PL223454B1 - Sposób wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych i zespół do wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

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 technic znych. Oczekuje się, że własności elektroniczne, cieplne i mechaniczne materiałów wykonanych z grafenopodobnych nanocząstek będą porównywalne z własnościami nano-rurek 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 nanosk alowych wzmocnień w materiale osnowy to:

- nanoskalowe wypełniacze, drobno rozproszone w polimerze lub innej osnowie, stanowiące bardzo wysoki obszar powierzchni przyczyniają się do efektów zamknięcia łańcucha polimeru, 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 wyelim inować konieczność stosowania warstwy ochrony termicznej, na przykład w zastosowaniu do silników rakietowych.

Znany jest, przedstawiony w zgłoszeniu patentowym P 390101 sposób wytwarzania smarów grafenopodobnych, polegający 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 taśmami, z kolei, po przejściu przez taśmę i rozerwaniu się struktury płytek, usuwa się płytki z powierzchni taśm. Sposób ten wykonywany jest w specjalnym zespole, w postaci zestawu rolek prowadzących taśmę oraz napędzanych przez element napędzający zestaw rolek dociskowych, a także zestaw rolek napinających.

PL 223 454 B1

W rozwiązaniu tym, taśmy odkształcają się, tracą właściwości elastyczności, po kilku przejściach nie gwarantują spełnienia wymaganych parametrów. Każdorazowe zdjęcie taśmy z rolek potęguje utratę właściwości.

Istota wynalazku, którym jest sposób wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych polega na tym, że płytki materiałów grafenopodobnych dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu o grubości poniżej 100 nm i długości poniżej 1,0 ąm wsypuje się do strefy między powierzchnią zewnętrzną walca, a powierzchnią wewnętrzną pierścienia, pokrytymi warstwą kleju, po czym, po przejściu przez strefę styku powierzchni rozrywających, oddziela się płytki od warstwy kleju, korzystnie poprzez kąpiel.

Sposób ten wykonywany jest w zespole w postaci dwóch wzajemnie dociśniętych powierzchni pokrytych warstwą kleju, między które wprowadza się cząstki. Istota polega na tym, że jedną z powierzchni jest powierzchnia zewnętrzna napędzanego silnikiem poprzez motoreduktor obrotowego walca, napędzającego pierścień, poprzez styk z jego powierzchnią wewnętrzną przy czym pierścień swą powierzchnią zewnętrzną osadzony jest na dwóch obrotowych rolkach podporowych 3, zamocowanych na ramieniu, osadzonym w korpusie z jednej strony na osi, zaś z drugiej wspartym na spręż ynach poprzez śrubę napinającą.

Korzystnym jest, gdy komplet walca z pierścieniem jest wymienny.

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

- otrzymywanie płytek materiału nanokompozytowego o grubości poniżej 1 ąm,

- wyeliminowanie możliwości odkształceń elementów zespołu,

- mała energochłonność napędu zespołu,

- możliwość kilkakrotnego przejścia materiału nanokompozytowego przez powierzchnie styku,

- łatwość demontażu i montażu zespołu,

- możliwość regulacji nacisków między powierzchniami styku,

- utrzymanie stałego nacisku między powierzchniami styku przez cały czas pracy zespołu,

- możliwość wielokrotnego montażu i demontażu zespołu,

- wysoka trwałość zespołu.

- łatwość zbierania materiału nanokompozytowego z powierzchni styków,

- niskie koszty wykonania zespołu.

Przedmiot wynalazku, w przykładowym, lecz nie ograniczającym wykonaniu, uwidoczniono na rysunku, 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 przekrój w płaszczyźnie pionowej, przechodzącej przez oś wałka na powierzchnię boczną.

Zespół do wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych na bazie dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu ma dwie wzajemnie dociśnięte powierzchnie pokryte warstwą kleju, między które wprowadza się cząstki. Jedną z powierzchni jest powierzchnia zewnętrzna napędzanego silnikiem 1 poprzez motoreduktor 2 obrotowego walca 3. Walec 3 napędza pierścień 4, poprzez styk z jego powierzchnią wewnętrzną. Pierścień 4 swą powierzchnią zewnętrzną osadzony jest na dwóch obrotowych rolkach podporowych 5, zamocowanych na ramieniu 6. Ramię 6 osadzone jest w korpusie 7 z jednej strony na osi 8, zaś z drugiej wsparte jest na sprężynach 9 poprzez śrubę napinającą 10.

W celu wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych, płytki materiałów grafenopodobnych dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu o grubości poniżej 100 nm i długości poniżej 1,0 ąm, przeznaczone do rozrywania, wsypuje się do strefy między powierzchnią zewnętrzną walca 3, a powierzchnią wewnętrzną pierścienia 4, pokrytymi warstwą kleju. Walec 3, napędzany silnikiem i poprzez motoreduktor 2, napędza również pierścień 4. Obrót pierścienia 4 umożliwiają obrotowe rolki podporowe 5. Dzięki sprężynom 9 i śrubie napinającej 10, uzyskuje się wymagane naciski jednostkowe na powierzchniach styku walca 3 i pierścienia 4. Płytki, w strefie styku walca 3 i pierścienia 4, rozrywają się i zostają przyklejone do powierzchni zewnętrznej walca 3 lub do powierzchni wewnętrznej pierścienia 4.

Po przejściu przez strefę styku powierzchni rozrywających, oddziela się płytki od warstwy kleju.

Po zatrzymaniu obrotów, walec 3 wraz z pierścieniem 4 przesuwa się na rolkach podporowych 5, do rozłączenia z wałem motoreduktora 2, aby obie części wraz z proszkiem zabrać do kąpieli, podczas

PL 223 454 B1 której proszek zostaje oddzielony od kleju. Natomiast na urządzeniu montuje się nowy komplet wa lca 3 z pierścieniem 4 i rozpoczyna kolejny cykl.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych, znamienny tym, że płytki materiałów grafenopodobnych dwusiarczku molibdenu lub dwusiarczku wolframu o grubości poniżej 100 nm i długości poniżej 1,0 μm wsypuje się do strefy między powierzchnią zewnętrzną walca (3), a powierzchnią wewnętrzną pierścienia (4), pokrytymi warstwą kleju, po czym, po przejściu przez strefę styku powierzchni rozrywających, oddziela się płytki od warstwy kleju, korzystnie poprzez kąpiel.

2. Zespół do wytwarzania smarów nanokompozytowych grafenopodobnych w postaci dwóch wzajemnie dociśniętych powierzchni pokrytych warstwą kleju, między które wprowadza się cząstki, znamienny tym, że jedną z powierzchni jest powierzchnia zewnętrzna napędzanego silnikiem (1) poprzez motoreduktor obrotowego walca (3), napędzającego pierścień (4), poprzez styk z jego powierzchnią wewnętrzną, przy czym pierścień (4) swą powierzchnią zewnętrzną osadzony jest na dwóch obrotowych rolkach podporowych (5), zamocowanych na ramieniu (6), osadzonym w korpusie (7) z jednej strony na osi (8), zaś z drugiej wspartym na sprężynach (9) poprzez śrubę napinającą (10).

3. Zespół według zastrz. 2, znamienny tym, że komplet walca (3) z pierścieniem (4) jest wymienny.