Experimental investigations on electrorheological properties of lubricating oils containing ionic liquid. Part 1, Investigations with modified Brookfield DV-III Ultra Viscosimeter

W artykule przedstawiono wyniki eksperymentalnych badań właściwości elektroreologicznych (ER) olejów smarnych zawierających ciecz jonową. Badania przeprowadzono na stanowisku specjalnie zaprojektowanym do tego celu, w którym zastosowano zmodyfikowany wiskozymetr Brookfield DV-III Ultra. Stanowisko to zostało zastrzeżone w Urzędzie Patentowym RP (W124200 - 10.02.2017 r.). Oceniono właściwości ER dwóch mieszanin, tj. silikonowej cieczy tłumiącej GP-1 zawierającej 2% (v/v) cieczy jonowej CJ 001, tj. tetrafluoroboranu 1-metylo-3-oktyloksymetyloimidazolowego oraz oleju bazowego polialfaolefinowego PAO-6 zawierającego 2% (v/v) cieczy jonowej CJ 008, tj. triheksylotetradecylofosfonowego bis (tri-fluorometylosulfonylo)imidu. Dobór składników obu mieszanin bazował na wynikach badań mieszalności i ocenie podstawowych właściwości fizykochemicznych. Przeprowadzone badania wykazały, że wytworzone mieszaniny generowały efekt ER, lecz był on krótkotrwały, co sugerowało zmiany struktury wewnętrznej tych mieszanin. Dlatego zaplanowano kolejne badania, m.in. spektroskopię dielektryczną i obserwacje mikroskopowe in situ tych mieszanin w zewnętrznym polu elektrycznym. Celem tych badań będzie zarejestrowanie zanikającego efektu ER i rozpoznanie jego mechanizmu.The results of experimental investigations on electrorheological (ER) properties of lubricating oils which contain ionic liquids, are presented in this article. The investigations were carried out on the special stand which was projected for this aim. On this stand there was used the modified Brookfield viscosimeter. Electrorheological properties of two mixtures were tested, i.e., silicone damping liquid GP-1 which is polimethylsiloksane mixture containing 2% (v/v) of ionic liquid CJ 001, i.e., tetrafluoroboran 1-methyl-3-octyloxymethylimidazolium as well as base polialfaolefine oil PAO-6 which contains 2% (v/v) of ionic liquid CJ 008, i.e., trihexyltetradecylphosphonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide. Selection of components of both mixtures was based on the results of investigations of miscible and on evaluation of basic phys-chem properties. The investigations showed that the made mixtures have generated the ER effect, but it was short-lived effect, suggesting the changes of inner structure of these mixtures. Therefore, we have planned the next investigations, among others dielectric spectroscopy and microscope observations in situ of these mixtures in external electric fields. The aim of those investigations will be to record the fading ER effect and to understand this mechanism

Experimental investigations on electrorheological properties of lubricating oils containing ionic liquid. Part 2, Testing in dielectric spectroscopy

W artykule przedstawiono wyniki badań w tzw. spektroskopii dielektrycznej dwóch mieszanin oraz ich składników, tj. bazowych olejów izolujących i cieczy jonowych jako dodatków aktywnych elektrycznie. W pierwszej części badań [1] stwierdzono występowanie efektu ER w obu mieszaninach, gdy poddane były oddziaływaniu zewnętrznego stałego pola elektrycznego o natężeniu E ≤ 0,2 kV ⋅ mm⁻¹. Efekt elektroreologiczny był jednak krótkotrwały i niepowtarzalny na tej samej próbce cieczy, co sugerowało istotne zmiany jej struktury wewnętrznej. Stosując analizator impedancji HP 4192A, oceniono zmienność ich stałych dielektrycznych (ε) oraz rezystancji (R) i konduktywności (σ) w funkcji częstotliwości (f) stałego pola elektrycznego BIAS-u (DC), dla różnych wartości przyłożonego napięcia (U). Wykonano również testy powtarzane na tych samych próbkach mieszanin w celu zaobserwowania, jak pierwotnie przyłożone pole BIAS-u wpływa na dalsze zachowanie cieczy w polu elektrycznym. Na podstawie rezultatów badań uzyskano podstawę potwierdzenia symptomów zmian struktury wewnętrznej mieszanin, będących wynikiem działania zewnętrznego pola elektrycznego, prowadzących do zaniku efektu ER. W celu rozpoznania mechanizmu zaniku efektu ER zostaną przeprowadzone badania mikroskopowe in situ wytworzonych mieszanin poddanych działaniu zewnętrznego pola elektrycznego.The paper presents the results of investigations of two mixtures and their ingredients i.e. base insulating oils and ionic liquids as electrically active additives using, so called, dielectric spectroscopy. In part 1 of the study [1], the ER effect was found in both mixtures when they were subjected to an external constant electric field with the intensity of E ≤ 0.2 kV ⋅ mm⁻¹. However, the electrorheological effect was short-lived and unique on the same liquid sample, which suggested significant changes in its internal structure. Using the HP 4192 A Hewlett Packard impedance analyzer, the variability of their dielectric constans (ε), as well as the resistance (R) and the conductivity (σ), as a function of the frequency (f) of the constant electric field BIAS-u (DC) was assessed for different values of the applied voltage (U). Repeated tests were also carried out on the same samples of mixtures to observe how the originally applied BIAS field affects the further behavior of the liquid in the electric field. Based on the results of the research, the basis for confirming the symptoms of changes in the internal structure of mixtures, resulting, from the action of an external electric field, leading to the disappearance of the ER effect was obtained. In order to recognize the mechanism of disappearance of the ER effect, in situ microscopic tests of the prepared mixtures, subjected to an external electric field, will be carried out

Experimental studies of electrorheological properties of lubricating oils containing ionic liquid. Part 3, Microscopic examination of the ER effect mechanism

W artykule przedstawiono wyniki obserwacji mikroskopowych in situ quasi-homogenicznych mieszanin węglowodorowych zawierających wybraną ciecz jonową. Badania przeprowadzono na mikroskopie optycznym NIKON ECLIPSE LV100 D. Obserwowano mechanizm generowania efektu ER w dwóch mieszaninach, tj. silikonowej cieczy tłumiącej GP-1 zawierającej 2% (v/v) cieczy jonowej CJ 001 (tetrafluoroboranu 1-metylo-3-oktyloksymetyloimidazolowego oraz oleju bazowego polialfaolefinowego PAO-6 zawierającego 2% (v/v) cieczy jonowej CJ 008, tj. triheksylotetradecylofosfonowego bis(trifluorometylosulfonylo)-imidu) oraz cieczy wzorcowej dwuskładniowej LID3354 s. Przeprowadzone obserwacje wykazały, że wytworzone mieszaniny generowały efekt ER. Przy wartości progowej E = 0,3 kV ⋅ mm⁻¹ efekt ER zanikał. Przedstawione w pracy fotografie dokumentują zachodzące pod wpływem działania zewnętrznego pola elektrycznego zmiany struktury mieszanin zawierających ciecze jonowe, polegające na tworzeniu „łańcuchów i/lub strumieni fibrylowych” i następnie na ich destrukcji oraz gromadzeniu się cząstek cieczy jonowej przy elektrodach.The article presents the results of in situ microscopic observations of quasihomogenic mixtures of hydrocarbon oils containing ionic liquids. Observations were made using NIKON ECLIPSE LV 100 D optical microscope. The mechanism of generating the ER effect in two mixtures was observed, i.e., in silicone damping liquid GP-1, which is polimethylsiloksane mixture containing 2% (v/v) of ionic liquid CJ 001, i.e., tetrafluoroboran 1-methyl-3-octyloxymethylimidazolium and base polialfaolefine oil PAO-6 which containing 2% (v/v) of ionic liquid CJ 008, i.e., trihexyltertradecylfosfonium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide as well as in the two-component standard liquid LID3354s. The observations carried out showed that the prepared mixtures had generated the ER effect. At the threshold value E = 0,3 kV ⋅ mm⁻¹, the ER effect disappeared. Photographs, presented in the paper, show changes in the structure of mixtures containing ionic liquids that occur under the influence of an external electric field, consisting in the formation of „fibril chains and/or fibril streams” and then, their destruction and accumulation of ionic liquid particles at the electrodes