Змащувальні матеріали з покращеними функціональними властивостями за допомогою наночастинок
Змащувальні олії можуть значно вигравати від нанодобавок, які допомагають зменшити тертя та знос. Однак важливо, щоб нанодобавки, такі як наночастинки, одношаровий графен або наностери з ядром-оболонкою, були рівномірно та індивідуально дисперговані в змащувальному матеріалі. Ультразвукова дисперсія зарекомендувала себе як надійний та ефективний метод змішування, що забезпечує однорідний розподіл наночастинок і запобігає агрегації.
Як диспергувати нанодобавки у змащувальних рідинах? – За допомогою ультразвуку!
Використання нанодобавок у змащувальних матеріалах вважається одним із найефективніших методів покращення трибологічних характеристик, зменшення тертя та зносу. Таке трибологічне покращення значно підвищує енергозбереження, зменшує викиди, тим самим знижуючи вплив на навколишнє середовище.
Складність нанопокращених змащувальних матеріалів полягає у змішуванні: наноматеріали, такі як наночастинки або кристалічна нанокристалічна целюлоза, потребують спеціалізованих високосдвигових змішувачів, які рівномірно диспергують та розплутують наноматеріали на окремі частинки. Створюючи унікальні енергонапружені поля, ультразвукова обробка за допомогою високоефективних ультразвукових зондів довела свою перевагу в обробці наноматеріалів і тому є визнаним методом для нанодисперсій.
Molseh et al. (2009) показали, що стабільність дисперсії трьох різних наночастинок (дисульфід молібдену (MoS2), дисульфід вольфраму (WS2) та гексагональний нітрид бору (hBN)) у CIMFLO 20 за ультразвукової обробки була кращою, ніж за механічного струшування та перемішування. Оскільки ультразвукова кавітація створює унікальні енергонапружені умови, зондова ультразвукова обробка перевищує традиційні техніки дисперсії за ефективністю та продуктивністю.
Характеристики наночастинок, такі як розмір, форма та концентрація, впливають на їхні трибологічні властивості. Хоча ідеальний нанорозмір залежить від матеріалу, більшість наночастинок демонструють найвищі функціональні властивості в діапазоні від десяти до ста нанометрів. Ідеальна концентрація нанодобавок у змащувальній олії зазвичай становить від 0,1–5,0%.
Оксидні наночастинки, такі як Al2O3, CuO або ZnO, широко використовуються як наночастинки, що покращують трибологічні характеристики змащувальних матеріалів. Інші добавки включають беззольні добавки, іонні рідини, боратні ефіри, неорганічні наноматеріали, вуглецеві наноструктури, такі як вуглецеві нанотрубки (CNTs), графіт і графен. Специфічні добавки використовуються для покращення певних властивостей змащувальних олій. Наприклад, змащувальні матеріали для запобігання зносу містять добавки для екстремальних тисків, такі як дисульфід молібдену, графіт, сульфіровані олефіни та комплекси діалкілдитіокарбамату, або протизносові добавки, такі як триарилфосфати та цинкдіалкілдитіофосфат.
Ультразвукові зондові гомогенізатори є надійними змішувачами та використовуються для формування високопродуктивних змащувальних матеріалів. Визнані як найкращі при підготовці нанорозмірних суспензій, ультразвукова обробка є високоефективною для промислового виробництва змащувальних олій.
Дізнайтеся більше про ультразвукові диспергатори для виробництва нанозмащувальних матеріалів!
Промислова ультразвукова система змішування для високоефективної дисперсії наночастинок у змащувальних оліях.
- покращені трибологічні характеристики
- рівномірне введення нанодобавок
- змащувальні матеріали на основі рослинних олій
- підготовка трибоплівки
- рідини для формування листового металу
- нанорідини для покращеної ефективності охолодження
- іонні рідини у водних або олійних змащувальних матеріалах
- рідини для протягування
Ультразвукова дисперсія оксиду алюмінію (Al2O3) призводить до значного зменшення розміру частинок та однорідної дисперсії.
Виробництво змащувальних матеріалів з нанодобавками
Для виробництва нанопідсилених мастильних олії критично важливими є відповідний наноматеріал та потужна, ефективна техніка диспергування. Без надійної та стабільної в довгостроковій перспективі нанодисперсії неможливо виготовити високопродуктивне мастило.
Ультразвукове змішування та диспергування є визнаним методом виробництва високопродуктивних мастил. Базова олія мастил армується добавками, такими як наноматеріали, полімери, інгібітори корозії, антиоксиданти та інші дрібні агрегати. Ультразвукові зсувні сили є надзвичайно ефективними для забезпечення дуже тонкого розподілу частинок за розміром. Ультразвукові (сономеханічні) сили здатні подрібнювати навіть первинні частинки та застосовуються для функціоналізації частинок, так що отримані наночастинки пропонують Superior характеристики (наприклад, модифікація поверхні, НЧ з ядром-оболонкою, леговані НЧ).
Ультразвукові високозсувні змішувачі можуть значно допомогти ефективно виробляти високопродуктивні мастила!
Суміш олії з цинковим діалкілдитіофосфатом (ZDDP) та наночастинками PTFE з модифікованою поверхнею (PHGM) після ультразвукового диспергування.
(Дослідження та зображення: Sharma et al., 2017)
Нові нанодобавки в мастильних оліях
Розробляються нові нанорозмірні добавки для подальшого покращення функціональних можливостей та продуктивності мастильних олій і консистентних мастил. Наприклад, нанокристали целюлози (CNC) досліджуються та тестуються для формування зелених мастил. Zakani et al. (2022) продемонстрували, що – порівняно з необробленими ультразвуком мастильними суспензіями – оброблені ультразвуком CNC мастила можуть зменшити КТ (коефіцієнт тертя) та знос майже на 25 та 30% відповідно. Результати цього дослідження свідчать про те, що ультразвукова обробка може суттєво покращити мастильні характеристики водних суспензій CNC.
