Смазочные материалы с улучшенными функциональными возможностями на основе наночастиц
Смазочные масла могут получить большую пользу от наноприсадок, которые помогают уменьшить трение и износ. Тем не менее, крайне важно, чтобы нанодобавки, такие как наночастицы, монослои графена или наносферы сердцевины-оболочки, равномерно и однократно диспергировались в смазочном материале. Ультразвуковая дисперсия зарекомендовала себя как надежный и эффективный метод смешивания, обеспечивающий однородное распределение наночастиц и предотвращающий агрегацию.
Как диспергировать наноприсадки в смазочных жидкостях? – С ультразвуком!
Использование наноприсадок в смазочных материалах считается одним из наиболее эффективных методов улучшения трибологических характеристик, снижения трения и износа. Такое трибологическое усовершенствование значительно способствует энергосбережению, сокращению выбросов, тем самым снижая воздействие на окружающую среду.
Проблема нано-улучшенных смазочных материалов заключается в смешивании: для наноматериалов, таких как наночастицы или кристаллическая наноцеллюлоза, требуются сфокусированные смесители с большими сдвиговыми усилиями, которые равномерно диспергируют и распутывают наноматериалы на отдельные частицы. Создавая уникальные энергоемкие поля, ультразвук с помощью мощных ультразвуковых зондов доказал свое превосходство в обработке наноматериалов и, таким образом, является признанным методом нанодисперсий.
Molseh et al. (2009) показали, что дисперсионная стабильность трех различных наночастиц (дисульфида молибдена (MoS2), дисульфида вольфрама (WS2) и гексагонального нитрида бора (hBN)) в CIMFLO 20 при ультразвуковой обработке была лучше, чем при механическом встряхивании и перемешивании. Поскольку ультразвуковая кавитация создает уникальные условия с высокой плотностью энергии, ультразвуковое излучение зондового типа превосходит традиционные методы диспергирования по эффективности и результативности.
Такие характеристики наночастиц, как размер, форма и концентрация, влияют на их трибологические свойства. В то время как идеальный наноразмер варьируется в зависимости от материала, большинство наночастиц демонстрируют наивысшую функциональность в диапазоне от десяти до сотен нанометров. Идеальная концентрация наноприсадок в смазочном масле в основном составляет от 0,1 до 5,0%.
Оксидные наночастицы, такие как Al2O3, CuO или ZnO, широко используются в качестве наночастиц, улучшающих трибологические характеристики смазочных материалов. Другие добавки включают беззольные добавки, ионные жидкости, сложные эфиры боратов, неорганические наноматериалы, наноструктуры, полученные из углерода, такие как углеродные нанотрубки (УНТ), графит и графен. Специальные присадки используются для улучшения специфических свойств смазочных масел. Например, противоизносные смазочные материалы содержат противозадирные присадки, такие как дисульфид молибдена, графит, сульфированные олефины и диалкилдитиокарбаматные комплексы, или противоизносные присадки, такие как триарилфосфаты и диалкилдитиофосфат цинка.
Ультразвуковые зондовые гомогенизаторы являются надежными смесителями и используются для составления рецептур высокоэффективных смазочных материалов. Известная как превосходная технология для приготовления наноразмерных суспензий, ультразвуковая обработка очень эффективна для промышленного производства смазочных масел.
Read more about ultrasonic dispersers for nano-lubricant production!
Промышленная ультразвуковая система смешивания для высокопроизводительного диспергирования наночастиц в смазочных маслах.
- Улучшенные трибологические характеристики
- равномерное внесение нанодобавок
- смазочные материалы на основе растительных масел
- Приготовление трибопленки
- Жидкости для формовки листового металла
- Наножидкости для повышения эффективности охлаждения
- Ионные жидкости в смазочных материалах на водной или масляной основе
- протяжные жидкости
Ультразвуковое диспергирование оксида алюминия (Al2O3) приводит к значительному уменьшению размера частиц и равномерному диспергированию.
Производство смазочных материалов с наноприсадками
Для производства наноармированных смазочных масел решающее значение имеют адекватные наноматериалы и мощная, эффективная технология диспергирования. Без надежной и долговременной стабильной нанодисперсии невозможно производство высокоэффективного смазочного материала.
Ультразвуковое смешивание и диспергирование является признанным методом производства высокоэффективных смазочных материалов. Базовое масло смазочных материалов усилено такими присадками, как наноматериалы, полимеры, ингибиторы коррозии, антиоксиданты и другие мелкие заполнители. Ультразвуковые силы сдвига обладают высокой эффективностью, обеспечивая очень мелкое распределение частиц по размерам. Ультразвуковые (сономеханические) силы способны измельчать даже первичные частицы и применяются для функционализации частиц, так что полученные наночастицы обладают превосходными характеристиками (например, модификация поверхности, ядерно-оболочечные наночастицы, легированные наночастицы).
Ультразвуковые смесители с большими сдвиговыми усилиями могут значительно помочь в эффективном производстве высокоэффективных смазочных материалов!
Смесь масла с диалкилдитиофосфатом цинка (ZDDP) и поверхностно модифицированными наночастицами ПТФЭ (PHGM) после ультразвукового диспергирования.
(Исследование и фото: Шарма и др., 2017)
Новые наноприсадки в смазочных маслах
Новые наноразмерные присадки разработаны для дальнейшего улучшения функциональности и эксплуатационных характеристик смазочных масел и консистентных смазок. Например, нанокристаллы целлюлозы (ЧПУ) исследуются и тестируются для разработки рецептур экологически чистых смазочных материалов. Zakani et al. (2022) продемонстрировали, что – по сравнению с неультразвуковыми смазочными суспензиями – ультразвуковые смазочные материалы с ЧПУ могут снизить коэффициент трения (COF) и износ почти на 25 и 30% соответственно. Результаты этого исследования свидетельствуют о том, что ультразвуковая обработка может значительно улучшить смазочные характеристики водных суспензий с ЧПУ.
