Ar ultraskaņas dispersiju uzlabotas nano-smērvielas

Nano-piedevu iekļaušana smērvielu sastāvos ir viens no nozīmīgākajiem sasniegumiem triboloģijā pēdējo gadu laikā. Tomēr pētnieki un ražošanas inženieri saskaras ar pastāvīgu izaicinājumu: panākt nanomēroga daļiņu viendabīgu dispersiju viskozās bāzes eļļās, neietekmējot to strukturālo integritāti. Tradicionālās sajaukšanas metodes bieži nespēj efektīvi sadalīt aglomerātus, kā rezultātā rodas nevienmērīga produkta darbība un ierobežota uzglabāšanas stabilitāte.

Risinājums: ultraskaņas palīdzība nano-piedevu disperģēšanā smērvielu sastāvā

Augstas jaudas ultraskaņa ir vislabākais risinājums šīm dispersijas problēmām. Izmantojot akustiskās kavitācijas principus, ultraskaņas iekārtas šķidrajā vidē rada mainīgus augsta un zema spiediena ciklus. Zema spiediena cikla laikā šķidrumā veidojas nelieli vakuuma burbuļi. Kad šie burbuļi sasniedz maksimālo tilpumu un vairs nevar uzņemt enerģiju, tie augsta spiediena cikla laikā strauji sabrūk. Šī sabrukšana rada lokālus ekstremālus apstākļus – temperatūra sasniedz aptuveni 5000 kelvinu, bet spiediens pārsniedz 1000 atmosfēras – kas efektīvi sadala nanodaļiņu kopas un nodrošina to vienmērīgu sadalījumu visā smērvielas matricā.
Procesu inženieriem tas nozīmē atšķirību starp smērvielu, kas dažu nedēļu laikā nogulsnās un atdalās, un tādu, kas saglabā savas ekspluatācijas īpašības visā detaļas kalpošanas laikā.

Pētījuma piemērs: ar slāpekli leģēti bambusam līdzīgi oglekļa nanocaurules vadītspējīgās smērvielās

Pārliecinošs piemērs ultraskaņas tehnoloģijas efektivitātei smērvielu ražošanā ir atrodams pētījumā, kas publicēts žurnālā „Journal of Materials Research and Technology“ (2019). Pētījums ar nosaukumu “Slāpekli saturošu bambusam līdzīgu oglekļa nanocauruļu izmantošana elektrovadošu smērvielu izstrādē,” parāda, kā, izmantojot Hielscher UIP1000hdT zondes tipa homogenizatoru (340 W, apstrādes laiks 2 minūtes), izdevās ražot viendabīgas, stabilas un elektrovadošas gultņu smērvielas.
Pētnieki izmantoja bambusa formas oglekļa nanocaurules (BCNT) kā vadītspējīgas piedevas smērvielām. Pateicoties slāpekļa iekļaušanai nanocauruļu sienu grafīta struktūrā, izveidojās ārkārtējas elektroniskās un strukturālās īpašības, kas nodrošināja izcilu adsorbcijas uzvedību un elektrovadītspēju. Oglekļa nanocaurules ir izcilas elektrovadošas nanostrukturētas vielas, un to elektroniskās īpašības var precīzi pielāgot, iekļaujot slāpekļa atomus ar leģēšanas metodēm.
Rezultāti uzsver ultraskaņas dispersijas efektivitāti:

Šis gadījuma pētījums kalpo kā tehnisks koncepcijas pierādījums: ja pareizais nanomateriāls tiek apvienots ar pareizo ultraskaņas enerģiju, iegūtais smērvielas produkts sasniedz veiktspējas rādītājus, kas iepriekš tika uzskatīti par nesasniedzamiem, izmantojot tradicionālās sajaukšanas metodes.

Ultraskaņas nanodispersijas galvenā īpašība smērvielās

Ultraskaņas dispersijas metode nodrošina izcilus rezultātus, kas apliecina tās rūpniecisko potenciālu:

• Minimālās prasības attiecībā uz piedevām: Lai panāktu labu smērvielu elektrovadītspēju, kas pārsniedz 14 mS, pietiek ar salīdzinoši nelielu BCNT daudzumu, konkrēti — 1,5 masas %. Paraugi, kuros ir nanocaurules, stacionāros mērījumos uzrāda labu elektrovadītspēju diapazonā no 7 līdz 18,5 mS.
• Uzlabota darbības efektivitāte ekspluatācijas laikā: Elektrovadītspējas mērījumi lodīšu gultņu faktiskās darbības laikā liecina par vēl augstākām vērtībām, maksimālais rādītājs — 31,5 mS — tika reģistrēts, izmantojot 3 % BCNT sastāvu. Katrā gadījumā vadītspēja palielinās salīdzinājumā ar mērījumiem stacionārā stāvoklī, kas liecina, ka mehāniskā slodze darbības laikā vēl vairāk uzlabo vadītspējas ceļus.
• Izcilas berzes īpašības: Efektīvas berzes īpašības tiek panāktas paraugos, kuros ir 1,5 masas % BCNT, un kuru berzes griezes momenta vērtības ir 6,1 un 5,1 Nmm. Tas liecina, ka optimāla piedevas koncentrācija nodrošina līdzsvaru starp vadītspēju un mehāniskajām īpašībām.
• Uzlabota termiskā stabilitāte: Pievienojot kā biezinātājus silikona eļļu ar augstu viskozitāti (5000 mm²/s) un pirolizētu silīcija dioksīdu, pilēšanas temperatūra paaugstinās līdz vairāk nekā 150 °C, tādējādi novēršot būtisku ierobežojumu lietošanai augstās temperatūrās.
• Optimizētas formulācijas: PDMS bāzes eļļa, kas satur 3 % BCNT un 1,0 % koloidālo SiO₂ un kuras viskozitāte ir 50 mm/s, izrādījās labi piemērota lodīšu gultņu pildīšanai, apvienojot vadītspēju ar mehānisko izturību.

