Smērvielas ar nanodaļiņu uzlabotām funkcionālajām īpašībām
Nanopiedevas var ievērojami uzlabot smēreļļas, palīdzot samazināt berzi un nodilumu. Tomēr ir ļoti svarīgi, lai nanopiedevas, piemēram, nanodaļiņas, grafēna monoslāņi vai kodola un apvalka nanosfēras, smērvielā būtu disperģētas vienmērīgi un atsevišķi. Disperģēšana ar ultraskaņu ir pierādīta kā uzticama un efektīva sajaukšanas metode, kas nodrošina viendabīgu nanodaļiņu sadalījumu un novērš agregāciju.
Kā disperģēt nanopiedevas eļļošanas šķidrumos? – Ar ultraskaņu!
Nanopiedevu izmantošana smērvielās tiek uzskatīta par vienu no visefektīvākajām metodēm triboloģisko īpašību uzlabošanai, samazinot berzi un nodilumu. Šāds triboloģisko īpašību uzlabojums ievērojami veicina enerģijas taupīšanu un emisiju samazināšanu, tādējādi mazinot ietekmi uz vidi.
Ar nanomateriāliem uzlabotu smērvielu izgatavošanā izaicinājums ir sajaukšana: nanomateriāliem, piemēram, nanodaļiņām vai kristāliskajai nanocelulozei, ir nepieciešami maisītāji ar koncentrētu augstas bīdes iedarbību, kas vienmērīgi disperģē nanomateriālus un atdala tos atsevišķās daļiņās. Radot unikālus laukus ar augstu enerģijas blīvumu, apstrāde ar ultraskaņu, izmantojot lieljaudas ultraskaņas zondes, ir pierādījusi savu pārākumu nanomateriālu apstrādē un tādējādi kļuvusi par nostiprinājušos metodi nanodispersiju iegūšanai.
Molseh et al. (2009) parādīja, ka trīs dažādu nanodaļiņu (molibdēna disulfīda (MoS2), volframa disulfīda (WS2) un heksagonālā bora nitrīda (hBN)) dispersijas stabilitāte CIMFLO 20 pēc apstrādes ar ultraskaņu bija labāka nekā pēc mehāniskas kratīšanas un maisīšanas. Tā kā ultraskaņas kavitācija rada unikālus apstākļus ar augstu enerģijas blīvumu, apstrāde ar ultraskaņas zondi pārspēj tradicionālās disperģēšanas metodes gan rezultativitātes, gan efektivitātes ziņā.
Nanodaļiņu raksturlielumi, piemēram, izmērs, forma un koncentrācija, ietekmē to triboloģiskās īpašības. Lai gan ideālais nanoizmērs atšķiras atkarībā no materiāla, vairumam nanodaļiņu visaugstākās funkcionālās īpašības ir diapazonā no desmit līdz simt nanometriem. Ideālā nanopiedevu koncentrācija smēreļļā lielākoties ir 0,1–5,0% .
Oksīdu nanodaļiņas, piemēram, Al2O3, CuO vai ZnO, plaši izmanto kā nanodaļiņas, kas uzlabo smērvielu triboloģiskās īpašības. Citas piedevas ietver bezpelnu piedevas, jonu šķidrumus, borātu esterus, neorganiskus nanomateriālus un no oglekļa iegūtas nanostruktūras, piemēram, oglekļa nanocaurulītes (CNTs), grafītu un grafēnu. Konkrētas piedevas izmanto, lai uzlabotu noteiktas smēreļļu īpašības. Piemēram, nodilumu novērsošas smērvielas satur ekstrēma spiediena piedevas, piemēram, molibdēna disulfīdu, grafītu, sulfurētus olefīnus un dialkilditiokarbamātu kompleksus, vai pretnodiluma piedevas, piemēram, triarilfosfātus un cinka dialkilditiofosfātu.
Ultraskaņas zondes tipa homogenizatori ir uzticami maisītāji, un tos izmanto augstas veiktspējas smērvielu formulēšanai. Apstrāde ar ultraskaņu ir atzīta par pārāku nanoizmēra daļiņu suspensiju sagatavošanā un ir ļoti efektīva smēreļļu rūpnieciskajā ražošanā.
Lasiet vairāk par ultraskaņas dispergatoriem nanosmērvielu ražošanai!
Rūpnieciska ultraskaņas sajaukšanas sistēma nanodaļiņu disperģēšanai smēreļļās ar lielu apstrādes ražīgumu.
- uzlabotas triboloģiskās īpašības
- vienmērīga nanopiedevu iestrāde
- smērvielas uz augu eļļas bāzes
- triboplēves veidošana
- šķidrumi lokšņu metāla formēšanai
- nanošķidrumi dzesēšanas efektivitātes uzlabošanai
- jonu šķidrumi smērvielās uz ūdens vai eļļas bāzes
- caurvilkšanas šķidrumi
Alumīnija oksīda (Al2O3) disperģēšana ar ultraskaņu ievērojami samazina daļiņu izmēru un nodrošina vienmērīgu dispersiju.
Smērvielu ar nanopiedevām ražošana
Ar nanomateriāliem uzlabotu smēreļļu ražošanai izšķiroši svarīgi ir piemēroti nanomateriāli un jaudīga, efektīva disperģēšanas metode. Bez uzticamas un ilgtermiņā stabilas nanodispersijas nav iespējams ražot augstas veiktspējas smērvielu.
Sajaukšana un disperģēšana ar ultraskaņu ir atzīta metode augstas veiktspējas smērvielu ražošanai. Smērvielu bāzes eļļu uzlabo ar piedevām, piemēram, nanomateriāliem, polimēriem, korozijas inhibitoriem, antioksidantiem un citiem smalkiem agregātiem. Ultraskaņas radītie bīdes spēki ļoti efektīvi nodrošina ļoti smalku daļiņu izmēru sadalījumu. Ultraskaņas (sonomehāniskie) spēki spēj sasmalcināt pat primārās daļiņas, un tos izmanto daļiņu funkcionalizēšanai, lai iegūtajām nanodaļiņām būtu izcilākas īpašības (piemēram, virsmas modifikācija, kodola un apvalka nanodaļiņas, leģētas nanodaļiņas).
Ultraskaņas maisītāji ar augstu bīdes intensitāti var ievērojami palīdzēt efektīvi ražot augstas veiktspējas smērvielas!
Eļļas maisījums ar cinka dialkilditiofosfātu (ZDDP) un PTFE nanodaļiņām ar modificētu virsmu (PHGM) pēc disperģēšanas ar ultraskaņu.
(Pētījums un attēls: Sharma et al., 2017)
Jaunas nanopiedevas smēreļļās
Tiek izstrādātas jaunas nanoizmēra piedevas, lai vēl vairāk uzlabotu smēreļļu un konsistento smērvielu funkcionalitāti un veiktspēju. Piemēram, celulozes nanokristāli (CNCs) tiek pētīti un pārbaudīti videi draudzīgu smērvielu formulēšanai. Zakani et al. (2022) pierādīja, ka ar ultraskaņu apstrādātas CNC smērvielas – salīdzinājumā ar smērējošām suspensijām, kas nav apstrādātas ar ultraskaņu, – varēja samazināt COF (berzes koeficientu) un nodilumu attiecīgi par gandrīz 25 un 30%. Šā pētījuma rezultāti liecina, ka apstrāde ar ultraskaņu var ievērojami uzlabot CNC ūdens suspensiju smērēšanas veiktspēju.
Augstas veiktspējas ultraskaņas disperģētāji smērvielu ražošanai
Ja nanopiedevas izmanto rūpnieciskos ražošanas procesos, piemēram, smēreļļu ražošanā, ir izšķiroši svarīgi sausos pulverus (t. i., nanomateriālus) viendabīgi iemaisīt šķidrajā fāzē (smēreļļā). Nanodaļiņu disperģēšanai nepieciešama uzticama un efektīva sajaukšanas metode, kas pievada pietiekami daudz enerģijas aglomerātu sašķelšanai, lai pilnībā izmantotu nanoizmēra daļiņu īpašības. Ultraskaņas apstrādes iekārtas ir labi pazīstamas kā jaudīgi un uzticami disperģētāji, tādēļ tās izmanto dažādu materiālu, piemēram, alumīnija oksīda, nanocaurulīšu, grafēna, minerālu un daudzu citu materiālu, deaglomerēšanai un viendabīgai izkliedēšanai šķidrajā fāzē, piemēram, minerāleļļās, sintētiskajās vai augu eļļās. Hielscher Ultrasonics projektē, ražo un izplata augstas veiktspējas ultraskaņas disperģētājus visu veidu homogenizēšanas un deaglomerēšanas lietojumiem.
Sazinieties ar mums jau tagad, lai uzzinātu vairāk par nanopiedevu disperģēšanu smērvielās ar ultraskaņu!
Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas apstrādes iekārtu aptuveno apstrādes jaudu:
| Partijas tilpums | Plūsmas ātrums | Ieteicamās iekārtas |
|---|---|---|
| 1 līdz 500mL | 10 līdz 200mL/min | UP100H |
| 10 līdz 2000mL | 20 līdz 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 līdz 20L | 0,2 līdz 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 līdz 150L | 3 līdz 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lielāks | grupā apvienotas UIP16000 |
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus sajaukšanai, disperģēšanai, emulģēšanai un ekstrakcijai laboratorijas, pilotiekārtu un rūpnieciskā mērogā.
PTFE nanosmērvielas 7 dienas pēc pagatavošanas (A: bāzes eļļa, B: PTFE nanosmērviela pēc 1 stundas ilgas apstrādes ar ultraskaņu, C: PTFE nanosmērviela pēc 30 min. ilgas apstrādes ar ultraskaņu).
