Мастильні матеріали з покращеними функціональними можливостями
Мастильні оливи можуть отримати велику користь від нанодобавок, які допомагають зменшити тертя та знос. Однак важливо, щоб нанодобавки, такі як наночастинки, моношари графену або наносфери з оболонкою ядра, були рівномірно та однодисперсними в мастильному матеріалі. Ультразвукова дисперсія зарекомендувала себе як надійний та ефективний метод змішування, що забезпечує однорідний розподіл наночастинок та запобігає агрегації.
Як диспергувати наноприсадки в мастильних рідинах? – З ультразвуком!
Використання наноприсадок в мастильних матеріалах розглядається як один з найбільш ефективних методів поліпшення трибологічних характеристик, зниження тертя і зносу. Таке трибологічне удосконалення значно сприяє енергозбереженню, зменшенню викидів, тим самим знижуючи вплив на навколишнє середовище.
Проблема нано-покращених мастильних матеріалів полягає в змішуванні: наноматеріали, такі як наночастинки або кристалічна наноцелюлоза, вимагають цілеспрямованих змішувачів з високим зсувом, які рівномірно диспергують і розплутують наноматеріали на окремі частинки. Створюючи унікальні енергоємні поля, ультразвук з використанням потужних ультразвукових зондів довів свою перевагу в обробці наноматеріалів і тим самим є встановленим методом для нанодисперсій.
Molseh et al. (2009) показали, що дисперсійна стабільність трьох різних наночастинок (дисульфід молібдену (MoS2), дисульфід вольфраму (WS2) і гексагональний нітрид бору (hBN)) у CIMFLO 20 при ультразвуковій обробці була кращою, ніж при механічному струшуванні та перемішуванні. Оскільки ультразвукова кавітація створює унікальні енергоємні умови, ультразвукове дослідження зондового типу перевершує звичайні методи дисперсії за ефективністю та ефективністю.
Характеристики наночастинок, такі як розмір, форма та концентрація, впливають на їх трибологічні властивості. У той час як ідеальний нанорозмір варіюється в залежності від матеріалу, більшість наночастинок демонструють найвищі функціональні можливості в діапазоні від десяти до сотень нанометрів. Ідеальна концентрація нанодобавок у мастильній олії в основному становить 0,1–5,0% .
Оксидні наночастинки, такі як Al2O3, CuO або ZnO, широко використовуються як наночастинки, що покращують трибологічні характеристики мастильних матеріалів. Інші добавки включають беззольні добавки, іонні рідини, боратні ефіри, неорганічні наноматеріали, вуглецеві наноструктури, такі як вуглецеві нанотрубки (CNT), графіт і графен. Специфічні присадки використовуються для того, щоб поліпшити специфічні властивості мастильних масел. Наприклад, мастильні матеріали для запобігання зносу містять присадки екстремального тиску, такі як дисульфід молібдену, графіт, сірчані олефіни та комплекси діалкілдітіокарбамату, або протизносні добавки, такі як триарилфосфати та діалкілдітіофосфат цинку.
Ультразвукові гомогенізатори зондового типу є надійними змішувачами і використовуються для створення високоефективних мастильних матеріалів. Відома як найкраща, коли справа доходить до приготування нанорозмірних суспензій, ультразвукова обробка є високоефективною для промислового виробництва мастильних масел.
Промислова ультразвукова система змішування для високопродуктивного диспергування наночастинок у мастильні мастила.
- покращені трибологічні показники
- Рівномірне включення нано-адитивів
- Мастильні матеріали на рослинній масляній основі
- Підготовка Трибофільму
- Рідини для формування листового металу
- Нанорідини для підвищення ефективності охолодження
- Іонні рідини у водному або масляному мастилі
- протяжні рідини
Ультразвукова дисперсія оксиду алюмінію (Al2O3) призводить до значного зменшення розміру частинок і рівномірного диспергування.
Виробництво мастильних матеріалів з нано-присадками
Для виробництва наноармованих мастильних масел вирішальне значення має відповідна кількість наноматеріалу та потужна, ефективна технологія диспергування. Без надійної та довготривалої стабільної нанодисперсії не може бути виготовлено високоефективне мастило.
Ультразвукове змішування та диспергування є встановленим методом виробництва високоефективних мастильних матеріалів. Базове масло мастильних матеріалів посилюється такими присадками, як наноматеріали, полімери, інгібітори корозії, антиоксиданти та інші дрібнодисперсні агрегати. Ультразвукові сили зсуву дуже ефективні для забезпечення дуже тонкого розподілу частинок за розміром. Ультразвукові (сономеханічні) сили здатні подрібнювати навіть первинні частинки і застосовуються для функціоналізації частинок, завдяки чому отримані наночастинки мають чудові характеристики (наприклад, модифікація поверхні, НЧ «серцевина-оболонка», леговані НЧ).
Ультразвукові змішувачі з високим зсувом можуть значно допомогти ефективно виготовляти високоефективні мастильні матеріали!
Олія змішується з діалкілдітіофосфатом цинку (ZDDP) та поверхнево-модифікованими наночастинками PTFE (PHGM) після ультразвукового диспергування.
