Ultrazvuková příprava vyztužené pryže

• Vyztužené pryže vykazují vyšší pevnost v tahu, tažnost, odolnost proti oděru a lepší stabilitu při stárnutí.
• Plniva, jako jsou saze (např. CNTs, MWNTs), grafen nebo oxid křemičitý, musí být v matrici homogenně dispergována, aby zajistila požadované vlastnosti materiálu.
• Výkonový ultrazvuk zajišťuje vynikající kvalitu distribuce monodisperzních nanočástic s vysoce vyztužujícími vlastnostmi.

Ultrazvuková disperze

Ultrazvuk se široce používá k dispergaci nanomateriálů, jako jsou monodisperzní nanočástice a nanotrubice, protože ultrazvuk výrazně zlepšuje separaci a funkcionalizaci částic a trubic.
Ultrazvukové dispergační zařízení vytváří kavitaci a vysoké smykové síly, které rozrušují, deaglomerují, rozplétají a dispergují nanočástice a nanotrubice. Intenzitu sonikace lze přesně nastavit a řídit tak, aby byly parametry ultrazvukového zpracování dokonale přizpůsobeny s ohledem na koncentraci, aglomeraci a uspořádání/zapletení nanomateriálu. Nanomateriály tak lze optimálně zpracovat podle specifických požadavků daného materiálu. Optimální podmínky disperze díky individuálně nastaveným parametrům ultrazvukového procesu vedou k vysoce kvalitnímu finálnímu pryžovému nanokompozitu s vynikajícími vyztužujícími vlastnostmi nanoaditiv a nanoplniv.
Díky vynikající kvalitě disperze dosahované ultrazvukem a takto dosažené rovnoměrné disperzi postačuje k získání vynikajících vlastností materiálu velmi nízký obsah plniva.

Pryž vyztužená sazemi pomocí ultrazvuku

Saze jsou jedním z nejdůležitějších plniv v pryžích, zejména pro pneumatiky, kde pryžovému materiálu dodávají odolnost proti oděru a pevnost v tahu. Částice sazí mají silný sklon k tvorbě agregátů, které se obtížně homogenně dispergují. Saze se běžně používají v barvách, emailech, tiskových barvách, barvivech pro nylon a plasty, latexových směsích, voskových směsích, fotografických povlacích a dalších produktech.
Ultrazvuková disperze umožňuje deaglomeraci a rovnoměrné promísení s velmi vysokou monodisperzitou částic.
Klikněte zde a zjistěte více o ultrazvukové disperzi pro vyztužené kompozity!

Pryž vyztužená CNT / MWCNT pomocí ultrazvuku

Ultrazvukové homogenizátory jsou výkonné dispergační systémy, které lze přesně řídit a přizpůsobit požadavkům procesu a materiálu. Přesné řízení parametrů ultrazvukového procesu je obzvláště důležité při dispergaci nanotrubic, jako jsou MWNTs nebo SWNTs, protože nanotrubice musí být rozpleteny na jednotlivé trubice, aniž by došlo k jejich poškození (např. přetržení). Nepoškozené nanotrubice nabízejí vysoký poměr stran (až 132 000 000:1), takže po zapracování do kompozitu poskytují výjimečnou pevnost a tuhost. Výkonná, přesně nastavená sonikace překonává Van der Waalsovy síly, disperguje a rozplétá nanotrubice, čímž vzniká vysoce výkonný pryžový materiál s výjimečnou pevností v tahu a modulem pružnosti.
Dále se ultrazvuková funkcionalizace používá k modifikaci uhlíkových nanotrubic za účelem dosažení požadovaných vlastností, které lze využít v rozmanitých aplikacích.

Pryž vyztužená nano-oxidem křemičitým pomocí ultrazvuku

Ultrazvukové dispergátory zajišťují vysoce rovnoměrnou distribuci nanočástic oxidu křemičitého (SiO₂) v roztocích pryžových polymerů. Nanočástice oxidu křemičitého (SiO₂) musí být homogenně distribuovány jako monodisperzní částice v polymerovaném styren-butadienu a dalších kaučucích. Monodisperzní nano-SiO₂ působí jako vyztužující činidlo, které výrazně zlepšuje houževnatost, pevnost, tažnost, ohybové vlastnosti a odolnost proti stárnutí. Pro nanočástice platí: Čím menší je velikost částic, tím větší je jejich specifický povrch. S vyšším poměrem povrchu k objemu (S/V) se dosahuje lepších strukturních a vyztužujících účinků, což zvyšuje pevnost v tahu a tvrdost pryžových výrobků.
Ultrazvuková disperze nanočástic oxidu křemičitého umožňuje přesně řídit procesní parametry, takže se dosáhne sférické morfologie, přesně nastavené velikosti částic a velmi úzké distribuce velikosti.
Ultrazvukově dispergovaný oxid křemičitý vede k nejvyššímu výkonu materiálu takto vyztužené pryže.
Klikněte zde a zjistěte více o ultrazvukové dispergaci SiO₂!

Ultrazvuková disperze vyztužujících aditiv

Bylo prokázáno, že sonikace disperguje mnoho dalších nanočásticových materiálů za účelem zlepšení modulu, pevnosti v tahu a únavových vlastností pryžových kompozitů. Protože velikost, tvar, specifický povrch a povrchová aktivita částic plniv a vyztužujících aditiv jsou pro jejich účinnost zásadní, patří výkonné a spolehlivé ultrazvukové dispergátory k nejčastěji používaným metodám zapracování mikro- a nanočástic do pryžových výrobků.
Typickými aditivy a plnivy, která se pomocí sonikace zapracovávají jako rovnoměrně distribuované nebo monodisperzní částice do pryžových matric, jsou uhličitan vápenatý, kaolinová hlína, pyrogenní oxid křemičitý, srážený oxid křemičitý, oxid grafitu, grafen, slída, mastek, baryt, wollastonit, srážené křemičitany, pyrogenní oxid křemičitý a diatomit.
Když se nanočástice TiO₂ funkcionalizované kyselinou olejovou ultrazvukově dispergují ve styren-butadienovém kaučuku, již velmi malé množství oleic-SiO₂ vede k výrazně zlepšenému modulu, pevnosti v tahu a únavovým vlastnostem a působí jako ochranné činidlo proti foto- a termodegradaci.

• Trihydrát oxidu hlinitého (Al₂O₃) se přidává jako retardér hoření, ke zlepšení tepelné vodivosti a pro odolnost proti plazivým proudům a erozi.
• Plniva z oxidu zinečnatého (ZnO) zvyšují relativní permitivitu i tepelnou vodivost.
• Oxid titaničitý (TiO₂) zlepšuje tepelnou a elektrickou vodivost.
• Uhličitan vápenatý (CaCO₃) se používá jako aditivum díky svým mechanickým a reologickým vlastnostem a vlastnostem zpomalujícím hoření.
• Titaničitan barnatý (BaTiO₃) zvyšuje tepelnou stabilitu.
• Grafen a oxid grafenu (GO) poskytují vynikající mechanické, elektrické, tepelné a optické vlastnosti materiálu.
• Uhlíkové nanotrubice (CNTs) výrazně zlepšují mechanické vlastnosti, jako je pevnost v tahu, elektrická a tepelná vodivost.
• Vícestěnné uhlíkové nanotrubice (MWNTs) zlepšují Youngův modul a mez kluzu. Například již 1 hm.% MWNTs v epoxidu vede ke zvýšení Youngova modulu o 100% a meze kluzu o 200% ve srovnání s čistou matricí.
• Jednostěnné uhlíkové nanotrubice (SWNTs) zlepšují mechanické vlastnosti a tepelnou vodivost.
• Uhlíková nanovlákna (CNF) zvyšují pevnost, tepelnou odolnost a trvanlivost.
• Kovové nanočástice, jako je nikl, železo, měď, zinek, hliník a stříbro, se přidávají ke zlepšení elektrické a tepelné vodivosti.
• Organické nanomateriály jako montmorillonit zlepšují mechanické vlastnosti a vlastnosti zpomalující hoření.

Ultrazvukové dispergační systémy

Hielscher Ultrasonics nabízí široký sortiment ultrazvukových zařízení – od menších stolních systémů pro testy proveditelnosti až po vysoce odolné průmyslové ultrazvukové jednotky s výkonem až 16kW na jednotku. Výkon, spolehlivost, přesná řiditelnost i robustnost činí z ultrazvukových dispergačních systémů Hielscher „tahouna“ ve výrobních linkách mikro- a nanočásticových formulací. Naše ultrazvukové přístroje dokážou zpracovat vodné i rozpouštědlové disperze až do vysokých viskozit (až 10 000cp) bez potíží. Různé sonotrody (ultrazvukové sonotrody), boostery (zesilovače/zeslabovače amplitudy), geometrie průtokových cel a další příslušenství umožňují optimální přizpůsobení ultrazvukového dispergátoru produktu a požadavkům jeho procesu.
Průmyslové ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics dokážou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200µm lze bez prodlení nepřetržitě provozovat v režimu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici zakázkové ultrazvukové sonotrody. Robustnost ultrazvukových zařízení Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích. Ultrazvukové dispergátory Hielscher jsou instalovány po celém světě pro rozsáhlou komerční výrobu.