Het draagvermogen van een druppel in verhouding tot zijn massa is een cruciale parameter voor het karakteriseren van het laadvermogen van de druppel. Een hogere CMR (Critical Mass Ratio) wijst op een grotere lading per massa-eenheid van de druppel. Hoe hoger de CMR van de vloeistof, hoe sterker het laadvermogen van de druppel, hoe gemakkelijker de kritieke CMR bereikt wordt bij dezelfde spanning, en hoe sneller de druppel uiteenvalt, wat de atomisatie-efficiëntie verbetert. De CMR varieert continu tijdens het atomisatie- en transportproces; echter, er bestaat geen wiskundig model dat deze verandering volledig beschrijft. De variatie in de deeltjesgrootte werd waargenomen in experimenten uitgevoerd door Lv et al., waar de CMR een betere verklaring biedt voor de uniformiteit van de deeltjesverdeling bij elektrostatische atomisatie van druppels. Het fenomeen waarbij de druppel uit elkaar valt wanneer zijn oppervlakte-lading de kritieke waarde bereikt, wordt dan aangeduid als de kritieke CMR.

Wang et al. stelden een wiskundig model voor de kritieke CMR van een druppel voor, waarbij de Weber-getal werd opgenomen. Dit model maakt het mogelijk de kritieke CMR te berekenen aan de hand van de volgende formule:

β=6ηε(γ0−αt)−ρgrν2Wecρlr3β = \frac{6η ε (\gamma_0 − αt) − ρg r ν^2}{W_{ec} ρ l r^3}

In deze formule geeft η de Rayleigh-beperkingsfactor aan, ε is de diëlektrische constante van de lucht, γ₀ de initiële oppervlaktespanning, ρg de dichtheid van het gasmedium, ρl de vloeistofdichtheid, r de straal van de druppel, Wec het kritieke Weber-getal, v de jetsnelheid, t de temperatuur, en α de temperatuurcoëfficiënt. Een alternatief model voor de kritieke CMR kan worden geformuleerd op basis van de eerder genoemde kritieke laadwaarden. De CMR wordt voornamelijk beïnvloed door de deeltjesgrootte, waarvan het effect omgekeerd evenredig is. Dit betekent dat hoe groter de fragmentatie van de druppel na het opladen, hoe moeilijker het wordt voor de druppels om verder uiteen te vallen, wat leidt tot een geconcentreerde deeltjesgrootteverdeling. Dit helpt verklaren waarom de deeltjesgrootte niet continu afneemt, ondanks de oplading.

De invloed van de spanning op de oppervlakte-spanning van de vloeistof werd ook onderzocht. Experimentele resultaten tonen aan dat de oppervlakte-spanning van op water gebaseerde nanovloeistoffen significant hoger is dan die van op plantaardige olie gebaseerde snijvloeistoffen, vooral bij lagere spanningen. Bij een spanning van -10 kV werd de oppervlakte-spanning van de water-gebaseerde vloeistof lager dan die van de plantaardige olie-gebaseerde vloeistof, wat wijst op de betere opladingseigenschappen van de water-gebaseerde vloeistof. Dit fenomeen werd verder geanalyseerd door Cheng et al., die de natmakingshoeken van verschillende snijvloeistoffen onder geladen omstandigheden bestudeerden. Ze vonden dat de natmakingshoek afnam met een hogere spanning, vooral bij nanovloeistoffen, die de kleinste natmakingshoek vertoonden.

In elektrostatische atomisatie van biolubricanten en GR nano-biolubricanten varieerden de deeltjesgroottes, waarbij nanodeeltjes-gebaseerde snijvloeistoffen kleinere deeltjesgroottes vertoonden dan op olie gebaseerde vloeistoffen. Het meten van de CMR bevestigde dat de nano-biolubricanten een hoger laadvermogen hadden, wat toeneemt met de volumefractie van nanodeeltjes. Deze bevindingen benadrukken het belang van het begrijpen van de veranderingen in de elektrische ladingseigenschappen van verschillende snijvloeistoffen. Experimentele resultaten tonen aan dat de CMR toeneemt met een hoger voltage, wat een belangrijke aanwijzing geeft over de opladingseigenschappen bij variabele spanning.

In andere experimenten werd de belangrijkste mechanismen van druppelopladen via corona-ionenbotsingen onderzocht. Dit werd wiskundig gemodelleerd als:

Q/m=6σεr3ρQ/m = \frac{6 σ ε}{r^3 ρ}

waarbij de capaciteit van de vloeistof om op te laden voornamelijk afhankelijk is van zijn intrinsieke fysische eigenschappen, met name de elektrische geleidbaarheid en de diëlektrische constante. Water-gebaseerde snijvloeistoffen en nanopartikel-verrijkte vloeistoffen vertonen een hogere geleidbaarheid dan biolubricanten, wat waarschijnlijk de bovengenoemde resultaten verklaart. Verder werd door Huang et al. de variatie van de CMR van een biolubricant onderzocht onder verschillende spanning-, debiet- en luchtdrukomstandigheden. De CMR bleek toe te nemen met het verhogen van de spanning, wat in lijn is met de bevindingen van Wang et al. die concludeerden dat een hogere geleidbaarheid leidt tot een grotere opladingscapaciteit.

De CMR verandert echter niet altijd lineair met een bepaalde variabele, en zodra de kritieke CMR is bereikt, valt de druppel uiteen en verandert de CMR post-breakage. Dit suggereert dat, hoewel een grotere CMR gunstig kan zijn voor atomisatie-efficiëntie, er een punt van verzadiging is, waarna de deeltjesgroottes niet verder afnemen.

Bij elektrostatische atomisatie van biolubricanten en nano-biolubricanten wordt de filmvorming en de koelingsefficiëntie verbeterd, vooral wanneer de druppelgrootte kleiner is. Kleinere druppels, geproduceerd door elektrostatische atomisatie, hebben een grotere kans om in de snijzone te komen, waar ze een dichtere en stabielere smeerfilm vormen. Het effect van de elektrische lading op de druppels verbetert hun spreidingsvermogen in de snijzone, wat een direct voordeel oplevert voor zowel smering als koeling. De hoge viscositeit en oppervlaktespanning van biolubricanten belemmeren hun vermogen om zich goed te verspreiden in de snijzone, wat hun prestaties als koelingsmiddel kan beperken. Door de toepassing van elektrostatische atomisatie kan deze beperking echter worden overwonnen.

Hoe het combineren van minimum hoeveelheid smering en grafeen-versterkte plantaardige snijolie de prestaties van slijpen verbetert

De vraag naar duurzame productiemethoden binnen de werktuigbouwkunde neemt steeds meer toe, waarbij een combinatie van innovatieve smeermethoden en geavanceerde materialen cruciaal blijkt te zijn voor het verbeteren van de productiviteit en het verminderen van de milieu-impact. Minimum Quantity Lubrication (MQL) is een veelbelovende techniek die het gebruik van snijolie drastisch vermindert, wat zowel kostenbesparingen als een kleinere ecologische voetafdruk oplevert. Wanneer MQL wordt gecombineerd met grafeen-versterkte plantaardige oliën, kunnen de prestaties van de slijpbewerking aanzienlijk verbeteren, zowel op het gebied van wrijvingsvermindering als op de duurzaamheid van de gereedschappen.

MQL is een technologie die specifiek gericht is op het minimaliseren van het gebruik van koelmiddelen door slechts een kleine hoeveelheid olie of vloeistof aan te brengen op het gereedschap of het werkstuk. Het resultaat is een verminderde thermische belasting en minder slijtage aan het gereedschap, wat leidt tot een langere levensduur en een hogere precisie. In de afgelopen jaren is er echter steeds meer aandacht voor het gebruik van grafeen-versterkte vloeistoffen, die de eigenschappen van traditionele koelmiddelen aanzienlijk verbeteren. Grafeen, een materiaal dat bekend staat om zijn uitzonderlijke thermische geleidbaarheid en mechanische sterkte, draagt bij aan de stabiliteit van het smeermiddel, waardoor het effectiever is bij het verminderen van wrijving en het verbeteren van de prestaties tijdens het slijpen.

