Schmiermëttel mat duerch Nanopartikele verbesserte Funktionalitéiten
Schmierueleger kënne staark vun Nanoadditive profitéieren, déi hëllefen, Reiwung a Verschläiss ze reduzéieren. Et ass awer entscheedend, datt Nanoadditive wéi Nanopartikelen, Graphen-Monoschichten oder Kär-Schuel-Nanokugele gläichméisseg an eenzel am Schmiermëttel dispergéiert sinn. D’Ultraschalldispersioun huet sech als zouverlässeg an effizient Mëschmethod bewisen, déi eng homogen Verdeelung vun den Nanopartikelen erméiglecht an Aggregatioun verhënnert.
Wéi kann een Nanoadditiven a Schmierflëssegkeeten dispergéieren? – Mat Ultraschall!
D’Benotzung vun Nanoadditiven a Schmiermëttel gëllt als eng vun de wierksaamste Methoden, fir tribologesch Eegenschaften ze verbesseren an dobäi Reiwung a Verschläiss ze reduzéieren. Sou eng tribologesch Verbesserung dréit staark zur Energieaspuerung an zur Emissiounsreduktioun bäi a verréngert doduerch d’Ëmweltbelaaschtung.
D’Erausfuerderung bei Schmiermëttel, déi duerch Nanomaterialie verbessert ginn, läit am Mëschen: Nanomaterialie wéi Nanopartikelen oder kristallin Nanozellulos erfuerderen Héichschéiermëscher mat geziilter Wierkung, déi d’Nanomaterialie gläichméisseg dispergéieren an zu eenzele Partikelen auserneentrennen. D’Ultraschallbehandlung mat héichleeschtungsfäegen Ultraschallsonde schaaft eenzegaarteg Felder mat héijer Energiedicht an huet sech bei der Veraarbechtung vun Nanomaterialien als iwwerleeë bewisen. Si ass domat déi etabléiert Method fir Nanodispersiounen.
Molseh et al. (2009) hu gewisen, datt d’Dispersiounsstabilitéit vun dräi verschiddenen Nanopartikelen (Molybdändisulfid (MoS2), Wolframdisulfid (WS2) an hexagonaalt Bornitrid (hBN)) am CIMFLO 20 mat Ultraschallbehandlung besser war wéi mat mechaneschem Rëselen a Réieren. Well Ultraschallkavitatioun eenzegaarteg Bedéngunge mat héijer Energiedicht schaaft, iwwertrëfft d’Ultraschallbehandlung mat Sonde konventionell Dispersiounstechniken a puncto Wierksamkeet an Effizienz.
Eegenschafte vun Nanopartikelen, wéi Gréisst, Form a Konzentratioun, beaflossen hir tribologesch Eegenschaften. Wärend déi ideal Nanogréisst vum Material ofhänkt, weisen déi meescht Nanopartikelen hir héchst Funktionalitéiten am Beräich vun zéng bis honnert Nanometer. Déi ideal Konzentratioun vun Nanoadditiven am Schmierueleg läit meeschtens tëscht 0,1–5,0% .
Oxidnanopartikele wéi Al2O3, CuO oder ZnO gi vill als Nanopartikele benotzt, déi d’tribologesch Leeschtung vu Schmiermëttel verbesseren. Aner Additiven ëmfaassen äischefräi Additiven, ionesch Flëssegkeeten, Boratester, anorganesch Nanomaterialien a vum Kuelestoff ofgeleet Nanostrukture wéi Kuelestoffnanoréier (CNTs), Grafitt a Graphen. Spezifesch Additive gi benotzt, fir spezifesch Eegenschafte vu Schmierueleger ze verbesseren. Zum Beispill enthale Schmiermëttel, déi Verschläiss verhënneren, Héichdrockadditive wéi Molybdändisulfid, Grafitt, schwefeliséiert Olefinen an Dialkyldithiocarbamat-Komplexer oder Verschläissschutzadditive wéi Triarylphosphater an Zénk-Dialkyldithiophosphat.