Ultraskaņa: priekšrocības ražošanas mēroga palielināšanā

Lai gan izstrāde laboratorijas mērogā, izmantojot Hielscher UIP1000hdT, pierāda koncepcijas dzīvotspēju, patiesā vērtība rūpnieciskajiem pielietojumiem slēpjas lineārā mērogojamībā. Hielscher ultraskaņas iekārtas piedāvā unikālu priekšrocību, pateicoties to lineārajai mērogojamībai, kas nodrošina vienmērīgu pāreju no pētniecības&No galda apstrādes līdz liela apjoma ražošanai konveijera līnijā.
Rūpnieciskai ieviešanai procesa inženieri var izmantot 4 kW modeli UIP4000hdT, 6 kW ultraskaņas iekārtu UIP6000hdT vai jaudīgo 16 kW UIP16000hdT, kas aprīkota ar specializētām plūsmas kamerām. Šī lineārā mēroga palielināšanas pieeja nodrošina, ka laboratorijas mērogā izstrādātās formulācijas saglabā identisku dispersijas kvalitāti un daļiņu sadales raksturlielumus, ražojot tās rūpnieciskā mērogā. Ar ultraskaņas apstrādi panāktā viendabība novērš partiju starpības, kas raksturīgas tradicionālajām sajaukšanas metodēm, kas ir īpaši svarīgi augstas veiktspējas smērvielu lietojumiem kosmosa, automobiļu un precīzijas mašīnbūves nozarēs.

Kāpēc ultraskaņas apstrāde ir svarīga smērvielu inovācijām

Ultraskaņas nano-piedevu disperģēšanas priekšrocības neaprobežojas tikai ar vienkāršu sajaukšanas efektivitāti. Šī tehnoloģija ļauj:

1. Uzlabota piedevu pievienošana: Var pievienot lielākas nano-piedevu koncentrācijas, neradot aglomerāciju, tādējādi maksimāli palielinot veiktspējas priekšrocības.
2. Uzlabota glabāšanas stabilitāte: Viendabīgas dispersijas novērš nogulsnēšanos un fāžu atdalīšanos ilgstošas uzglabāšanas laikā.
3. Nemainīga produktu kvalitāte: Katra ražošanas partija nodrošina identiskus dispersijas rādītājus, kas ir ļoti svarīgi lietojumiem, kuros nepieciešama stingra kvalitātes kontrole.
4. Samazināts apstrādes laiks: Ar ultraskaņas kavitāciju dispersija tiek panākta dažu minūšu laikā, nevis stundu laikā, kā tas nepieciešams, izmantojot tradicionālās metodes.
5. Daudzpusība dažādos preparātos: Šī tehnoloģija ir piemērota dažādām bāzes eļļām, biezinātājiem un piedevu veidiem, nodrošinot elastību formulējumu izstrādē.

Ar ultraskaņas zondes tipa disperģētāju tiek ražotas augstas veiktspējas bioloģiskās smērvielas.
(Pētījums un attēls: Liu u. c., 2020)

Uzlabojiet savu nano-smērvielu ražošanu, izmantojot ultraskaņas dispersiju

Ultraskaņas tehnoloģijas integrācija smērvielu ražošanas procesos iezīmē paradigmas maiņu tajā, kā nano-piedevas tiek iekļautas smērvielu sastāvā. Kā liecina veiksmīgā elektrovadošo smērvielu izstrāde, izmantojot ar slāpekli leģētas bambusam līdzīgas oglekļa nanocaurules, augstas enerģijas ultraskaņas apstrāde nodrošina viendabīgas, stabilas dispersijas ar izcilām ekspluatācijas īpašībām. Pateicoties Hielscher lineārajām mērogu paplašināšanas iespējām — sākot no galda ultraskaņas iekārtas UIP1000hdT līdz rūpnieciskajiem inline ultraskaņas iekārtu modeļiem, piemēram, UIP4000hdT, UIP6000hdT un UIP16000hdT ar plūsmas kamerām, pētnieki un procesa inženieri var pārliecinoši pāriet no pētniecības&No atklājuma līdz komerciālai ražošanai, nodrošinot, ka laboratorijā izstrādātā inovācija rūpnīcā darbojas tieši tāpat.
Smērvielu tehnoloģijas nākotne slēpjas ne tikai jaunu nano-piedevu izstrādē, bet arī to dispersijas metožu apgūšanā, kas ļauj pilnībā izmantot to potenciālu. Ultraskaņas apstrāde veido tiltu starp zinātniskajiem atklājumiem un rūpniecisko pielietojumu, ļaujot radīt nākamās paaudzes augstas veiktspējas smērvielas prasīgām rūpnieciskām vajadzībām.

 
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Kvalitāte ražots Vācijā

Hielscher ultrasonikatori ir labi pazīstami ar saviem augstākajiem kvalitātes un dizaina standartiem. Robustums un viegla darbība ļauj vienmērīgi integrēt mūsu ultrasonikatorus rūpnieciskajās iekārtās. Hielscher ultrasonikatori viegli apstrādā neapstrādātus apstākļus un prasīgu vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums un īpašu uzsvaru liek uz augstas veiktspējas ultrasonikatoriem, kas piedāvā vismodernākās tehnoloģijas un lietotājdraudzīgumu. Protams, Hielscher ultrasonikatori atbilst CE prasībām un atbilst UL, CSA un RoHs prasībām.

Literatūra / Atsauces