Plantaardige oliën, die traditioneel al worden gebruikt in MQL-toepassingen vanwege hun milieuvriendelijke eigenschappen, kunnen verder worden geoptimaliseerd door de toevoeging van grafeen. Deze combinatie zorgt niet alleen voor een verminderde hoeveelheid koelvloeistof, maar verhoogt ook de warmteoverdracht en vermindert de wrijving tussen het slijpgereedschap en het werkstuk. Onderzoek toont aan dat het gebruik van grafeen-versterkte oliën leidt tot een hogere verwerkingscapaciteit, verbeterde oppervlaktkwaliteit en vermindering van slijtage van gereedschappen, vooral wanneer gewerkt wordt met moeilijk te bewerken materialen zoals nikkellegeringen.

Bij de toepassing van MQL in de slijptechniek wordt de uitdaging vaak gevormd door de complexiteit van het proces, waarbij de interactie tussen het gereedschap en het werkstuk nauwkeurig moet worden beheerd. Het gebruik van grafeen-versterkte plantaardige oliën verhoogt de stabiliteit van de smeerfilm, wat essentieel is voor het bereiken van de gewenste oppervlaktkwaliteiten en het verlagen van de energieconsumptie. Bovendien vermindert het de hoeveelheid schadelijke emissies die vrijkomen tijdens het slijpen, wat zowel de werkplek veiliger maakt als de algehele ecologische voetafdruk verkleint.

Het verbeteren van de tribologische prestaties in dergelijke processen, door het gebruik van grafeen, kan verder worden geoptimaliseerd door andere nanomaterialen, zoals Al2O3 of MoS2, die in combinatie met plantaardige oliën de slijpresultaten verfijnen. Dit gebeurt door de interactie tussen de nanodeeltjes en het werkoppervlak van het gereedschap, wat resulteert in een efficiëntere afvoer van warmte en het verminderen van de wrijving. Dit type onderzoek biedt de mogelijkheid om de prestaties van bestaande machines en gereedschappen zonder grote investeringen te verbeteren, wat het aantrekkelijk maakt voor zowel kleine als grote industriële toepassingen.

Het gebruik van MQL met grafeen-versterkte oliën biedt dus niet alleen een oplossing voor het verlagen van de milieubelasting, maar draagt ook bij aan de verbetering van de efficiëntie van het productieproces. Het belangrijkste voordeel van deze technologie is het optimaliseren van de snijprestaties zonder het gebruik van grote hoeveelheden koelmiddel, wat het geheel duurzamer maakt. In de toekomst zal het steeds belangrijker worden om dergelijke technieken verder te onderzoeken, vooral met het oog op de toenemende nadruk op duurzaamheid in industriële processen.

Naast de prestaties van de slijpbewerking is het van belang om te begrijpen dat de interactie tussen het type smeermiddel en het gereedschap van cruciaal belang is voor de algehele efficiëntie van het proces. Het gedrag van de gebruikte vloeistoffen onder verschillende temperaturen en drukken moet verder worden geanalyseerd, evenals de effectiviteit van verschillende concentraties van nanodeeltjes in plantaardige oliën. De ideale combinatie van deze factoren kan de prestaties van de technologie verder verbeteren en nieuwe mogelijkheden openen voor toepassingen in de luchtvaart-, auto- en elektronica-industrieën.

Hoe wordt de synthese van vloeibaar kristallijne polymeren uitgevoerd?
Hoe test je elektronische componenten correct vóór massaproductie?
Hoe moderne technologie criminelen kan volgen: Innovaties in de opsporing