Ултразвукова подготовка на подсилена гума
- Подсилените гуми показват по-висока якост на опън, удължение, устойчивост на абразия и по-добра стабилност на стареене.
- Пълнители като технически въглерод (напр. CNT, MWNT), графен или силициев диоксид трябва да бъдат хомогенно диспергирани в матрицата, за да осигурят желаните свойства на материала.
- Мощният ултразвук осигурява превъзходно качество на разпределение на монодисперсните наночастици с силно подсилващи свойства.
Ултразвукова дисперсия
Ултразвукът се използва широко за диспергиране на наноматериали като монодисперсни наночастици и нанотръби, тъй като ултразвукът значително подобрява разделянето и функционализацията на частиците и тръбите.
Ултразвуковото диспергиращо оборудване създава Кавитация и силите на срязване за разрушаване, деагломериране, разплитане и разпръскване на наночастици и нанотръби. Интензивността на ултразвука може да бъде прецизно регулирана и контролирана, така че параметрите на ултразвуковата обработка да се адаптират перфектно, като се вземат предвид концентрацията, агломерацията и подравняването/заплитането на наноматериала. По този начин наноматериалите могат да бъдат оптимално обработени според специфичните им изисквания към материала. Оптималните условия на дисперсия, дължащи се на индивидуално настроени ултразвукови параметри на процеса, водят до висококачествен краен каучуков нанокомпозит с превъзходни подсилващи характеристики на нанодобавките и пълнителите.
Благодарение на превъзходното качество на дисперсия на ултразвука и постигнатото по този начин равномерно разпръскване, много ниско натоварване на пълнителя е достатъчно, за да се получат отлични характеристики на материала.
Ултразвуково подсилена с сажди гума
Саждите са един от най-важните пълнители в гумите, особено за гумите, за да придадат на каучуковия материал устойчивост на абразия и якост на опън. Частиците сажди са силно склонни да образуват агрегати, които трудно се разпръскват хомогенно. Саждите обикновено се използват в бои, емайли, печатарски мастила, найлонови и пластмасови оцветители, латексови смеси, восъчни смеси, фотопокрития и др.
Ултразвуковата дисперсия позволява да се деагломерира и смеси равномерно с много висока монодисперсност на частиците.
Щракнете тук, за да научите повече за ултразвуковата дисперсия за подсилени композити!
Ултразвукова CNT- / MWCNT-подсилена гума
Ултразвуковите хомогенизатори са мощни диспергиращи системи, които могат да бъдат прецизно контролирани и адаптирани към изискванията на процеса и материала. Прецизният контрол на параметрите на ултразвуковия процес е особено важен за диспергирането на нанотръби като MWNT или SWNT, тъй като нанотръбите трябва да бъдат разплетени в единични тръби, без да се повредят (напр. ножица). Неповредените нанотръби предлагат високо съотношение на страните (до 132 000 000:1), така че придават изключителна здравина и твърдост, когато са формулирани в композит. Мощната, прецизно регулирана ултразвук преодолява силите на Ван дер Ваалс и разпръсква и разплита нанотръбите, което води до високоефективен каучуков материал с изключителна якост на опън и модул на еластичност.
Освен това ултразвукова функционализация се използва за модифициране на въглеродни нанотръби с цел постигане на желаните свойства, които могат да се използват в многобройни приложения.
Ултразвуков каучук, подсилен с нано-силициев диоксид
Ултразвуковите диспергатори осигуряват много равномерно разпределение на частиците силициев диоксид (SiO2) наночастици в разтвори на каучукови полимери. Силициев диоксид (SiO2) наночастиците трябва да бъдат хомогенно разпределени като монодисперсни частици в полимеризиран стирен-бутадиен и други каучуци. Монодиспергиран нано-SiO2 действа като подсилващи агенти, което значително подобрява издръжливостта, здравината, удължението, огъването и ефективността против стареене. За наночастици се прилага: Колкото по-малък е размерът на частиците, толкова по-голяма е специфичната повърхност на частиците. С по-високо съотношение повърхност/обем (S/V) се получават по-добри структурни и подсилващи ефекти, което увеличава якостта на опън и твърдостта на каучуковите изделия.
Ултразвуковата дисперсия на силициеви наночастици позволява да се контролират параметрите на процеса точно, така че да се получи сферична морфология, прецизно регулиран размер на частиците и много тясно разпределение по размера.
Ултразвуково диспергираният силициев диоксид води до най-високи характеристики на материала на подсилената гума.
Щракнете тук, за да научите повече за ултразвуковото диспергиране на SiO2!
Ултразвукова дисперсия на подсилващи добавки
Доказано е, че сонирането разпръсква много други наночастици материали, за да подобри модула, якостта на опън и свойствата на умора на гумените композити. Тъй като размерът на частиците, формата, повърхността и повърхностната активност на пълнителите и подсилващите добавки са от решаващо значение за тяхната ефективност, мощните и надеждни ултразвукови диспергатори са един от най-често използваните методи за формулиране на микро- и наноразмерни частици в каучукови изделия.
Типични добавки и пълнители, които се включват чрез ултразвук като равномерно разпределени или монодисперсни частици в гумени матрици, са калциев карбонат, каолинова глина, димящ силициев диоксид, утаен силициев диоксид, графитен оксид, графен, слюда, талк, барит, воластонит, утаени силикати, димящ силициев диоксид и диатомит.
Когато олеинова киселина функционализира TiO2 наночастиците се диспергират ултразвуково в стирен-бутадиен каучук, дори много малко количество олеинови-SiO2 води до значително подобрен модул, якост на опън и свойства на умора и функционира като защитен агент срещу фото и терморазграждане.
- Алуминиев трихидрат (Al2O3) се добавя като забавител на горенето, за подобряване на топлопроводимостта и за проследяване и устойчивост на ерозия.
- Пълнителите с цинков оксид (ZnO) увеличават относителната диелектрична проницаемост, както и топлопроводимостта.
- Титанов диоксид (TiO2) подобрява топло- и електропроводимостта.
- Калциев карбонат (CaCO3) се използва като добавка поради своите механични, реологични и забавящи пламъка свойства.
- Бариев титанат (BaTiO3) повишава термичната стабилност.
- графен и графенов оксид (GO) дават превъзходни механични, електрически, термични и оптични характеристики на материала.
- Въглеродни нанотръби (CNT) подобряват значително механичните свойства като якост на опън, електрическа и топлопроводимост.
- Многостенните въглеродни нанотръби (MWNT) подобряват модула на Йънг и границата на провлачване. Например, само 1 тегловна % от MWNT в епоксидна смола води до повишен модул на Йънг и граница на провлачване, съответно 100% и 200% в сравнение с чистата матрица.
- Едностенни въглеродни нанотръби (SWNT) подобряват механичните свойства и топлопроводимостта.
- Въглеродните нановлакна (CNF) добавят здравина, устойчивост на топлина и издръжливост.
- Метални наночастици като никел, желязо, мед, цинк, алуминий и Сребро се добавят за подобряване на електрическата и топлопроводимостта.
- Органични наноматериали като Монтморилонит подобряват механичните и огнезащитните свойства.
Ултразвукови дисперсионни системи
Hielscher Ultrasonics предлага широка продуктова гама от ултразвуково оборудване – от по-малки настолни системи за осъществимост до тежки натоварвания Индустриални ултразвукови устройства с до 16kW на единица. Мощността, надеждността, прецизната управляемост, както и тяхната здравина правят ултразвуковите диспергиращи системи на Hielscher “Работен кон” в производствената линия на микрон- и наночастици формулировки. Нашите ултразвукови апарати са в състояние да обработват водни дисперсии и дисперсии на основата на разтворители до висок вискозитет (до 10 000 CP) лесно. Различни сонотроди (ултразвукови рога), усилватели (усилвател/понижител), геометрия на поточните клетки и други аксесоари позволяват оптимално адаптиране на ултразвуковия диспергатор към продукта и неговите изисквания към процеса.
Hielscher Ultrasonics’ Индустриалните ултразвукови процесори могат да доставят много високи амплитуди. Амплитуди до 200 μm могат да работят непрекъснато в 24/7 работа бързо. За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови сонотроди. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 операция при тежки натоварвания и в взискателна среда. Ултразвуковите диспергатори на Hielscher са инсталирани по целия свят за широкомащабно търговско производство.
Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
---|---|---|
10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | UP200Ht, UP400St |
0.1 до 20L | 0.2 до 4 л/мин | UIP2000hdT |
10 до 100L | 2 до 10 л/мин | UIP4000 |
Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000 |
Литература / Препратки
- Bitenieks, Juris; Meria, Remo Merijs; Zicans, Janis; Maksimovs, Roberts; Vasilec, Cornelia; Musteata, Valentina Elena (2012): Styrene–acrylate/carbon nanotube nanocomposites: mechanical, thermal, and electrical properties. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, 2012, 61, 3, 172–177.
- Kaboorani, Alireza; Riedl, Bernard; Blanchet, Pierre (2013): Ultrasonication Technique: A Method for Dispersing Nanoclay in Wood Adhesives. Journal of Nanomaterials 2013.
- Momen, G.; Farzaneh, M. (2011): Survey of Micro/Nano Filler Use to improve Silicone Rubber For Outdoor Insulators. Review of Advanced Materials Science 27, 2011. 1-3.
- Sharma, S.D.; Singh, S. (2013): Synthesis and Characterization of Highly Effective Nano Sulfated Zirconia over Silica: Core-Shell Catalyst by Ultrasonic Irradiation. American Journal of Chemistry 2013, 3(4): 96-104.
Факти, които си струва да знаете
синтетичен каучук
Синтетичният каучук е всеки изкуствен еластомер. Синтетичните каучуци са главно полимери, синтезирани от странични петролни продукти и се произвеждат, подобно на други полимери, от различни мономери на петролна основа. Най-разпространеният синтетичен каучук е стирен-бутадиен каучук (SBR), получен от съполимеризацията на стирен и 1,3-бутадиен. Други синтетични каучуци се приготвят от изопрен (2-метил-1,3-бутадиен), хлоропрен (2-хлоро-1,3-бутадиен) и изобутилен (метилпропен) с малък процент изопрен за омрежване. Тези и други мономери могат да се смесват в различни пропорции, за да бъдат съполимеризирани, за да се получат продукти с набор от физични, механични и химични свойства. Мономерите могат да се произвеждат чисти и добавянето на примеси или добавки може да се контролира чрез дизайн, за да се придадат оптимални свойства. Полимеризацията на чисти мономери може да бъде по-добре контролирана, за да се получи желаната пропорция на цис и транс двойни връзки.
Синтетичният каучук, подобно на естествения каучук, се използва широко в автомобилната индустрия за гуми, профили за врати и прозорци, маркучи, колани, рогозки и подови настилки.
естествен каучук
Естественият каучук е известен още като индийски каучук или каучук. Естественият каучук се класифицира като еластомер и се състои главно от полимери на органичното съединение полицис-изопрен и вода. Съдържа следи от примеси като протеини, мръсотия и др. Естествен каучук, който се извлича като латекс от каучуково дърво Hevea Brasiliensis, показва отлични механични свойства. Въпреки това, в сравнение със синтетичния каучук, естественият каучук има по-ниски характеристики на материала, особено по отношение на термичната му стабилност и съвместимостта му с петролните продукти. Естественият каучук има широк спектър от приложения, самостоятелно или в комбинация с други материали. Използва се най-вече поради голямото си съотношение на разтягане, високата устойчивост и изключително високата си водонепропускливост. Точката на топене на каучука е приблизително 180 ° C (356 ° F).
Таблицата по-долу дава преглед на различните видове каучук:
ISO | Техническо наименование | Общоприето име |
---|---|---|
ACM | Полиакрилатен каучук | |
AEM | Етилен-акрилатен каучук | |
Au | Полиестерен уретан | |
БИИР | Бромо изобутилен изопрен | Бромобутил |
БР | Полибутадиен | Буна КБ |
CIIR | Хлоро изобутилен изопрен | Хлоробутил, бутил |
КР | Полихлоропрен | Хлоропрен, неопрен |
CSM | Хлорсулфониран полиетилен | Хипалон |
ЕКО | Епихлорхидрин | ЕКО, Епихлорхидрин, Епихлор, Епихлоридрин, Херклор, Хидрин |
ЕП | Етилен пропилен | |
EPDM | Етилен пропилен диен мономер | EPDM, Nordel |
ЕС | Полиетер уретан | |
ФФКМ | Перфлуоровъглероден каучук | Калрез, Чемраз |
ФКМ | Флуоровъглеводород | Витон, Флуорел |
FMQ | Флуоро силикон | FMQ, силиконов каучук |
ФПМ | Флуоровъглероден каучук | |
HNBR | Хидрогениран нитрил бутадиен | HNBR |
IR | Полиизопрен | (Синтетичен) Естествен каучук |
IIR | Изобутилен изопрен бутил | Бутил |
НБР | Акрилонитрил бутадиен | NBR, Нитрил, Пербунан, Буна-Н |
ПУ | Полиуретан | PU, полиуретан |
SBR | Стирен бутадиен | SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE |
SEBS | Стирен етилен бутилен стирен съполимер | SEBS каучук |
Si | Полисилоксан | силиконов каучук |
VMQ | Винил метил силикон | силиконов каучук |
XNBR | Акрилонитрил бутадиен карбокси мономер | XNBR, карбоксилиран нитрил |
XSBR | Стирен бутадиен карбокси мономер | |
YBPO | Термопластичен полиетер-естер | |
YSBR | Стирен бутадиен блок съполимер | |
YXSBR | Стирен бутадиен карбокси блок съполимер |
SBR
Стирен-бутадиен или стирен-бутадиен каучук (SBR) описва синтетични каучуци, които се получават от стирен и бутадиен. Подсилен стирен-бутадиен, характеризиращ се с висока устойчивост на абразия и добри свойства против стареене. Съотношението между стирен и бутадиен определя свойствата на полимера: при високо съдържание на стирен каучукът става по-твърд и по-малко каучук.
Ограниченията на неподсиления SBR са причинени от ниската му якост без армировка, ниската устойчивост, ниската якост на разкъсване (особено при високи температури) и лошото залепване. Следователно са необходими подсилващи агенти и пълнители за подобряване на свойствата на SBR. Например, пълнителите за сажди се използват силно за здравина и устойчивост на абразия.
Стирен
Стирен (C8H8) е известен под различни термини като етенилбензен, винилбензен, фенилетен, фенилетилен, цинамен, стирол, диарекс HF 77, стирален и стиропол. Това е органично съединение с химическа формула C6H5CH=CH2. Стиролът е предшественик на полистирола и няколко съполимера.
Той е производно на бензола и се проявява като безцветна мазна течност, която лесно се изпарява. Стиренът има сладка миризма, която при високи концентрации се превръща в по-малко приятна миризма.
В присъствието на винилова група стиренът образува полимер. Полимерите на основата на стирен се произвеждат в търговската мрежа за получаване на продукти като полистирол, ABS, стирен-бутадиен (SBR) каучук, стирен-бутадиен латекс, SIS (стирен-изопрен-стирен), S-EB-S (стирен-етилен/бутилен-стирен), стирен-дивинилбензен (S-DVB), стирен-акрилонитрилна смола (SAN) и ненаситени полиестери, които се използват в смоли и термореактивни съединения. Тези материали са важни компоненти за производството на каучук, пластмаса, изолация, фибростъкло, тръби, части за автомобили и лодки, контейнери за храна и подложка за килими.
Каучукови приложения
Каучукът има много характеристики на материала като здравина, дълготрайност, водоустойчивост и топлоустойчивост. Тези свойства правят каучука много универсален, така че да се използва в много индустрии. Основната употреба на каучука е в автомобилната индустрия, главно за производство на гуми. Допълнителни характеристики като негов нехлъзгав, мекота, издръжливост и устойчивост правят каучука много често посещаван композит, използван за производството на обувки, подови настилки, медицински и здравни консумативи, домакински продукти, играчки, спортни артикули и много други каучукови изделия.
Нанодобавки и пълнители
Наноразмерните пълнители и добавки в каучука действат като подсилващи и защитни агенти за подобряване на якостта на опън, устойчивостта на абразия, устойчивостта на разкъсване, хистерезиса и за запазване срещу фото- и термично разграждане на каучука.
Силициев двуокис
Силициев диоксид (SiO2, силициев диоксид) се използва в много форми като аморфен силициев диоксид, например димящ силициев диоксид, силициев диоксид, утаен силициев диоксид за подобряване на характеристиките на материала по отношение на динамичните механични свойства, устойчивостта на термично стареене и морфологията. Пълните със силициев диоксид съединения показват нарастващ вискозитет и плътност на кръстосани връзки, съответно до увеличаване на съдържанието на пълнител. Твърдостта, модулът, якостта на опън и характеристиките на износване се подобряват постепенно чрез увеличаване на количеството силициев пълнител.
сажди
Саждите са форма на паракристален въглерод с химисорбирани кислородни комплекси (като карбоксилни, хинонови, лактонни, фенолни групи и други), прикрепени към повърхността му. Тези повърхностни кислородни групи обикновено се групират под термина “летливи комплекси”. Поради това летливо съдържание саждите са непроводим материал. С въглеродно-кислородните комплекси функционализираните частици сажди са по-лесни за разпръскване.
Високото съотношение на площта към обема на сажди го прави често срещан подсилващ пълнител. Почти всички каучукови изделия, за които якостта на опън и устойчивостта на абразия са от съществено значение, използват сажди. Утаен или изпарен силициев диоксид се използва като заместител на саждите, когато се изисква подсилване на каучук, но черният цвят трябва да се избягва. Въпреки това, пълнителите на основата на силициев диоксид печелят пазарен дял и в автомобилните гуми, тъй като използването на силициеви пълнители води до по-ниски загуби при търкаляне в сравнение с гумите, пълни със сажди.
Таблицата по-долу дава преглед на видовете сажди, използвани в гумите
Име | Съкращение. | ASTM | Размер на частиците nm | Якост на опън MPa | Относителна лабораторна абразия | Относително износване на пътното облекло |
---|---|---|---|---|---|---|
Супер абразийна пещ | УАГ | N110 | 20–25 | 25.2 | 1.35 | 1.25 |
Междинен SAF | АЙСАФ | Н220 | 24–33 | 23.1 | 1.25 | 1.15 |
Пещ с висока абразия | HAF | Н330 | 28–36 | 22.4 | 1.00 | 1.00 |
Лесен канал за обработка | ДПК | N300 | 30–35 | 21.7 | 0.80 | 0.90 |
Пещ за бързо екструдиране | FEF | Н550 | 39–55 | 18.2 | 0.64 | 0.72 |
Пещ с висок модул | HMF | Н660 | 49–73 | 16.1 | 0.56 | 0.66 |
Полуармираща пещ | ЕФП | Н770 | 70–96 | 14.7 | 0.48 | 0.60 |
Фина термична | МЕТРА | Н880 | 180–200 | 12.6 | 0.22 | – |
Средно термичен | МТ | N990 | 250–350 | 9.8 | 0.18 | – |
графенов оксид
Графеновият оксид, диспергиран в SBR, води до висока якост на опън и якост на разкъсване, както и до изключителна устойчивост на износване и ниско съпротивление при търкаляне, които са важни свойства на материала за производството на гуми. SBR, подсилен с графен оксид и силициев диоксид, предлага конкурентна алтернатива за екологично производство на гуми, както и за производство на високоефективни каучукови композити. Графенът и графеновият оксид могат да бъдат успешно, надеждно и лесно ексфолирани при ултразвук. Щракнете тук, за да научите повече за ултразвуковото производство на графен!