, որ նանոհավելանյութերը, ինչպիսիք են նանոմասնիկները, գրաֆենի միաշերտերը կամ միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով նանոգնդերը, քսանյութում բաշխված լինեն համաչափ և առանձին մասնիկների տեսքով։ Ուլտրաձայնային դիսպերգումն ապացուցված հուսալի և արդյունավետ խառնման մեթոդ է, որն ապահովում է նանոմասնիկների համասեռ բաշխումը և կանխում ագրեգացումը։
Ինչպե՞ս դիսպերգել նանոհավելանյութերը քսող հեղուկներում։ – Ուլտրաձայնի օգնությամբ։
Քսանյութերում նանոհավելանյութերի օգտագործումը համարվում է տրիբոլոգիական բնութագրերը բարելավելու ամենաարդյունավետ մեթոդներից մեկը՝ նվազեցնելով շփումն ու մաշվածությունը։ Տրիբոլոգիական հատկությունների նման բարելավումը զգալիորեն մեծացնում է էներգախնայողությունը և արտանետումների կրճատումը՝ այդպիսով նվազեցնելով շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը։
Նանոնյութերով բարելավված քսանյութերի պատրաստման դժվարությունը խառնման մեջ է․ նանոնյութերի, օրինակ՝ նանոմասնիկների կամ բյուրեղային նանոցելյուլոզայի համար անհրաժեշտ են տեղայնացված ազդեցությամբ, բարձր սահք ապահովող խառնիչներ, որոնք համաչափ դիսպերգում և տարանջատում են նանոնյութերը՝ վերածելով առանձին մասնիկների։ Ստեղծելով էներգիայի բարձր խտությամբ եզակի դաշտեր՝ բարձր հզորության ուլտրաձայնային զոնդերով մշակումը ցույց է տվել իր գերազանցությունը նանոնյութերի մշակման գործում և այդպիսով դարձել նանոդիսպերսիաների ստացման հաստատված մեթոդ։
Molseh et al. (2009) ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ CIMFLO 20 միջավայրում երեք տարբեր տեսակի նանոմասնիկների՝ մոլիբդենի դիսուլֆիդի (MoS2), վոլֆրամի դիսուլֆիդի (WS2) և հեքսագոնալ բորի նիտրիդի (hBN), դիսպերսիոն կայունությունն ուլտրաձայնային մշակման դեպքում ավելի լավ էր, քան մեխանիկական թափահարման և խառնման դեպքում։ Քանի որ ուլտրաձայնային կավիտացիան ստեղծում է էներգիայի բարձր խտությամբ եզակի պայմաններ, զոնդային ուլտրաձայնային մշակումն արդյունավետությամբ և ռեսուրսների օգտագործման արդյունավետությամբ գերազանցում է դիսպերգման սովորական մեթոդներին։
Նանոմասնիկների բնութագրերը, ինչպիսիք են չափը, ձևը և կոնցենտրացիան, ազդում են դրանց տրիբոլոգիական հատկությունների վրա։ Թեև իդեալական նանոչափը տարբերվում է՝ կախված նյութից, նանոմասնիկների մեծ մասը ցուցաբերում է առավելագույն գործառնական հատկություններ տասից հարյուր նանոմետրի տիրույթում։ Քսայուղում նանոհավելանյութերի իդեալական կոնցենտրացիան հիմնականում 0,1–5,0% միջակայքում է։
Օքսիդային նանոմասնիկները, օրինակ՝ Al2O3, CuO կամ ZnO, լայնորեն օգտագործվում են որպես քսանյութերի տրիբոլոգիական արդյունավետությունը բարելավող նանոմասնիկներ։ Այլ հավելանյութերից են անզոլ հավելանյութերը, իոնային հեղուկները, բորաթթվի էսթերները, անօրգանական նանոնյութերը, ածխածնից ստացված նանոկառուցվածքները, ինչպիսիք են ածխածնային նանոխողովակները (CNTs), գրաֆիտը և գրաֆենը։ Հատուկ հավելանյութերն օգտագործվում են քսայուղերի որոշակի հատկությունները բարելավելու համար։ Օրինակ՝ մաշվածությունը կանխող քսանյութերը պարունակում են ծայրահեղ ճնշումների համար նախատեսված հավելանյութեր, ինչպիսիք են մոլիբդենի դիսուլֆիդը, գրաֆիտը, ծծմբացված օլեֆինները և դիալկիլդիթիոկարբամատային կոմպլեքսները, կամ հակամաշվածքային հավելանյութեր, ինչպիսիք են տրիարիլֆոսֆատները և ցինկի դիալկիլդիթիոֆոսֆատը։
Զոնդային ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորները հուսալի խառնիչներ են և օգտագործվում են բարձր արդյունավետությամբ քսանյութերի բաղադրակազմերի պատրաստման համար։ Հայտնի լինելով նանոչափ մասնիկներով սուսպենզիաների պատրաստման գործում իր գերազանցությամբ՝ ուլտրաձայնային մշակումը խիստ արդյունավետ է քսայուղերի արդյունաբերական արտադրության համար։
Կարդացեք ավելին նանոքսանյութերի արտադրության համար նախատեսված ուլտրաձայնային դիսպերգատորների մասին։
Արդյունաբերական ուլտրաձայնային խառնման համակարգ՝ բարձր արտադրողականությամբ քսայուղերում նանոմասնիկներ դիսպերգելու համար։
- բարելավված տրիբոլոգիական արդյունավետություն
- նանոհավելանյութերի համաչափ ներմուծում
- բուսական յուղի հիմքով քսանյութեր
- տրիբոթաղանթի պատրաստում
- թերթամետաղի ձևավորման հեղուկներ
- նանոհեղուկներ՝ հովացման արդյունավետությունը բարելավելու համար
- իոնային հեղուկներ ջրային կամ յուղային հիմքով քսանյութում
- միջաձգմամբ մշակման հեղուկներ
Ալյումինի օքսիդի (Al2O3) ուլտրաձայնային դիսպերգումը հանգեցնում է մասնիկների չափի զգալի նվազման և համաչափ դիսպերգման։
Նանոհավելանյութերով քսանյութերի արտադրություն
Նանոնյութերով ամրացված քսայուղերի արտադրության համար վճռորոշ են համապատասխան նանոնյութը և դիսպերգման հզոր, արդյունավետ մեթոդը։ Առանց հուսալի և երկարաժամկետ կայուն նանոդիսպերսիայի հնարավոր չէ արտադրել բարձր արդյունավետությամբ քսանյութ։
Ուլտրաձայնային խառնումն ու դիսպերգումը բարձր արդյունավետությամբ քսանյութերի արտադրության հաստատված մեթոդ են։ Քսանյութերի բազային յուղը հարստացվում է այնպիսի հավելումներով, ինչպիսիք են նանոնյութերը, պոլիմերները, կոռոզիայի արգելակիչները, հակաօքսիդանտները և այլ մանր ագրեգատները։ Ուլտրաձայնային սահքի ուժերը խիստ արդյունավետ են մասնիկների չափերի շատ մանր բաշխում ապահովելու համար։ Ուլտրաձայնային (սոնոմեխանիկական) ուժերն ունակ են մանրացնելու նույնիսկ առաջնային մասնիկները և կիրառվում են մասնիկների ֆունկցիոնալացման համար, որպեսզի ստացվող նանոմասնիկներն օժտված լինեն գերազանց բնութագրերով (օրինակ՝ մակերևույթի փոփոխում, միջուկ–թաղանթ կառուցվածքով նանոմասնիկներ, լեգիրված նանոմասնիկներ)։
Ուլտրաձայնային բարձր սահքային խառնիչները կարող են մեծապես նպաստել բարձր արդյունավետությամբ քսանյութերի արդյունավետ արտադրությանը։
Յուղային խառնուրդ՝ ցինկի դիալկիլդիթիոֆոսֆատով (ZDDP) և մակերևույթը փոփոխված PTFE նանոմասնիկներով (PHGM), ուլտրաձայնային դիսպերգումից հետո։
(Հետազոտություն և պատկեր՝ Sharma et al., 2017)
Նոր նանոհավելումներ քսայուղերում
Մշակվում են նանոչափային նոր հավելումներ՝ քսայուղերի և պլաստիկ քսանյութերի գործառույթներն ու արդյունավետությունը հետագա բարելավելու համար։ Օրինակ՝ ցելյուլոզի նանոբյուրեղները (CNCs) ուսումնասիրվում և փորձարկվում են էկոլոգիապես բարենպաստ քսանյութերի բաղադրությունների մշակման նպատակով։ Zakani et al. (2022) ցույց են տվել, որ ուլտրաձայնով մշակված CNC քսանյութերը՝ ուլտրաձայնով չմշակված քսող կախույթների համեմատ, կարող էին նվազեցնել շփման գործակիցը (COF) և մաշվածությունը համապատասխանաբար գրեթե 25 և 30%-ով։ Այս հետազոտության արդյունքները վկայում են, որ ուլտրաձայնային մշակումը կարող է զգալիորեն բարելավել CNC ջրային կախույթների քսող հատկությունները։
Բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային դիսպերգատորներ՝ քսանյութերի արտադրության համար
