Fremstilling af forstærket gummi med ultralyd

• Forstærkede gummityper har højere trækstyrke, forlængelse og slidbestandighed samt bedre ældningsstabilitet.
• Fyldstoffer som kønrøg (f.eks. CNTs, MWNTs), grafen eller silika skal dispergeres homogent i matricen for at opnå de ønskede materialeegenskaber.
• Højintensiv ultralyd giver en overlegen fordelingskvalitet af monodispergerede nanopartikler med stærkt forstærkende egenskaber.

Ultralydsdispergering

Sonikering anvendes i vid udstrækning til dispergering af nanomaterialer såsom monodispergerede nanopartikler og nanorør, da ultralyd i høj grad forbedrer adskillelsen og funktionaliseringen af partiklerne og rørene.
Ultralydsdispergeringsudstyr skaber kavitation og høje forskydningskræfter til at bryde op, deagglomerere, udrede og dispergere nanopartikler og nanorør. Sonikeringens intensitet kan indstilles og styres præcist, så parametrene for ultralydsbehandlingen tilpasses perfekt under hensyntagen til nanomaterialets koncentration, agglomerering og orientering/sammenfiltring. Dermed kan nanomaterialer behandles optimalt i forhold til deres specifikke materialekrav. Optimale dispergeringsbetingelser som følge af individuelt tilpassede ultralydsprocesparametre resulterer i en færdig gumminanokomposit af høj kvalitet med overlegne forstærkende egenskaber fra nanoadditiverne og nanofyldstofferne.
På grund af ultralydens overlegne dispergeringskvalitet og den dermed opnåede ensartede dispergering er et meget lavt fyldstofindhold tilstrækkeligt til at opnå fremragende materialeegenskaber.

Gummi forstærket med kønrøg ved hjælp af ultralyd

Kønrøg er et af de vigtigste fyldstoffer i gummi, især til dæk, og giver gummimaterialet slidbestandighed og trækstyrke. Kønrøgspartikler har en stærk tendens til at danne aggregater, som er vanskelige at dispergere homogent. Kønrøg anvendes almindeligvis i maling, emaljer, trykfarver, farvemidler til nylon og plast, latexblandinger, voksblandinger, fotografiske belægninger og meget mere.
Ultralydsdispergering gør det muligt at deagglomerere og blande ensartet med en meget høj monodispersitet af partiklerne.
Klik her for at læse mere om ultralydsdispergering til forstærkede kompositter!

Gummi forstærket med CNT / MWCNT ved hjælp af ultralyd

Ultralydshomogenisatorer er kraftige dispergeringssystemer, som kan styres præcist og tilpasses proces- og materialekravene. Den præcise styring af ultralydsprocesparametrene er særlig vigtig ved dispergering af nanorør såsom MWNTs eller SWNTs, da nanorørene skal udredes til enkeltstående rør uden at blive beskadiget (f.eks. ved spaltning). Ubeskadigede nanorør har et højt længde-diameter-forhold (op til 132.000.000:1), så de giver enestående styrke og stivhed, når de indarbejdes i en komposit. Kraftig, præcist tilpasset sonikering overvinder van der Waals-kræfterne og dispergerer og udreder nanorørene, hvilket resulterer i et højtydende gummimateriale med enestående trækstyrke og elasticitetsmodul.
Desuden anvendes ultralydsfunktionalisering til at modificere kulstofnanorør for at opnå ønskede egenskaber, der kan udnyttes i mange forskellige anvendelser.

Gummi forstærket med nanosilika ved hjælp af ultralyd

Ultralydsdispergatorer giver en meget ensartet partikelfordeling af silika (SiO₂)-nanopartikler i gummipolymeropløsninger. Silika (SiO₂)-nanopartikler skal fordeles homogent som monodispergerede partikler i polymeriseret styren-butadien og andre gummityper. Monodispergeret nano-SiO₂ fungerer som et forstærkningsmiddel, der markant forbedrer sejhed, styrke, forlængelse, bøjningsegenskaber og ældningsbestandighed. For nanopartikler gælder følgende: Jo mindre partikelstørrelsen er, desto større er partiklernes specifikke overfladeareal. Med et højere forhold mellem overfladeareal og volumen (S/V) opnås bedre strukturelle og forstærkende virkninger, hvilket øger gummiprodukternes trækstyrke og hårdhed.
Ultralydsdispergering af silikananopartikler gør det muligt at styre procesparametrene nøjagtigt, så der opnås en sfærisk morfologi, en præcist tilpasset partikelstørrelse og en meget snæver størrelsesfordeling.
Ultralydsdispergeret silika giver den højeste materialeydeevne i det gummi, der derved forstærkes.
Klik her for at læse mere om ultralydsdispergering af SiO₂!