Ultraschallhomogenisateure mat Sonde sinn zouverlässeg Mëscher a gi fir d’Formuléierung vun héichleeschtungsfäege Schmiermëttel benotzt. D’Ultraschallbehandlung ass fir hir Iwwerleeënheet bei der Preparatioun vu Suspensioune mat Partikelen an Nanogréisst bekannt an ass héich effizient fir d’industriell Hierstellung vu Schmierueleger.
Liest méi iwwer Ultraschalldispergéierer fir d’Produktioun vun Nanoschmiermëttel!
Industriellt Ultraschallmëschsystem fir d’Dispersioun vun Nanopartikelen a Schmierueleger mat héijem Duerchsaz.
- verbessert tribologesch Leeschtung
- gläichméissegt Abanne vun Nanoadditiven
- Schmiermëttel op Basis vu Planzenueleger
- Preparatioun vun engem Tribofilm
- Flëssegkeete fir d’Ëmforme vu Blech
- Nanoflëssegkeete fir eng verbessert Killwierkung
- ionesch Flëssegkeeten a waasser- oder uelegbaséierte Schmiermëttel
- Räimflëssegkeeten
D’Ultraschalldispersioun vun Aluminiumoxid (Al2O3) féiert zu enger däitlecher Reduktioun vun der Partikelgréisst an enger gläichméisseger Dispersioun.
Hierstellung vu Schmiermëttel mat Nanoadditiven
Fir d’Produktioun vun nano-verstäerkte Schmierueleger sinn e gëeegent Nanomaterial an eng leeschtungsstaark, effizient Dispersiounstechnik entscheedend. Ouni eng zouverlässeg an iwwer laang Zäit stabil Nanodispersioun kann kee leeschtungsstaarke Schmierstoff hiergestallt ginn.
D’Mëschen an d’Dispergéiere mat Ultraschall ass eng etabléiert Method fir d’Produktioun vu leeschtungsstaarke Schmierstoffer. De Basisueleg vu Schmierstoffer gëtt mat Zousazstoffer wéi Nanomaterialien, Polymeren, Korrosiounsinhibitoren, Antioxidantien an anere feinen Aggregater verstäerkt. Ultraschall-Schéierkräfte si ganz effizient fir eng ganz fein Partikelgréissteverdeelung ze erreechen. Ultraschallkräften (sonomechanesch Kräften) kënne souguer Primärpartikele zerklengeren a gi benotzt, fir Partikelen ze funktionaliséieren, sou datt déi entstoend Nanopartikelen iwwerleeën Eegenschaften opweisen (z. B. Uewerflächemodifikatioun, Kär-Schuel-NPen, dotéiert NPen).
Ultraschallmëscher mat héije Schéierkräfte kënne wesentlech dozou bäidroen, leeschtungsstaark Schmierstoffer effizient hierzestellen!
Uelegmëschung mat Zénkdialkyldithiophosphat (ZDDP) an uewerflächemodifizéierte PTFE-Nanopartikelen (PHGM) no der Ultraschalldispersioun.
(Etüd a Bild: Sharma et al., 2017)
Neiaarteg Nanozousazstoffer a Schmierueleger
Neiaarteg Zousazstoffer an Nanogréisst ginn entwéckelt, fir d’Funktionalitéiten an d’Leeschtung vu Schmierueleger a Schmierfetter weider ze verbesseren. Zum Beispill ginn Zellulos-Nanokristaller (CNCs) fir d’Formuléierung vun ëmweltfrëndleche Schmierstoffer erfuerscht a getest. Zakani et al. (2022) hu gewisen, datt ultraschallbehandelt CNC-Schmierstoffer – am Verglach mat net ultraschallbehandelte Schmiersuspensiounen – de COF (Reiwungskoeffizient) ëm bal 25% an de Verschleess ëm bal 30% reduzéiere konnten. D’Resultater vun dëser Etüd deiten drop hin, datt eng Ultraschallbehandlung d’Schmierleeschtung vu wässerege CNC-Suspensioune wesentlech verbessere kann.
Leeschtungsstaark Ultraschalldispergéiergeräter fir d’Schmierstoffproduktioun
Wann Nanozousazstoffer an industrielle Produktiounsprozesser wéi der Produktioun vu Schmierueleger agesat ginn, ass et entscheedend, datt dréche Pudder (d. h. Nanomaterialien) homogen an eng flësseg Phas (Schmierueleg) agemëscht ginn. D’Dispersioun vun Nanopartikelen erfuerdert eng zouverlässeg an effektiv Mëschtechnik, déi genuch Energie aféiert, fir Agglomerater opzebriechen an esou d’Eegenschafte vun de Partikelen an Nanogréisst zur Geltung ze bréngen. Ultraschallgeräter si bekannt als leeschtungsstaark an zouverlässeg Dispergéiergeräter a ginn dofir agesat, fir verschidde Materialie wéi Aluminiumoxid, Nanoréier, Graphen, Mineralien a vill aner Materialien ze deagglomeréieren an homogen an eng flësseg Phas wéi mineralesch, syntheetesch oder planzlech Ueleger ze verdeelen. Hielscher Ultrasonics entwërft, produzéiert a verdeelt leeschtungsstaark Ultraschalldispergéiergeräter fir all Zort vun Homogeniséierungs- an Deagglomeratiounsapplikatiounen.
Kontaktéiert eis elo, fir méi iwwer d’Ultraschalldispersioun vun Nanozousazstoffer a Schmierstoffer gewuer ze ginn!
Déi follgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallgeräter:
| Chargevolumen | Duerchflossrate | Recommandéiert Geräter |
|---|---|---|
| 1 bis 500mL | 10 bis 200mL/min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 bis 20L | 0,2 bis 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150L | 3 bis 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 bis 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | méi héich | Verbund vu UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Hielscher Ultrasonics produzéiert leeschtungsstaark Ultraschallhomogenisateure fir Mëschapplikatiounen, Dispersioun, Emulgéierung an Extraktioun am Labo-, Pilot- an industrielle Moossstaf.
PTFE-Nanoschmierstoffer 7 Deeg no der Preparatioun (A: Basisueleg, B: PTFE-Nanoschmierstoff mat 1 hr Ultraschallbehandlung, C: PTFE-Nanoschmierstoff mat 30 min. Ultraschallbehandlung).
(Etüd a Bild: © Kumar et al., 2013)
Afloss vun der Ultraschallbehandlung op d’Dispersiounsstabilitéit vun Al2O3 a Schmierstoffer.
(Etüd a Grafik: © Sharif et al., 2017)
Wëssenswäert Fakten
Wat si Schmierstoffer?
Schmierstoffer oder Schmierueleger ginn haaptsächlech benotzt, fir Reiwung a Verschläiss duerch mechanesche Kontakt souwéi Hëtzt ze reduzéieren. Jee no hirer Notzung an Zesummesetzung ginn d’Schmierstoffer a Motorueleger, Transmissiounsflëssegkeeten, Hydraulikflëssegkeeten, Getriebsueleger an industriell Schmierstoffer agedeelt.
Dofir gi Schmierstoffer souwuel a Motorween wéi och an industrielle Maschinne vill benotzt. Fir eng gutt Schmierung ze garantéieren, enthalen d’Schmierueleger typescherweis 90% Basisueleg (haaptsächlech Pëtrolsfraktiounen, also Mineralueleger) a manner wéi 10% Zousazstoffer. Wa Mineralueleger vermidde ginn, kënne planzlech Ueleger oder syntheetesch Flëssegkeete wéi hydréiert Polyolefiner, Esteren, Silikonen, Fluorkuelestoffverbindungen a vill anerer als alternativ Basisueleger benotzt ginn. Schmierstoffer ginn haaptsächlech benotzt, fir Reiwung a Verschläiss duerch mechanesche Kontakt ze reduzéieren an och d’Reiwungshëtzt an d’Energieverloschter ze senken. Dofir gi Schmierstoffer souwuel a Motorween wéi och an industrielle Maschinne vill benotzt.
