TEIL DREI:
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Die Chemie eines Fahrradschmiermittels ist von grundlegender Bedeutung für seine Fähigkeit, Reibung oder Verschleiß zu reduzieren. Ob für Leistung oder Haltbarkeit formuliert, die Mischung aus Grundölen und Additiven bestimmt, wie gut ein Schmiermittel seine Aufgabe erfüllt.
Unter der Oberfläche eines Schmiermittels verbirgt sich eine Welt voller Komplexität. Die Wechselwirkung chemischer Komponenten findet auf molekularer Ebene in einer für das menschliche Auge unsichtbaren Welt statt. Die Beziehungen, die sie miteinander teilen, ihre Fähigkeit, zusammenzuarbeiten ("synergistisch") oder die Wirkung des jeweils anderen aufzuheben ("antagonistisch"), sind nur einige der zahlreichen Faktoren, die die Wissenschaftler von Muc-Off berücksichtigen.
Saugfähigkeit, Viskosität, Schmierfähigkeit, Löslichkeit und sogar Flüchtigkeit: Diese und zahllose andere Aspekte fallen in den Aufgabenbereich des Industriechemikers. Temperatur und Druck, Geschwindigkeit und Belastung, Härte und Oberflächenbeschaffenheit gehören zu einer Vielzahl von Faktoren, die die Leistung des Schmiermittels beeinflussen können, egal ob es für Leistung oder Haltbarkeit gemischt wird.
Unsere Forschung mit dem Laboratory of the Government Chemist (LGC) und dem National Physical Laboratory (NPL) war ausschlaggebend für die Entwicklung eines neuen Protokolls zur Identifizierung der am häufigsten verwendeten chemischen Komponenten in einem Prozess, der mit Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC/MS) und Atmospheric Solids Analysis Probe Mass Spectrometry (ASAP-MS) erreicht wird.
Der Prozess der Entwicklung eines neuen Schmierstoffs ist zeitaufwändig. Einzelne Additive müssen ausgewählt und getestet werden, um nicht nur zu sehen, wie sie für sich allein, 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 wird. Das F&E-Team muss den Prüfstand jedes Mal neu formatieren, wenn sich eine Zutat ändert. Es ist ein mühsamer Prozess, der aber die umfassendsten Ergebnisse und letztlich das bestmögliche Schmiermittel liefert.
Bei der Entwicklung eines Kettenschmiermittels muss eine Reihe von Entscheidungen bezüglich der endgültigen Rezeptur getroffen werden. Es ist wichtig zu verstehen, dass eine Rezeptur je nach den Anforderungen des Schmiermittels beliebig viele oder wenige Einzelkomponenten enthalten kann. Nehmen wir beispielsweise an, Sie möchten ein Kettenschmiermittel entwickeln, das sowohl effizient als auch langlebig ist. Zunächst müssen Sie bestimmen, welche Art von Schmiermittel es sein soll: auf Wasser- oder Ölbasis. Unabhängig von der Art des Schmiermittels, für das Sie sich entscheiden, steht Ihnen eine große Auswahl an Basisflüssigkeiten zur Verfügung.
Da Effizienz und Haltbarkeit die Leistungsanforderungen an das Schmiermittel sind, sind die wichtigsten Eigenschaften, die das Schmiermittel aufweisen muss, gute Verschleißeigenschaften und geringe Reibung. Um dies zu erreichen, müssen Sie die Chemikalien (Additive) auswählen, die für die Verbesserung der Reibungs- und Verschleißeigenschaften verantwortlich sind. Im Wesentlichen müssen Sie geeignete Reibungsmodifikatoren (für geringe Reibung) und Verschleißschutzadditive (für geringen Verschleiß) auswählen. In diesem Szenario können Sie einen Reibungsmodifikatortyp oder eine Kombination aus zwei oder mehr verwenden. Dasselbe gilt für die Verschleißschutzadditive.
Neben der Auswahl der zu verwendenden Additive muss auch eine Entscheidung hinsichtlich der Konzentration der einzelnen Additive in der Formulierung getroffen werden. Wenn es dem Formulierer durch Glück gelingt, die Kombination der Additive mit ihren optimalen Konzentrationen zu bestimmen, steht er vor der zusätzlichen Herausforderung, die Ästhetik des Schmiermittels zu berücksichtigen. Dazu gehören Dinge wie Farbe und Duft, die in manchen Fällen notwendig sein können, um einen starken Geruch des Additivs oder der Grundölmischung zu überdecken.
Alle Schmierstoffe bestehen aus einem Grundöl und Additiven. Manchmal wird mehr als ein Grundöl verwendet. Das Grundöl macht immer den größten Teil eines Schmierstoffs aus. Die Auswahl an Grundölen, aus denen unsere Chemiker wählen können, ist groß. Die Auswahl ist immer kritisch und hängt stark von der Erfahrung ab.
Auch das Verhältnis von Grundöl zu Additiven wird durch den Verwendungszweck bestimmt. Während das Grundöl die Aufgabe hat, die Kette zu schmieren, erfüllen Additive spezielle Funktionen. Es gibt keine theoretische Methode, um das richtige Verhältnis von Grundöl und Additiv zu berechnen. Die Erfahrung des Chemikers ist entscheidend. Für weniger Erfahrene ist das Vorhandensein von Sediment - ungelöstes Additiv - ein untrügliches Zeichen für ein proportionales Ungleichgewicht.
ICHNatürlich ist es möglich, das Verhältnis von Grundöl und Additiv umzukehren und ein Schmiermittel vollständig aus Additiven herzustellen. Die wahre Leistung eines Schmiermittels hängt jedoch ebenso von seiner Mischung wie von seinen Bestandteilen ab.
Ein Hochleistungsschmiermittel verringert die Reibung. Seine Fähigkeit dazu hängt von der sorgfältigen Auswahl hochmoderner chemischer Komponenten ab. Reibungsmodifikatoren gibt es in vielen verschiedenen Formen, aber die Hauptkategorien umfassen organische Reibungsmodifikatoren, polymere Reibungsmodifikatoren, Mikro-Nanopartikel und organische Molybdän-Reibungsmodifikatoren. Organische Reibungsmodifikatoren werden normalerweise aus Ölsäure, Oleylamid oder Stearinsäure hergestellt, aber es gibt noch mehr Varianten. Diese Reibungsmodifikatoren (chemische Verbindungen) bestehen aus einem polaren Kopf und einem unpolaren Schwanz. Die polaren Köpfe werden von den reaktiven Reibflächen angezogen und verlassen diese. Die unpolaren Schwänze breiten sich von beiden Oberflächen nach außen aus und bilden dort, wo sie aufeinandertreffen, eine reibungsarme Scherebene. Diese reibungsarme Scherebene ist für die Reibungsreduzierung verantwortlich.
Polymerreibungsmodifikatoren können eine Alkylmethacrylat-Verbindung enthalten. Ihre Funktion und ihr Verhalten erfüllen in einem Fahrradschmiermittel denselben Zweck wie ein organischer Reibungsmodifikator: Polare Köpfe haften an der Oberfläche des Schmiermittels und bilden eine Scherebene mit geringer Reibung.
Nanopartikel oder "Mikropartikel" sind komplexer. Ihr Verhalten variiert je nach Typ. Einige bilden reibungsarme Scherflächen wie die zuvor beschriebenen, während andere, wie PTFE, aufgrund ihrer Fähigkeit, innerhalb von Kontakten zu "rollen", intrinsische reibungsmindernde Eigenschaften aufweisen. Allen Nanopartikeln ist gemeinsam, dass sie unlöslich sind, was bedeutet, dass sie sich im Schmierstoff verdichten, anstatt sich aufzulösen, oder sich je nach Dichte absetzen und an die Oberfläche des Schmierstoffs steigen.
Diagramm zum Polymer-Reibungsmodifikator
Ein Schmiermittel, das die Haltbarkeit verbessern soll, tut dies durch die Reduzierung des Verschleißes. Tribofilme sind nur eine Methode, und diese entstehen durch das Vorhandensein von Verschleißschutzadditiven. Eine weitere Methode besteht in der Entwicklung von Formeln mit Additiven mit hohem Molekulargewicht. Diese "langkettigen" Komponenten bilden faserartige Strukturen, die eine "zweite Oberfläche" bilden und die Kontaktflächen des Antriebsstrangs nur um wenige Mikrometer voneinander trennen. Weniger Kontakt bedeutet natürlich weniger Verschleiß.
Unsere Fähigkeit, die chemischen Bestandteile führender Schmierstoffe zu bestimmen, ist eine der bedeutendsten Errungenschaften unseres Forschungsprojekts mit LGC und NPL - es ist Innovation vom Feinsten. Die zum Reverse Engineering einer chemischen Formel verwendeten Verfahren waren Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC/MS) und Massenspektrometrie mit atmosphärischer Feststoffanalyse (ASAP-MS).
Wie der Name schon vermuten lässt, misst die Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC/MS) das Verhalten des Schmierstoffs, wenn dieser bis zum Siedepunkt erhitzt wird. Zunächst wird er mit einem Lösungsmittel vermischt und in die Chromatographiesäule eines hochentwickelten Analysegeräts injiziert, das ebenfalls Gas, Sauerstoff oder einen "Enactor" wie Argon oder Helium enthält. Durch Einführen der Sonde in die Säule wird das Gas herausgedrückt.
Die Massenspektrometrie mit atmosphärischer Feststoffanalyse (ASAP-MS) ähnelt der oben beschriebenen Gaschromatographieanalyse, wird jedoch bei höheren Temperaturen durchgeführt und verwendet, wenn die Analyse mittels Gaschromatographie bestimmte chemische Komponenten nicht identifizieren konnte. Beide liefern Spektren für die Analyse.
Wir müssen jedoch nicht ständig die Produkte unserer Konkurrenten zurückentwickeln. Wenn wir die am häufigsten verwendeten chemischen Komponenten ermittelt haben, können wir unsere Testliteratur erweitern und die Entwicklung unserer eigenen Formeln beschleunigen.
Die Bandbreite der Schmierstoffkategorie ist riesig. Nur wenige andere Produkte helfen dem Radfahrer, eine so große Bandbreite an Herausforderungen zu meistern. Die meisten Fahrradprodukte lösen nur ein Problem. Kettenschmierstoff kann je nach Formel die Leistung, Haltbarkeit und den Schutz verbessern.
Manche Herausforderungen können jedoch nicht durch ein Schmiermittel bewältigt werden. Schlechte Wartungsroutinen, mechanische Ineffizienzen und klimatische Bedingungen, für die das Schmiermittel nicht optimiert ist, machen selbst die fortschrittlichste Formel zunichte. Wählen Sie Ihr Schmiermittel sorgfältig aus und verwenden Sie es als Teil einer regelmäßigen und umfassenden Wartungsroutine, um die beste Leistung zu erzielen.
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