(Pētījums un attēls: © Kumar et al., 2013)
Apstrādes ar ultraskaņu ietekme uz Al2O3 dispersijas stabilitāti smērvielās.
(Pētījums un grafiks: © Sharif et al., 2017)
Noderīgi fakti
Kas ir smērvielas?
Smērvielu jeb smēreļļu galvenais lietojums ir samazināt mehāniskā kontakta radīto berzi un nodilumu, kā arī siltumu. Atkarībā no lietojuma un sastāva smērvielas iedala motoreļļās, transmisijas šķidrumos, hidrauliskajos šķidrumos, zobratu pārvadu eļļās un rūpnieciskajās smērvielās.
Tāpēc smērvielas plaši izmanto gan mehāniskajos transportlīdzekļos, gan rūpnieciskajās iekārtās. Lai nodrošinātu labu eļļošanu, smēreļļas parasti satur 90% bāzes eļļas (galvenokārt naftas frakcijas, t. i., minerāleļļas) un mazāk nekā 10% piedevu. Ja minerāleļļas neizmanto, par alternatīvām bāzes eļļām var izmantot augu eļļas vai sintētiskus šķidrumus, piemēram, hidrogenētus poliolefīnus, esterus, silikonus, fluorogļūdeņražus un daudzus citus. Smērvielu galvenais lietojums ir samazināt mehāniskā kontakta radīto berzi un nodilumu, kā arī berzes radīto siltumu un enerģijas zudumus. Tāpēc smērvielas plaši izmanto gan mehāniskajos transportlīdzekļos, gan rūpnieciskajās iekārtās.
Antioksidatīvas vielas, piemēram, primārie amīnu un fenolu antioksidanti, dabiskās skābes, peroksīdu noārdītāji un pirazīni, pagarina smērvielu kalpošanas laiku, palielinot to izturību pret oksidēšanos. Tādējādi bāzes eļļa tiek aizsargāta pret termisko noārdīšanos, jo termooksidatīvā noārdīšanās noris mazākā apjomā un vēlāk.
Smērvielu veidi
Šķidrās smērvielas: Šķidro smērvielu pamatā parasti ir viena veida bāzes eļļa. Šai bāzes eļļai bieži pievieno citas vielas, lai uzlabotu funkcionalitāti un veiktspēju. Tipiskas piedevas ir, piemēram, ūdens, minerāleļļa, lanolīns, augu vai dabiskā eļļa, nanopiedevas utt.
Lielākā daļa smērvielu ir šķidras, un pēc izcelsmes tās var iedalīt divās grupās:
- Minerāleļļas: minerāleļļas ir smēreļļas, ko iegūst, rafinējot jēlnaftu.
- Sintētiskās eļļas: sintētiskās eļļas ir smēreļļas, ko ražo, izmantojot savienojumus, kuri ir mākslīgi modificēti vai sintezēti no modificētas naftas.
Plastiskā smērviela ir cieta vai puscieta smērviela, kas sastāv no šķidras smērvielas, kuru sabiezina, tajā disperģējot biezinātājus. Plastisko smērvielu ražošanai smēreļļas izmanto kā bāzes eļļas, un tās ir galvenā sastāvdaļa. Plastiskā smērviela satur aptuveni 70% līdz 80% smēreļļas.
Iespiešanās smērvielas un sausās smērvielas ir vēl citi veidi, kurus galvenokārt izmanto specifiskos lietojumos.
Biosmērvielas galvenokārt attiecas uz bāzes šķidrumu vai kopējo ietekmes uz vidi profilu, nevis obligāti nozīmē, ka katrai atsevišķajai piedevai ir bioloģiska izcelsme. Biosmērvielu pamatā parasti ir augu eļļas, sintētiskie esteri, no augiem iegūtas eļļas vai citi atjaunojami vai bioloģiski noārdāmi bāzes materiāli. Tomēr tām, tāpat kā parastajām smērvielām, bieži joprojām ir vajadzīgas funkcionālās piedevas, lai uzlabotu aizsardzību pret nodilumu, oksidācijas stabilitāti, aizsardzību pret koroziju, viskozitātes īpašības un slodzes nestspēju. Tas nozīmē, ka biosmērvielas plaši definē pēc to atjaunojamās izcelsmes, bioloģiskās noārdāmības, zemās toksicitātes un vides raksturlielumiem, nevis pieprasot, lai katra piedeva būtu bioloģiskas izcelsmes.
Lasiet vairāk par apstrādi ar ultraskaņu biosmērvielu formulējumu izstrādē!
Iepriekš kā piemērus minētās nanopiedevas var sekmīgi iemaisīt smērvielās, izmantojot ultraskaņas dispergatorus.
Literatūra / atsauces
- 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 ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus no laboratorijas mēroga līdz rūpnieciskam mērogam.