Antioxidativ Substanze wéi aminesch a phenolesch primär Antioxidantien, natierlech Saieren, Peroxidzersetzer a Pyrazine verlängeren d’Liewensdauer vu Schmierstoffer, andeems se d’Oxidatiounsbeständegkeet erhéijen. Doduerch gëtt de Basisueleg virum Ofbau duerch Hëtzt geschützt, well den thermooxidativen Ofbau a reduzéierter a verzögerter Form stattfënnt.
Aarte vu Schmierstoffer
Flësseg Schmierstoffer: Flësseg Schmierstoffer baséieren am Allgemengen op enger Zort Basisueleg. Dësem Basisueleg ginn dacks aner Substanzen derbäigesat, fir d’Funktionalitéit an d’Leeschtungsfäegkeet ze verbesseren. Typesch Zousazstoffer sinn zum Beispill Waasser, Mineralueleg, Lanolin, planzlechen oder natierlechen Ueleg, Nanozousazstoffer asw.
Déi meescht Schmierstoffer si flësseg a kënnen no hirer Hierkonft an zwou Gruppen agedeelt ginn:
- Mineralueleger: Mineralueleger si Schmierueleger, déi aus Réiueleg raffinéiert ginn.
- Syntheetesch Ueleger: Syntheetesch Ueleger si Schmierueleger, déi mat Verbindungen hiergestallt ginn, déi kënschtlech modifizéiert oder aus modifizéiertem Pëtrol synthetiséiert ginn.
Schmierfett ass e festen oder halleffeste Schmierstoff, deen aus engem flëssege Schmierstoff besteet, dee verdéckt gëtt, andeems Verdéckungsmëttel dra dispergéiert ginn. Fir Schmierfett hierzestellen, gi Schmierueleger als Basisueleger benotzt a bilden den Haaptbestanddeel. Schmierfett enthält ongeféier 70% bis 80% Schmierueleg.
Kriechschmierstoffer an Dréchenschmierstoffer si weider Aarten, déi haaptsächlech fir Nischenapplikatioune benotzt ginn.
Bioschmierstoffer bezéie sech haaptsächlech op d’Basisflëssegkeet oder dat gesamt Ëmweltprofil an net onbedéngt dorop, datt all eenzelen Zousazstoff vu biologescher Hierkonft ass. Bioschmierstoffer baséieren normalerweis op planzlechen Ueleger, syntheeteschen Esteren, Ueleger aus Planzen oder aneren erneierbaren/biologesch ofbaubare Basismaterialien. Wéi konventionell Schmierstoffer brauche si awer dacks nach ëmmer funktionell Zousazstoffer, fir de Verschläissschutz, d’Oxidatiounsstabilitéit, de Korrosiounsschutz, d’Viskositéitsverhalen an d’Laaschtdroverméigen ze verbesseren. Dat bedeit, datt Bioschmierstoffer am breede Sënn iwwer hir erneierbar Hierkonft, hir biologesch Ofbaubarkeet, hir geréng Toxizitéit an hir Ëmweltverträglechkeet definéiert ginn, ouni datt all Zousazstoff biologesch muss sinn.
Liest méi iwwer d’Ultraschallbehandlung fir Bioschmierstoffformuléierungen!
Nanozousazstoffer, wéi déi hei uewen als Beispiller opgelëscht sinn, kënne mat Ultraschalldispergéierer erfollegräich a Schmierstoffer agemëscht ginn.
Literatur / Referenzen
- 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 produzéiert Ultraschallhomogenisateure mat héijer Leeschtung vu Laborgréisst bis zu Industriegréisst.