Lubrikanty s funkciami vylepšenými nanočasticami
Mazacie oleje môžu mať veľký úžitok z nanoprísad, ktoré pomáhajú znižovať trenie a opotrebovanie. Je však dôležité, aby nanoaditíva, ako sú nanočastice, grafénové monovrstvy alebo nanoguľôčky jadra-obal, boli v mazave rovnomerne a jednorazovo rozptýlené. Ultrazvuková disperzia sa osvedčila ako spoľahlivá a účinná metóda miešania, ktorá poskytuje homogénnu distribúciu nanočastíc a zabraňuje agregácii.
Ako rozptýliť nanoprísady v mazacích kvapalinách? – S ultrazvukom!
Používanie nanoaditív v mazivách sa považuje za jednu z najúčinnejších metód na zlepšenie tribologických vlastností, zníženie trenia a opotrebovania. Takéto tribologické zlepšenie výrazne zvyšuje úsporu energie, znižovanie emisií, a tým znižuje vplyv na životné prostredie.
Výzva nano-vylepšených mazív spočíva v miešaní: Nanomateriály, ako sú nanočastice alebo kryštalická nanocelulóza, vyžadujú sústredené miešadlá s vysokým strihom, ktoré rozptyľujú a rozmotávajú nanomateriály rovnomerne na jednotlivé častice. Ultrasonikácia pomocou vysokovýkonných ultrazvukových sond, ktorá vytvára jedinečné energeticky husté polia, je preukázateľnou nadradenosťou v spracovaní nanomateriálov, a preto je zavedenou metódou pre nanodisperzie.
Molseh et al. (2009) ukázali, že disperzná stabilita troch rôznych nanočastíc (disulfid molybdénu (MoS2), disulfidu volfrámu (WS2) a hexagonálneho nitridu boritého (hBN)) v CIMFLO 20 s ultrazvukovým ošetrením bola lepšia ako pri mechanickom trepaní a miešaní. Keďže ultrazvuková kavitácia vytvára jedinečné energeticky husté podmienky, ultrazvuk typu sondy vyniká konvenčnými disperznými technikami v účinnosti a efektívnosti.
Vlastnosti nanočastíc, ako je veľkosť, tvar a koncentrácia, ovplyvňujú ich tribologické vlastnosti. Zatiaľ čo ideálna nanoveľkosť sa líši v závislosti od materiálu, väčšina nanočastíc vykazuje najvyššie funkcie v rozmedzí desať až sto nanometrov. Ideálna koncentrácia nanoaditív v mazacom oleji je väčšinou medzi 0,1 – 5,0 %.
Oxidové nanočastice, ako sú Al2O3, CuO alebo ZnO, sa široko používajú ako nanočastice, ktoré zlepšujú tribologický výkon mazív. Medzi ďalšie prísady patria bezpopolové prísady, iónové kvapaliny, estery boritanu, anorganické nanomateriály, nanoštruktúry odvodené od uhlíka, ako sú uhlíkové nanotrubice (CNT), grafit a grafén. Na zlepšenie špecifických vlastností mazacích olejov sa používajú špecifické prísady. Napríklad mazivá na prevenciu opotrebovania obsahujú prísady do extrémneho tlaku, ako je disulfid molybdénu, grafit, sírené olefíny a komplexy dialkylditiokarbamátu alebo prísady proti opotrebovaniu, ako sú triarylfosfáty a dialkylditiofosforečnan zinočnatý.
Homogenizátory ultrazvukového sondového typu sú spoľahlivé miešadlá a používajú sa na formuláciu vysokovýkonných mazív. Sonikácia, ktorá je známa ako vynikajúca, pokiaľ ide o prípravu suspenzií nanoveľkostí, je vysoko účinná pri priemyselnej výrobe mazacích olejov.
Priemyselný ultrazvukový miešací systém pre vysokovýkonnú disperziu nanočastíc do mazacích olejov.
- zlepšený tribologický výkon
- Jednotné začlenenie nanoprísad
- mazivá na báze rastlinných olejov
- Príprava Tribofilmu
- kvapaliny na tvárnenie plechu
- Nanokvapaliny pre lepšiu účinnosť chladenia
- Iónové kvapaliny vo vodnom alebo olejovom mazive
- preťahovacie kvapaliny
Ultrazvuková disperzia oxidu hlinitého (Al2O3) má za následok výrazné zmenšenie veľkosti častíc a rovnomernú disperziu.
Výroba mazív s nanoprísadami
Pri výrobe mazacích olejov vystužených nanomateriálmi je rozhodujúci primeraný nanomateriál a výkonná a účinná disperzná technika. Bez spoľahlivej a dlhodobo stabilnej nanodisperzie nie je možné vyrobiť vysokovýkonné mazivo.
Ultrazvukové miešanie a dispergovanie je zavedená metóda výroby vysokovýkonných mazív. Základový olej mazív je vystužený prísadami, ako sú nanomateriály, polyméry, inhibítory korózie, antioxidanty a iné jemné agregáty. Ultrazvukové šmykové sily sú vysoko účinné pri poskytovaní veľmi jemnej distribúcie veľkosti častíc. Ultrazvukové (sonomechanické) sily sú schopné rozdrviť aj primárne častice a používajú sa na funkcionalizáciu častíc, takže výsledné nanočastice ponúkajú vynikajúce vlastnosti (napr. povrchová modifikácia, NP jadro-plášť, dopované NP).
Ultrazvukové mixéry s vysokým strihom môžu výrazne pomôcť efektívne vyrábať vysokovýkonné mazivá!
Olejová zmes s dialkylditiofosfátom zinočnatým (ZDDP) a povrchovo modifikovanými nanočasticami PTFE (PHGM) po ultrazvukovej disperzii.
(Štúdia a obrázok: Sharma a kol., 2017)
Nové nanoaditíva v mazacích olejoch
Nové prísady nanoveľkosti sa vyvíjajú na ďalšie zlepšenie funkčnosti a výkonu mazacích olejov a tukov. Napríklad nanokryštály celulózy (CNC) sú výskumom a testom na formuláciu zelených mazív. Zakani et al. (2022) preukázali, že – v porovnaní s nesonikovanými mazacími suspenziami – sonikované CNC mazivá by mohli znížiť COF (koeficient trenia) a opotrebenie takmer o 25 a 30 %. Výsledky tejto štúdie naznačujú, že ultrazvukové spracovanie môže výrazne zlepšiť mazací výkon CNC vodných suspenzií.
Vysokovýkonné ultrazvukové dispergátory na výrobu mazív
Ak sa nanoprísady používajú v priemyselných výrobných procesoch, ako je výroba mazacích olejov, je nevyhnutné, aby sa suché prášky (t. j. nanomateriály) homogénne zmiešali do kvapalnej fázy (mazacieho oleja). Disperzia nanočastíc si vyžaduje spoľahlivú a účinnú techniku miešania, ktorá aplikuje dostatok energie na rozbitie aglomerátov, aby sa uvoľnili vlastnosti nanočastíc. Ultrazvukové prístroje sú dobre známe ako výkonné a spoľahlivé dispergátory, preto sa používajú na homogénnu deaglomeráciu a distribúciu rôznych materiálov, ako je oxid hlinitý, nanorúrky, grafén, minerály a mnoho ďalších materiálov do kvapalnej fázy, ako sú minerálne, syntetické alebo rastlinné oleje. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysokovýkonné ultrazvukové dispergátory pre akýkoľvek druh homogenizačných a deaglomeračných aplikácií.
Kontaktujte nás teraz a dozviete sa viac o ultrazvukovej disperzii nanoaditív v mazivách!
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory na miešanie, disperziu, emulgáciu a extrakciu v laboratórnom, pilotnom a priemyselnom meradle.
PTFE nanomazivá po 7 dňoch prípravy (A: základový olej, B: PTFE nanolubrikant s 1 hodinou ultrazvuku, C: PTFE nanolubrikant s 30 min. ultrazvukom).
(Štúdia a obrázok: © Kumar et al., 2013)
Vplyv ultrazvuku na disperznú stabilitu Al2O3 v mazivách.
(Štúdia a grafika: © Sharif et al., 2017)
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
Čo sú mazivá?
Hlavným použitím mazív alebo mazacích olejov je zníženie trenia a opotrebovania mechanickým kontaktom, ako aj teplom. V závislosti od použitia a zloženia sa mazivá delia na motorové oleje, prevodové kvapaliny, hydraulické kvapaliny, prevodové oleje a priemyselné mazivá.
Preto sú mazivá široko používané v motorových vozidlách, ako aj v priemyselných strojoch. Na zabezpečenie dobrého mazania mazacie oleje zvyčajne obsahujú 90 % základového oleja (väčšinou ropných frakcií, t. j. minerálnych olejov) a menej ako 10 % prísad. Ak sa vyhýbame minerálnym olejom, ako alternatívne základové oleje sa môžu použiť rastlinné oleje alebo syntetické kvapaliny, ako sú hydrogenované polyolefíny, estery, silikóny, fluórované uhľovodíky a mnoho ďalších. Hlavným použitím mazív je zníženie trenia a opotrebovania pri mechanickom kontakte, ako aj zníženie strát tepla a energie trením. Preto sú mazivá široko používané v motorových vozidlách, ako aj v priemyselných strojoch.
Antioxidačné látky, ako sú amínové a fenolové primárne antioxidanty, prírodné kyseliny, rozkladače peroxidov a pyrazíny, predlžujú životný cyklus mazív zvýšením oxidačnej odolnosti. Základný olej je tak chránený pred tepelnou degradáciou, pretože k termooxidačnému rozkladu dochádza v redukovanej a oneskorenej forme.
Typy mazív
Tekuté mazivá: Kvapalné mazivá sú vo všeobecnosti založené na jednom type základového oleja. K tomuto základnému oleju sa často pridávajú látky na zlepšenie funkčnosti a výkonu. Medzi typické prísady patrí napríklad voda, minerálny olej, lanolín, rastlinný alebo prírodný olej, nanoprísady atď.
Väčšina mazív sú kvapaliny a podľa pôvodu ich možno rozdeliť do dvoch skupín:
- Minerálne oleje: Minerálne oleje sú mazacie oleje rafinované zo surovej ropy.
- Syntetické oleje: Syntetické oleje sú mazacie oleje, ktoré sa vyrábajú pomocou zlúčenín, ktoré sú umelo modifikované alebo syntetizované z modifikovanej ropy.
Mazací tuk je tuhé alebo polotuhé mazivo, ktoré pozostáva z tekutého maziva, ktoré sa zahusťuje rozptyľovaním zahusťovadiel do neho. Na výrobu mazacieho tuku sa mazacie oleje používajú ako základové oleje a sú hlavnou zložkou. Mazací tuk obsahuje cca. 70 % až 80 % mazacieho oleja.
Penetračné mazivá a suché mazivá sú ďalšie typy, ktoré sa používajú väčšinou pre špecializované aplikácie.
Nano-prísady, ako sú uvedené vyššie, sa dajú úspešne primiešať do mazív pomocou ultrazvukových dispergátorov.
Literatúra / Referencie
- 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.
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.