Երբ նանոհավելումներն օգտագործվում են արդյունաբերական արտադրական գործընթացներում, օրինակ՝ քսայուղերի արտադրության մեջ, վճռորոշ է, որ չոր փոշիները (այսինքն՝ նանոնյութերը) համասեռ կերպով խառնվեն հեղուկ ֆազին (քսայուղին)։ Նանոմասնիկների դիսպերգումը պահանջում է խառնման հուսալի և արդյունավետ մեթոդ, որը բավարար էներգիա է հաղորդում ագլոմերատները քայքայելու համար՝ նանոչափային մասնիկների հատկությունները բացահայտելու նպատակով։ Ուլտրաձայնային սարքերը լայնորեն հայտնի են որպես հզոր և հուսալի դիսպերգատորներ, ուստի օգտագործվում են տարբեր նյութեր, ինչպիսիք են ալյումինի օքսիդը, նանոխողովակները, գրաֆենը, հանքանյութերը և բազմաթիվ այլ նյութեր, ապաագլոմերացնելու և հեղուկ ֆազում, օրինակ՝ հանքային, սինթետիկ կամ բուսական յուղերում, համասեռ բաշխելու համար։ Hielscher Ultrasonics ընկերությունը նախագծում, արտադրում և մատակարարում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային դիսպերգատորներ՝ հոմոգենացման և ապաագլոմերացման ցանկացած տեսակի կիրառությունների համար։
Կապվեք մեզ հետ հիմա՝ քսանյութերում նանոհավելումների ուլտրաձայնային դիսպերգման մասին ավելին իմանալու համար։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մշակման մոտավոր արտադրողականության մասին։
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի ծավալային արագությունը | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 1-ից մինչև 500mL | 10-ից մինչև 200mL/min | UP100H |
| 10-ից մինչև 2000mL | 20-ից մինչև 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-ից մինչև 20L | 0,2-ից մինչև 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-ից մինչև 100L | 2-ից մինչև 10L/min | UIP4000hdT |
| 15-ից մինչև 150L | 3-ից մինչև 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10-ից մինչև 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | ավելի մեծ | միասնական խմբով աշխատող UIP16000 |
Կապվեք մեզ հետ։ / Հարցրեք մեզ։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբներով խառնման, դիսպերգման, էմուլգացման և էքստրակցիայի կիրառությունների համար։
PTFE նանոքսանյութեր՝ պատրաստումից 7 օր անց (A՝ բազային յուղ, B՝ PTFE նանոքսանյութ՝ 1 hr տևողությամբ ուլտրաձայնային մշակմամբ, C՝ PTFE նանոքսանյութ՝ 30 min. տևողությամբ ուլտրաձայնային մշակմամբ)։
(Հետազոտություն և պատկեր՝ © Kumar et al., 2013)
Ուլտրաձայնային մշակման ազդեցությունը քսանյութերում Al2O3 միացության դիսպերսիայի կայունության վրա։
(Հետազոտություն և գրաֆիկական պատկեր՝ © Sharif et al., 2017)
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
Ի՞նչ են քսանյութերը։
Քսանյութերի կամ քսայուղերի հիմնական կիրառությունը մեխանիկական շփումից առաջացող շփման ու մաշվածության, ինչպես նաև ջերմության նվազեցումն է։ Ըստ կիրառության և բաղադրության՝ քսանյութերը բաժանվում են շարժիչային յուղերի, փոխանցման համակարգերի հեղուկների, հիդրավլիկ հեղուկների, ատամնանիվային փոխանցումների յուղերի և արդյունաբերական քսանյութերի։
Ուստի քսանյութերը լայնորեն օգտագործվում են ինչպես շարժիչավոր տրանսպորտային միջոցներում, այնպես էլ արդյունաբերական մեքենաներում։ Լավ քսում ապահովելու համար քսայուղերը սովորաբար պարունակում են 90% բազային յուղ (հիմնականում նավթային ֆրակցիաներ, այսինքն՝ հանքային յուղեր) և 10%-ից պակաս հավելանյութեր։ Երբ խուսափում են հանքային յուղերից, որպես այլընտրանքային բազային յուղեր կարող են օգտագործվել բուսական յուղեր կամ սինթետիկ հեղուկներ, ինչպիսիք են հիդրոգենացված պոլիօլեֆինները, էսթերները, սիլիկոնները, ֆտորածխածինները և շատ ուրիշներ։ Քսանյութերի հիմնական կիրառությունը մեխանիկական շփումից առաջացող շփման ու մաշվածության, ինչպես նաև շփման ջերմության և էներգիայի կորուստների նվազեցումն է։ Ուստի քսանյութերը լայնորեն օգտագործվում են ինչպես շարժիչավոր տրանսպորտային միջոցներում, այնպես էլ արդյունաբերական մեքենաներում։
Հակաօքսիդիչ նյութերը, ինչպիսիք են ամինային և ֆենոլային առաջնային հակաօքսիդիչները, բնական թթուները, պերօքսիդները քայքայող նյութերը և պիրազինները, երկարացնում են քսանյութերի ծառայության ժամկետը՝ բարձրացնելով օքսիդացման նկատմամբ կայունությունը։ Այդպիսով բազային յուղը պաշտպանվում է ջերմային քայքայումից, քանի որ ջերմաօքսիդային քայքայումը տեղի է ունենում ավելի փոքր չափով և ավելի ուշ։
Քսանյութերի տեսակները
Հեղուկ քսանյութեր․ Հեղուկ քսանյութերը սովորաբար հիմնված են մեկ տեսակի բազային յուղի վրա։ Այս բազային յուղին հաճախ ավելացվում են այլ նյութեր՝ գործառնական հատկություններն ու արդյունավետությունը բարելավելու համար։ Տիպիկ հավելանյութերից են, օրինակ, ջուրը, հանքային յուղը, լանոլինը, բուսական կամ բնական յուղը, նանոհավելանյութերը և այլն։
Քսանյութերի մեծ մասը հեղուկներ են, և դրանք ըստ ծագման կարող են դասակարգվել երկու խմբի․
- Հանքային յուղեր․ հանքային յուղերը հում նավթի վերամշակմամբ ստացվող քսայուղեր են։
- Սինթետիկ յուղեր․ սինթետիկ յուղերը քսայուղեր են, որոնք արտադրվում են արհեստականորեն ձևափոխված կամ ձևափոխված նավթից սինթեզված միացությունների օգտագործմամբ։
Քսուքը պինդ կամ կիսապինդ քսանյութ է, որը բաղկացած է հեղուկ քսանյութից՝ թանձրացված դրանում թանձրացուցիչների դիսպերսմամբ։ Քսուք արտադրելու համար քսայուղերն օգտագործվում են որպես բազային յուղեր և հիմնական բաղադրիչն են։ Քսուքը պարունակում է մոտավորապես 70%-ից մինչև 80% քսայուղ։
Ներթափանցող քսանյութերը և չոր քսանյութերը այլ տեսակներ են, որոնք հիմնականում օգտագործվում են նեղ մասնագիտացված կիրառություններում։
Կենսաքսանյութեր ասելով՝ հիմնականում նկատի ունեն բազային հեղուկը կամ ընդհանուր բնապահպանական բնութագիրը, և պարտադիր չէ, որ յուրաքանչյուր առանձին հավելանյութ կենսաբանական ծագում ունենա։ Կենսաքսանյութերը սովորաբար հիմնված են բուսական յուղերի, սինթետիկ էսթերների, բույսերից ստացված յուղերի կամ այլ վերականգնվող կամ կենսաքայքայվող բազային նյութերի վրա։ Սակայն, ինչպես սովորական քսանյութերը, դրանք հաճախ դեռևս պահանջում են գործառնական հավելանյութեր՝ մաշվածությունից պաշտպանությունը, օքսիդացման նկատմամբ կայունությունը, կոռոզիայից պաշտպանությունը, մածուցիկության վարքագիծը և բեռ կրելու կարողությունը բարելավելու համար։ Սա նշանակում է, որ կենսաքսանյութերը լայն իմաստով սահմանվում են վերականգնվող ծագման, կենսաքայքայելիության, ցածր թունավորության և բնապահպանական ցուցանիշների հիման վրա՝ առանց յուրաքանչյուր հավելանյութի կենսաբանական լինելու պահանջի։
Կարդացեք ավելին կենսաքսանյութերի բաղադրությունների պատրաստման համար ուլտրաձայնային մշակման մասին։
Վերևում որպես օրինակ թվարկված նանոհավելանյութերը կարող են հաջողությամբ խառնվել քսանյութերի մեջ՝ ուլտրաձայնային դիսպերսիչների միջոցով։
Գրականություն / Հղումներ
- 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 ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ սկսած լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափերը։