Ultrasonik Dağıtım Yöntemiyle Geliştirilmiş Nano-Yağlayıcılar

Nano katkı maddelerinin yağlayıcı formülasyonlarına entegrasyonu, son yıllarda triboloji alanında kaydedilen en önemli gelişmelerden birini oluşturmaktadır. Bununla birlikte, araştırmacılar ve proses mühendisleri, yapısal bütünlüğünü bozmadan viskoz baz yağlar içinde nano ölçekli parçacıkların homojen bir şekilde dağılmasını sağlamak gibi kalıcı bir zorlukla karşı karşıyadır. Geleneksel karıştırma yöntemleri, aglomeraları genellikle etkili bir şekilde parçalayamadığından, ürün performansında tutarsızlığa ve raf ömrünün sınırlı kalmasına neden olmaktadır.

Çözüm: Yağlama Maddesi Formülasyonunda Ultrasonik Nano Katkı Maddesi Dağıtımı

Yüksek güçlü ultrason, bu dispersiyon sorunlarına yönelik en üstün çözümdür. Akustik kavitasyon ilkelerinden yararlanarak, ultrasonik ekipman sıvı ortamda yüksek basınç ve düşük basınç döngülerini dönüşümlü olarak oluşturur. Düşük basınç döngüsü sırasında sıvı içinde küçük vakum kabarcıkları oluşur. Bu kabarcıklar maksimum hacme ulaşıp daha fazla enerji ememeyecek duruma geldiklerinde, yüksek basınç döngüsü sırasında şiddetli bir şekilde çökerler. Bu çöküş, lokalize aşırı koşullar yaratır – yaklaşık 5000 Kelvin’e ulaşan sıcaklıklar ve 1000 atmosferi aşan basınçlar – Bu sayede nanoparçacık kümelerini etkili bir şekilde ayrıştırır ve yağlayıcı matrisi boyunca homojen bir dağılım sağlar.
Proses mühendisleri için bu, birkaç hafta içinde çöküp ayrışan bir yağ ile bileşenin tüm hizmet ömrü boyunca performans özelliklerini koruyan bir yağ arasındaki fark anlamına gelir.

Vaka Çalışması: İletken Greslerdeki Azot Katkılı Bambu Benzeri Karbon Nanotüpler

Yağlayıcı üretiminde ultrasonik teknolojinin etkinliğine dair çarpıcı bir örnek, Journal of Materials Research and Technology dergisinde (2019) yayımlanan bir araştırmadan gelmektedir. “” başlıklı bu çalışma, “Elektrik iletken yağlayıcıların geliştirilmesinde azot katkılı bambu benzeri karbon nanotüplerin kullanımı,” Hielscher UIP1000hdT prob tipi homojenleştirici ekipmanının (340 W, 2 dakikalık işleme süresi) homojen, kararlı ve elektrik iletkenliği olan rulman greslerinin üretilmesini nasıl mümkün kıldığını göstermektedir.
Araştırmacılar, gresler için iletken katkı maddesi olarak bambu şekilli karbon nanotüpleri (BCNT’ler) kullandılar. Nanotüp yan duvarlarının grafitik yapısına azotun dahil edilmesi sayesinde olağanüstü elektronik ve yapısal özellikler ortaya çıktı; bu da mükemmel adsorpsiyon davranışı ve elektriksel iletkenliğe yol açtı. Karbon nanotüpler, olağanüstü elektrik iletkenliğine sahip nano yapılı malzemelerdir ve elektronik özellikleri, doping teknikleri yoluyla azot atomlarının eklenmesi suretiyle spesifik olarak ayarlanabilir.
Sonuçlar, ultrasonik dispersiyonun etkinliğini ortaya koymaktadır:

Bu vaka çalışması, teknik bir kavram kanıtı niteliğindedir: Doğru nanomalzeme ile doğru ultrasonik enerji bir araya geldiğinde, ortaya çıkan yağlayıcı, geleneksel karıştırma yöntemleriyle daha önce ulaşılamaz olduğu düşünülen performans değerlerine ulaşmaktadır.

Yağlayıcılarda Ultrasonik Nano-Dispersiyonun Temel Özelliği

Ultrasonik dispersiyon yöntemi, endüstriyel potansiyelini kanıtlayan olağanüstü sonuçlar vermektedir:

• Asgari katkı maddesi gereksinimleri: Nispeten az miktarda BCNT, özellikle de %1,5 ağırlıkça, greslerin 14 mS’yi aşan iyi bir elektriksel iletkenliğe ulaşması için yeterlidir. Nanotüp içeren numuneler, sabit ölçümlerde 7 ile 18,5 mS arasında değişen iyi bir elektriksel iletkenlik sergilemektedir.
• Çalışma sırasında gelişmiş performans: Rulmanların gerçek çalışma koşullarında yapılan elektriksel iletkenlik ölçümleri, daha da yüksek değerler ortaya koymaktadır; %3 BCNT formülasyonunda kaydedilen maksimum değer 31,5 mS’dir. Her durumda iletkenlik, sabit durum ölçümlerine kıyasla artmaktadır; bu da çalışma sırasındaki mekanik gerilimin iletken yolları daha da iyileştirdiğini göstermektedir.
• Üstün sürtünme performansı: %1,5 ağırlıkça BCNT ilave edilmiş numunelerde verimli sürtünme özellikleri elde edilmiş olup, bu numuneler 6,1 ve 5,1 Nmm sürtünme torku değerleri sergilemiştir. Bu durum, optimum katkı maddesi konsantrasyonunun iletkenlik ile mekanik performans arasında bir denge sağladığını göstermektedir.
• Geliştirilmiş termal kararlılık: Yüksek viskoziteli silikon yağı (5000 mm²/s) ve füme silikanın kıvam arttırıcı olarak eklenmesi, damlama noktasını 150 °C’nin üzerine çıkararak, yüksek sıcaklık uygulamalarındaki kritik bir sınırlamayı ortadan kaldırır.
• Optimize edilmiş formülasyonlar: 50 mm/s viskoziteye sahip, %3 BCNT ve %1,0 kolloidal SiO₂ içeren PDMS bazlı yağ, iletkenlik ile mekanik dayanıklılığı bir araya getirerek bilyalı rulmanların yağlanması için son derece uygun olduğu ortaya çıktı.

Ultrasonik Teknoloji: Endüstriyel Ölçeklendirmedeki Avantaj

Hielscher UIP1000hdT kullanılarak gerçekleştirilen laboratuvar ölçeğindeki geliştirme çalışmaları, kavramın geçerliliğini kanıtlasa da, endüstriyel uygulamalar için asıl değer doğrusal ölçeklenebilirlikte yatmaktadır. Hielscher sonikatörleri, doğrusal ölçeklendirme yetenekleri sayesinde benzersiz bir avantaj sunar ve Ar-Ge aşamasından&D tezgah üstü işleme sürecinden büyük hacimli hat içi üretime geçiş.
Endüstriyel uygulamalar için proses mühendisleri, 4 kW’lık UIP4000hdT modelini, 6 kW’lık UIP6000hdT sonikatörü veya özel akış hücreleriyle donatılmış 16 kW’lık güçlü UIP16000hdT modelini kullanabilirler. Bu doğrusal ölçek büyütme yaklaşımı, laboratuvar ölçeğinde geliştirilen formülasyonların, üretim ölçeğinde üretildiğinde de aynı dispersiyon kalitesini ve partikül dağılım özelliklerini korumasını sağlar. Ultrasonik işleme yoluyla elde edilen tutarlılık, geleneksel karıştırma yöntemlerinde sıkça görülen partiden partiye değişkenliği ortadan kaldırır; bu durum, özellikle havacılık, otomotiv ve hassas makine sektörlerindeki yüksek performanslı yağlayıcı uygulamaları için kritik öneme sahiptir.

Yağlama Maddeleri Alanındaki Yenilikler İçin Ultrasonik İşlem Neden Önemlidir?

Ultrasonik nano-katkı maddesi dispersiyonunun avantajları, basit karıştırma verimliliğinin ötesine uzanmaktadır. Bu teknoloji şunları mümkün kılar:

1. Geliştirilmiş katkı maddesi yüklemesi: Daha yüksek konsantrasyonlarda nano katkı maddeleri, topaklanma olmaksızın karışıma eklenebilir ve bu sayede performans avantajları en üst düzeye çıkarılır.
2. Raf ömrünün uzatılması: Homojen dispersiyonlar, uzun süreli depolama dönemlerinde çökelmeyi ve faz ayrışmasını önler.
3. Tutarlı ürün kalitesi: Her üretim partisi, sıkı kalite kontrolü gerektiren uygulamalar için hayati önem taşıyan aynı dispersiyon özelliklerine ulaşır.
4. Azaltılmış İşlem Süresi: Ultrasonik kavitasyon, geleneksel yöntemlerin gerektirdiği saatler yerine dakikalar içinde dispersiyon sağlar.
5. Farklı formülasyonlarda çok yönlülük: Bu teknoloji, çeşitli baz yağlar, kıvam arttırıcılar ve katkı maddesi türlerinde kullanılabilmekte olup, formülasyon geliştirmede esneklik sağlamaktadır.

Ultrasonik prob tipi dispersörler, yüksek performanslı biyokayganlaştırıcılar üretir.
(Araştırma ve resim: Liu ve ark., 2020)

Ultrasonik Dispersiyon ile Nano Yağlayıcı Üretiminizi Geliştirin

Ultrasonik teknolojinin yağlayıcı üretim süreçlerine entegrasyonu, nano katkı maddelerinin yağlayıcı formülasyonlarına dahil edilme biçiminde bir paradigma değişikliğini temsil etmektedir. Azot katkılı bambu benzeri karbon nanotüpler kullanılarak elektrik iletken greslerin başarılı bir şekilde geliştirilmesiyle de kanıtlandığı üzere, yüksek enerjili ultrasonik işlem, olağanüstü performans özelliklerine sahip homojen ve kararlı dispersiyonlar sağlar. Hielscher’in tezgah üstü sonikatör UIP1000hdT’den UIP4000hdT gibi endüstriyel sıralı sonikatör modellerine kadar uzanan doğrusal ölçeklendirme yeteneği sayesinde, UIP6000hdT ve UIP16000hdT gibi endüstriyel hat içi sonikatör modellerine kadar uzanan doğrusal ölçeklendirme yeteneği sayesinde, araştırmacılar ve proses mühendisleri güvenle Ar-Ge aşamasından&Keşiften ticari üretime kadar, laboratuvarda elde edilen yeniliğin fabrikada da aynı performansı göstermesini sağlamak.
Yağlama teknolojisinin geleceği, yalnızca yeni nano katkı maddelerinin geliştirilmesinde değil, bunların tam potansiyelini ortaya çıkaran dispersiyon tekniklerinin ustaca kullanılmasıyla da şekillenmektedir. Ultrasonik işleme, bilimsel keşifler ile endüstriyel uygulamalar arasında bir köprü görevi görerek, zorlu endüstriyel uygulamalar için yeni nesil yüksek performanslı yağlayıcıların geliştirilmesini mümkün kılmaktadır.

 
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:

Tasarım, İmalat ve Danışmanlık – Almanya'da Üretilen Kalite

Hielscher ultrasonicators en yüksek kalite ve tasarım standartları için iyi bilinir. Sağlamlık ve kolay kullanım, ultrasonicators'ımızın endüstriyel tesislere sorunsuz bir şekilde entegre edilmesini sağlar. Zorlu koşullar ve zorlu ortamlar Hielscher ultrasonicators tarafından kolayca ele alınır.

Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en son teknoloji ve kullanıcı dostu özelliklere sahip yüksek performanslı ultrasonicators'a özel önem vermektedir. Tabii ki, Hielscher ultrasonicators CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gereksinimlerini karşılar.

Literatür / Referanslar