Вискозиметрические исследования в процессе синтеза магнитных смазочных наномасел
А.Н. Болотов, О.О. Новикова, В.В. Мешков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.531
Оригинальная статья
Аннотация: В области трибологии перспективны магнитные смазочные масла, в которых для повышения их коллоидной устойчивости используют полимеры, однако их применение ограничено низкой
намагниченностью коллоида. Повысить намагниченность наномасел возможно путем синтеза полимерных оболочек непосредственно на поверхности магнитных частиц в процессе получения наномасел. Описаны особенности технологии синтеза магнитных смазочных наномасел с полимерными сольватными оболочками на частицах, которые защищают их от коагуляции. Полимеризация молекул гидроксикислоты протекает по механизму поликонденсации на твердой поверхности магнетита. Вязкость магнитного коллоида возрастает из-за увеличения толщины сольватной оболочки. Исходя из этого предложено дифференциальное уравнение, которое показывает зависимость скорости роста вязкости коллоида от скорости реакции поликонденсации. Экспериментальная проверка уравнения показала, что оно выполняется с точностью до 8%. Полученное уравнение позволяет определить важную термодинамическую характеристику –
энергии активации процесса синтеза полимерных оболочек на поверхности дисперсных частиц. Для расчетов нужно знать скорость изменения вязкости коллоида с дисперсионной средой без мономера (гидрокислоты). Поэтому, в процессе синтеза полимера отбираются пробы промежуточного магнитного коллоида небольшого объема, которые используются для определения вязкости коллоида и дисперсионной среды, содержащей мономер. Затем находится вязкость коллоида с чистой дисперсионной средой, необходимая для расчетов энергии активации реакции поликонденсации. По оценочным расчетам, ошибка определения энергии активации не превышает 11%. На практике, с помощью установленного значения энергии активации полимеризации, можно
выполнять целенаправленный выбор оптимального температурно-временного режима стабилизации магнитного коллоида с целью получения магнитного наномасла с требуемыми характеристиками вязкости и агрегативной устойчивости. Экспериментальные исследования проводились на специально разработанных приборах для оценки коллоидной стабильности и динамической вязкости магнитных коллоидов.
Ключевые слова: коллоидные системы, магнитные смазочные наномасла, вязкость, коллоидная устойчивость, энергия активации полимеризации
- Болотов Александр Николаевич – д.т.н., профессор, заведующий кафедрой прикладной физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»
- Новикова Ольга Олеговна – к.т.н., доцент, доцент кафедры прикладной физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»
- Мешков Владимир Валентинович – д.т.н., профессор, профессор кафедры технологии и автоматизации машиностроения, ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»
Ссылка на статью:
Болотов, А.Н. Вискозиметрические исследования в процессе синтеза магнитных смазочных наномасел / А.Н. Болотов, О.О. Новикова, В.В. Мешков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 531-544. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.531.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Polunin, V.M. Mechanics of liquid nano- and microdispersed magnetic media / V.M. Polunin, A.M. Storozhenko, P.A. Ryapolov. – Boca Raton, London, New York: CRC Press, 2020. – 210 p.
2. Pei, L. Recent progress on the simulation technology of magnetic fluid / L. Pei, Х. Gong, S. Xuan / Chinese Science Bulletin. – 2019. – V. 64. – I. 15. – P. 1567-1582. DOI: 10.1360/N972018-01068.
3. Болотов, А.Н. Магнитные силоксановые наножидкости адаптированные для условий граничного трения / А.Н. Болотов, О.О. Новикова, В.В. Новиков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 546-556. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.546.
4. Qiu, H.Z. Friction properties of carbonyl iron-based magnetorheological fluid / H.Z. Qiu, H. Yan, P. Zhang, Q. Liu, L. Tang // Mocaxue Xuebao/Tribology. – 2009. – V. 29. – I. 1. – P. 61-67.
