สารหล่อลื่นที่มีสมบัติการใช้งานดีขึ้นด้วยอนุภาคนาโน
สารเติมแต่งนาโนให้ประโยชน์อย่างมากแก่น้ำมันหล่อลื่น โดยช่วยลดแรงเสียดทานและการสึกหรอ อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือสารเติมแต่งนาโน เช่น อนุภาคนาโน กราฟีนชั้นเดียว หรืออนุภาคทรงกลมนาโนแบบแกน–เปลือก ต้องกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอและแยกเป็นอนุภาคเดี่ยวในสารหล่อลื่น การกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวิธีผสมที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ ทำให้อนุภาคนาโนกระจายตัวอย่างเป็นเนื้อเดียวกันและป้องกันการรวมตัวกัน
จะกระจายสารเติมแต่งนาโนในของไหลหล่อลื่นได้อย่างไร? – ด้วยอัลตราโซนิก!
การใช้สารเติมแต่งนาโนในสารหล่อลื่นถือเป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิผลสูงสุดในการปรับปรุงสมบัติด้านไตรโบโลยี โดยลดแรงเสียดทานและการสึกหรอ การปรับปรุงด้านไตรโบโลยีดังกล่าวช่วยเพิ่มการประหยัดพลังงานและลดการปล่อยมลพิษได้อย่างมาก จึงลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
ความท้าทายของสารหล่อลื่นที่ปรับปรุงด้วยนาโนอยู่ที่การผสม วัสดุนาโน เช่น อนุภาคนาโนหรือเซลลูโลสนาโนผลึก ต้องใช้เครื่องผสมแรงเฉือนสูงที่รวมแรงเฉือนไว้เฉพาะบริเวณ เพื่อกระจายและแยกวัสดุนาโนที่พันกันให้เป็นอนุภาคเดี่ยวอย่างสม่ำเสมอ การใช้อัลตราโซนิกด้วยโพรบอัลตราซาวนด์กำลังสูงสร้างสนามที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงเฉพาะตัว และได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความเหนือกว่าในการแปรรูปวัสดุนาโน จึงเป็นวิธีที่ได้รับการยอมรับสำหรับการกระจายวัสดุนาโน
Molseh et al. (2009) แสดงให้เห็นว่าเสถียรภาพการกระจายตัวของอนุภาคนาโนสามชนิด ได้แก่ โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ (MoS2) ทังสเตนไดซัลไฟด์ (WS2) และโบรอนไนไตรด์รูปผลึกหกเหลี่ยม (hBN) ใน CIMFLO 20 เมื่อผ่านการบำบัดด้วยอัลตราโซนิก ดีกว่าการเขย่าและการกวนเชิงกล เนื่องจากคาวิเทชันจากอัลตราโซนิกสร้างสภาวะที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงเฉพาะตัว การใช้อัลตราโซนิกแบบโพรบจึงเหนือกว่าเทคนิคการกระจายตัวทั่วไปทั้งในด้านประสิทธิผลและประสิทธิภาพ
ลักษณะของอนุภาคนาโน เช่น ขนาด รูปร่าง และความเข้มข้น มีอิทธิพลต่อสมบัติด้านไตรโบโลยี แม้ว่าขนาดนาโนที่เหมาะสมที่สุดจะแตกต่างกันตามวัสดุ แต่อนุภาคนาโนส่วนใหญ่มีสมบัติการใช้งานสูงสุดในช่วงสิบถึงหนึ่งร้อยนาโนเมตร ความเข้มข้นที่เหมาะสมที่สุดของสารเติมแต่งนาโนในน้ำมันหล่อลื่นส่วนใหญ่อยู่ระหว่าง 0.1–5.0% .
อนุภาคนาโนของออกไซด์ เช่น Al2O3, CuO หรือ ZnO ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อปรับปรุงสมรรถนะด้านไตรโบโลยีของสารหล่อลื่น สารเติมแต่งอื่น ๆ ได้แก่ สารเติมแต่งชนิดไร้เถ้า ของเหลวไอออนิก เอสเทอร์ของบอเรต วัสดุนาโนอนินทรีย์ และโครงสร้างนาโนจากคาร์บอน เช่น ท่อนาโนคาร์บอน (CNTs) กราไฟต์ และกราฟีน มีการใช้สารเติมแต่งเฉพาะเพื่อปรับปรุงสมบัติเฉพาะของน้ำมันหล่อลื่น ตัวอย่างเช่น สารหล่อลื่นที่ป้องกันการสึกหรอมีสารเติมแต่งรับแรงกดสูง เช่น โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ กราไฟต์ โอเลฟินที่ผ่านการเติมกำมะถัน และสารเชิงซ้อนไดแอลคิลไดไทโอคาร์บาเมต หรือสารเติมแต่งต้านการสึกหรอ เช่น ไตรแอริลฟอสเฟตและซิงก์ไดแอลคิลไดไทโอฟอสเฟต
เครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกแบบโพรบเป็นเครื่องผสมที่เชื่อถือได้ และใช้สำหรับการพัฒนาสูตรสารหล่อลื่นสมรรถนะสูง การใช้อัลตราโซนิกเป็นที่ยอมรับว่ามีความเหนือกว่าในการเตรียมสารแขวนลอยขนาดนาโน และมีประสิทธิภาพสูงสำหรับการผลิตน้ำมันหล่อลื่นในระดับอุตสาหกรรม
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องกระจายอนุภาคด้วยอัลตราโซนิกสำหรับการผลิตสารหล่อลื่นนาโน!
ระบบผสมอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมสำหรับการกระจายอนุภาคนาโนลงในน้ำมันหล่อลื่นด้วยปริมาณการผลิตสูง
- สมรรถนะด้านไตรโบโลยีที่ดีขึ้น
- การผสานสารเติมแต่งนาโนอย่างสม่ำเสมอ
- สารหล่อลื่นที่ใช้น้ำมันพืชเป็นพื้นฐาน
- การเตรียมฟิล์มไตรโบโลยี
- ของไหลสำหรับการขึ้นรูปโลหะแผ่น
- ของไหลนาโนเพื่อเพิ่มประสิทธิผลในการระบายความร้อน
- ของเหลวไอออนิกในสารหล่อลื่นที่มีน้ำหรือน้ำมันเป็นพื้นฐาน
- ของไหลสำหรับการแทงขึ้นรูป
การกระจายอะลูมิเนียมออกไซด์ (Al2O3) ด้วยอัลตราโซนิกทำให้ขนาดอนุภาคลดลงอย่างมีนัยสำคัญและเกิดการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ
การผลิตสารหล่อลื่นที่มีสารเติมแต่งนาโน
ในการผลิตน้ำมันหล่อลื่นที่เสริมสมบัติด้วยนาโน วัสดุนาโนที่เหมาะสมและเทคนิคการกระจายตัวที่ทรงพลังและมีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง หากไม่มีการกระจายตัวของวัสดุนาโนที่เชื่อถือได้และมีเสถียรภาพในระยะยาว ก็ไม่สามารถผลิตสารหล่อลื่นสมรรถนะสูงได้
การผสมและการกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่ได้รับการยอมรับสำหรับการผลิตสารหล่อลื่นสมรรถนะสูง น้ำมันพื้นฐานของสารหล่อลื่นได้รับการเสริมสมบัติด้วยสารเติมแต่ง เช่น วัสดุนาโน พอลิเมอร์ สารยับยั้งการกัดกร่อน สารต้านออกซิเดชัน และกลุ่มอนุภาคละเอียดอื่น ๆ แรงเฉือนจากอัลตราโซนิกมีประสิทธิภาพสูงในการทำให้ได้การกระจายขนาดอนุภาคที่ละเอียดมาก แรงอัลตราโซนิก (แรงเชิงกลจากเสียง) สามารถบดได้แม้กระทั่งอนุภาคปฐมภูมิ และใช้ปรับสมบัติการใช้งานของอนุภาค เพื่อให้อนุภาคนาโนที่ได้มีคุณลักษณะเหนือกว่า เช่น การปรับสภาพพื้นผิว อนุภาคนาโนแบบแกน–เปลือก และอนุภาคนาโนที่ผ่านการโดป
เครื่องผสมแรงเฉือนสูงด้วยอัลตราโซนิกช่วยได้อย่างมากในการผลิตสารหล่อลื่นสมรรถนะสูงอย่างมีประสิทธิภาพ!
ส่วนผสมน้ำมันที่มีซิงก์ไดแอลคิลไดไทโอฟอสเฟต (ZDDP) และอนุภาคนาโน PTFE ที่ปรับสภาพพื้นผิว (PHGM) หลังการกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิก
(การศึกษาและภาพ: Sharma et al., 2017)
สารเติมแต่งนาโนชนิดใหม่ในน้ำมันหล่อลื่น
มีการพัฒนาสารเติมแต่งขนาดนาโนชนิดใหม่เพื่อปรับปรุงสมบัติการใช้งานและสมรรถนะของน้ำมันหล่อลื่นและจาระบีให้ดียิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น มีการวิจัยและทดสอบผลึกนาโนเซลลูโลส (CNCs) เพื่อพัฒนาสูตรสารหล่อลื่นที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม Zakani et al. (2022) แสดงให้เห็นว่า – เมื่อเปรียบเทียบกับสารแขวนลอยหล่อลื่นที่ไม่ผ่านอัลตราโซนิก – สารหล่อลื่น CNC ที่ผ่านอัลตราโซนิกสามารถลด COF (สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน) และการสึกหรอได้เกือบ 25 และ 30% ตามลำดับ ผลการศึกษานี้บ่งชี้ว่าการแปรรูปด้วยอัลตราโซนิกสามารถปรับปรุงสมรรถนะการหล่อลื่นของสารแขวนลอย CNC ในน้ำได้อย่างมีนัยสำคัญ
เครื่องกระจายอนุภาคด้วยอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับการผลิตสารหล่อลื่น
เมื่อใช้สารเติมแต่งนาโนในกระบวนการผลิตระดับอุตสาหกรรม เช่น การผลิตน้ำมันหล่อลื่น สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือการผสมผงแห้ง (กล่าวคือ วัสดุนาโน) ลงในเฟสของเหลว (น้ำมันหล่อลื่น) อย่างเป็นเนื้อเดียวกัน การกระจายอนุภาคนาโนต้องใช้เทคนิคการผสมที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิผล ซึ่งให้พลังงานเพียงพอในการสลายกลุ่มอนุภาคที่เกาะกัน เพื่อให้อนุภาคระดับนาโนแสดงสมบัติได้อย่างเต็มที่ เครื่องอัลตราโซนิกเป็นที่รู้จักดีว่าเป็นเครื่องกระจายอนุภาคที่ทรงพลังและเชื่อถือได้ จึงใช้สลายกลุ่มอนุภาคและกระจายวัสดุหลากหลายชนิด เช่น อะลูมิเนียมออกไซด์ ท่อนาโน กราฟีน แร่ และวัสดุอื่น ๆ อีกมากมาย ลงในเฟสของเหลว เช่น น้ำมันแร่ น้ำมันสังเคราะห์ หรือน้ำมันพืช อย่างเป็นเนื้อเดียวกัน Hielscher Ultrasonics ออกแบบ ผลิต และจัดจำหน่ายเครื่องกระจายอนุภาคด้วยอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับงานทำให้เป็นเนื้อเดียวกันและการสลายกลุ่มอนุภาคทุกประเภท
ติดต่อเราตอนนี้เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการกระจายสารเติมแต่งนาโนในสารหล่อลื่นด้วยอัลตราโซนิก!
ตารางด้านล่างแสดงกำลังการแปรรูปโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:
| ปริมาตรต่อแบตช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนำ |
|---|---|---|
| 1 ถึง 500mL | 10 ถึง 200mL/min | UP100H |
| 10 ถึง 2000mL | 20 ถึง 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 ถึง 150L | 3 ถึง 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 ถึง 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | สูงกว่า | ชุดเครื่องที่เชื่อมต่อกันของ UIP16000 |
ติดต่อเรา! / สอบถามเรา!
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับงานผสม การกระจายตัว การทำอิมัลชัน และการสกัด ในระดับห้องปฏิบัติการ ระดับนำร่อง และระดับอุตสาหกรรม
สารหล่อลื่นนาโน PTFE หลังการเตรียม 7 วัน (A: น้ำมันพื้นฐาน, B: สารหล่อลื่นนาโน PTFE ที่ผ่านอัลตราโซนิก 1 ชั่วโมง, C: สารหล่อลื่นนาโน PTFE ที่ผ่านอัลตราโซนิก 30 นาที)
(การศึกษาและภาพ: © Kumar et al., 2013)
ผลของการใช้อัลตราโซนิกต่อเสถียรภาพการกระจายตัวของ Al2O3 ในสารหล่อลื่น
(การศึกษาและกราฟิก: © Sharif et al., 2017)
ข้อเท็จจริงที่ควรรู้
สารหล่อลื่นคืออะไร?
การใช้งานหลักของสารหล่อลื่นหรือน้ำมันหล่อลื่นคือการลดแรงเสียดทานและการสึกหรอจากการสัมผัสทางกล รวมถึงลดความร้อน สารหล่อลื่นแบ่งตามการใช้งานและองค์ประกอบได้เป็นน้ำมันเครื่อง ของไหลสำหรับระบบส่งกำลัง ของไหลไฮดรอลิก น้ำมันเฟือง และสารหล่อลื่นอุตสาหกรรม
ดังนั้น สารหล่อลื่นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในยานยนต์และเครื่องจักรอุตสาหกรรม เพื่อให้การหล่อลื่นที่ดี โดยทั่วไปน้ำมันหล่อลื่นประกอบด้วยน้ำมันพื้นฐาน 90% (ส่วนใหญ่เป็นส่วนกลั่นปิโตรเลียม กล่าวคือ น้ำมันแร่) และสารเติมแต่งน้อยกว่า 10% เมื่อหลีกเลี่ยงการใช้น้ำมันแร่ สามารถใช้น้ำมันพืชหรือของเหลวสังเคราะห์ เช่น พอลิโอเลฟินที่ผ่านไฮโดรจิเนชัน เอสเทอร์ ซิลิโคน ฟลูออโรคาร์บอน และอื่น ๆ อีกมากมาย เป็นน้ำมันพื้นฐานทางเลือกได้ การใช้งานหลักของสารหล่อลื่นคือการลดแรงเสียดทานและการสึกหรอจากการสัมผัสทางกล รวมถึงลดความร้อนจากแรงเสียดทานและการสูญเสียพลังงาน ดังนั้น สารหล่อลื่นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในยานยนต์และเครื่องจักรอุตสาหกรรม
สารต้านออกซิเดชัน เช่น สารต้านออกซิเดชันปฐมภูมิชนิดเอมีนและฟีนอล กรดธรรมชาติ สารสลายเปอร์ออกไซด์ และไพราซีน ช่วยยืดอายุการใช้งานของสารหล่อลื่นโดยเพิ่มความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน จึงช่วยปกป้องน้ำมันพื้นฐานจากการเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อน โดยการสลายตัวจากความร้อนร่วมกับออกซิเดชันเกิดขึ้นน้อยลงและช้าลง
ประเภทของสารหล่อลื่น
สารหล่อลื่นชนิดเหลว: โดยทั่วไปสารหล่อลื่นชนิดเหลวใช้น้ำมันพื้นฐานชนิดเดียว มักมีการเติมสารอื่น ๆ ลงในน้ำมันพื้นฐานนี้เพื่อปรับปรุงสมบัติการใช้งานและสมรรถนะ ตัวอย่างสารเติมแต่งที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ น้ำ น้ำมันแร่ ลาโนลิน น้ำมันพืชหรือน้ำมันธรรมชาติ สารเติมแต่งนาโน เป็นต้น
สารหล่อลื่นส่วนใหญ่เป็นของเหลว และอาจจำแนกตามแหล่งกำเนิดได้เป็นสองกลุ่ม:
- น้ำมันแร่: น้ำมันแร่เป็นน้ำมันหล่อลื่นที่กลั่นจากน้ำมันดิบ
- น้ำมันสังเคราะห์: น้ำมันสังเคราะห์เป็นน้ำมันหล่อลื่นที่ผลิตโดยใช้สารประกอบที่ผ่านการดัดแปลงโดยมนุษย์ หรือสังเคราะห์จากปิโตรเลียมที่ผ่านการดัดแปลง
จาระบีหล่อลื่น เป็นสารหล่อลื่นชนิดของแข็งหรือกึ่งของแข็ง ซึ่งประกอบด้วยสารหล่อลื่นชนิดเหลวที่ทำให้ข้นขึ้นด้วยการกระจายสารเพิ่มความข้นลงไป ในการผลิตจาระบีหล่อลื่น จะใช้น้ำมันหล่อลื่นเป็นน้ำมันพื้นฐานและเป็นส่วนประกอบหลัก จาระบีหล่อลื่นมีน้ำมันหล่อลื่นประมาณ 70% ถึง 80%
สารหล่อลื่นชนิดแทรกซึม และ สารหล่อลื่นชนิดแห้ง เป็นสารหล่อลื่นประเภทอื่น ๆ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้กับงานเฉพาะทาง
สารหล่อลื่นชีวภาพ หมายถึงของไหลพื้นฐานหรือคุณลักษณะด้านสิ่งแวดล้อมโดยรวมเป็นหลัก ไม่ได้หมายความว่าสารเติมแต่งทุกชนิดต้องมีแหล่งกำเนิดทางชีวภาพเสมอไป โดยทั่วไปสารหล่อลื่นชีวภาพใช้น้ำมันพืช เอสเทอร์สังเคราะห์ น้ำมันจากพืช หรือวัสดุพื้นฐานอื่น ๆ ที่หมุนเวียนทดแทนได้หรือย่อยสลายได้ทางชีวภาพ อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับสารหล่อลื่นทั่วไป สารหล่อลื่นชีวภาพมักยังต้องใช้สารเติมแต่งเพื่อเพิ่มสมบัติการใช้งาน ได้แก่ การป้องกันการสึกหรอ เสถียรภาพต่อการเกิดออกซิเดชัน การป้องกันการกัดกร่อน พฤติกรรมความหนืด และความสามารถในการรับภาระ ซึ่งหมายความว่าสารหล่อลื่นชีวภาพมีนิยามกว้าง ๆ ตามแหล่งกำเนิดที่หมุนเวียนทดแทนได้ ความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ ความเป็นพิษต่ำ และสมรรถนะด้านสิ่งแวดล้อม มากกว่าจะกำหนดให้สารเติมแต่งทุกชนิดต้องมีแหล่งกำเนิดทางชีวภาพ
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้อัลตราโซนิกสำหรับการพัฒนาสูตรสารหล่อลื่นชีวภาพ!
สารเติมแต่งนาโนที่แสดงเป็นตัวอย่างไว้ข้างต้นสามารถผสมลงในสารหล่อลื่นได้สำเร็จโดยใช้เครื่องกระจายอนุภาคด้วยอัลตราโซนิก
วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง
- 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 ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงตั้งแต่ขนาดสำหรับ ห้องปฏิบัติการ ไปจนถึง ขนาดสำหรับอุตสาหกรรม