Материал: Нанотехнологии. Наука будущего (Балабанов), 2009, c.258

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

Геомодификаторы. Препараты автохимии на основе минералов естественного и искусственного происхождения (нано- и микроуровня) получили наименование «геомодификаторы», «геоактиваторы», «ремонтно-восстановительные составы» (РВС-технология) или «ревитализанты». Попадая на поверхности трения вместе с маслом или в составе пластичной смазки, они на трущихся поверхностях инициируют процесс формирования металлокерамического покрытия с высокой износостойкостью и малым коэффициентом трения.

В качестве средств для безразборного восстановления работоспособности двигателя или автомобиля в целом могут быть в той или иной мере использованы любые из рассмотренных выше ремонтно-восстановительных препаратов.

Разработки наиболее эффективны в условиях граничного трения, при высоких нагрузках и скоростях скольжения, повышенной температуре трения и «масляном голодании», характерных для изношенных трущихся соединений техники с большим сроком службы, а также в режимах приработки и перегрузках.

Разработанные нанопрепараты позволяют:

•значительно повысить износостойкость деталей;

•сократить продолжительность и улучшить качество приработки поверхностей трения;

•эффективно повысить задиростойкость и снизить питтинг контактирующих поверхностей в тяжело нагруженных парах трения;

•понизить температуру работающих узлов, уровень шу ма и вибрации.

Для получения наилучшего эффекта при применении РЭП при безразборном сервисе необходимо строго соблюдать требования производителей препаратов во избежание негативных последствий. При этом необходимость того или иного воздействия оценивается на основании результатов технической диагностики обрабатываемых узлов и агрегатов машин и механизмов.

— Автохимия на основе нанотехнологий —

На основании полученных результатов диагностировался выбирают способ воздействия, то есть применяют ту или иную ремонтно-восстановительную технологию. Применение ремонтно-восстановительных препаратов определяется техническим состоянием автомобиля. По результатам диагностирования назначаются либо профилактические препараты более «мягкого» действия, либо препараты, обеспечивающие интенсивное воздействие на трущиеся соединения и агрегаты автомобиля.

Образование устойчивых защитных металлических пленок — достаточно продолжительный (постепенный) процесс, поэтому во время испытаний, а также при штатной работе техники может не наблюдаться резкого (внезапного) улучшения эксплуатационных показателей, но обязательно отмечается их положительная динамика, существенно влияющая на повышение надежности и ресурса узлов и агрегатов техники.

Один из основных показателей качества топлива — его удельная теплота сгорания, которая у любого углеводородного топлива не превышает 44 МДж/кг. Для повышения других показателей качества топлива применяются различные добавки, которые направлены на повышение октанового (октан-корректоры) и цетанового (цетан-корректоры) числа, снижение токсичности и дымности выхлопных газов, а также (частично) на ослабление коррозионных процессов.

Повышение эксплуатационных свойств различных видов топлива может быть достигнуто путем введения различных металлсодержащих добавок. При этом большое значение имеет дисперсность частиц металла: чем они меньше, тем эффективнее их применение, что открывает большие перспективы в использовании металлических наноматериалов в качестве добавок к различным видам топлива. Полезный эффект достигается также при применении в составе добавок современных моющих компонентов, химических нанокатализаторов и регуляторов горения топлива. Чаще используют многокомпонентные композиции, при этом каждый компо-

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

нент выполняет свою функцию. Так, для повышения эффективности сгорания дизельного топлива можно использовать многокомпонентную композицию, в состав которой в качестве одного из компонентов входят соли магния, кальция, марганца, меди или алюминия, в качестве другого — различные поверхностно-активные вещества, а в качестве третьего — стабилизирующие и солюбилизирующие (растворяющие) компоненты, которые способствуют хорошей растворимости композиции в дизельном топливе.

Среди различных присадок к дизельным видам топлива определяющее значение имеют присадки, которые способствуют окислению топлива и его самовоспламеняемости при оптимальном цетановом числе, что оказывает существенное влияние на пусковые свойства дизеля.

Таким образом, наиболее распространенным и эффективным способом снижения содержания твердых частиц в выхлопных газах, образующихся при работе дизельных двигателей, является использование композиционных антидымных присадок, содержащих ионы марганца и меди с карболовыми и дикарбоновыми кислотами.

Один из путей уменьшения вредных выбросов в отработавших газах автомобиля — введение в моторное топливо наноразмерных частиц оксида церия. Соответствующая технология Fuel Borne Nanocatalyst разработана английской фирмой Oxonica при Оксфордском университете. Специалисты фирмы создали добавку в топливо Envirox, представляющую собой наноразмерные частицы оксида церия в органической основе. Находясь в составе топлива, эти частицы обеспечивают более полное сгорание углеводородов и уменьшение вредных выбросов. Рабочая концентрация оксида церия в топливе — пять миллионных долей на литр, то есть на железнодорожную цистерну топлива достаточно 150—200 г нанопорошка. Эффект от применения добавки Envirox — экономия топлива до 10—15% и резкое снижение содержания оксидов азота. Филиппинская топливная компания Independent Philippine Petroleum Co. с марта 2005 года производити реализуетэкологическичистоетопливоDiesel Premium Plus.

184

— Автохимия на основе нанотехнологий —

Аналогичные работы по изучению каталитических свойств наночастиц оксидов церия и циркония ведутся в Брукхейвенской национальной лаборатории Управления энергетических исследований и разработок США. В марте 2006 года на очередном Национальном семинаре Американского химического общества было показано, что наночастицы оксидов, попадая на поверхность каталитического конвертера, действуют как буфер, поддерживающий каталитическую эффективность на одном и том же уровне независимо от режимов работы двигателя.

Многие европейские производители (в том числе Daimler

Chrysler AG, BASF AG, Iveco S.p.A., Total SA, Renault Trucks, Volvo

Trucks) выступили с совместным заявлением об участии в проекте SCR (разработке селективной каталитической очи-

стки выхлопных газов — Selective Catalytic Reduction). В катали-

затор добавляется аммиак, превращающий оксиды азота в азот (основу воздуха) и водяной пар. Вероятно, для соответствия строгим нормам стандарта Euro-4 будет использована именно технология SCR, хотя для этого потребуется модернизация всей автозаправочной инфраструктуры мира.

Технология SCRc реагентом AdBlue (рис. 50) идеально сочетает экологические требования и экономичность. Она уже используется в пределах всей Европы, поскольку:

•применима с дизельными топливами разного качества;

•не требует специального обслуживания и рассчитана на весь срок службы автомобиля;

•никак не сказывается на интервалах между техобслужи ванием и заменой масла;

•обеспечивает снижение расхода топлива на 2-5% по сравнению с аналогичными автомобилями, соответствую щими стандарту Euro-3;

•увеличивает дальность пробега автомобиля при усло вии, что он оборудован баком для AdBlue соответствующей

вместимости.

Реагент AdBlue — это жидкость, необходимая для использования технологии SCR. Он представляет собой высококачественный стандартизованный раствор мочевины на вод-

185

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

[ Бакс жидкостью Ad Blue

Рис. 50. Схема применения технологии SCR с реагентом AdBlue на бензиновом двигателе

ной основе, который заправляется в специальный бак и не доставляет никаких дополнительных проблем водителю. Сама технология проста: AdBlue автоматически подмешивается к горячему потоку отработавших газов, в котором содержатся ядовитые окислы азота, а катализатор SCR преобразует эту смесь в безвредный азот и водяной пар.

Реагент AdBlue уже производится в шести странах Европы. Его выпускают ведущие европейские производители карбамида, которые совместно с партнерами по реализации организуют широкую сеть заправочных станций в Европе.

Специалисты российско-американской компании «Лаборатория триботехнологии» предложили новый оригинальный путь снижения эмиссии вредных примесей в отработавших газах. По их предложению, полезный эффект достигается за счет использования растворимых в моторном топливе производных мочевины вместе с наноразмерными частицами диоксида церия. Новая технология, которая получила название Urea & NanoCatalyst in Fuel, не предусматривает внесения изменений в конструкцию топливной аппа-

186

— Автохимия на основе нанотехнологий —

ратуры двигателя внутреннего сгорания и в способ заправки ла автозаправочных станциях.

