TEIL DREI:
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Die Chemie eines Fahrrad Schmierstoffs ist von grundlegender Bedeutung für seine Fähigkeit, Reibung oder Verschleiß zu verringern. Unabhängig davon, ob er für Leistung oder Haltbarkeit formuliert ist, bestimmt die Mischung aus Grundölen und Additiven, wie gut ein Schmierstoff seine Aufgabe erfüllt.
Unter der Oberfläche eines Schmierstoffs verbirgt sich eine Welt voller Komplexität. Die Interaktion der chemischen Komponenten findet auf molekularer Ebene statt, in einer für das menschliche Auge unsichtbaren Welt. Die Beziehungen, die sie eingehen, ihre Fähigkeit, zusammenzuwirken ("synergistisch") oder die Wirkung des anderen aufzuheben ("antagonistisch"), gehören zu den zahlreichen Faktoren, die die Wissenschaftler von Muc-Offberücksichtigen.
Saugfähigkeit, Viskosität, Schmierfähigkeit, Löslichkeit und sogar Flüchtigkeit: Diese und zahllose andere Überlegungen fallen in den Zuständigkeitsbereich des Industriechemikers. Temperatur und Druck, Geschwindigkeit und Belastung, Härte und Oberflächenbeschaffenheit gehören zu den zahlreichen Faktoren, die die Leistung von Schmierstoffen beeinflussen können, unabhängig davon, ob sie für Leistung oder Haltbarkeit gemischt werden.
Unsere Forschungsarbeiten mit dem Laboratory of the Government Chemist (LGC) und dem National Physical Laboratory (NPL) haben maßgeblich zur Entwicklung eines neuen Protokolls zur Identifizierung der am häufigsten verwendeten chemischen Komponenten in einem Prozess beigetragen, das mit Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC/MS) und Atmospheric Solids Analysis Probe Mass Spectrometry (ASAP-MS) durchgeführt wurde.
Der Prozess der Entwicklung eines neuen Schmierstoffs ist zeitaufwändig. Einzelne Zusatzstoffe müssen ausgewählt und getestet werden, um zu sehen, wie sie nicht nur für sich, sondern auch innerhalb der Formel funktionieren. Jede einzelne Änderung muss mehrfach getestet werden, die Daten werden dann analysiert, und es wird entschieden, was als Nächstes versucht werden soll. Das Forschungs- und Entwicklungsteam muss den Prüfstand jedes Mal neu formatieren, wenn sich ein Inhaltsstoff ändert. Das ist ein mühsamer Prozess, der aber zu möglichst vollständigen Ergebnissen und letztlich zum bestmöglichen Schmierstoff führt.
Bei der Entwicklung einer Kette Schmieren müssen eine Reihe von Entscheidungen hinsichtlich der endgültigen Formulierung getroffen werden. Es ist wichtig zu verstehen, dass eine Formulierung so wenige oder so viele Einzelkomponenten haben kann, je nach den Anforderungen der Schmieren. Nehmen wir an, Sie möchten eine Kette Schmieren formulieren, die sowohl effizient als auch haltbar ist. Als Erstes müssten Sie festlegen, welche Art von Schmieren es sein soll: wasserbasiert oder ölbasiert. Unabhängig davon, für welche Art von Schmieren man sich entscheidet, gibt es eine breite Palette von Basisflüssigkeiten, die ausgewählt werden können.
Da Effizienz und Langlebigkeit die Leistungsanforderungen von Schmieren sind, sind die wichtigsten Eigenschaften, die Schmieren haben muss, gute Verschleißeigenschaften und geringe Reibung. Um dies zu erreichen, müssten Sie Wählen die Chemikalien (Zusatzstoffe), die für die Verbesserung der Reibungs- und Verschleißeigenschaften verantwortlich sind. Im Wesentlichen müssten Sie Wählen geeignete Reibungsmodifikatoren (für geringe Reibung) und Verschleißschutzadditive (für geringen Verschleiß) finden. In diesem Szenario können Sie eine Art von Reibungsmodifikator oder eine Kombination aus zwei oder mehr verwenden. Das Gleiche gilt für die Verschleißschutzadditive.
Neben der Auswahl der Art der zu verwendenden Zusatzstoffe muss eine weitere Entscheidung hinsichtlich der Konzentration der einzelnen Zusatzstoffe in der Formulierung getroffen werden. Wenn es dem Formulierer mit etwas Glück gelingt, die Kombination der Additive mit ihren optimalen Konzentrationen zu bestimmen, steht er vor der zusätzlichen Herausforderung der Ästhetik des Schmieren. Dazu gehören Dinge wie Farbe und Duft, die in einigen Fällen eine Notwendigkeit sein können, um einen starken Geruch des Additivs oder der Basisölmischung zu überdecken.
Alle Schmierstoffe setzen sich aus einem Grundöl und Additiven zusammen. Manchmal wird mehr als ein Grundöl verwendet. Das Grundöl nimmt immer den größten Teil eines Schmierstoffs ein. Die Palette der Grundöle, aus der unsere Chemiker wählen können, ist groß. Die Auswahl ist immer kritisch und hängt stark von der Erfahrung ab.
Die Beziehung zwischen einem Grundöl und den Additiven wird auch durch den Zweck definiert. Während das Grundöl die Aufgabe hat, die Kette zu schmieren, erfüllen die Additive bestimmte Funktionen. Es gibt keine theoretische Methode zur Berechnung des richtigen Verhältnisses von Grundöl und Additiven. Die Erfahrung des Chemikers ist entscheidend. Für den weniger erfahrenen Chemiker ist das Vorhandensein von Sedimenten - ungelösten Additiven - ein untrügliches Zeichen für ein Ungleichgewicht der Anteile.
