น้ํามันหล่อลื่นที่มีฟังก์ชันการทํางานที่ปรับปรุงอนุภาคนาโน
น้ํามันหล่อลื่นสามารถได้รับประโยชน์อย่างมากจากสารเติมแต่งนาโน ซึ่งช่วยลดแรงเสียดทานและการสึกหรอ อย่างไรก็ตาม สิ่งสําคัญคือสารเติมแต่งนาโน เช่น อนุภาคนาโน กราฟีน โมโนเลเยอร์ หรือนาโนสเฟียร์เปลือกแกนจะกระจายตัวอย่างสม่ําเสมอและเดี่ยวในสารหล่อลื่น การกระจายตัวของอัลตราโซนิกได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวิธีการผสมที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพให้การกระจายอนุภาคนาโนที่เป็นเนื้อเดียวกันและป้องกันการรวมตัว
วิธีการกระจายสารเติมแต่งนาโนในของเหลวหล่อลื่น? – ด้วยอัลตราโซนิกส์!
การใช้สารเติมแต่งนาโนในน้ํามันหล่อลื่นถือเป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการปรับปรุงลักษณะไตรโบโลยีเพื่อลดแรงเสียดทานและการสึกหรอ การปรับปรุงไตรโบโลยีดังกล่าวช่วยเพิ่มการอนุรักษ์พลังงานลดการปล่อยมลพิษซึ่งจะช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
ความท้าทายของสารหล่อลื่นที่ได้รับการปรับปรุงด้วยนาโนอยู่ที่การผสม: วัสดุนาโน เช่น อนุภาคนาโนหรือเซลลูโลสนาโนผลึกต้องใช้เครื่องผสมแรงเฉือนสูงที่มุ่งเน้นซึ่งกระจายและคลายวัสดุนาโนอย่างสม่ําเสมอเป็นอนุภาคเดียว การสร้างสนามที่มีพลังงานหนาแน่นเฉพาะอัลตราโซนิกโดยใช้โพรบอัลตราซาวนด์กําลังสูงได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเหนือกว่าในการแปรรูปวัสดุนาโนและด้วยเหตุนี้จึงเป็นวิธีการที่จัดตั้งขึ้นสําหรับการกระจายตัวของนาโน
Molseh et al. (2009) แสดงให้เห็นว่าเสถียรภาพการกระจายตัวของอนุภาคนาโนที่แตกต่างกันสามอนุภาค (โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ (MoS2), ทังสเตนไดซัลไฟด์ (WS2) และโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม (hBN)) ใน CIMFLO 20 ที่มีการบําบัดด้วยอัลตราโซนิกนั้นดีกว่าการเขย่าและกวนด้วยกลไก เนื่องจากโพรงอากาศอัลตราโซนิกสร้างสภาวะที่มีความหนาแน่นของพลังงานที่ไม่เหมือนใครอัลตราโซนิกชนิดโพรบจึงเหนือกว่าเทคนิคการกระจายตัวแบบเดิมในด้านประสิทธิภาพและประสิทธิผล
ลักษณะของอนุภาคนาโน เช่น ขนาด รูปร่าง และความเข้มข้นมีอิทธิพลต่อคุณสมบัติไตรโบโลยี แม้ว่าขนาดนาโนในอุดมคติจะแตกต่างกันไปตามการพึ่งพาวัสดุ แต่อนุภาคนาโนส่วนใหญ่แสดงฟังก์ชันการทํางานสูงสุดในช่วงสิบถึงร้อยนาโนเมตร ความเข้มข้นในอุดมคติของสารเติมแต่งนาโนในน้ํามันหล่อลื่นส่วนใหญ่อยู่ระหว่าง 0.1–5.0%
อนุภาคนาโนออกไซด์เช่น Al2O3, CuO หรือ ZnO ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นอนุภาคนาโนที่ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพไตรโบโลยีของน้ํามันหล่อลื่น สารเติมแต่งอื่น ๆ ได้แก่ สารเติมแต่งไร้ขี้เถ้าของเหลวไอออนิกบอเรตเอสเทอร์วัสดุนาโนอนินทรีย์โครงสร้างนาโนที่ได้จากคาร์บอนเช่นท่อนาโนคาร์บอน (CNTs) กราไฟท์และกราฟีน สารเติมแต่งเฉพาะถูกนํามาใช้เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเฉพาะของน้ํามันหล่อลื่น ตัวอย่างเช่น น้ํามันหล่อลื่นป้องกันการสึกหรอมีสารเติมแต่งแรงดันสูง เช่น โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ กราไฟท์ อะลีนซ์ซัลฟินซ์ และคอมเพล็กซ์ไดอัลิลไดไทโอคาร์บาเมต หรือสารเติมแต่งป้องกันการสึกหรอ เช่น ไตรอารีลฟอสเฟตและสังกะสีไดอัลิลไดไทโอฟอสเฟต
โฮโมจีไนเซอร์ชนิดโพรบอัลตราโซนิกเป็นเครื่องผสมที่เชื่อถือได้และใช้สําหรับการกําหนดสารหล่อลื่นประสิทธิภาพสูง มีชื่อเสียงว่าเหนือกว่าเมื่อพูดถึงการเตรียมสารแขวนลอยขนาดนาโนการ sonication มีประสิทธิภาพสูงสําหรับการผลิตน้ํามันหล่อลื่นในอุตสาหกรรม
Read more about ultrasonic dispersers for nano-lubricant production!
ระบบผสมอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมสําหรับการกระจายตัวของอนุภาคนาโนในน้ํามันหล่อลื่น
- ปรับปรุงประสิทธิภาพไตรโบโลยี
- การรวมตัวกันของสารเติมแต่งนาโนที่สม่ําเสมอ
- น้ํามันหล่อลื่นจากน้ํามันพืช
- การเตรียมไตรโบฟิล์ม
- ของเหลวขึ้นรูปโลหะแผ่น
- นาโนฟลูอิดเพื่อประสิทธิภาพการทําความเย็นที่ดีขึ้น
- ของเหลวไอออนิกในสารหล่อลื่นที่เป็นน้ําหรือน้ํามัน
- ของเหลวเจาะ
การกระจายตัวของอัลตราโซนิกของอลูมิเนียมออกไซด์ (Al2O3) ส่งผลให้ขนาดอนุภาคลดลงอย่างมีนัยสําคัญและการกระจายตัวสม่ําเสมอ
การผลิตน้ํามันหล่อลื่นที่มีสารเติมแต่งนาโน
สําหรับการผลิตน้ํามันหล่อลื่นเสริมนาโนวัสดุนาโนที่เพียงพอและเทคนิคการกระจายตัวที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสําคัญ หากไม่มีการกระจายตัวของนาโนที่เชื่อถือได้และเสถียรในระยะยาว ก็ไม่สามารถผลิตน้ํามันหล่อลื่นประสิทธิภาพสูงได้
การผสมและการกระจายอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่จัดตั้งขึ้นสําหรับการผลิตน้ํามันหล่อลื่นประสิทธิภาพสูง น้ํามันพื้นฐานของน้ํามันหล่อลื่นเสริมด้วยสารเติมแต่ง เช่น วัสดุนาโน โพลีเมอร์ สารยับยั้งการกัดกร่อน สารต้านอนุมูลอิสระ และมวลรวมที่ดีอื่นๆ แรงเฉือนอัลตราโซนิกมีประสิทธิภาพสูงในการกระจายขนาดอนุภาคที่ละเอียดมาก แรงอัลตราโซนิก (sonomechanical) สามารถบดได้แม้กระทั่งอนุภาคหลักและถูกนําไปใช้เพื่อทําให้อนุภาคทํางานได้เพื่อให้อนุภาคนาโนที่ได้มีลักษณะที่เหนือกว่า (เช่นการดัดแปลงพื้นผิว NPs เปลือกแกน NP เจือ)
เครื่องผสมแรงเฉือนสูงอัลตราโซนิกสามารถช่วยในการผลิตน้ํามันหล่อลื่นประสิทธิภาพสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ!
น้ํามันผสมกับสังกะสีไดอัลคิลไดไทโอฟอสเฟต (ZDDP) และอนุภาคนาโน PTFE ดัดแปลงพื้นผิว (PHGM) หลังจากการกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิก
(การศึกษาและรูปภาพ: Sharma et al., 2017)
สารเติมแต่งนาโนใหม่ในน้ํามันหล่อลื่น
สารเติมแต่งขนาดนาโนใหม่ได้รับการพัฒนาเพื่อปรับปรุงการทํางานและประสิทธิภาพของน้ํามันหล่อลื่นและจาระบี ตัวอย่างเช่น เซลลูโลสนาโนคริสตัล (CNC) เป็นการวิจัยและทดสอบสูตรน้ํามันหล่อลื่นสีเขียว Zakani et al. (2022) แสดงให้เห็นว่า – เมื่อเปรียบเทียบกับสารแขวนลอยแบบหล่อลื่นที่ไม่มีเสียง – น้ํามันหล่อลื่น CNC แบบโซนิคสามารถลด COF (ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน) และการสึกหรอได้เกือบ 25 และ 30% ตามลําดับ ผลการศึกษานี้ชี้ให้เห็นว่าการประมวลผลอัลตราโซนิกสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการหล่อลื่นของระบบแขวนลอยในน้ํา CNC ได้อย่างมีนัยสําคัญ
เครื่องกระจายอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการผลิตน้ํามันหล่อลื่น
เมื่อใช้สารเติมแต่งนาโนในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม เช่น การผลิตน้ํามันหล่อลื่น สิ่งสําคัญคือผงแห้ง (เช่น วัสดุนาโน) จะต้องผสมเป็นเนื้อเดียวกันในเฟสของเหลว (น้ํามันหล่อลื่น) การกระจายตัวของอนุภาคนาโนต้องใช้เทคนิคการผสมที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ ซึ่งใช้พลังงานเพียงพอในการสลายก้อนเพื่อปลดปล่อยคุณสมบัติของอนุภาคระดับนาโน เครื่องอัลตราโซนิกเป็นที่รู้จักกันดีว่าเป็นตัวกระจายที่ทรงพลังและเชื่อถือได้ดังนั้นจึงใช้ในการแยกตัวและกระจายวัสดุต่างๆเช่นอลูมิเนียมออกไซด์ท่อนาโนกราฟีนแร่ธาตุและวัสดุอื่น ๆ อีกมากมายเป็นเนื้อเดียวกันในเฟสของเหลวเช่นแร่น้ํามันสังเคราะห์หรือน้ํามันพืช Hielscher Ultrasonics ออกแบบผลิตและจัดจําหน่ายเครื่องกระจายอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการใช้งานการทําให้เป็นเนื้อเดียวกันและการแยกตัวเป็นก้อน
ติดต่อเราตอนนี้เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการกระจายตัวของสารเติมแต่งนาโนในน้ํามันหล่อลื่น!
ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:
| ปริมาณแบทช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนํา |
|---|---|---|
| 1 ถึง 500 มล. | 10 ถึง 200 มล. / นาที | UP100H |
| 10 ถึง 2000 มล. | 20 ถึง 400 มล. / นาที | UP200 ฮิต, UP400ST |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L / นาที | UIP2000hdt |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L / นาที | UIP4000hdT |
| 15 ถึง 150L | 3 ถึง 15 ลิตร / นาที | UIP6000hdT |
| ไม่ | 10 ถึง 100L / นาที | UIP16000 |
| ไม่ | ขนาด ใหญ่ | คลัสเตอร์ของ UIP16000 |
ติดต่อเรา! / ถามเรา!
Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการใช้งานผสมการกระจายอิมัลชันและการสกัดในระดับห้องปฏิบัติการนําร่องและอุตสาหกรรม
สารหล่อลื่นนาโน PTFE หลังจากการเตรียม 7 วัน (A: น้ํามันพื้นฐาน, B: สารหล่อลื่นนาโน PTFE พร้อมอัลตราโซนิก 1 ชั่วโมง, C: สารหล่อลื่นนาโน PTFE พร้อมอัลตราโซนิก 30 นาที)
(การศึกษาและภาพ: © Kumar et al., 2013)
ผลของอัลตราโซนิกต่อเสถียรภาพการกระจายตัวของ Al2O3 ในน้ํามันหล่อลื่น
(การศึกษาและกราฟิก: © Sharif et al., 2017)
ข้อเท็จจริงที่ควรค่าแก่การรู้
น้ํามันหล่อลื่นคืออะไร?
การใช้น้ํามันหล่อลื่นหรือน้ํามันหล่อลื่นหลักคือการลดแรงเสียดทานและการสึกหรอจากการสัมผัสทางกลและความร้อน น้ํามันหล่อลื่นแบ่งออกเป็นน้ํามันเครื่องน้ํามันเกียร์น้ํามันไฮดรอลิกน้ํามันเกียร์และน้ํามันหล่อลื่นอุตสาหกรรมทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการใช้งานและองค์ประกอบ
ดังนั้นน้ํามันหล่อลื่นจึงถูกนํามาใช้กันอย่างแพร่หลายในยานยนต์และในเครื่องจักรอุตสาหกรรม น้ํามันหล่อลื่นมักประกอบด้วยน้ํามันพื้นฐาน 90% (ส่วนใหญ่เป็นเศษส่วนของปิโตรเลียม เช่น น้ํามันแร่) และสารเติมแต่งน้อยกว่า 10% เมื่อหลีกเลี่ยงน้ํามันแร่น้ํามันพืชหรือของเหลวสังเคราะห์เช่นโพลีโอเลฟินส์ไฮโดรเจนเอสเทอร์ซิลิโคนฟลูออโรคาร์บอนและอื่น ๆ อีกมากมายสามารถใช้เป็นน้ํามันพื้นฐานทางเลือกได้ การใช้น้ํามันหล่อลื่นหลักคือการลดแรงเสียดทานและการสึกหรอจากการสัมผัสทางกล ตลอดจนลดการสูญเสียความร้อนจากแรงเสียดทานและพลังงาน ดังนั้นน้ํามันหล่อลื่นจึงถูกนํามาใช้กันอย่างแพร่หลายในยานยนต์และในเครื่องจักรอุตสาหกรรม
สารต้านอนุมูลอิสระ เช่น สารต้านอนุมูลอิสระปฐมภูมิของอะมินิกและฟีนอลิก กรดธรรมชาติ ตัวย่อยสลายเปอร์ออกไซด์ และไพราซีนช่วยยืดอายุการใช้งานของสารหล่อลื่นโดยเพิ่มความต้านทานต่อปฏิกิริยาออกซิเดชัน ดังนั้นน้ํามันพื้นฐานจึงได้รับการปกป้องจากการเสื่อมสภาพความร้อนเนื่องจากการสลายตัวของเทอร์โมออกซิเดชันเกิดขึ้นในรูปแบบที่ลดลงและล่าช้า
ประเภทน้ํามันหล่อลื่น
น้ํามันหล่อลื่นเหลว: น้ํามันหล่อลื่นเหลวโดยทั่วไปจะใช้น้ํามันพื้นฐานประเภทเดียว น้ํามันพื้นฐานนี้มักจะมีการเพิ่มสารเพื่อปรับปรุงการทํางานและประสิทธิภาพ สารเติมแต่งทั่วไป ได้แก่ น้ํา น้ํามันแร่ ลาโนลิน น้ํามันพืชหรือน้ํามันธรรมชาติ สารเติมแต่งนาโน เป็นต้น
น้ํามันหล่อลื่นส่วนใหญ่เป็นของเหลว และอาจจําแนกตามแหล่งกําเนิดออกเป็นสองกลุ่ม:
- น้ํามันแร่: น้ํามันแร่คือน้ํามันหล่อลื่นที่กลั่นจากน้ํามันดิบ
- น้ํามันสังเคราะห์: น้ํามันสังเคราะห์คือน้ํามันหล่อลื่นที่ผลิตขึ้นโดยใช้สารประกอบที่ดัดแปลงหรือสังเคราะห์จากปิโตรเลียมดัดแปลง
จาระบีหล่อลื่น เป็นสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็งหรือกึ่งของแข็งซึ่งประกอบด้วยสารหล่อลื่นเหลวซึ่งข้นขึ้นโดยการกระจายสารเพิ่มความข้นลงไป ในการผลิตจาระบีหล่อลื่นน้ํามันหล่อลื่นจะถูกใช้เป็นน้ํามันพื้นฐานและเป็นส่วนผสมหลัก จาระบีหล่อลื่นประกอบด้วยประมาณ 70% ถึง 80% ของน้ํามันหล่อลื่น
น้ํามันหล่อลื่นที่เจาะทะลุ และ น้ํามันหล่อลื่นแบบแห้ง เป็นประเภทเพิ่มเติมซึ่งส่วนใหญ่ใช้สําหรับการใช้งานเฉพาะกลุ่ม
Biolubricants refer mainly to the base fluid or overall environmental profile, not necessarily to every single additive being bio-derived. Biolubricants are commonly based on vegetable oils, synthetic esters, plant-derived oils, or other renewable/biodegradable base materials. However, like conventional lubricants, they often still require functional additives to improve wear protection, oxidation stability, corrosion protection, viscosity behavior, and load-carrying capacity. This means biolubricants are defined broadly around renewable origin, biodegradability, low toxicity, and environmental performance rather than requiring every additive to be biological.
Read more about sonication for biolubricant formulations!
สารเติมแต่งนาโนตามตัวอย่างที่ระบุไว้ข้างต้นสามารถผสมเข้ากับสารหล่อลื่นได้สําเร็จโดยใช้เครื่องกระจายอัลตราโซนิก
วรรณกรรม / อ้างอิง
- 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.
Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม