PL218093B1 - Sposób wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych i zespół do wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych i urządzenie do wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych, mający zastosowanie do wytwarzania nanokompozytowych smarów na bazie dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu z przeznaczeniem szczególnie do smarowania łożysk ślizgowych silników wytężonych.

Grafen został odkryty przez uczonych z Uniwersytetu Manchester pod kierunkiem Andre Geim'a i Kostyi Novoselov'a. Dzięki swojemu wielkiemu potencjałowi dla wytwarzania przyszłych urządzeń elektronicznych, jest dziś jednym z podstawowych tematów w fizyce i materiałoznawstwie. Grafen jest doskonałym przewodnikiem elektryczności, ponieważ, oprócz tego, że jest niezwykle cienki i jest półprzewodnikiem, elektrony przebiegają przez ten materiał z niezwykle dużą prędkością.

Proces wytwarzania grafenopodobnych nanocząstek w dużych ilościach, został przedstawiony w zgłoszeniu patentowym USA nr ser.10/858814 „Proces wytwarzania nanoskalowych płytek grafenu, którego twórcami są B.Z.Jang, L.X. Jang S.C. Wong i Y.J. Bai. Proces obejmuje następujące etapy:

- sporządzenie proszku grafitowego zawierającego drobne cząstki grafitu o co najmniej jednym wymiarze mniejszym niż 200 mu.m (najlepiej mniejszym niż 1 mu.m);

- odwarstwienie krystalitów grafitowych w tych cząstkach w taki sposób, aby co najmniej dwa płatki grafenu zostały całkowicie oddzielone od siebie;

- mechaniczne ścieranie (np. młynkowanie kulkami) rozwarstwionych cząstek w celu doprowadzenia ich wielkości do nanoskali i w rezultacie do utworzenia grafenopodobnych nanocząstek o grubości płytek mniejszej niż 100 nm.

Typ i wielkość proszku początkowego, warunki rozwarstwiania, np. interkalacja typu chemicznego i koncentracja, cykle temperaturowe i warunki ścierania mechanicznego, np. czas i intensywność młynkowania kulkami, można zmieniać konstrukcyjnie w celu stworzenia różnych materiałów grafenopodobnych nanocząstek o szerokim zakresie grubości, szerokości i długości płytek grafenowych. Młynkowanie kulkami jest znane jako skuteczny proces masowej produkcji ultra-drobnych cząstek. Łatwość procesu i szeroki zakres własności, jakie można uzyskać z materiałami grafenopodobnych nanocząstek pozwala przypuszczać, że są one materiałem do wielu ważnych zastosowań technicznych. Oczekuje się, że własności elektroniczne, cieplne i mechaniczne materiałów wykonanych z grafenopodobnych nanocząstek będą porównywalne z własnościami nanorurek węglowych, ale grafenopodobne nanocząstki będą możliwe do wytworzenia przy mniejszym koszcie i w większych ilościach.

Materiał grafenopodobnych nanaocząstek można stosować jako nanoskalowe wzmocnienie materiału osnowy w celu uzyskania nanokompozytu smaru stałego. Oczekiwane korzyści z nanoskalowych wzmocnień w materiale osnowy to:

- nanoskalowe wypełniacze, drobno rozproszone w polimerze lub innej osnowie, bardzo wysoki obszar powierzchni przyczyniają się do efektów zamknięcia łańcucha polimeru, które mogą prowadzić do lepszych właściwości tarciowych;

- wypełniacze nanoskalowe dają niezwykle kręty zygzakowaty tor dyfuzji, co skutkuje wzmocnioną odpornością na przenikanie wilgoci, tlenu, innych gazów i ciekłych środków chemicznych, które pogarszają własności smaru stałego. Taka kręta struktura służy również jako skuteczny mechanizm rozprowadzania energii odkształcenia.

- nanoskalowe wypełniacze na bazie dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu mają doskonałe własności termoizolacyjne, a połączone z materiałem osnowy, mogą potencjalnie wyeliminować konieczność stosowania warstwy ochrony termicznej, na przykład w zastosowaniu do silników rakietowych.