Високопродуктивні ультразвукові диспергатори для виробництва мастил
Коли нанодобавки використовуються в промислових виробничих процесах, таких як виробництво мастильних олій, критично важливо, щоб сухі порошки (тобто наноматеріали) були гомогенно змішані в рідку фазу (мастильну олію). Дисперсія наночастинок вимагає надійної та ефективної техніки змішування, яка прикладає достатньо енергії для руйнування агломератів, щоб розкрити якості нанорозмірних частинок. Ультразвукові обробники добре відомі як потужні та надійні диспергатори, тому використовуються для дезагломерації та розподілу різних матеріалів, таких як оксид алюмінію, нанотрубки, графен, мінерали та багато інших матеріалів, гомогенно в рідку фазу, таку як мінеральні, синтетичні або рослинні олії. Hielscher Ultrasonics розробляє, виробляє та розповсюджує високопродуктивні ультразвукові диспергатори для будь-яких видів застосувань гомогенізації та дезагломерації.
Зв’яжіться з нами зараз, щоб дізнатися більше про ультразвукове диспергування нанодобавок у мастилах!
Нижче наведена таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових обробників:
| Об’єм партії | Об’ємна витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| 1 to 500mL | 10 to 200mL/min | UP100H |
| 10 to 2000mL | 20 to 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 to 20L | 0,2 to 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 to 100L | 2 to 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 to 150L | 3 to 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 to 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | більше | кластер UIP16000 |
Зв’яжіться з нами! / Запитайте нас!
Hielscher Ultrasonics виробляє високопродуктивні ультразвукові гомогенізатори для застосувань у змішуванні, диспергуванні, емульгуванні та екстракції в лабораторному, пілотному та промисловому масштабах.
PTFE нанолубриканти після 7 днів підготовки (A: базова олія, B: PTFE нанолубрикант з 1 год ультразвукової обробки, C: PTFE нанолубрикант з 30 хв ультразвукової обробки).
(Дослідження та зображення: © Kumar et al., 2013)
Вплив ультразвукової обробки на стабільність дисперсії Al2O3 у мастилах.
(Дослідження та графіка: © Sharif et al., 2017)
Факти, які варто знати
Що таке мастила?
Основне використання мастил або мастильних олії полягає у зменшенні тертя та зносу від механічного контакту, а також тепла. Залежно від їхнього використання та складу, мастила поділяються на моторні олії, трансмісійні рідини, гідравлічні рідини, редукторні олії та промислові мастила.
Тому мастила широко використовуються в автомобілях, а також у промисловому обладнанні. Для забезпечення якісного змащування мастильні олії зазвичай містять 90% базової олії (переважно нафтові фракції, тобто мінеральні олії) та менше 10% добавок. Коли мінеральні олії уникають, рослинні олії або синтетичні рідини, такі як гідрогенізовані поліолефіни, естери, силікони, фторвуглеводні та багато інших, можуть використовуватися як альтернативні базові олії. Основне використання мастил полягає у зменшенні тертя та зносу від механічного контакту, а також у зниженні тепла тертя та втрат енергії. Тому мастила широко використовуються в автомобілях, а також у промисловому обладнанні.
Антиоксидантні речовини, такі як амінові та фенольні первинні антиоксиданти, природні кислоти, розкладники пероксидів та піразини, подовжують термін служби мастил, підвищуючи окиснювальну стійкість. При цьому базова олія захищена від теплової деградації, оскільки термічно-окиснювальний розклад відбувається у зменшеній та уповільненій формі.
Типи мастил
Рідкі мастила: Рідкі мастила зазвичай базуються на одному типі базової олії. До цієї базової олії часто додають інші речовини, щоб покращити функціональність та ефективність. Типові добавки включають, наприклад, воду, мінеральну олію, ланолін, рослинну або природну олію, нанодобавки тощо.
Більшість мастил є рідинами, і їх можна класифікувати за походженням на дві групи:
- Мінеральні олії: Мінеральні олії – це мастильні олії, очищені з нафти.
- Синтетичні олії: Синтетичні олії – це мастильні олії, які виробляються за допомогою сполук, що штучно модифіковані або синтезовані з модифікованої нафти.
Мастильний консистент є твердим або напівтвердим мастилом, який складається з рідкого мастила, загущеного шляхом диспергування в ньому загущувачів. Для виробництва мастильного консистенту використовуються мастильні олії як базові олії, і вони є основним компонентом. Мастильний консистент містить приблизно 70% до 80% мастильної олії.
Проникаючі мастила та сухі мастила є додатковими типами, які застосовуються переважно для нішевих застосувань.
Біомастила стосуються переважно базової рідини або загального екологічного профілю, а не обов’язково кожної окремої добавки біологічного походження. Біомастила зазвичай базуються на рослинних оліях, синтетичних естерах, оліях рослинного походження або інших відновлюваних/біорозкладних базових матеріалах. Однак, як і звичайні мастила, вони часто все ще потребують функціональних добавок для покращення захисту від зносу, окиснювальної стабільності, захисту від корозії, поведінки в’язкості та несучої здатності. Це означає, що біомастила визначаються широко через відновлюване походження, біорозкладність, низьку токсичність та екологічну ефективність, а не через вимогу, щоб кожна добавка була біологічною.
Дізнайтеся більше про ультразвукову обробку для формулювань біомастил!
Нанодобавки, наведені вище як приклади, можна успішно змішувати з мастилами за допомогою ультразвукових диспергаторів.
Література / Посилання
- 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 від лабораторного до промислового розміру.