Mazivá s funkciami vylepšenými nanočasticami
Mazacie oleje môžu výrazne ťažiť z nano-aditív, ktoré pomáhajú znižovať trenie a opotrebenie. Je však veľmi dôležité, aby nano-aditíva, ako sú nanočastice, grafénové monovrstvy alebo nanosféry jadrového plášťa, boli rovnomerne a jedno-dispergované v mazive. Ultrazvuková disperzia sa osvedčila ako spoľahlivá a efektívna metóda miešania, ktorá poskytuje homogénnu distribúciu nanočastíc a zabraňuje agregácii.
Ako rozptýliť nano-aditíva v mazacích kvapalinách? – S ultrazvukom!
Použitie nanoaditívnych prísad v mazivách sa považuje za jednu z najúčinnejších metód na zlepšenie tribologických vlastností znižujúcich trenie a opotrebenie. Takéto tribologické zlepšenie výrazne zvyšuje úsporu energie, znižovanie emisií, čím sa znižuje vplyv na životné prostredie.
Výzva nano vylepšených mazív spočíva v miešaní: nanomateriály, ako sú nanočastice alebo kryštalická nanocelulóza, si vyžadujú cielené miešačky s vysokým strihom, ktoré dispergujú a rovnomerne rozdeľujú nanomateriály na jednotlivé častice. Vytvorenie jedinečných energeticky hustých polí, ultrazvukom pomocou vysokovýkonných ultrazvukových sond sa osvedčila nadradenosť v spracovaní nanomateriálov, a preto je zavedenou metódou pre nano-disperzie.
Molseh et al. (2009) ukázali, že disperzná stabilita troch rôznych nanočastíc (disulfid molybdénu (MoS2), disulfid volfrámu (WS2) a šesťuholníkový nitrid bóru (hBN)) v CIMFLO 20 s ultrazvukovým ošetrením bola lepšia ako stabilita pri mechanickom trasení a miešaní. Ako ultrazvuková kavitácia vytvára jedinečné energeticky husté podmienky, ultrazvukom sondového typu vyniká konvenčnými disperznými technikami v účinnosti a účinnosti.
Vlastnosti nanočastíc, ako je veľkosť, tvar a koncentrácia, ovplyvňujú ich tribologické vlastnosti. Zatiaľ čo ideálna nano veľkosť sa líši v závislosti od materiálu, väčšina nanočastíc vykazuje najvyššie funkcie v rozsahu desať až sto nanometrov. Ideálna koncentrácia nanoaditívnych látok v mazacom oleji je väčšinou medzi 0,1–5,0%.
Nanočastice oxidov, 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 boritanov, anorganické nanomateriály, nanoštruktúry odvodené od uhlíka, ako sú uhlíkové nanorúrky (CNT), grafit a grafén. Špecifické prísady sa používajú na zlepšenie špecifických vlastností mazacích olejov. Napríklad mazivá na prevenciu opotrebenia obsahujú extrémne tlakové prísady, ako je disulfid molybdénu, grafit, sírené olefíny a komplexy dialkyldiitiokarbamátu alebo prísady proti opotrebeniu, ako sú triarylfosfáty a dialkyldiofosfát zinočnatý.
Ultrazvukové sondové homogenizátory sú spoľahlivé miešačky a používajú sa na formuláciu vysokovýkonných mazív. Renomovaný ako vynikajúci, pokiaľ ide o prípravu suspenzií nano veľkosti, sonikácia je vysoko účinná pri priemyselnej výrobe lubrikačných olejov.
Priemyselný ultrazvukový zmiešavací systém pre vysoko priepustnú disperziu nanočastíc do mazacích olejov.
- zlepšený tribologický výkon
- jednotné začlenenie nanoaditívnych prísad
- mazivá na báze rastlinného oleja
- Príprava tribofilmu
- kvapaliny na tvárnenie plechu
- nanofluidy pre vyššiu účinnosť chladenia
- iónové kvapaliny vo vodnom alebo olejovom lube
- preťahovacie kvapaliny
Ultrazvuková disperzia oxidu hlinitého (Al2O3) vedie k významnému zmenšeniu veľkosti častíc a rovnomernej disperzii.
Výroba mazív s nano-aditívami
Na výrobu mazacích olejov vystužených nano sú rozhodujúce primerané nanomateriály a účinná 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. Základný olej z 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 mletie aj primárnych častíc a sú aplikované na funkcionalizáciu častíc, takže výsledné nanočastice ponúkajú vynikajúce vlastnosti (napr. modifikácia povrchu, NP jadra a plášťa, dopované NP).
Ultrazvukové vysokošmykové mixéry môžu výrazne pomôcť efektívne vyrábať vysokovýkonné mazivá!
Olejová zmes s dialkyldiofosfátom zinočnatým (ZDDP) a povrchovo modifikovanými nanočasticami PTFE (PHGM) po ultrazvukovej disperzii.