(Дослідження та ілюстрація: Sharma et al., 2017)
Нові наноприсадки в мастильних оливах
Нові нанорозмірні присадки розроблені для подальшого покращення функціональності та продуктивності мастильних масел і мастил. Наприклад, нанокристали целюлози (ЧПУ) досліджують і тестують для рецептури зелених мастильних матеріалів. Zakani et al. (2022) продемонстрували, що – в порівнянні з незвуковими мастильними підвісками – Ультразвукові мастила з ЧПУ можуть знизити COF (коефіцієнт тертя) і знос майже на 25 і 30% відповідно. Результати цього дослідження свідчать про те, що ультразвукова обробка може значно покращити показники змащення водних суспензій з ЧПУ.
Високоефективні ультразвукові диспергатори для виробництва мастильних матеріалів
Коли нанодобавки використовуються в промислових виробничих процесах, таких як виробництво мастильних масел, дуже важливо, щоб сухі порошки (тобто наноматеріали) були однорідно змішані в рідку фазу (мастило). Диспергування наночастинок вимагає надійної та ефективної техніки змішування, яка застосовує достатньо енергії для розщеплення агломератів, щоб розкрити якості нанорозмірних частинок. Ультразвукові апарати добре відомі як потужні та надійні диспергатори, тому використовуються для деагломерації та розподілу різних матеріалів, таких як оксид алюмінію, нанотрубки, графен, мінерали та багато інших матеріалів, однорідно в рідку фазу, таких як мінеральні, синтетичні або рослинні олії. Hielscher Ultrasonics розробляє, виробляє та розповсюджує високоефективні ультразвукові диспергатори для будь-яких видів гомогенізації та деагломерації.
Зв'яжіться з нами зараз, щоб дізнатися більше про ультразвукову дисперсію наноприсадок у мастильних матеріалах!
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:
| Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| Від 1 до 500 мл | Від 10 до 200 мл/хв | UP100H |
| Від 10 до 2000 мл | Від 20 до 400 мл/хв | UP200Ht, UP400St |
| 0від 1 до 20 л | 0від .2 до 4 л/хв | UIP2000HDT |
| Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л/хв | UIP4000HDT |
| Від 15 до 150 л | Від 3 до 15 л/хв | UIP6000HDT |
| Н.А. | Від 10 до 100 л/хв | UIP16000 |
| Н.А. | Більше | кластер UIP16000 |
Зв'яжіться з нами! / Запитайте нас!
Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори для змішування, диспергування, емульгування та екстракції в лабораторних, пілотних та промислових масштабах.
Наномастила PTFE після 7 днів приготування (A: базова олія, B: наномастило PTFE з ультразвуком 1 год, C: наномастило PTFE з ультразвуком 30 хв).
(Дослідження та ілюстрація: © Kumar et al., 2013)
Вплив ультразвуку на дисперсійну стабільність Al2O3 у мастильних матеріалах.
(Етюд і графіка: © Шаріф та ін., 2017)
Факти, які варто знати
Що таке мастильні матеріали?
Основне застосування мастильних матеріалів або мастил полягає в зменшенні тертя та зносу від механічного контакту, а також тепла. Залежно від використання та складу мастильні матеріали поділяються на моторні оливи, трансмісійні рідини, гідравлічні рідини, трансмісійні олії та промислові мастила.
Тому мастильні матеріали широко використовуються в автотранспортних засобах, а також у промислових машинах. Щоб забезпечити хороше змащення, мастильні мастила зазвичай містять 90% базового масла (в основному нафтових фракцій, тобто мінеральних масел) і менше 10% присадок. Коли уникають мінеральних масел, в якості альтернативних базових масел можна використовувати рослинні олії або синтетичні рідини, такі як гідрогенізовані поліолефіни, ефіри, силікони, фторвуглеці та багато інших. Основне застосування мастильних матеріалів полягає в зменшенні тертя і зносу від механічного контакту, а також в зниженні втрат тепла і енергії на тертя. Тому мастильні матеріали широко використовуються в автотранспортних засобах, а також у промислових машинах.
Антиоксидантні речовини, такі як амінові та фенольні первинні антиоксиданти, природні кислоти, розпалювачі перекису та піразини, продовжують життєвий цикл мастильних матеріалів за рахунок підвищення окислювальної стійкості. Завдяки цьому базова олива захищена від нагрівання, оскільки термоокислювальне розщеплення відбувається у зменшеному та відстроченому вигляді.
Види мастильних матеріалів
Рідкі мастила: Рідкі мастила, як правило, засновані на одному типі базового масла. До цього базового масла часто додають інші речовини з метою поліпшення функціональності і експлуатаційних характеристик. До типових добавок належать, наприклад, вода, мінеральне масло, ланолін, рослинна або натуральна олія, нанодобавки тощо.
Більшість мастильних матеріалів є рідинними, і за походженням їх можна класифікувати на дві групи:
- Мінеральні масла: Мінеральні масла - це мастильні масла, очищені з сирої нафти.
- Синтетичні оливи: Синтетичні оливи – це мастильні мастила, які виготовляються з використанням сполук, які штучно модифіковані або синтезовані з модифікованої нафти.
Мастило - це тверде або напівтверде мастило, яке складається з рідкого мастила, яке згущується шляхом диспергування в ньому загусників. Для виробництва мастила мастильні мастила використовуються як базові масла і є основним інгредієнтом. Мастило містить приблизно від 70% до 80% мастила.
Проникаючі мастильні матеріали і сухі мастильні матеріали є додатковими типами, які застосовуються в основному для нішевих застосувань.
Наноприсадки, як було перераховано вище, можна успішно змішувати з мастильними матеріалами за допомогою ультразвукових диспергаторів.
Література / Список літератури
- 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 виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторії до промислові розміри.