Smērvielas ar nanodaļiņu uzlabotām funkcijām
Smēreļļas var gūt lielu labumu no nano piedevām, kas palīdz samazināt berzi un nodilumu. Tomēr ir ļoti svarīgi, lai nanopiedevas, piemēram, nanodaļiņas, grafēna monoslāņi vai kodolapvalka nanosfēras, smērvielā būtu vienmērīgi un viendispersas. Ultraskaņas dispersija ir pierādīta kā uzticama un efektīva sajaukšanas metode, kas nodrošina viendabīgu nanodaļiņu izplatīšanos un novērš agregāciju.
Kā izkliedēt nano-piedevas eļļošanas šķidrumos? – Ar Ultrasonics!
Nano piedevu izmantošana smērvielās tiek uzskatīta par vienu no efektīvākajām metodēm, lai uzlabotu triboloģiskās īpašības, samazinot berzi un nodilumu. Šāds triboloģiskais uzlabojums ievērojami uzlabo enerģijas taupīšanu, emisiju samazināšanu, tādējādi samazinot ietekmi uz vidi.
Nanouzlaboto smērvielu problēma ir saistīta ar sajaukšanu: nanomateriāliem, piemēram, nanodaļiņām vai kristāliskai nanocelulozei, ir nepieciešami koncentrēti augstas bīdes maisītāji, kas nanomateriālus vienmērīgi izkliedē un sadala atsevišķās daļiņās. Radot unikālus enerģētiski blīvus laukus, ultrasonication, izmantojot lieljaudas ultraskaņas zondes, ir pierādīts pārākums nanomateriālu apstrādē un tādējādi ir izveidota metode nano-dispersijām.
(2009) parādīja, ka trīs dažādu nanodaļiņu (molibdēna disulfīda (MoS2), volframa disulfīda (WS2) un sešstūra bora nitrīda (hBN)) dispersijas stabilitāte CIMFLO 20 ar ultraskaņas apstrādi bija labāka nekā ar mehānisku kratīšanu un maisīšanu. Tā kā ultraskaņas kavitācija rada unikālus enerģētiski blīvus apstākļus, zondes tipa ultrasonication izceļas ar parastajām dispersijas metodēm efektivitātē un efektivitātē.
Nanodaļiņu īpašības, piemēram, izmērs, forma un koncentrācija, ietekmē to triboloģiskās īpašības. Lai gan ideāls nano izmērs atšķiras atkarībā no materiāla, lielākajai daļai nanodaļiņu ir visaugstākās funkcijas diapazonā no desmit līdz simts nanometriem. Ideāla nanopiedevu koncentrācija lubrikanta eļļā lielākoties ir no 0,1 līdz 5,0% .
Oksīda nanodaļiņas, piemēram, Al2O3, CuO vai ZnO, tiek plaši izmantotas kā nanodaļiņas, kas uzlabo smērvielu triboloģisko veiktspēju. Citas piedevas ir bezpelnu piedevas, jonu šķidrumi, borāta esteri, neorganiskie nanomateriāli, no oglekļa iegūtas nanostruktūras, piemēram, oglekļa nanocaurulītes (CNT), grafīts un grafēns. Lai uzlabotu lubrikantu eļļu specifiskās īpašības, tiek izmantotas īpašas piedevas. Piemēram, nodiluma profilaktiskās smērvielas satur ārkārtēja spiediena piedevas, piemēram, molibdēna disulfīdu, grafītu, sēra olefīnus un dialkyldithiocarbamate kompleksus vai pretnodiluma piedevas, piemēram, triarilfosfātus un cinka dialkylditiofosfātu.
Ultraskaņas zondes tipa homogenizatori ir uzticami maisītāji un tiek izmantoti augstas veiktspējas smērvielu formulēšanai. Slavens kā pārāks, kad runa ir par nano izmēra suspensiju sagatavošanu, ultraskaņas apstrāde ir ļoti efektīva lubrikantu eļļu rūpnieciskai ražošanai.
Rūpnieciskā ultraskaņas sajaukšanas sistēma nanodaļiņu augstas caurlaidspējas dispersijai smēreļļās.