(Štúdia a obrázok: Sharma et al., 2017)
Nové nano-aditíva v mazacích olejoch
Nové prísady nano veľkosti sú vyvinuté na ďalšie zlepšenie funkcií a výkonu mazacích olejov a tukov. Napríklad nanokryštály celulózy (CNC) sú výskumy a testované na formuláciu zelených mazív. Zakani et al. (2022) preukázali, že – v porovnaní s nesonicovanými mazacími suspenziami – sonikované CNC mazivá by mohli znížiť COF (koeficient trenia) a opotrebenie o takmer 25, respektíve 30%. Výsledky tejto štúdie naznačujú, že ultrazvukové spracovanie môže výrazne zlepšiť mazací výkon CNC vodných suspenzií.
Vysoko výkonné ultrazvukové dispergátory na výrobu mazív
Ak sa nanoaditíva používajú v priemyselných výrobných procesoch, ako je výroba mazacích olejov, je dôležité, aby sa suché prášky (t. j. nanomateriály) homogénne zmiešali do kvapalnej fázy (lubrikačný olej). Disperzia nanočastíc si vyžaduje spoľahlivú a efektívnu techniku miešania, ktorá aplikuje dostatok energie na rozbitie aglomerátov, aby sa uvoľnili vlastnosti častíc v nanorozmeroch. Ultrazvukové prístroje sú dobre známe ako výkonné a spoľahlivé dispergátory, preto sa používajú na deaglomeráciu a distribúciu rôznych materiálov, ako je oxid hlinitý, nanorúrky, grafén, minerály a mnoho ďalších materiálov homogénne do kvapalnej fázy, ako sú minerálne, syntetické alebo rastlinné oleje. Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysoko výkonné ultrazvukové dispergátory pre akýkoľvek druh homogenizačných a deaglomeračných aplikácií.
Kontaktujte nás teraz a dozviete sa viac o ultrazvukovej disperzii nano-prísad v mazivách!
Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:
| Objem šarže | prietok | Odporúčané Devices |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20L | 02 až 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10 l / min | UIP4000hdT |
| 15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT |
| neuv | 10 až 100 l / min | UIP16000 |
| neuv | väčšia | strapec UIP16000 |
Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!
Hielscher Ultrazvukom vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory pre miešanie aplikácií, disperzie, emulgácie a extrakcie na laboratórne, pilotné a priemyselné meradle.
PTFE nanolubrikanty po 7 dňoch prípravy (A: základný olej, B: PTFE nanolubrikant s 1 hodinou ultrazvukom, 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 stojí za to vedieť
Čo sú mazivá?
Hlavným použitím mazív alebo mazacích olejov je zníženie trenia a opotrebenia pri mechanickom kontakte, ako aj pri teple. V závislosti od ich 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 maziarenské oleje zvyčajne obsahujú 90% základného oleja (väčšinou ropné frakcie, t. j. minerálne oleje) a menej ako 10% prísad. Keď sa vyhnete minerálnym olejom, rastlinné oleje alebo syntetické kvapaliny, ako sú hydrogenované polyolefíny, estery, silikóny, fluórované uhľovodíky a mnoho ďalších, sa môžu použiť ako alternatívne základné oleje. Hlavným využitím mazív je zníženie trenia a opotrebenia pri mechanickom kontakte, ako aj zníženie trecieho tepla a energetických strát. Preto sú mazivá široko používané v motorových vozidlách, ako aj v priemyselných strojoch.
Antioxidačné látky, ako sú amínové a fenolové primárne antioxidanty, prírodné kyseliny, peroxidové rozkladače a pyrazíny, predlžujú životný cyklus mazív zvýšením oxidačnej odolnosti. Základný olej je tak chránený pred tepelnou degradáciou, pretože k termooxidačnému rozpadu dochádza v zníženej a oneskorenej forme.
Typy mazív
Kvapalné mazivá: Kvapalné mazivá sú vo všeobecnosti založené na jednom type základného oleja. K tomuto základnému oleju sa často pridávajú ofter látky, aby sa zlepšila funkčnosť a výkon. Medzi typické prísady patrí napríklad voda, minerálny olej, lanolín, rastlinný alebo prírodný olej, nano-aditíva atď.
Väčšina mazív sú kvapaliny a môžu byť klasifikované podľa ich pôvodu do dvoch skupín:
- Minerálne oleje: Minerálne oleje sú mazacie oleje rafinované zo surovej ropy.
- Syntetické oleje: Syntetické oleje sú mazacie oleje, ktoré sa vyrábajú s použitím zlúčenín, ktoré sú umelo modifikované alebo syntetizované z modifikovanej ropy.
Mazacie mazivo je tuhé alebo polotuhé mazivo, ktoré pozostáva z kvapalného maziva, ktoré je zahustené dispergovanými zahusťovadlami. Na výrobu mazacieho tuku sa ako základné oleje používajú mazacie oleje, ktoré sú hlavnou zložkou. Mazacie mazivo obsahuje cca 70% až 80% mazacieho oleja.
Penetračné mazivá a suché mazivá sú ďalšie typy, ktoré sa používajú väčšinou pre špecializované aplikácie.
Nano-aditíva, ako sú uvedené vyššie, je možné úspešne primiešať do mazív pomocou ultrazvukových dispergátorov.
Literatúra/referencie
- 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 vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na priemyselnej veľkosti.