CZĘŚĆ TRZECIA:
CZĘŚĆ TRZECIA:
Skład chemiczny smaru rowerowego ma fundamentalne znaczenie dla jego zdolności do zmniejszania tarcia lub zużycia. Niezależnie od tego, czy został opracowany z myślą o wydajności czy trwałości, mieszanka olejów bazowych i dodatków określa, jak dobrze smar będzie spełniał swoje zadanie.
Świat złożoności kryje się pod powierzchnią smaru. Interakcje składników chemicznych zachodzą na poziomie molekularnym w świecie niewidocznym dla ludzkiego oka. Ich wzajemne relacje, zdolność do współdziałania ("synergia") lub niwelowania wzajemnego wpływu ("antagonizm") to jedne z wielu czynników branych pod uwagę przez naukowców z Muc-Off.
Chłonność, lepkość, smarowność, rozpuszczalność, a nawet lotność: te i niezliczone inne czynniki są domeną chemików przemysłowych. Temperatura i ciśnienie, prędkość i obciążenie, twardość i wykończenie powierzchni należą do wielu czynników, które mogą wpływać na wydajność smaru, niezależnie od tego, czy jest on mieszany pod kątem wydajności czy trwałości.
Nasze badania prowadzone we współpracy z Laboratorium Chemii Rządowej (LGC) i Narodowym Laboratorium Fizycznym (NPL) odegrały kluczową rolę w opracowaniu nowego protokołu identyfikacji najczęściej stosowanych składników chemicznych w procesie przy użyciu spektrometrii masowej z chromatografią gazową (GC/MS) i spektrometrii masowej z sondą analizy atmosferycznej ciał stałych (ASAP-MS).
Proces tworzenia nowego środka smarnego jest czasochłonny. Poszczególne dodatki muszą zostać wybrane i przetestowane, aby sprawdzić nie tylko, jak działają same w sobie, ale także w ramach formuły. Każda pojedyncza poprawka musi zostać przetestowana wiele razy, dane są następnie analizowane i podejmowana jest decyzja, co należy wypróbować w następnej kolejności. Zespół badawczo-rozwojowy musi ponownie sformatować hamownię za każdym razem, gdy zmienia się składnik. To żmudny proces, ale dający najbardziej kompletne wyniki i ostatecznie najlepszy możliwy środek smarny.
Podczas opracowywania smaru do łańcucha należy podjąć szereg decyzji dotyczących ostatecznego składu. Ważne jest, aby zrozumieć, że formuła może składać się z dowolnej liczby składników, w zależności od wymagań smaru. Dla przykładu, powiedzmy, że chcesz opracować smar do łańcucha, który będzie zarówno wydajny, jak i trwały. W pierwszej kolejności musisz określić, jakiego rodzaju ma to być smar: na bazie wody czy oleju. Niezależnie od wybranego rodzaju smaru, do wyboru będzie szeroka gama płynów bazowych.
Biorąc pod uwagę, że wydajność i trwałość to wymagania dotyczące wydajności smaru, kluczowymi właściwościami, które musi on posiadać, są dobre właściwości zużycia i niskie tarcie. Aby to osiągnąć, musisz wybrać substancje chemiczne (dodatki), które będą odpowiedzialne za poprawę właściwości tarcia i zużycia. Zasadniczo musisz wybrać odpowiednie modyfikatory tarcia (dla niskiego tarcia) i dodatki przeciwzużyciowe (dla niskiego zużycia). W tym scenariuszu możesz użyć jednego rodzaju modyfikatora tarcia lub kombinacji dwóch lub więcej. To samo można powiedzieć o dodatkach przeciwzużyciowych.
Oprócz wyboru rodzaju stosowanych dodatków, należy podjąć kolejną decyzję dotyczącą stężenia poszczególnych dodatków w formulacji. Jeśli przy odrobinie szczęścia formulatorowi uda się określić kombinację dodatków z ich optymalnymi stężeniami, przed formulatorem stoi dodatkowe wyzwanie związane z estetyką smaru. Obejmuje to takie kwestie, jak kolor i zapach, które w niektórych przypadkach mogą być koniecznością; w celu zamaskowania silnego zapachu dodatku lub mieszanki oleju bazowego.
Wszystkie smary składają się z oleju bazowego i dodatków. Czasami stosuje się więcej niż jeden olej bazowy. Olej bazowy zawsze stanowi większą część środka smarnego. Pula olejów bazowych, które nasi chemicy mogą wybrać, jest szeroka. Wybór jest zawsze krytyczny i w dużym stopniu zależy od doświadczenia.
Związek oleju bazowego z dodatkami jest również określony przez cel. Podczas gdy olej bazowy przenosi ciężar smarowania łańcucha, dodatki pełnią określone funkcje. Nie ma teoretycznej metody obliczania prawidłowej proporcji oleju bazowego i dodatku. Doświadczenie chemika ma kluczowe znaczenie. Dla mniej doświadczonych, obecność osadu - nierozpuszczonego dodatku - jest niewątpliwą oznaką zachwiania proporcji.
IOczywiście możliwe jest odwrócenie proporcji oleju bazowego i dodatków i stworzenie środka smarnego w całości z dodatków. Prawdziwość działania środka smarnego leży jednak zarówno w jego mieszance, jak i w jego składnikach.