5. Байбуртский, Ф.С. Магнитные жидкости: способы получения и области применения. – Режим доступа: www.url: http://magneticliquid.narod.ru/autority/008.htm. – 18.06.2019.
6. Polunin, V.M. Structural-acoustic analysis of a nanodispersed magnetic fluid / V.M. Polunin, P.A. Ryapolov, A.M. Storozhenko, I.A. Shabanova // Russian Physics Journal. – 2011. – V. 54. – I. 1. – P. 9-15. DOI: 10.1007/s11182-011-9572-9.
7. Reino, L. A. T. Investigation of colloidal stability and insulation characteristics of magnetic oils / L.A.T. Reino, T.M. Lima, A.S. Costa et al. // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2012. – V. 12. – I. 12. – P. 9319-9324. DOI: 10.1166/jnn.2012.6764.
8. Болотов, А.Н. Мобильный магнитометр для экспресс-теста намагниченности насыщения магнитных наножидкостей / А.Н. Болотов, О.О. Новикова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 557-570. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.557.
9. Li, W. Rheological properties of silicon oil-based magnetic fluid with magnetic nanoparticles (MNPs)-multiwalled carbon nanotube (MWNT) / W. Li, Z. Zhang, D. Li. // Smart Materials and Structures. – 2019. – V. 28. – № 6. – Art. № 065023. DOI: 10.1088/1361-665X/ab19d4.
10. Uhlmann, E. Application of magnetic fluids in tribotechnical systems / E. Uhlmann, G. Spur, N. Bayat, R. Patzwald // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2002. – V. 252. – Р. 336-340. DOI: 10.1016/S0304-8853(02)00724-2.
11. Chen, S.F. Research on anti-wear property of synthetic oil-based polymeric α-olefin nano Fe3O4 ferrofluids / S.F. Chen, M.H. Zheng, Z.L. Wang, Y.B. Wang // Binggong Xuebao/Acta Armamentarii. – 2009. – V. 30. – I. 4. – P. 457-460.
12. Пат. 2016055, Российская Федерация, МПК C10M169/04. Магнитное масло и способ его получения / Болотов А.Н., Сазонтов К.К., Хренов В.Л.; заявитель и патентообладатель Тверской государственный технический университет. – № 5005847/04; заявл. 01.07.1991; опубл. 15.07.1994, Бюл. № 13. – 6 с.
13. Новопашин, С.А. Методы синтеза магнитных жидкостей (обзор) / С.А. Новопашин, М.А. Серебрякова, С.Я. Хмель // Теплофизика и аэромеханика. – 2015. – Т. 22. – №. 4. – С. 411-427.
14. Неппер, Д. Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами / Д. Неппер. – М.: Мир, 1986. – 487 с.
15. Малкин, А.Я. Реология в процессах образования и превращения полимеров / А.Я. Малкин, С.Г. Куличихин. – М.: Химия, 1985. – 240 с.
16. Савада, Х. Термодинамика полимеризации / Х. Савада. – М.: Химия, 1979. – 312 с.
17. Шур, А.М. Высокомолекулярные соединения / А.М. Шур. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1981. – 656 с.
18. Болотов, А.Н. Исследование структурной стабильности магнитных масел для узлов трения // А.Н. Болотов, В.В. Новиков, О.О. Новикова, И.В. Горлов // Известия МГТУ «МАМИ». – 2014. – Т. 4. – № 2 (20). – С. 15-17.
19. Брык, М.Т. Полимеризация на твердой поверхности неорганических веществ: монография / М.Т. Брык. – Киев: Наукова думка, 1981. – 288 с.
20. Ахматов, А.С. Молекулярная физика граничного трения / А.С. Ахматов. – М.: Физматгиз, 1963. – 472 с.
21. Болотов, А.Н. Вискозиметрия нанодисперсных магнитных жидкостей и смазочных масел. 1. Приборное обеспечение реологических исследований магнитных нанодисперсных жидких сред / А.Н. Болотов, О.О. Новикова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 44-55. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.044.