Smörjmedel med funktioner förbättrade av nanopartiklar

Smörjoljor kan dra stor nytta av nanotillsatser, som bidrar till att minska friktion och slitage. Det är dock avgörande att nanotillsatser såsom nanopartiklar, monolager av grafen eller nanosfärer med kärna och skal är jämnt fördelade och dispergerade som enskilda partiklar i smörjmedlet. Ultraljudsdispergering har visat sig vara en tillförlitlig och effektiv blandningsmetod som ger en homogen fördelning av nanopartiklar och förhindrar aggregering.

Hur dispergerar man nanotillsatser i smörjvätskor? – Med ultraljud!

Användning av nanotillsatser i smörjmedel anses vara en av de mest effektiva metoderna för att förbättra de tribologiska egenskaperna och därmed minska friktion och slitage. En sådan tribologisk förbättring ökar energibesparingen och utsläppsminskningen avsevärt, vilket sänker miljöpåverkan.
Utmaningen med nanoförbättrade smörjmedel ligger i blandningen: Nanomaterial såsom nanopartiklar eller kristallin nanocellulosa kräver blandare med fokuserad hög skjuvverkan som dispergerar och separerar sammanflätade nanomaterial jämnt till enskilda partiklar. Ultraljudsbehandling med högeffektsonder skapar unika energitäta fält och har visat sig vara överlägsen vid bearbetning av nanomaterial. Den är därmed den etablerade metoden för nanodispergering.
Molseh et al. (2009) visade att dispersionsstabiliteten för tre olika nanopartiklar (molybdendisulfid (MoS2), volframdisulfid (WS2) och hexagonal bornitrid (hBN)) i CIMFLO 20 var bättre med ultraljudsbehandling än med mekanisk skakning och omrörning. Eftersom ultraljudskavitation skapar unika energitäta förhållanden överträffar ultraljudsbehandling med sonder konventionella dispergeringstekniker i fråga om verkan och effektivitet.
Nanopartiklars egenskaper såsom storlek, form och koncentration påverkar deras tribologiska egenskaper. Även om den ideala nanostorleken varierar beroende på materialet uppvisar de flesta nanopartiklar sin högsta funktionalitet i intervallet tio till hundra nanometer. Den ideala koncentrationen av nanotillsatser i smörjolja ligger oftast mellan 0,1–5,0% .
Oxidnanopartiklar såsom Al2O3, CuO eller ZnO används i stor utsträckning som nanopartiklar som förbättrar smörjmedlens tribologiska prestanda. Andra tillsatser omfattar askfria tillsatser, jonvätskor, boratestrar, oorganiska nanomaterial och kolbaserade nanostrukturer såsom kolnanorör (CNTs), grafit och grafen. Specifika tillsatser används för att förbättra specifika egenskaper hos smörjoljor. Smörjmedel som förebygger slitage innehåller exempelvis högtryckstillsatser såsom molybdendisulfid, grafit, svavlade olefiner och dialkylditiokarbamatkomplex eller slitageskyddande tillsatser såsom triarylfosfater och zinkdialkylditiofosfat.
Ultraljudshomogenisatorer av sondtyp är tillförlitliga blandare och används för formulering av högpresterande smörjmedel. Ultraljudsbehandling är känd som överlägsen vid framställning av suspensioner med partiklar i nanostorlek och är mycket effektiv för industriell tillverkning av smörjoljor.
 
Läs mer om ultraljudsdispergerare för tillverkning av nanosmörjmedel!
 

Ultraljudsdispergering av aluminiumoxid (Al2O3) ger en betydande minskning av partikelstorleken och en jämn dispersion.

Tillverkning av smörjmedel med nanotillsatser

För produktion av nanoförstärkta smörjoljor är lämpliga nanomaterial och en kraftfull, effektiv dispergeringsteknik avgörande. Utan tillförlitlig och långsiktigt stabil nanodispersion går det inte att tillverka ett högpresterande smörjmedel.
Blandning och dispergering med ultraljud är en etablerad metod för produktion av högpresterande smörjmedel. Smörjmedlens basolja förstärks med tillsatser såsom nanomaterial, polymerer, korrosionsinhibitorer, antioxidanter och andra fina aggregat. Ultraljudets skjuvkrafter är mycket effektiva för att åstadkomma en mycket fin partikelstorleksfördelning. Ultraljudskrafter (sonomekaniska krafter) kan mala även primärpartiklar och används för att funktionalisera partiklar, så att de resulterande nanopartiklarna får överlägsna egenskaper (t.ex. ytmodifiering, nanopartiklar med kärna och skal, dopade nanopartiklar).
Ultraljudsbaserade högskjuvningsblandare kan i hög grad bidra till effektiv tillverkning av högpresterande smörjmedel!

Nya nanotillsatser i smörjoljor

Nya tillsatser i nanostorlek utvecklas för att ytterligare förbättra smörjoljors och smörjfetters funktioner och prestanda. Till exempel undersöks och testas nanokristaller av cellulosa (CNC) för formulering av miljövänliga smörjmedel. Zakani et al. (2022) visade att ultraljudsbehandlade CNC-smörjmedel – jämfört med smörjande suspensioner som inte ultraljudsbehandlats – kunde minska COF (friktionskoefficienten) och slitaget med nästan 25 respektive 30%. Resultaten från denna studie tyder på att ultraljudsbehandling avsevärt kan förbättra smörjförmågan hos vattenbaserade CNC-suspensioner.

Högpresterande ultraljudsdispergerare för tillverkning av smörjmedel

När nanotillsatser används i industriella tillverkningsprocesser, såsom produktion av smörjoljor, är det avgörande att torra pulver (dvs. nanomaterial) blandas homogent i en vätskefas (smörjolja). Dispergering av nanopartiklar kräver en tillförlitlig och effektiv blandningsteknik som tillför tillräckligt med energi för att bryta upp agglomerat och därigenom frigöra egenskaperna hos partiklar i nanoskala. Ultraljudsapparater är välkända som kraftfulla och tillförlitliga dispergerare och används därför för att deagglomerera och homogent fördela olika material såsom aluminiumoxid, nanorör, grafen, mineraler och många andra material i en vätskefas såsom mineraloljor, syntetiska oljor eller vegetabiliska oljor. Hielscher Ultrasonics konstruerar, tillverkar och distribuerar högpresterande ultraljudsdispergerare för alla typer av homogeniserings- och deagglomereringstillämpningar.
Kontakta oss nu för att få veta mer om ultraljudsdispergering av nanotillsatser i smörjmedel!

Tabellen nedan ger en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: