تركيبات المواد اللاصقة عالية الأداء – تحسينها بالتشتيت بالموجات فوق الصوتية

تتكون المواد اللاصقة عالية الأداء من أنظمة الإيبوكسي أو السيليكون أو البولي يوريثان أو متعدد الكبريتيد أو الأكريليك التي تحتوي على حشوات متنوعة، بما فيها الحشوات النانوية، وإضافات تمنح المادة اللاصقة خصائص أداء مميزة مثل قوة الربط وخفة الوزن والمتانة ومقاومة الحرارة والاستدامة. وتتطلب صياغة المواد اللاصقة عالية الأداء خلطًا فعالًا وموثوقًا. ويُستخدم التشتيت والاستحلاب بالموجات فوق الصوتية لدمج المكونات المختلفة بصورة منتظمة في خلطات لاصقة متجانسة. وتخلط المعالجة بالموجات فوق الصوتية ضمن خط الإنتاج حتى المواد عالية اللزوجة والتركيبات ذات المحتوى المرتفع من الحشوات النانوية بموثوقية وفعالية، مما ينتج مواد لاصقة فائقة الجودة.

قوى القص العالية بالموجات فوق الصوتية لتشتيت المواد اللاصقة عالية الأداء

توفر المواد اللاصقة عالية الأداء قوة ربط استثنائية ومتانة وخفة وزن. وتُصاغ البوليمرات والبوليمرات المشتركة والإضافات المتعددة وفق وصفات دقيقة تبعًا للتطبيق النهائي.

ينتج متخصصو صياغة التركيبات أنظمة الإيبوكسي والسيليكون والبولي يوريثان والأكريليك للمواد اللاصقة والغراء، ويعدّلون قاعدة المادة اللاصقة بإضافة مواد تعزيز الالتصاق الأولي، والحشوات المعدنية (التلك والسيليكا والألومينا وغيرها)، ومواد زيادة المرونة، ومخفضات اللزوجة، والملونات، والمكثفات، والمسرّعات، ومحسنات الالتصاق، وغيرها. وتخدم هذه التعديلات أغراضًا متعددة، مثل تحسين الأداء و/أو تيسير المعالجة أو خفض التكاليف. وتُعد أجهزة التشتيت بالموجات فوق الصوتية ذات القص العالي مثالية لصياغة أنظمة إيبوكسي مختلفة ضمن خط الإنتاج، وتتيح إنتاجًا مرنًا لمواد لاصقة مصممة لتلبية متطلبات تطبيقات محددة.

خلاطات بالموجات فوق الصوتية ذات قص عالٍ لتطبيقات التشتيت والاستحلاب ذات المتطلبات العالية

تعمل المعالجات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء مثل خلاطات القص العالي. وتنشأ قوى القص العالية للغاية بفعل التجويف فوق الصوتي / الصوتي، وهي مثالية لتطبيقات الاستحلاب والتشتيت والطحن وتفكيك التكتلات والتجانس على دفعات وضمن خط الإنتاج. ويمكن معالجة التراكيز المنخفضة إلى المرتفعة من المواد الصلبة واللزوجات المنخفضة إلى المرتفعة بسهولة باستخدام أجهزة التشتيت بالموجات فوق الصوتية ضمن خط الإنتاج.

خلط المواد النانوية في المواد اللاصقة بالموجات فوق الصوتية ذات القص العالي

تُستخدم المواد النانوية، مثل الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) والجسيمات النانوية المعدنية والسيليكا النانوية والطين النانوي والألياف النانوية والعديد من الجسيمات الأخرى ذات الأبعاد النانوية، لإنتاج بوليمرات معززة نانويًا (مركّبات نانوية). وتُعرف الجسيمات النانوية بقدرتها على تغيير الخصائص الميكانيكية (مثل الصلابة والمرونة)، والخصائص الكهربائية (مثل التوصيلية)، والخصائص الوظيفية (مثل النفاذية ودرجة حرارة الانتقال الزجاجي والمعامل)، وأداء الكسر للمواد اللاصقة البوليمرية المتصلدة حراريًا. ولا تقتصر المواد النانوية على منح خصائص خاصة عالية الأداء، مثل قوة الربط والمتانة وconduciveness والمرونة أو مقاومة الحرارة؛ إذ يمكن أن تؤدي إضافة الجسيمات ذات البنية النانوية أيضًا إلى تحسين خصائص الحاجز في البوليمرات.
تُعرف قوى القص العالية الناتجة عن التجويف الصوتي المتولد بالموجات فوق الصوتية بقدرتها على تفكيك تكتلات الجسيمات النانوية وتشتيتها، بل وحتى تكسير الجسيمات الأولية (أي الطحن بالموجات فوق الصوتية). وعند تطبيق هذه القوى فوق الصوتية على أنظمة بوليمرية تحتوي على جسيمات نانوية وحشوات أخرى، تُنتج تركيبة شديدة التجانس. ويُعد التشتيت بالموجات فوق الصوتية طريقة موفرة للطاقة، إذ يستهلك طاقة أقل مقارنة بطرق الخلط بالقص التقليدية، مثل الخلاطات ذات الشفرات عالية القص أو الخلاطات ذات الدفّاعات أو المطاحن.

يوضح الفيديو خلط الغرافيت وتشتيته بالموجات فوق الصوتية في 250mL من راتنج الإيبوكسي Toolcraft L، باستخدام مجانس بالموجات فوق الصوتية من Hielscher Ultrasonics، وهو UP400St. تصنع Hielscher Ultrasonics معدات لتشتيت الغرافيت والغرافين والأنابيب النانوية الكربونية والأسلاك النانوية أو الحشوات في المختبر أو في عمليات الإنتاج بكميات كبيرة. وتشمل التطبيقات المعتادة تشتيت المواد النانوية والمواد الميكرونية أثناء عملية التعديل الوظيفي، أو تشتيتها في الراتنجات أو البوليمرات.

أثبت Kaboori et al. (2013) أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية طريقة فعالة لتشتيت البنى الطبقية للمونتموريلونيت (MMT) وتطوير مواد لاصقة من PVA معززة بـ MMT. وقد ثبت أن المعالجة بالموجات فوق الصوتية موثوقة وفعالة في تشتيت الطين النانوي في PVA عند نسب إضافة منخفضة (1% و2%) ومرتفعة (4%).
وجد فريق البحث أن «تقنية الموجات فوق الصوتية فعالة جدًا في تشتيت الطين النانوي، خاصة عند نسب الإضافة المرتفعة، بخلاف الخلاط عالي سرعة القص. ولم يتمكن الخلط عالي السرعة من تشتيت الطين النانوي في PVA إلا عند نسب إضافة منخفضة، وزاد قوة الربط لـ PVA في ظروف مختلفة. وللخلط عالي السرعة بعض العيوب: احتمال إتلاف مستحلب PVA (بسبب قوة القص الشديدة المستخدمة أثناء الخلط)، وارتفاع التكلفة، وارتفاع استهلاك الطاقة. وفي المقابل، فإن تقنية المعالجة بالموجات فوق الصوتية لها أقل تأثير سلبي على مستحلب PVA. علاوة على ذلك، تُعد تقنية المعالجة بالموجات فوق الصوتية اقتصادية، إذ يمكن إجراء الخلط بالموجات فوق الصوتية قبل إنتاج PVA، ويمكن إضافة المحلول المحتوي على الطين النانوي إلى PVA أثناء عملية الإنتاج. وبالنظر إلى النتائج المستخلصة من هذه الورقة ومن عملنا السابق، وإلى مزايا تقنية المعالجة بالموجات فوق الصوتية مقارنة بالخلط عالي السرعة، تبدو إضافة الطين النانوي إلى PVA على نطاق صناعي قابلة للتنفيذ، ويمكن التوصية بها لمصنّعي المواد اللاصقة للخشب.» (Kaboori et al., 2013)

آثار إزالة الغازات بالموجات فوق الصوتية في إنتاج المواد اللاصقة

من المزايا الإضافية للمعالجة بالموجات فوق الصوتية، التي تحسن نتائج صياغة التركيبات بدرجة كبيرة، تأثير إزالة الغازات الناتج عن هذه المعالجة. إذ ينتج التقليب الميكانيكي عالي السرعة (مثل الخلاطات ذات الشفرات عالية القص) عددًا كبيرًا من فقاعات الغاز في الخليط، ويمكن ملاحظة ذلك في بعض الحالات من خلال تفتيح لون الخليط. ويتمتع الخلط بالموجات فوق الصوتية ذي القص العالي بميزة كبيرة تتمثل في أن تقنية المعالجة بالموجات فوق الصوتية لا تُدخل الغازات إلى تركيبة المادة اللاصقة؛ بل تدفع الموجات فوق الصوتية فقاعات الغاز الموجودة بالفعل إلى الاندماج والطفو إلى سطح السائل، حيث يمكن إزالة الغاز بسهولة. وبذلك تعزز المعالجة بالموجات فوق الصوتية إزالة الغازات والهواء من السوائل وتركيبات المواد اللاصقة. (قارن مع Shadlou et al., 2014)

أجهزة تشتيت بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتركيبات المواد اللاصقة الصناعية

تصمم Hielscher Ultrasonics أجهزة تشتيت بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء وتصنعها وتوزعها للتطبيقات الشاقة، مثل تصنيع المواد اللاصقة عالية الأداء والراتنجات ذات المحتوى المرتفع من الحشوات والمركّبات النانوية. وتُستخدم أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher في جميع أنحاء العالم لتشتيت المواد النانوية في البوليمرات والراتنجات والطلاءات وغيرها من المواد عالية الأداء.
يمكن تغذية أجهزة التشتيت بالموجات فوق الصوتية من Hielscher عبر مسارات تغذية متعددة، لإضافة مواد مختلفة إلى منطقة الخلط بالتجويف في ظل ظروف تدفق مضبوطة. وتتميز أجهزة التشتيت بالموجات فوق الصوتية بالموثوقية والكفاءة في معالجة اللزوجات المنخفضة إلى المرتفعة. ويمكن ضبط شدة الموجات فوق الصوتية بدقة تبعًا للمواد الخام والحجم المستهدف للجسيمات بعد تقليله.
لمعالجة المعاجين البوليمرية اللزجة والمواد النانوية والتراكيز المرتفعة من المواد الصلبة، يجب أن يكون جهاز التشتيت بالموجات فوق الصوتية قادرًا على توليد سعات اهتزاز عالية باستمرار. ويمكن للمعالجات الصناعية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher Ultrasonics توفير سعات اهتزاز عالية جدًا أثناء التشغيل المستمر تحت الحمل الكامل. ويمكن التشغيل بسهولة بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm على مدار 24/7. وتُعد إمكانية تشغيل جهاز التشتيت بالموجات فوق الصوتية بسعات اهتزاز عالية وضبط السعة بدقة ضرورية لتكييف ظروف المعالجة بالموجات فوق الصوتية مع صياغة المواد اللاصقة عالية الأداء والخلطات البوليمرية المعززة نانويًا والمركّبات النانوية.
إلى جانب سعة الاهتزاز فوق الصوتي، يُعد الضغط معلمة أخرى بالغة الأهمية في العملية. ففي ظل الضغوط المرتفعة، تزداد شدة التجويف فوق الصوتي وقوى القص الناتجة عنه. ويمكن إخضاع مفاعلات الموجات فوق الصوتية من Hielscher للضغط، مما يعزز نتائج المعالجة بالموجات فوق الصوتية.
تُعد مراقبة العملية وتسجيل البيانات مهمين للحفاظ المستمر على توحيد معايير العملية وجودة المنتج. وتُوصّل مستشعرات الضغط ودرجة الحرارة القابلة للتوصيل بمولد الموجات فوق الصوتية لمراقبة عملية التشتيت بالموجات فوق الصوتية والتحكم فيها. وتُسجّل جميع معلمات المعالجة المهمة، مثل الطاقة فوق الصوتية (الصافية + الإجمالية) ودرجة الحرارة والضغط والوقت، تلقائيًا وتُحفظ على بطاقة SD مدمجة. ومن خلال الوصول إلى بيانات العملية المسجلة تلقائيًا، يمكنك مراجعة عمليات المعالجة السابقة بالموجات فوق الصوتية وتقييم نتائج العملية.
ومن الميزات الأخرى الميسّرة للاستخدام إمكانية التحكم عن بُعد في أنظمتنا الرقمية للموجات فوق الصوتية عبر المتصفح. فمن خلال التحكم عن بُعد عبر المتصفح، يمكنك تشغيل معالجك بالموجات فوق الصوتية وإيقافه وضبطه ومراقبته عن بُعد من أي مكان.
تواصل معنا الآن لمعرفة المزيد عن أجهزة التشتيت بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي نقدمها وتطبيقاتها في إنتاج المواد اللاصقة والطلاءات عالية الأداء!
يقدم الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية التي نقدمها:

---

نعرض في هذا الفيديو نظامًا للموجات فوق الصوتية بقدرة 2 كيلوواط للتشغيل ضمن خط المعالجة، داخل خزانة قابلة للتطهير بالغاز. تزوّد Hielscher جميع القطاعات الصناعية تقريبًا بمعدات الموجات فوق الصوتية، مثل الصناعات الكيميائية والدوائية ومستحضرات التجميل والعمليات البتروكيميائية، وكذلك عمليات الاستخلاص بالمذيبات. صُممت هذه الخزانة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ والقابلة للتطهير بالغاز للعمل في المناطق الخطرة. ولهذا الغرض، يمكن للعميل تطهير الخزانة المحكمة الإغلاق بالنيتروجين أو الهواء النقي لمنع دخول الغازات أو الأبخرة القابلة للاشتعال إليها.