- uzlabota triboloģiskā veiktspēja
- vienota nanopiedevu iekļaušana
- Augu eļļas bāzes smērvielas
- Tribofilmas sagatavošana
- lokšņu metālu formēšanas šķidrumi
- nanofluīdi uzlabotai dzesēšanas efektivitātei
- jonu šķidrumi lubrikantā uz ūdens vai eļļas bāzes
- Šķidrumu atvēršana
Alumīnija oksīda (Al2O3) ultraskaņas dispersija rada ievērojamu daļiņu izmēra samazinājumu un vienmērīgu dispersiju.
Smērvielu ražošana ar nanopiedevām
Ar nano pastiprinātu smēreļļu ražošanā izšķiroša nozīme ir atbilstošam nanomateriālam un spēcīgai, efektīvai dispersijas tehnikai. Bez uzticamas un ilgstošas stabilas nanodispersijas nevar ražot augstas veiktspējas smērvielu.
Ultraskaņas sajaukšana un izkliedēšana ir izveidota metode augstas veiktspējas smērvielu ražošanai. Smērvielu bāzes eļļa ir pastiprināta ar tādām piedevām kā nanomateriāli, polimēri, korozijas inhibitori, antioksidanti un citi smalki agregāti. Ultraskaņas bīdes spēki ir ļoti efektīvi, nodrošinot ļoti smalku daļiņu izmēru sadalījumu. Ultraskaņas (sonomehāniskie) spēki spēj sasmalcināt pat primārās daļiņas un tiek pielietoti, lai funkcionalizētu daļiņas, lai iegūtās nanodaļiņas piedāvātu augstākas īpašības (piemēram, virsmas modifikācija, kodola apvalka NPs, dopēti NPs).
Ultraskaņas augstas bīdes maisītāji var ievērojami palīdzēt efektīvi ražot augstas veiktspējas smērvielas!
Eļļas maisījums ar cinka dialkylditiofosfātu (ZDDP) un virsmas modificētām PTFE nanodaļiņām (PHGM) pēc ultraskaņas dispersijas.
(Pētījums un attēls: Sharma et al., 2017)
Jaunas nanopiedevas smēreļļās
Jaunas nanoizmēra piedevas ir izstrādātas, lai vēl vairāk uzlabotu smēreļļu un smēreļļu funkcionalitāti un veiktspēju. Piemēram, celulozes nanokristāli (CNC) tiek pētīti un pārbaudīti zaļo smērvielu sastāvā. (2022) pierādīja, ka – salīdzinot ar nesonizētām eļļošanas suspensijām – ultraskaņas CNC smērvielas var samazināt COF (berzes koeficientu) un nodilumu attiecīgi par gandrīz 25 un 30%. Šī pētījuma rezultāti liecina, ka ultrasonication apstrāde var ievērojami uzlabot CNC ūdens suspensiju eļļošanas veiktspēju.
Augstas veiktspējas ultraskaņas izkliedētāji smērvielu ražošanai
Ja nanopiedevas izmanto rūpnieciskās ražošanas procesos, piemēram, smēreļļu ražošanā, ir ļoti svarīgi, lai sausie pulveri (t. i., nanomateriāli) tiktu homogēni sajaukti šķidrā fāzē (lubrikanta eļļā). Nanodaļiņu dispersijai ir nepieciešama uzticama un efektīva sajaukšanas metode, kas izmanto pietiekami daudz enerģijas, lai sadalītu aglomerātus un atbrīvotu nanomēroga daļiņu īpašības. Ultrasonikatori ir labi pazīstami kā spēcīgi un uzticami disperģētāji, tāpēc tos izmanto, lai deaglomerētu un izplatītu dažādus materiālus, piemēram, alumīnija oksīdu, nanocaurules, grafēnu, minerālus un daudzus citus materiālus viendabīgi šķidrā fāzē, piemēram, minerālu, sintētisko vai augu eļļās. Hielscher Ultrasonics projektē, ražo un izplata augstas veiktspējas ultraskaņas izkliedētājus jebkura veida homogenizācijas un deagglomerācijas lietojumiem.
Sazinieties ar mums tagad, lai uzzinātu vairāk par nano-piedevu ultraskaņas dispersiju smērvielās!