Ultralydsdispergering af forstærkende additiver

Sonikering har vist sig at kunne dispergere mange andre nanopartikulære materialer for at forbedre gummikompositters modul, trækstyrke og udmattelsesegenskaber. Da fyldstoffers og forstærkende additivers partikelstørrelse, form, overfladeareal og overfladeaktivitet er afgørende for deres ydeevne, er kraftige og pålidelige ultralydsdispergatorer en af de hyppigst anvendte metoder til at indarbejde partikler i mikro- og nanostørrelse i gummiprodukter.
Typiske additiver og fyldstoffer, der indarbejdes i gummimatricer ved sonikering som ensartet fordelte eller monodispergerede partikler, er calciumcarbonat, kaolinler, pyrogen silika, fældet silika, grafitoxid, grafen, glimmer, talkum, baryt, wollastonit, fældede silikater, pyrogen silika og diatomit.
Når nanopartikler af oliesyrefunktionaliseret TiO₂ dispergeres med ultralyd i styren-butadien-gummi, resulterer selv en meget lille mængde oleic-SiO₂ i markant forbedret modul, trækstyrke og udmattelsesegenskaber og fungerer som et beskyttelsesmiddel mod foto- og termisk nedbrydning.

• Aluminiumoxidtrihydrat (Al₂O₃) tilsættes som flammehæmmer, for at forbedre varmeledningsevnen og for at give modstandsdygtighed mod krybestrømsdannelse og erosion.
• Zinkoxidfyldstoffer (ZnO) øger den relative permittivitet samt varmeledningsevnen.
• Titandioxid (TiO₂) forbedrer den termiske og elektriske ledningsevne.
• Calciumcarbonat (CaCO₃) anvendes som additiv på grund af dets mekaniske, reologiske og flammehæmmende egenskaber.
• Bariumtitanat (BaTiO₃) øger den termiske stabilitet.
• Grafen og grafenoxid (GO) giver overlegne mekaniske, elektriske, termiske og optiske materialeegenskaber.
• Kulstofnanorør (CNTs) forbedrer markant mekaniske egenskaber såsom trækstyrke, elektrisk og termisk ledningsevne.
• Flervæggede kulstofnanorør (MWNTs) forbedrer Youngs modul og flydespændingen. For eksempel resulterer så lidt som 1 wt.% MWNTs i en epoxy i en forøgelse af Youngs modul og flydespændingen på henholdsvis 100% og 200% sammenlignet med den rene matrix.
• Enkeltvæggede kulstofnanorør (SWNTs) forbedrer de mekaniske egenskaber og varmeledningsevnen.
• Kulstofnanofibre (CNF) tilfører styrke, varmebestandighed og holdbarhed.
• Metalliske nanopartikler såsom nikkel, jern, kobber, zink, aluminium og sølv tilsættes for at forbedre den elektriske og termiske ledningsevne.
• Organiske nanomaterialer såsom montmorillonit forbedrer de mekaniske og flammehæmmende egenskaber.

Ultralydsdispergeringssystemer

Hielscher Ultrasonics tilbyder et bredt produktsortiment af ultralydsudstyr – fra mindre bordmodeller til gennemførlighedsforsøg til robuste industrielle ultralydsenheder med op til 16kW pr. enhed. Effekt, pålidelighed, præcis styrbarhed samt robusthed gør Hielschers ultralydsdispergeringssystemer til produktionslinjens “arbejdshest” ved fremstilling af mikro- og nanopartikulære formuleringer. Vores ultralydsapparater kan nemt behandle vandige og opløsningsmiddelbaserede dispersioner helt op til høje viskositeter (op til 10.000cp) . Forskellige sonotroder (ultralydshorn), boostere (amplitudeforstærkere/-reducere), flowcellegeometrier og andet tilbehør giver mulighed for optimal tilpasning af ultralydsdispergatoren til produktet og dets proceskrav.
Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200µm kan uden forsinkelse anvendes kontinuerligt i 24/7-drift. Til endnu højere amplituder fås specialtilpassede ultralydssonotroder. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift under høj belastning og i krævende miljøer. Hielschers ultralydsdispergatorer er installeret verden over til kommerciel produktion i stor skala.