Istota wynalazku, którym jest sposób wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych na bazie dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu polega na tym, że wytwarza się mieszaninę płytek grafenopodobnych dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu o grubości poniżej 100 nm i długości poniżej 1,0 μm z materiałem klejowym w stanie płynnym, następnie mieszaninę nakłada się na taśmy zespołu do całkowitego sklejenia powierzchni płytek z pasami, z kolei, po przejściu taśm przez rolki dociskowe, gdzie następuje sklejenie płytek i rozerwanie ich struktury, usuwa się płytki z powierzchni taśm.

Sposób ten wykonywany jest w zespole, którego istota polega na tym, że stanowi go zestaw rolek prowadzących taśmy oraz napędzanych przez element napędzający zestaw rolek dociskowych, a także zestaw rolek napinających.

PL 218 093 B1

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku, uzyskano następujące efekty techniczno użytkowe:

- otrzymanie płytek materiału nanokompozytowego o grubości poniżej 1 μm.

- przygotowanie mieszanki klejowej z materiałem wejściowym nie jest skomplikowane technologicznie,

- mała energochłonność napędu zespołu,

- możliwość kilkakrotnego przejścia materiału nanokompozytowego przez pasy,

- łatwość zbierania materiału nanokompozytowego z pasów,

- niskie koszty wykonania zespołu.

Przedmiot wynalazku, w przykładowym, lecz nieograniczającym wykonaniu, uwidoczniono na przykładzie wykonania, przy czym dla lepszego zilustrowania wynalazku, w pierwszej kolejności przedstawiono na schemacie ideowym przykład wykonania zespołu do wytwarzania materiału nanokompozytowego, gdzie na fig. 1 pokazano zespół w widoku na powierzchnię główną zaś na fig. 2 w widoku na powierzchnię boczną.

Zespół do wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych na bazie dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu stanowi zestaw rolek prowadzących 1 taśmy 2 oraz napędzanych przez element napędzający 3 zestaw rolek dociskowych 4, a także zestaw rolek napinających 5. W celu wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych na bazie dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu wytwarza się mieszaninę płytek grafenopodobnych dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu o grubości poniżej 100 nm i długości poniżej 1,0 μm z materiałem klejowym w stanie płynnym. Następnie mieszaninę nakłada się na taśmy 2 zespołu w strefie rolek dociskowych 4 górnych. Napędzane przez element napędzający 3 taśmy 2 przechodzą przez rolki dociskowe 4 górne, co powoduje przyklejenie się materiału nanokompozytowego do powierzchni wewnętrznych taśm 2 i utrwalenie tego sklejenia na odcinku 6 pomiędzy rolkami dociskowymi 4 górnymi i dolnymi. Przejście materiału nanokompozytowego przez rolki dociskowe 4 dolne, dzięki siłom adhezji materiału klejowego spowoduje, że cząstki rozerwą się na mniejsze części, co jest celem tego wynalazku. Z kolei zdejmuje się przyklejony materiał z powierzchni taśm 2.

Claims (2)

1. Sposób wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych, znamienny tym, że wytwarza się mieszaninę płytek grafenopodobnych dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu o grubości poniżej 100 nm i długości poniżej 1,0 μm z materiałem klejowym w stanie płynnym, następnie mieszaninę nakłada się na taśmy (2) zespołu do całkowitego sklejenia powierzchni płytek z taśmami (2) , z kolei, po przejściu taśm (2) przez rolki dociskowe (4), gdzie następuje sklejenie płytek i rozerwanie ich struktury, usuwa się płytki z powierzchni taśm (2).

2. Zespół do wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych, znamienny tym, że stanowi go zestaw rolek prowadzących (1) taśmy (2) oraz napędzanych przez element napędzający (3) zestaw rolek dociskowych (4), a także zestaw rolek napinających (5).