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:
| Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 1 līdz 500 ml | 10 līdz 200 ml/min | UP100H |
| 10 līdz 2000 ml | 20 līdz 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 02 līdz 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 līdz 150L | 3 līdz 15L/min | UIP6000hdT |
| n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
| n.p. | Lielāku | kopa UIP16000 |
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatorus sajaukšanas lietojumiem, dispersijai, emulgācijai un ekstrakcijai laboratorijā, izmēģinājuma un rūpnieciskā mērogā.
PTFE nanolubrikanti pēc 7 dienu sagatavošanas (A: bāzes eļļa, B: PTFE nanolubrikants ar 1 h ultrasonication, C: PTFE nanolubrikants ar 30 min. ultrasonication).
(Pētījums un attēls: © Kumar et al., 2013)
Ultrasonication ietekme uz Al2O3 dispersijas stabilitāti smērvielās.
(Pētījums un grafiks: © Sharif et al., 2017)
Fakti, kurus ir vērts zināt
Kas ir smērvielas?
Galvenais smērvielu vai lubrikantu eļļu pielietojums ir berzes un nodiluma samazināšana no mehāniskā kontakta, kā arī karstuma. Atkarībā no to izmantošanas un sastāva smērvielas iedala motoreļļās, transmisijas šķidrumos, hidrauliskajos šķidrumos, pārnesumu eļļās un rūpnieciskajās smērvielās.
Tāpēc smērvielas tiek plaši izmantotas mehāniskajos transportlīdzekļos, kā arī rūpnieciskajās iekārtās. Lai nodrošinātu labu eļļošanu, smēreļļas parasti satur 90% bāzes eļļas (galvenokārt naftas frakcijas, t.i., minerāleļļas) un mazāk nekā 10% piedevu. Ja izvairās no minerāleļļām, kā alternatīvas bāzes eļļas var izmantot augu eļļas vai sintētiskos šķidrumus, piemēram, hidrogenētus poliolefīnus, esterus, silikonus, fluorogļūdeņražus un daudzus citus. Galvenais smērvielu pielietojums ir samazināt berzi un nodilumu no mehāniskā kontakta, kā arī samazināt berzes siltuma un enerģijas zudumus. Tāpēc smērvielas tiek plaši izmantotas mehāniskajos transportlīdzekļos, kā arī rūpnieciskajās iekārtās.
Antioksidatīvās vielas, piemēram, amīna un fenola primārie antioksidanti, dabiskās skābes, peroksīda sadalītāji un pirazīni, pagarina smērvielu dzīves ciklu, palielinot oksidatīvo pretestību. Tādējādi bāzes eļļa ir aizsargāta pret siltuma noārdīšanos, jo termooksidatīvā sadalīšanās notiek samazinātā un aizkavētā formā.
Smērvielu veidi
Šķidrās smērvielas: Šķidrās smērvielas parasti balstās uz viena veida bāzes eļļu. Šai bāzes eļļai bieži tiek pievienotas vielas, lai uzlabotu funkcionalitāti un veiktspēju. Tipiskas piedevas ir, piemēram, ūdens, minerāleļļa, lanolīns, augu vai dabiskā eļļa, nanopiedevas utt.
Lielākā daļa smērvielu ir šķidrumi, un tās pēc to izcelsmes var iedalīt divās grupās:
- Minerāleļļas: Minerāleļļas ir smēreļļas, kas rafinētas no jēlnaftas.
- Sintētiskās eļļas: Sintētiskās eļļas ir smēreļļas, kas ražotas, izmantojot savienojumus, kas ir mākslīgi modificēti vai sintezēti no modificētas naftas.
Eļļošanas smērviela ir cieta vai puscieta smērviela, kas sastāv no šķidras smērvielas, kas tiek sabiezināta, izkliedējot tajā sabiezēšanas līdzekļus. Lai ražotu eļļošanas smērvielu, smēreļļas tiek izmantotas kā bāzes eļļas un ir galvenā sastāvdaļa. Eļļošanas smērviela satur aptuveni 70% līdz 80% smēreļļas.
Iekļūstošas smērvielas un sausas smērvielas ir vēl citi veidi, kurus galvenokārt izmanto nišas lietojumiem.
Nano-piedevas, kā minēts iepriekš, var veiksmīgi sajaukt smērvielās, izmantojot ultraskaņas disperģētājus.
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 Lab līdz rūpnieciskais izmērs.