К вопросу определения дисперсности природного фуллерена С60

Смазочные материалы используемые в технике недостаточно эффективны в плане увеличения ресурса деталей и поэтому на завершающей стадии производства в товарные масла необходимо вводить присадки для улучшения служебных свойств масел. Предлагается в качестве присадки использовать природный фуллерен С60 извлекаемый из шунгита и использование седиментационного метода определения размера частиц осадка. 

Введение

Возрастающие требования, предъявляемые к служебным свойствам современных масел невозможно обеспечить только подбором сырья и разработкой современной технологии процессов очистки. На завершающей стадии производства в товарные масла необходимо вводить присадки для улучшения служебных свойств масел. Мировое производство присадок в настоящее время превышает 1,5 млн. т. в год и продолжает непрерывно расти.

Материалы и исследования

В последние годы очень часто в качестве присадок стали применять графит и даже порошки   алмаза.Применение   графита   обьясняется   его   смазывающим   свойством , а   вот использование порошков алмаза обьясняется лучшей прирабатываемостью поверхностей трения.Одной из разновидностей графита и алмаза является шунгит, основой которого в свою очередь, является природный фуллерен С60

Фуллерены — это особое молекулярное состояние углерода. Молекулы фуллеренов представляют собой полые сферические образования, поверхность которых напоминает футбольный мяч и образована правильными пяти и шестигранниками, которые состоят из атомов углерода. Эта недавно открытая форма углерода занимает место между уже хорошо  известными — графитом и алмазом. Благодаря своим свойствам, фуллерены притягивают к себе молекулы смазки, что позволяет создать идеальную смазочную пленку (подобно кольчуге) и «подпитать» смазку чистым углеродом, образующимся из молекул фуллеренов. Это идеально защищает смазку и существенно продлевает срок её эффективной работы. Смазочная .пленка, «натянутая» на фуллереновой основе становится во много раз прочнее. При определении дисперсности природного фуллерена С60

Были использованы следующие реактивы и оборудование:

1- шунгит;

2- природный фуллерен С60;

3 - трансмиссионное масло Dexron II

4 - торсионные весы с чашечкой;

5 - стакан химический объемом 1, 0,5, 0,2, 0,1, 0,05 дм3;

6- мешалка с нагревательным элементом;

7 - секундомер;

8 - весы аналитические;

9 - термометр;

10 - воронка;

11- муфельная печь.

Дисперсность системы, величина обратная размеру частиц, одна из важнейших физико- химических величин, оказывающая влияние на несколько параметров в системе: коллоидную стабильность, адсорбцию твердых частиц.

Коллоидная стабильность – величина, показывающая свойство не выделять жидкое масло (основы) в течение длительного времени. Расслоение смазочного материала  способствует когезии частиц твердой фазы, при этом значительно снижаются первоначальные свойства и смазка становится не пригодной к использованию. Коллоидная стабильность характерна только для смазочных материалов с нерастворимыми в масле антифрикционными добавками.

Скорость адсорбции прямо пропорциональна удельной площади частиц, следовательно, чем выше дисперсность частиц, тем образование прочной модифицирующей пленки происходит быстрее, а значит процессы износа и изнашивания будут происходить медленнее.

Для определения дисперсности и скорости оседания частиц мы использовали метод седиментационного анализа. Метод позволяет определить распределение частиц по размерам и соответственно подсчитать их удельную поверхность. Седиментационный метод анализа дисперсности в гравитационном поле применим для анализа микрогетерогенных частиц в интервале от 1 до 100 мкм, которому соответствуют суспензии, эмульсии, порошки.

В исследованиях в качестве основного масла использовали трансмиссионное масло Dexron II. ( Рис.1) используемый в КПП автоматах.

Выбор этого масла заключался в возможности визуального отслеживания смешивания масла с добавками из-за прозрачности и яркого цвета масла. Отечественные масла сами по себе имеют мутноватый цвет.

Шунгит измельчали до размера частиц не более 10 мкм. Контроль производился на электронном сканирующем микроскопе JSM-6510LA. Взвесив шунгит на электронных весах (Рис.2), наливаем масло в емкости взвешиваем и нагреваем до температуры 80о С в муфельной печи (Рисунок 4), засыпаем шунгит (Рис.5)

Состав тщательно размешивается и выдерживается 72 часа, после этого процеживается через 8 слоев марли, взвешивается осадок и определяются веса процеженного масла и осадка. Разница в весах масла с шунгитом и чистым маслом и будет растворенный в масле природный фуллерен С60 о присутствии которого свидетельствует устойчиво темный цвет процеженного масла (Рис.6). Процеженное масло, это коллоидный раствор природного фуллерена С60 в масле и при дальнейшем выдерживании оно будет давать осадок. Для определения дисперсности частиц и скорости осаждения воспользуемся седиментационным методом. [1].  

Принцип седиментационного метода анализа дисперсности состоит в измерении скорости оседания частиц, обычно в жидкой среде. Для этого с помощью средств измерения сначала измеряют зависимость массы осевшего осадка от времени, строят график этой зависимости, называемой кривой седиментации, по которому затем определяют все необ- ходимые характеристики дисперсной системы [2].

При анализе результатов измерений: построенных кривых распределения, определяют время осаждения частиц отдельных фракций полидисперсных систем, по уравнениям рассчитывают скорости их осаждения и соответствующие им размеры частиц.

Размер частицы дисперсной фазы обычно характеризуют радиусом частицы, реже объемом или площадью ее поверхности. Радиус однозначно определяется для частиц сферической формы.

Заключение

Приводится способ отделения природного фуллерена С60 из шунгита и использование седиментационного метода определения размера частиц осадка.

 

Литература 

  1. Яр-Мухамедова Г.Ш. «Физико-технологические основы формирования структуры в металлических композиционных тонкопленочных системах».,Алматы-2001г. 180 стр.
  2. В.В. Сафонов, Э.К. Добринский, В.А. Александров, С.В. Сафонова, А.А. Кольцов.«Применение наноразмерных материалов при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания».,; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова». – Саратов, – 100 с.
Год: 2014
Город: Алматы