Is ist natürlich möglich, das Verhältnis von Grundöl und Additiv umzukehren und einen Schmierstoff ganz aus Additiven zu formulieren. Die wahre Leistung eines Schmierstoffs liegt jedoch sowohl in der Mischung als auch in den einzelnen Komponenten.
Ein Hochleistungsschmierstoff verringert die Reibung. Die Fähigkeit, dies zu erreichen, hängt von der sorgfältigen Auswahl modernster chemischer Komponenten ab. Es gibt viele verschiedene Reibungsmodifikatoren, aber die wichtigsten Kategorien sind organische Reibungsmodifikatoren, polymere Reibungsmodifikatoren, Mikro-Nanopartikel und Organo-Molybdän-Reibungsmodifikatoren. Organische Reibungsmodifikatoren werden in der Regel aus Ölsäure, Oleylamid oder Stearinsäure hergestellt, aber es gibt noch weitere Varianten. Diese Reibungsmodifikatoren (chemische Verbindungen) bestehen aus einem polaren Kopf und einem unpolaren Schwanz. Die polaren Köpfe werden von den reaktiven Reibungsflächen angezogen und verlassen diese. Die unpolaren Schwänze breiten sich von beiden Oberflächen nach außen aus und bilden dort, wo sie aufeinander treffen, eine reibungsarme Scherebene. Diese reibungsarme Scherebene ist für die Reibungsreduzierung verantwortlich.
Polymere Reibungsmodifikatoren können eine Alkylmethacrylatverbindung enthalten. Ihre Funktion und ihr Verhalten dienen in einem Fahrrad Schmierstoff demselben Zweck wie ein organischer Reibungsmodifikator: polare Köpfe heften sich an die Oberfläche des Schmierstoffs und bilden eine reibungsarme Scherfläche.
Nanopartikel, oder "Mikropartikel", sind komplexer. Ihr Verhalten variiert je nach Typ. Einige bilden reibungsarme Scherflächen wie die zuvor beschriebenen, während andere, wie PTFE, von sich aus reibungsmindernde Eigenschaften haben, die sich aus ihrer Fähigkeit ergeben, innerhalb von Kontakten zu "rollen". Allen Nanopartikeln ist die Eigenschaft gemeinsam, dass sie unlöslich sind, d. h. sie verdichten sich, anstatt sich im Schmierstoff aufzulösen, oder sie sedimentieren je nach Dichte und steigen an der Oberfläche des Schmierstoffs auf.
Diagramm für Polymer-Reibungsmodifikatoren
Ein Schmierstoff, der die Haltbarkeit erhöhen soll, tut dies durch Verringerung des Verschleißes. Tribofilme sind nur eine Methode, die durch das Vorhandensein von Verschleißschutzadditiven gebildet werden. Eine weitere Methode besteht in der Entwicklung von Formeln mit Additiven mit hohem Molekulargewicht. Diese "langkettigen" Komponenten bilden faserähnliche Strukturen, die eine "zweite Oberfläche" schaffen, die die Kontaktflächen der Antriebsstrangnur um wenige Mikrometer voneinander trennt. Weniger Kontakt bedeutet natürlich auch weniger Verschleiß.
Dass wir nun in der Lage sind, die chemischen Bestandteile führender Schmierstoffe zu bestimmen, ist eine der wichtigsten Errungenschaften unseres Forschungsprojekts mit LGC und NPL - das ist Innovation vom Feinsten. Die für die Umkehrung einer chemischen Formel verwendeten Verfahren waren die Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC/MS) und die atmosphärische Feststoffanalysesonden-Massenspektrometrie (ASAP-MS).
Wie der Name schon sagt, wird bei der Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC/MS) das Verhalten des Schmierstoffs gemessen, wenn dieser auf seinen Siedepunkt erhitzt wird. Er wird zunächst mit einem Lösungsmittel gemischt und in die Chromatographiesäule eines hochentwickelten Analysegeräts eingespritzt, das auch Gas, Sauerstoff oder einen "Enactor" wie Argon oder Helium enthält. Durch das Einführen der Probe in die Säule wird das Gas herausgedrückt.
Die Atmospheric Solids Analysis Probe Mass Spectrometry (ASAP-MS) ähnelt der oben beschriebenen Gaschromatographie-Analyse, wird jedoch bei höheren Temperaturen durchgeführt und kommt zum Einsatz, wenn bestimmte chemische Komponenten mit der Gaschromatographie nicht ermittelt werden konnten. Beide Verfahren liefern Spektren für die Analyse.
Wir haben jedoch nicht die Notwendigkeit, die Produkte unserer Konkurrenten nachzubauen. Nachdem wir die am häufigsten verwendeten chemischen Komponenten ermittelt haben, können wir unsere Testliteratur ergänzen und die Entwicklung unserer eigenen Formeln beschleunigen.
Der Umfang der Kategorie Schmiermittel ist enorm. Nur wenige andere helfen dem Fahrer bei der Bewältigung einer so großen Bandbreite von Herausforderungen. Die meisten Produkte von Fahrrad lösen nur ein Problem. Kettenschmiermittel können je nach Rezeptur die Leistung, die Haltbarkeit und den Schutz verbessern.
Manche Herausforderungen können jedoch nicht durch einen Schmierstoff bewältigt werden. Schlechte Wartungsroutinen, mechanische Ineffizienzen und klimatische Bedingungen, für die der Schmierstoff nicht optimiert ist, können selbst die fortschrittlichste Formel zunichte machen. Wählen Sie Ihren Schmierstoff sorgfältig aus und verwenden Sie ihn im Rahmen einer regelmäßigen und umfassenden Wartungsroutine, um die beste Leistung zu erzielen.
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