Smörjmedel med nanopartikelförbättrade funktioner

Smörjoljor kan dra stor nytta av nanotillsatser, som hjälper till att minska friktion och slitage. Det är dock avgörande att nanotillsatser som nanopartiklar, grafenmonolager eller nanosfärer med kärnskal är jämnt och enkeldispergerade i smörjmedlet. Ultraljudsdispersion har visat sig vara en pålitlig och effektiv blandningsmetod, vilket ger homogen fördelning av nanopartiklar och förhindrar aggregering.

Hur dispergerar man nanotillsatser i smörjvätskor? – Med ultraljud!

Att använda nanotillsatser i smörjmedel anses vara en av de mest effektiva metoderna för att förbättra tribologiska egenskaper och minska friktion och slitage. En sådan tribologisk förbättring förbättrar i hög grad energibesparingen, utsläppsminskningen och minskar därmed miljöpåverkan.
Utmaningen med nanoförbättrade smörjmedel ligger i blandningen: Nanomaterial som nanopartiklar eller kristallin nanocellulosa kräver fokuserade blandare med hög skjuvning som sprider och separerar nanomaterialen enhetligt till enskilda partiklar. Genom att skapa unika energitäta fält har ultraljud med hjälp av ultraljudssonder med hög effekt visat sig vara överlägsen i nanomaterialbearbetning och är därmed den etablerade metoden för nanodispersioner.
Molseh et al. (2009) visade att dispersionsstabiliteten hos tre olika nanopartiklar (molybdendisulfid (MoS2), volframdisulfid (WS2) och hexagonal bornitrid (hBN)) i CIMFLO 20 med ultraljudsbehandling var bättre än den med mekanisk skakning och omrörning. Eftersom ultraljud kavitation skapar unika energitäta förhållanden, sond-typ ultraljud utmärker konventionella dispersionstekniker i effektivitet och effektivitet.
Nanopartiklarnas egenskaper som storlek, form och koncentration påverkar deras tribologiska egenskaper. Medan den ideala nanostorleken varierar beroende på materialet, visar de flesta nanopartiklar högsta funktionalitet i intervallet tio till hundra nanometer. Den idealiska koncentrationen av nanotillsatser i smörjolja ligger oftast mellan 0,1–5,0 %.
Oxidnanopartiklar som Al2O3, CuO eller ZnO används i stor utsträckning som nanopartiklar för att förbättra den tribologiska prestandan hos smörjmedel. Andra tillsatser inkluderar askfria tillsatser, joniska vätskor, boratestrar, oorganiska nanomaterial, nanostrukturer som härrör från kol som kolnanorör (CNT), grafit och grafen. Specifika tillsatser används för att förbättra specifika egenskaper hos smörjoljor. Till exempel innehåller slitageförebyggande smörjmedel tillsatser under extremt tryck som molybdendisulfid, grafit, svaveliserade olefiner och dialkylditiokarbamatkomplex eller slitagehämmande tillsatser som triarylfosfater och zinkdialkylditiofosfat.
Homogenisatorer av ultraljudssondtyp är pålitliga blandare och används för formulering av högpresterande smörjmedel. Känd som överlägsen när det gäller beredning av suspensioner i nanostorlek, är ultraljudsbehandling mycket effektiv för industriell tillverkning av smörjoljor.

Ultraljudsdispersion av aluminiumoxid (Al2O3) resulterar i en signifikant minskning av partikelstorleken och enhetlig dispersion.

Tillverkning av smörjmedel med nanotillsatser

För produktion av nanoförstärkta smörjoljor är adekvat nanomaterial och en kraftfull, effektiv dispersionsteknik avgörande. Utan tillförlitlig och långsiktigt stabil nanodispersion kan det inte tillverkas ett högpresterande smörjmedel.
Ultraljudsblandning och dispergering är en etablerad metod för produktion av högpresterande smörjmedel. Basoljan i smörjmedel är förstärkt med tillsatser som nanomaterial, polymerer, korrosionsinhibitorer, antioxidanter och andra fina aggregat. Ultraljudsskjuvkrafter är mycket effektiva för att ge en mycket fin partikelstorleksfördelning. Ultraljudskrafter (sonomekaniska) kan fräsa även primära partiklar och används för att funktionalisera partiklar, så att de resulterande nanopartiklarna erbjuder överlägsna egenskaper (t.ex. ytmodifiering, kärnskal-NP, dopade NP).
Ultraljudsblandare med hög skjuvning kan i hög grad hjälpa till att tillverka högpresterande smörjmedel effektivt!

Nya nanotillsatser i smörjoljor

Nya tillsatser i nanostorlek utvecklas för att ytterligare förbättra funktionaliteten och prestandan hos smörjoljor och fetter. Till exempel undersöks och testas nanokristaller av cellulosa (CNC) för formulering av gröna smörjmedel. Zakani et al. (2022) visade att – I jämförelse med osonikerade smörjsuspensioner – sonikerade CNC-smörjmedel kan minska COF (friktionskoefficient) och slitage med nästan 25 respektive 30%. Resultaten av denna studie tyder på att ultraljudsbehandling avsevärt kan förbättra smörjprestanda hos CNC vattenhaltiga suspensioner.

Högpresterande ultraljudsdispergeringsmedel för tillverkning av smörjmedel

När nanotillsatser används i industriella tillverkningsprocesser, t.ex. vid tillverkning av smörjoljor, är det avgörande att torra pulver (dvs. nanomaterial) homogent blandas till en flytande fas (smörjolja). Dispersion av nanopartiklar kräver en tillförlitlig och effektiv blandningsteknik, som använder tillräckligt med energi för att bryta agglomerat och frigöra egenskaperna hos partiklar i nanoskala. Ultraljudsapparater är välkända som kraftfulla och pålitliga dispergeringsmedel, därför används för att deagglomerera och distribuera olika material såsom aluminiumoxid, nanorör, grafen, mineraler och många andra material homogent i en flytande fas såsom mineraliska, syntetiska eller vegetabiliska oljor. Hielscher Ultrasonics designar, tillverkar och distribuerar högpresterande ultraljudsdispergeringsmedel för alla typer av homogeniserings- och deagglomerationsapplikationer.
Kontakta oss nu för att lära dig mer om ultraljudsdispersion av nanotillsatser i smörjmedel!

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: