Наномазива побољшана ултразвучним дисперговањем

Увођење наноадитива у формулације мазива представља један од најзначајнијих напредака у трибологији последњих година. Међутим, истраживачи и процесни инжењери суочавају се са сталним изазовом: постизањем хомогене дисперзије честица нанометарских димензија у вискозним базним уљима без нарушавања њиховог структурног интегритета. Традиционалне методе мешања често не успевају да ефикасно разбију агломерате, што доводи до неуједначених перформанси производа и ограничене стабилности током складиштења.

Решење: ултразвучно дисперговање наноадитива при формулисању мазива

Ултразвук велике снаге је супериорно решење за ове изазове дисперговања. Користећи принципе акустичне кавитације, ултразвучна опрема ствара наизменичне циклусе високог и ниског притиска у течним срединама. Током циклуса ниског притиска, у течности се формирају мали вакуумски мехурићи. Када ови мехурићи достигну максималну запремину и више не могу да апсорбују енергију, нагло колабирају током циклуса високог притиска. Овај колапс ствара локализоване екстремне услове – температуре које достижу приближно 5000 келвина и притиске који премашују 1000 атмосфера – који ефикасно разбијају агломерате наночестица и обезбеђују равномерну расподелу у целој матрици мазива.
За процесне инжењере то значи разлику између мазива у коме се таложење и раздвајање јављају у року од неколико недеља и мазива које задржава своје радне карактеристике током целог радног века компоненте.

Студија случаја: угљеничне наноцеви налик бамбусу допиране азотом у електропроводним мазивим мастима

Убедљив пример ефикасности ултразвучне технологије у производњи мазива потиче из истраживања објављеног у часопису Journal of Materials Research and Technology (2019). Студија под насловом „Примена угљеничних наноцеви налик бамбусу допираних азотом за развој електропроводних мазива“ показује како је хомогенизатор са сондом Hielscher UIP1000hdT (340 W, време обраде 2 min) омогућио производњу хомогених, стабилних и електропроводних мазивих масти за лежајеве.
Истраживачи су користили угљеничне наноцеви у облику бамбуса (BCNTs) као проводне адитиве за мазиве масти. Услед уградње азота у графитну структуру бочних зидова наноцеви развила су се изузетна електронска и структурна својства, што је довело до одличних адсорпционих својстава и електричне проводљивости. Угљеничне наноцеви су изузетни електропроводни наноструктурирани материјали, а њихова електронска својства могу се циљано подешавати уградњом атома азота техникама допирања.
Резултати истичу снагу ултразвучног дисперговања:

Ова студија случаја служи као технички доказ концепта: када се одговарајући наноматеријал изложи одговарајућој ултразвучној енергији, добијено мазиво постиже показатеље перформанси који су се раније сматрали недостижним конвенционалним методама мешања.

Кључна карактеристика ултразвучног нанодисперговања у мазивима

Приступ ултразвучног дисперговања даје изузетне резултате који потврђују његов индустријски потенцијал:

• Минималне потребне количине адитива: Релативно мале количине BCNT, конкретно 1,5 wt%, довољне су за постизање добре електричне проводљивости мазивих масти која премашује 14 mS. Узорци који садрже наноцеви показују добру електричну проводљивост у распону од 7 до 18,5 mS при мерењима у стању мировања.
• Побољшане перформансе током рада: Мерења електричне проводљивости током стварног рада кугличних лежајева показују још више вредности, са максимумом од 31,5 mS забележеним код формулације са 3% BCNT. Проводљивост се у сваком случају повећава у поређењу са мерењима у стању мировања, што указује на то да механичко напрезање током рада додатно побољшава проводне путање.
• Супериорне карактеристике трења: Повољне карактеристике трења постижу се код узорака са садржајем BCNT од 1,5 wt%, који показују вредности момента трења од 6,1 и 5,1 Nmm. То показује да оптимална концентрација адитива обезбеђује равнотежу између проводљивости и механичких перформанси.
• Побољшана термичка стабилност: Додавање силиконског уља високе вискозности (5000 mm²/s) и пирогеног силицијум-диоксида као згушњивача повећава тачку капања на преко 150°C, чиме се превазилази кључно ограничење при применама на високим температурама.
• Оптимизоване формулације: Базно уље PDMS које садржи 3% BCNT и 1,0% колоидног SiO₂, са вискозношћу од 50 mm/s, показало се као веома погодно за оптерећења кугличних лежајева, обједињујући проводљивост и механичку издржљивост.

Ултразвук: предност при повећању обима производње до индустријског нивоа

Иако развој у лабораторијском обиму уз употребу уређаја Hielscher UIP1000hdT потврђује изводљивост концепта, права вредност за индустријску примену лежи у могућности линеарног повећања обима. Соникатори Hielscher нуде јединствену предност захваљујући могућности линеарног повећања обима, омогућавајући несметан прелазак са обраде на лабораторијском столу у оквиру истраживања и развоја на линијску производњу великих запремина.
За индустријску примену, процесни инжењери могу користити модел UIP4000hdT снаге 4kW, соникатор UIP6000hdT снаге 6kW или снажни UIP16000hdT од 16kW, опремљене специјализованим проточним ћелијама. Овај приступ линеарном повећању обима осигурава да формулације развијене у лабораторијском обиму задрже идентичан квалитет дисперзије и карактеристике расподеле честица када се производе у производном обиму. Уједначеност постигнута ултразвучном обрадом елиминише варијације између серија које отежавају примену конвенционалних метода мешања, што је посебно важно за примену мазива високих перформанси у ваздухопловној и свемирској индустрији, аутомобилској индустрији и сектору прецизних машина.

Зашто је ултразвучна обрада важна за иновације у области мазива

Предности ултразвучног дисперговања наноадитива превазилазе саму ефикасност мешања. Ова технологија омогућава:

1. Повећан садржај адитива: Више концентрације наноадитива могу се уградити без агломерације, чиме се максимизују побољшања перформанси.
2. Побољшана стабилност током складиштења: Хомогене дисперзије спречавају таложење и раздвајање фаза током дужих периода складиштења.
3. Уједначен квалитет производа: Свака производна серија постиже идентичне карактеристике дисперзије, што је кључно за примене које захтевају строгу контролу квалитета.
4. Скраћено време обраде: Ултразвучна кавитација постиже дисперзију за неколико минута, док су традиционалним методама потребни сати.
5. Свестраност у различитим формулацијама: Технологија се може применити на различита базна уља, згушњиваче и врсте адитива, пружајући флексибилност при развоју формулација.

Ултразвучни диспергатор са сондом производи биомазива високих перформанси.
(Истраживање и слика: Liu et al., 2020)

Унапредите производњу наномазива ултразвучним дисперговањем

Интеграција ултразвучне технологије у процесе производње мазива представља промену парадигме у начину укључивања наноадитива у формулације мазива. Као што показује успешан развој електропроводних мазивих масти применом угљеничних наноцеви налик бамбусу допираних азотом, високоенергетска ултразвучна обрада даје хомогене, стабилне дисперзије са изузетним радним карактеристикама. Захваљујући могућности линеарног повећања обима процеса коју нуди Hielscher, од стоног соникатора UIP1000hdT до индустријских модела соникатора за обраду у протоку, као што су UIP4000hdT, UIP6000hdT и UIP16000hdT са проточним ћелијама, истраживачи и процесни инжењери могу са сигурношћу да пређу од открића у истраживању и развоју до комерцијалне производње, обезбеђујући да иновација постигнута у лабораторији даје исте резултате и у фабрици.
Будућност технологије мазива лежи не само у развоју нових наноадитива већ и у овладавању техникама дисперговања које омогућавају искоришћавање њиховог пуног потенцијала. Ултразвучна обрада повезује научна открића са индустријском применом, омогућавајући следећу генерацију мазива високих перформанси за захтевне индустријске примене.

 
Табела у наставку даје увид у приближан капацитет обраде наших ултразвучних уређаја:

Пројектовање, производња и саветовање – квалитет произведен у Немачкој

Hielscher ултразвучни уређаји познати су по највишим стандардима квалитета и пројектовања. Робусност и једноставно руковање омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних уређаја у индустријска постројења. Hielscher ултразвучни уређаји лако подносе тешке услове и захтевна окружења.

Hielscher Ultrasonics је компанија са ISO сертификатом која посебан нагласак ставља на ултразвучне уређаје високих перформанси са најсавременијом технологијом и једноставним коришћењем. Наравно, Hielscher ултразвучни уређаји усаглашени су са CE захтевима и испуњавају захтеве UL, CSA и RoHs.

Литература / Референце

• 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.
• Kałużny Jarosł, Waligórski M, Szymański GM, Merkisz J, Różański J, Nowicki M, Al Karawi M, Kempa K. (2020): Reducing friction and engine vibrations with trace amounts of carbon nanotubes in the lubricating oil. Tribology International 2020.
• 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.
• Li J, Du C, Delgado MA, et al. (2026): The application of nanocellulose in eco-friendly lubricants: A review. Friction, 2026.