фирмой разработан специальный препарат FaberOx, представляющий собой дисперсию нанокапсулированного диоксида церия в органическом растворе производных мочевины, который добавляется непосредственно в топливо любого типа. На основе этих разработок получены и поставлены на рынок автохимии специальные препараты. Среди них нанотюнинговая добавка Fenom Street Racing к бензину, которая способствует увеличению мощности, снижению расхода топлива и токсичности выхлопа, очищает топливную систему, стабилизирует работу двигателя. Эффект достигается за счет действия органических и неорганических нанокомпонентов добавки, повышающих эффективность горения топлива и его моющие качества.

Препараты компании «Лаборатория триботехнологии», разработанные на базе нанотехнологий, например Fenom

NanoTuning, Fenom Street Racing и Fenom Cetane-Number Booster, к

бензину и дизельному топливу (для «тюнинга топлива») содержат химические нанокатализаторы и регуляторы горения топлива, что способствуют улучшению эксплуатационных свойств топлив.

Эффективность мероприятий автохимического тюнинга также зависит от начального технического состояния автомобиля, применяемого препарата и технологии введения добавок, качества проведения ремонтно-восстановительных работ и ряда других причин.

Среди разработок фирмы «Лаборатория триботехнологии» в области нанотехнологий следует назвать наноочистители. Наноочиститель инжекторов бензинового двигателя Fenom Injector Nanocleaner предназначен для очистки инжекторной системы подачи топлива от нагара и отложений, удаления губчатых образований с впускных клапанов, нагара со стенок камеры сгорания и очистки свечей зажигания. Он способствует легкому запуску и хорошей приемистости двигателя, снижению износа и защите от коррозии деталей; бо-

187

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

лее полному и «чистому» горению бензина — снижению его расхода и уменьшению токсичности выхлопа.

Наноочиститель форсунок дизеля Fenom Diesel Injector Nanocleaner служит для очистки распылителей форсунок, камеры сгорания, топливной аппаратуры. Он также способствует легкому запуску, восстановлению распыла топлива, повышению мощности и динамики дизеля, снижению износа и защите от коррозии деталей топливного насоса высокого давления и форсунок дизельного двигателя; более полному и «чистому» горению топлива, снижению его расхода и уменьшению токсичности и дымности выхлопных газов.

Оба препарата совместимы с нейтрализаторами отработавших газов. Эффект от их введения достигается за счет действия высокоэффективных моющих компонентов, модификатора трения и нанокатализатора горения.

Наноочиститель каталитического нейтрализатора вы-

хлопных газов Fenom Catalytic Converter Nanocleaner создан для

очистки и восстановления каталитической активности нейтрализаторов выхлопных газов бензиновых двигателей, а также электродов кислородного датчика (лямбда-зонда). Он способствует повышению приемистости двигателя, снижению расхода топлива и токсичности выхлопа, увеличению срока службы нейтрализатора.

Нейтрализаторам противопоказано некачественное топливо, попавшее в камеру сгорания масло или антифриз, несгоревшая топливная смесь, засорение. Эффект от использования наноочистителя достигается за счет действия химических регуляторов горения, уменьшающих засорение каналов нейтрализатора, и нанокомпонентов (наночастиц металлов), восполняющих каталитическую активность нейтрализатора.

В целом все нанокаталитические добавки (присадки) к бензину и дизельному топливу очищают детали, каналы топливных систем, нейтрализаторы выхлопных газов, повышают энерго-экономические показатели двигателей за счет применения современных моющих компонентов, химических нанокатализаторов и регуляторов горения топлива.

188

— Автохимия на основе нанотехнологий —

Один из секторов практических достижений нанотехнологий в автомобильной промышленности — получение прочных и стойких материалов, обладающих самоочищающимися свойствами, для лакокрасочных покрытий автомобилей и другой транспортной техники, зеркал, керамики, текстиля и ряда других целей.

Для обеспечения эффекта самоочистки поверхностей при уходе за автомобилем наряду с лакокрасочными покрытиями применяются специальные полироли. Так, проект компании «Лаборатория триботехнологии» Lucky Bee по разработке косметики для автомобиля на основе нанотехнологий (в том числе с использованием лотос-эффекта) является выражением новых социальных, экологических и технических тенденций. В свете этих тенденций уход за автомобилем становится чем-то большим, нежели просто процессом удаления загрязнений и полировки автомобиля. Он превращается в процесс создания нового ощущения чистоты, прозрачности и внутренней свободы.

«Лабораторией триботехнологии» разработана универсальная автополироль Lucky Bee Nanocrystal Wax. Она представляет собой уникальную комбинацию бразильского карнаубского воска, синтетических восков, силиконов и неабразивных наноалмазов, обеспечивающую эффективную защиту, восстановление цвета и блеска лакокрасочных покрытий. Наноразмерные алмазы способствуют получению совершенной сотовой структуры пленки полироли с повышенной прочностью, износостойкостью, адгезией к поверхности, фотохимической и химической стойкостью, а также эффектом самоочищения поверхности при эксплуатации.

Полироль применяется для любых типов лакокрасочных покрытий (ЛКП) — новых, старых, восстановленных, реставрированных полностью или частично, обычных и металлизированных. Она эффективна при эксплуатации автомобиля в сложных погодных и климатических условиях, наприМер в сырую и дождливую погоду, при езде по грязной Дороге (грязь и влага содержат агрессивные включения, дей-

189

- НАНОТЕХНОЛОГИИ -

ствующие на ЛКП), а также в жаркую солнечную погоду (ддя защиты от теплового и ультрафиолетового излучения).

Защитная пленка останавливает коррозию поверхности и маскирует микронеровности ЛКП. Полироль создает эффект усиления тона, цвета и блеска любой ЛКП, а фуллереноалмазы буквально наполняют пленку светом (эффект

Skintight®),

Всесезонная автополироль Lucky Bee Carnauba & Nanowax

также разработана с использованием принципов нанотехнологий и содержит уникальный нанокомпонент Bentowax®.

Высокоэффективная комбинация синтетических и натуральных восков, поверхностно-активных веществ и нанокомпонента Bentowax® обеспечивает эффективную защиту, восстановление цвета и блеска ЛКП в широком диапазоне климатических условий и температур. Наночастицы Bentowax® повышают прочность защитной пленки и облегчают полировку при минимальном расходе полироли. Автополироль содержит специальную присадку, придающую ей морозостойкость, что позволяет применять ее (в отличие от других полиролей) для обработки ЛКП при О °С. Защитная пленка полироли долговечна и одинаково эффективна при любых погодных условиях.

Наночастицы Bentowax® структурируют защитную пленку, что придает восковому покрытию повышенную термостойкость, соле- и влагоустойчивость. Полироль эффективно защищает ЛКП от воздействия ультрафиолетового излучения, дорожной грязи и пыли, кислотных дождей, а поверхность автомобиля — от коррозии. Она может применяться для любых автомобильных ЛКП.

Исходным сырьем для производства перечисленных выше полиролей является уже упоминавшийся ранее органобентонит, полученный при модификации бентонита поверхност- но-активным веществом. Для решения поставленных задач предложен модификатор трения в виде дисперсных частиц органобентонита размерами 10—500 нм.

Благодаря эффекту упрочнения защитная пленка полиролей не смывается автошампунями и выдерживает много-

— Автохимия на основе нанотехнологий —

Рис. 51. Схема реализации лотос-эффекта:

1— нанопокрытие; 2 — капля жидкости (воды); 3 — загрязнение;

Л— поверхность (стекло, краска, керамика и т.д.)

кратные мойки (до шести, а при бесконтактной мойке — до 8-10 моек). К достоинству этих полиролей следует также отнести их полную биоутилизацию.

В настоящее время ведущими автохимическими концернами мира разрабатываются и уже выпускаются новые нанопрепараты автокосметики с использованием явления лотосэффекта, например «антидождь — нанозащита стекла» и «антигрязь— нанозащиташин».

На рис. 51 представлен механизм «самоочищения» стекла 4 автомобиля, обработанного специальными нанополиролями 1. Поверхность модифицирована таким образом, что капля воды 2 катится по ней, собирая грязь 3, тогда как на гладкой поверхности, наоборот, капля воды, сползая, оставляет грязь на месте.

В табл. 6 представлены некоторые препараты безразборного сервиса автомобиля на основе наноматериалов, имеющиеся в настоящее время в открытой продаже.

Таблица 6. Препараты безразборного сервисаавтомобиля На основе наноматериалов