Wydajny środek smarny zmniejsza tarcie. Jego zdolność do tego zależy od starannego doboru najnowocześniejszych składników chemicznych. Modyfikatory tarcia są liczne i zróżnicowane, ale główne kategorie obejmują organiczne modyfikatory tarcia, polimerowe modyfikatory tarcia, mikro-nanocząsteczki i organiczno-molibdenowe modyfikatory tarcia. Organiczne modyfikatory tarcia są zwykle tworzone z kwasu oleinowego, amidu oleilowego lub kwasu stearynowego, ale istnieje więcej odmian. Te modyfikatory tarcia (związki chemiczne) składają się z polarnej główki i niepolarnego ogona. Polarne główki są przyciągane do reaktywnych powierzchni trących. Niepolarne ogony rozprzestrzeniają się na zewnątrz od obu powierzchni, tworząc płaszczyznę ścinania o niskim współczynniku tarcia, gdzie stykają się ze sobą. Ta płaszczyzna ścinania o niskim współczynniku tarcia jest odpowiedzialna za redukcję tarcia.
Polimerowe modyfikatory tarcia mogą zawierać związek metakrylanu alkilu. Ich funkcja i zachowanie służą temu samemu celowi w smarze rowerowym, co organiczny modyfikator tarcia: polarne głowy przyczepiają się do powierzchni smaru, tworząc płaszczyznę ścinania o niskim współczynniku tarcia.
Nanocząsteczki lub "mikrocząsteczki" są bardziej złożone. Ich zachowanie różni się w zależności od typu. Niektóre tworzą płaszczyzny ścinania o niskim współczynniku tarcia, takie jak te opisane wcześniej, podczas gdy inne, takie jak PTFE, mają wewnętrzne właściwości zmniejszające tarcie wynikające z ich zdolności do "toczenia się" w stykach. Wszystkie nanocząstki mają tę samą nierozpuszczalną właściwość, która oznacza, że zamiast rozpuszczać się w smarze, zagęszczają się lub osadzają w zależności od gęstości i unoszą się na powierzchni smaru.
Schemat polimerowego modyfikatora tarcia
Środek smarny opracowany w celu zwiększenia trwałości zmniejsza zużycie. Tribofilmy to tylko jedna z metod, a powstają one dzięki obecności dodatków przeciwzużyciowych. Kolejna metoda polega na tworzeniu formuł z dodatkami o wysokiej masie cząsteczkowej. Te "długołańcuchowe" składniki tworzą struktury przypominające włókna, które tworzą "drugą powierzchnię", oddzielając obszary styku układu napędowego o zaledwie kilka mikronów. Mniejszy kontakt oznacza oczywiście mniejsze zużycie.
Nasza zdolność do określania składników chemicznych wiodących środków smarnych jest jednym z najważniejszych osiągnięć naszego projektu badawczego z LGC i NPL - to innowacja w najlepszym wydaniu. Procesami wykorzystywanymi do inżynierii odwrotnej wzoru chemicznego były spektrometria masowa z chromatografią gazową (GC/MS) i spektrometria masowa z analizą atmosferycznych ciał stałych (ASAP-MS).
Jak sugeruje nazwa, spektrometria masowa z chromatografią gazową (GC/MS) polega na pomiarze zachowania smaru po podgrzaniu do temperatury wrzenia. Jest on najpierw mieszany z rozpuszczalnikiem i wstrzykiwany do kolumny chromatograficznej wysoce zaawansowanej maszyny analitycznej, która zawiera również gaz, tlen lub "czynnik wykonawczy", taki jak argon lub hel. Wprowadzenie próbki do kolumny powoduje wypchnięcie gazu.
Atmospheric Solids Analysis Probe Mass Spectrometry (ASAP-MS) jest podobna do analizy chromatografii gazowej opisanej powyżej, ale przeprowadzana w wyższych temperaturach i stosowana, gdy analiza za pomocą chromatografii gazowej nie zidentyfikowała pewnych składników chemicznych. Obie metody dostarczają widma do analizy.
Nie mamy jednak ciągłej potrzeby inżynierii wstecznej produktów konkurencji. Po ustaleniu najczęściej używanych składników chemicznych, możemy uzupełnić naszą literaturę testową i przyspieszyć rozwój naszych własnych formuł.
Zakres kategorii smarów jest ogromny. Niewiele innych produktów pomaga rowerzyście pokonać tak szeroki zakres wyzwań. Większość produktów rowerowych rozwiązuje tylko jeden problem. Smar do łańcucha może wspomagać osiągi, trwałość i ochronę, w zależności od formuły.
Niektórych wyzwań nie da się jednak pokonać za pomocą środka smarnego. Złe procedury konserwacyjne, niewydolność mechaniczna i warunki klimatyczne, do których środek smarny nie jest zoptymalizowany, pokonają nawet najbardziej zaawansowaną formułę. Starannie wybierz środek smarny i używaj go w ramach regularnej i kompleksowej konserwacji, aby uzyskać najlepszą wydajność.
Czy chcesz robić zakupy na naszej stronie w Wielkiej Brytanii?
Czy chcesz robić zakupy na stronie UE?
Czy chcesz robić zakupy na stronie amerykańskiej?