Высокопроизводительные ультразвуковые диспергаторы для производства смазочных материалов
Когда нанодобавки используются в промышленных производственных процессах, таких как производство смазочных масел, крайне важно, чтобы сухие порошки (т. е. наноматериалы) были однородно смешаны в жидкую фазу (смазочное масло). Диспергирование наночастиц требует надежного и эффективного метода смешивания, который применяет достаточно энергии для разрушения агломератов и раскрытия качеств наночастиц. Ультразвуковые аппараты хорошо известны как мощные и надежные диспергаторы, поэтому используются для деагломерации и распределения различных материалов, таких как оксид алюминия, нанотрубки, графен, минералы и многие другие материалы, в жидкую фазу, такие как минеральные, синтетические или растительные масла. Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и распространяет высокопроизводительные ультразвуковые диспергаторы для любых видов применения в области гомогенизации и деагломерации.
Свяжитесь с нами сейчас, чтобы узнать больше об ультразвуковом диспергировании наноприсадок в смазочных материалах!
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:
| Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| от 1 до 500 мл | От 10 до 200 мл/мин | УП100Ч |
| от 10 до 2000 мл | от 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20 л | 0от 0,2 до 4 л/мин | УИП2000HDT |
| От 10 до 100 л | От 2 до 10 л/мин | УИП4000HDT |
| От 15 до 150 л | От 3 до 15 л/мин | УИП6000HDT |
| н.а. | От 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
| н.а. | больше | Кластер UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы для смешивания, диспергирования, эмульгирования и экстракции в лабораторном, пилотном и промышленном масштабе.
Наносмазки из ПТФЭ после 7 дней подготовки (A: базовое масло, B: наносмазка из ПТФЭ с ультразвуковой обработкой в течение 1 часа, C: наносмазка из ПТФЭ с ультразвуковой обработкой в течение 30 минут).
(Исследование и фото: © Kumar et al., 2013)
Влияние ультразвуковой обработки на дисперсионную стабильность Al2O3 в смазочных материалах.
(Исследование и график: © Шариф и др., 2017)
Факты, которые стоит знать
Что такое смазочные материалы?
Основное применение смазочных материалов или смазочных масел заключается в снижении трения и износа от механического контакта, а также при нагревании. В зависимости от использования и состава смазочные материалы делятся на моторные масла, трансмиссионные жидкости, гидравлические жидкости, трансмиссионные масла и индустриальные смазочные материалы.
Поэтому смазочные материалы широко используются в автомобилях, а также в промышленном оборудовании. Для обеспечения хорошей смазки смазочные масла обычно содержат 90% базового масла (в основном нефтяные фракции, т.е. минеральные масла) и менее 10% присадок. Если отказаться от минеральных масел, в качестве альтернативных базовых масел можно использовать растительные масла или синтетические жидкости, такие как гидрогенизированные полиолефины, сложные эфиры, силиконы, фторуглероды и многие другие. Основное применение смазочных материалов заключается в снижении трения и износа от механического контакта, а также для снижения потерь тепла и энергии на трение. Поэтому смазочные материалы широко используются в автомобилях, а также в промышленном оборудовании.
Антиоксидантные вещества, такие как первичные аминовые и фенольные антиоксиданты, природные кислоты, пероксидные разлагатели и пиразины, продлевают жизненный цикл смазочных материалов, повышая окислительную стойкость. Таким образом, базовое масло защищено от термической деградации, так как термоокислительное разложение происходит в восстановленной и замедленной форме.
Типы смазочных материалов
Жидкие смазочные материалы: Жидкие смазочные материалы, как правило, основаны на одном типе базового масла. В это базовое масло часто добавляют другие вещества для улучшения функциональности и производительности. К типичным добавкам относятся, например, вода, минеральное масло, ланолин, растительное или натуральное масло, нанодобавки и т. д.
Большинство смазочных материалов являются жидкостями, и их можно классифицировать по происхождению на две группы:
- Минеральные масла: Минеральные масла — это смазочные масла, очищенные из сырой нефти.
- Синтетические масла: Синтетические масла — это смазочные масла, которые производятся с использованием соединений, искусственно модифицированных или синтезированных из модифицированной нефти.
Консистентная смазка представляет собой твердую или полутвердую смазку, которая состоит из жидкой смазки, которая загущается путем диспергирования в ней загустителей. Для производства консистентной смазки смазочные масла используются в качестве базовых масел и являются основным ингредиентом. Консистентная смазка содержит от 70% до 80% смазочного масла.
Проникающие смазочные материалы и сухие смазочные материалы Это другие типы, которые применяются в основном для нишевых приложений.
Biolubricants refer mainly to the base fluid or overall environmental profile, not necessarily to every single additive being bio-derived. Biolubricants are commonly based on vegetable oils, synthetic esters, plant-derived oils, or other renewable/biodegradable base materials. However, like conventional lubricants, they often still require functional additives to improve wear protection, oxidation stability, corrosion protection, viscosity behavior, and load-carrying capacity. This means biolubricants are defined broadly around renewable origin, biodegradability, low toxicity, and environmental performance rather than requiring every additive to be biological.
Read more about sonication for biolubricant formulations!
Наноприсадки, перечисленные выше, могут быть успешно смешаны со смазочными материалами с помощью ультразвуковых диспергаторов.
Литература / Литература
- 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 производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лаборатория Кому промышленного размера.