Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Preparación ultrasónica de caucho reforzado

  • cauchos reforzados muestran mayor resistencia a la tracción, alargamiento, resistencia a la abrasión y una mejor estabilidad de envejecimiento.
  • Cargas tales como negro de carbono (por ejemplo nanotubos de carbono, MWNT), el grafeno, o sílice deben ser dispersados ​​homogéneamente en la matriz para proporcionar las propiedades deseadas del material.
  • ultrasonidos de potencia ofrece una calidad de una distribución superior de nanopartículas monodispersas con propiedades altamente de refuerzo.

 

dispersión ultrasónica

Ultrasonidos es ampliamente empleado para la dispersión de nano materiales tales como nanopartículas y nanotubos monodispersas, ya que los ultrasonidos mejora la separación y la funcionalización de las partículas y los tubos en gran medida.
Ultrasonidos: aparatos de dispersión crea cavitación y fuerzas de alto cizallamiento para interrumpir, desaglomerar, desenredar y dispersar nanopartículas y nanotubos. La intensidad de la sonicación se puede ajustar y controlar con precisión para que los parámetros de procesamiento ultrasónico se adapten perfectamente, teniendo en cuenta la concentración, la aglomeración y la alineación / enmarañamiento del nano material. De este modo, los nanomateriales se pueden procesar de forma óptima en función de los requisitos de su material específico. Las condiciones de dispersión óptimas debidas a los parámetros del proceso ultrasónico ajustados individualmente dan como resultado un nanocompuesto final de caucho de alta calidad con características de refuerzo superiores de los nanoaditivos y las cargas.
Debido a la calidad de dispersión superiores de los ultrasonidos y la dispersión uniforme logrado de este modo, una carga muy baja carga es suficiente para obtener excelentes características de los materiales.

Ultrasonidos Carbono Negro reforzado con goma

negro de carbono es uno de la carga más importante de cauchos, especialmente para neumáticos, para dar la resistencia del material de caucho a la abrasión y resistencia a la tracción. partículas de negro de carbono son muy propensos a formar agregados que son difíciles de dispersar homogéneamente. El negro de carbón se utiliza comúnmente en las pinturas, esmaltes, tintas de impresión, colorantes de nylon y plástico, mezclas de látex, mezclas de ceras, recubrimientos de fotos, y mucho más.
dispersión ultrasónica permite desaglomerar y mezclar uniformemente con una muy alta monodispersidad de las partículas.
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sistema ultrasónico Industrial

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Ultrasonidos CNT / MWCNT reforzado con goma

homogeneizadores ultrasónicos son sistemas dispersantes potentes que pueden ser controladas con precisión y se ajusta a los requisitos del proceso y materiales. El control preciso de los parámetros del proceso de ultrasonidos es especialmente importante para la dispersión de los nanotubos como MWNT o SWNT desde los nanotubos deben ser desenredado en tubos individuales sin sufrir daños (por ejemplo, escisión). nanotubos no dañadas ofrecen una alta relación de aspecto (hasta 132 000 000: 1) para que den excepcional resistencia y rigidez cuando se formula en un material compuesto. Potente, sonicación ajustado precisamente supera las fuerzas der Waals y dispersa Van y desenreda los nanotubos resultantes en un material de caucho de alto rendimiento con resistencia a la tracción excepcional y módulo elástico.
Además, funcionalización ultrasónica se utiliza para modificar nanotubos de carbono con el fin de alcanzar las propiedades deseadas que se pueden utilizar en múltiples aplicaciones.

Ultrasonidos Nanosilice reforzado con goma

Ultrasonidos dispersa nano-sílice (Haga clic para agrandar!)dispersores ultrasónicos entregan una distribución de partículas muy uniforme de sílice (SiO2) nano partículas en soluciones de polímeros de caucho. Sílice (SiO2nano partículas) deben ser distribuidos de manera homogénea en forma de partículas mono-dispersa en polimerizado de estireno-butadieno y otros cauchos. Mono-dispersado nano-SiO2 actúa como agente de refuerzo, que mejora significativamente la resistencia, la resistencia, la elongación, la flexión y el rendimiento antienvejecimiento. Para nano partículas se aplica: Cuanto menor sea el tamaño de las partículas, mayor será la superficie específica de las mismas. Con una mayor relación superficie/volumen (S/V), se obtienen mejores efectos estructurales y de refuerzo, lo que aumenta la resistencia a la tracción y la dureza de los productos de caucho.
Ultrasonic dispersión de nano partículas de sílice permite controlar los parámetros de proceso exactamente de modo que se obtiene una morfología esférica, tamaño de partícula ajustado con precisión, y la distribución de tamaño muy estrecha.
Ultrasónicamente dispersado resultados de sílice en alto rendimiento del material de caucho de esta manera reforzada.
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Ultrasonidos dispersión de los aditivos de refuerzo

El ultrasonicador UP200S para la modificación de las partículas y la reducción de tamaño (click para ampliar!)La sonicación se ha demostrado para dispersar muchos otros materiales nanoparticulado para mejorar módulo, resistencia a la tracción y propiedades de fatiga de los materiales compuestos de caucho. Dado que el tamaño de partícula, forma, superficie y actividad superficial de cargas y aditivos de refuerzo son cruciales para su rendimiento, potente y fiable dispersores de ultrasonidos son uno de los métodos más frecuentemente utilizados para formular las partículas de micro y nanométricas en productos de caucho.
Los aditivos y rellenos típicos, que se incorporan por sonicación como partículas uniformemente distribuidas o monodispersadas en matrices de caucho, son carbonato de calcio, caolín, sílice pirógena, sílice precipitada, óxido de grafito, grafito, grafeno, mica, talco, barita, wollastonita, silicatos precipitados, sílice pirógena y diatomita.
Cuando oleico funcionalizado con ácido TiO2 nanopartículas se dispersan por ultrasonidos en caucho de estireno-butadieno, incluso una cantidad muy pequeña de la oleico-SiO2 resultados en mejorado significativamente módulo, resistencia a la tracción y propiedades de fatiga y funciona como agente protector frente a la foto y la degradación termo.

  • trihidrato de alúmina (Al2O3) Se añade como retardante de la llama, para mejorar la conductividad térmica, y para el seguimiento y la resistencia a la erosión.
  • El óxido de zinc (ZnO) cargas aumentar la permitividad relativa, así como la conductividad térmica.
  • El dióxido de titanio (TiO2) Mejora la conductividad térmica y eléctrica.
  • El carbonato de calcio (CaCO3) Se utiliza como aditivo debido a sus propiedades mecánicas, reológicas y retardadores de llama.
  • Titanato de bario (BaTiO3) Aumenta la estabilidad térmica.
  • grafeno y óxido de grafeno (GO) dar características mecánicas, eléctricas, térmicas y ópticas superiores materiales.
  • nanotubos de carbono (CNTs) mejorar las propiedades mecánicas tales como resistencia a la tracción, eléctrica y la conductividad térmica significativamente.
  • Los nanotubos de carbono de pared múltiple (MWNT) mejorar módulo Young`s y resistencia a la fluencia. Por ejemplo, tan poco como 1 en peso.% De MWNT en un resultado epoxi en un mayor módulo Young`s y resistencia a la fluencia, respectivamente, 100% y 200%, en comparación con la matriz pura.
  • Los nanotubos de carbono de pared simple (SWNT) mejorar las propiedades mecánicas y la conductividad térmica.
  • Las nanofibras de carbono (CNF) añaden fuerza, resistencia al calor y durabilidad.
  • nanopartículas metálicas tales como níquel, hierro, cobre, zinc, aluminio, y plata se añaden para mejorar la conductividad eléctrica y térmica.
  • nanomateriales orgánicos tales como montmorillonita mejorar las propiedades mecánicas y retardadores de la llama.

Los sistemas de dispersión de ultrasonidos

Hielscher Ultrasonidos ofrece una amplia gama de productos de equipos de ultrasonidos – desde sistemas de sobremesa más pequeños para la prueba de viabilidad hasta pesado ultrasonicador unidades industriales Con un máximo de 16kW por unidad. Potencia, fiabilidad, capacidad de control precisa, así como su robustez hacen que los sistemas de dispersión de ultrasonidos de Hielscher las “caballo de trabajo” en la línea de producción de de micras y formulaciones nano-particulado. Nuestros ultrasonicators son capaces de procesar dispersiones acuosas y basadas en disolventes hasta viscosidades altas (hasta 10,000cp) fácilmente. Varios sonotrodos (cuernos ultrasónicos), reforzadores (intensificador / Reducción), el flujo geometrías celulares y otros accesorios permiten la adaptación óptima de la dispersador ultrasónico para el producto y sus requisitos del proceso.
Hielscher Ultrasonics’ procesadores ultrasónicos industriales pueden entregar muy amplitudes altas. Amplitudes de hasta 200µm pueden ser ejecutadas continuamente en operación 24/7 rápidamente. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite 24/7 funcionamiento a tarea pesada y en entornos exigentes. Hielscher`s dispersores de ultrasonidos se instalan en todo el mundo para la producción comercial a gran escala.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000
¡Desarrollamos soluciones personalizadas para un proceso ultrasónico óptimo!

configuración ultrasónico personalizado para nano-dispersiones

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Literatura/Referencias

  • Bitenieks, Juris; Meria, Merijs Remo; Zicans, Janis; Maksimovs, Roberts; Vasilec, Cornelia; Musteata, Valentina Elena (2012): Estireno-acrilato / nanotubos de nanocompuestos de carbono: mecánicas, térmicas, y propiedades eléctricas. Actas de la Academia de Ciencias de Estonia, 2012, 61, 3, 172-177.
  • Kaboorani, Alireza; Riedl, Bernard; Blanchet, Pierre (2013): Ultrasonidos Técnica: Un método para dispersar nanoarcilla en adhesivos para madera. Diario de Nanomateriales 2013.
  • Momen, G .; Farzaneh, M. (2011): Encuesta de Micro / nano relleno uso para mejorar el caucho de silicona para exteriores aislantes. Revisión de Materiales Avanzados Ciencias 27, 2011. 1-3.
  • Sharma, S.D. .; Singh, S. (2013): Síntesis y caracterización de nano Altamente Efectiva sulfatado Zirconia sobre sílice: Core-Shell catalizador mediante irradiación ultrasónica. American Journal de Química 2013, 3 (4): 96-104.


Información interesante

Caucho sintético

Un caucho sintético es cualquier elastómero artificial. Los cauchos sintéticos son principalmente polímeros sintetizados a partir de subproductos del petróleo y están hechos, como otros polímeros, de diversos monómeros a base de petróleo. El caucho sintético más prevalente es el caucho de estireno-butadieno (SBR) derivado de la copolimerización de estireno y 1,3-butadieno. Otros cauchos sintéticos se preparan a partir de isopreno (2-metil-1,3-butadieno), cloropreno (2-cloro-1,3-butadieno) e isobutileno (metilpropeno) con un pequeño porcentaje de isopreno para la reticulación. Estos y otros monómeros se pueden mezclar en diversas proporciones para ser copolimerizados para producir productos con una gama de propiedades físicas, mecánicas y químicas. Los monómeros pueden producirse puros y la adición de impurezas o aditivos se puede controlar por diseño para proporcionar propiedades óptimas. La polimerización de monómeros puros se puede controlar mejor para dar una proporción deseada de dobles enlaces cis y trans.
caucho sintético, como el caucho natural, es ampliamente utilizado en la industria del automóvil para los perfiles de los neumáticos, puertas y ventanas, mangueras, correas, esteras, y suelos.

Caucho natural

El caucho natural es también conocida como la India goma o caucho. El caucho natural se clasifica como elastómero y se compone principalmente de polímeros del compuesto orgánico de poli-cis-isopreno y agua. Contiene trazas de impurezas tales como proteínas, suciedad, etc. El caucho natural, que se deriva como látex del árbol del caucho Hevea brasiliensis, Muestra excelentes propiedades mecánicas. Sin embargo, en comparación con los cauchos sintéticos, caucho natural tiene un rendimiento del material inferior especialmente con respecto a su estabilidad térmica y su compatibilidad con productos de petróleo. El caucho natural tiene una amplia gama de aplicaciones, ya sea solo o en combinación con otros materiales. Sobre todo, se utiliza debido a su gran proporción de extensión, de alta resistencia, y su extremadamente alta estanqueidad. El punto de fusión es de goma a aproximadamente 180 ° C (356 ° F).

La siguiente tabla ofrece una visión general sobre los distintos tipos de caucho:

YO ASI Nombre técnico Nombre común
ACM poliacrilato de goma
AEM Caucho de etileno-acrilato
A uretano de poliéster
REGISTRARSE Bromo isobutileno isopreno bromobutilo
BR polibutadieno Buna CB
IR Cloro isobutileno isopreno Clorobutilo, butilo
CR policloropreno Cloropreno, neopreno
CSM El polietileno clorosulfonado Hipalón
ECO epiclorhidrina ECO, epiclorhidrina, Epichlore, Epichloridrine, Herclor, Hydrin
PE Etileno propileno
EPDM Etileno propileno dieno monómero EPDM, Nordel
EE.UU. uretano poliéter
FFKM perfluorocarbono goma Kalrez, Chemraz
FKM Fluoronated Hidrocarburos Viton, Fluorel
FMQ fluoro silicona FMQ, caucho de silicona
FPM caucho fluorado
HBR Butadieno de nitrilo hidrogenado HBR
Y poliisopreno (Synthetic) Caucho Natural
IIR Isobutileno isopreno butilo Butilo
NBR acrilonitrilo butadieno NBR, nitrilo, Perbunan, Buna-N
PU Poliuretano PU, poliuretano
SBR estireno-butadieno SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE
SEBS Estireno etileno butileno estireno SEBS goma
Y polisiloxano Goma de silicona
VMQ Metil vinil de silicona Goma de silicona
XNBR El monómero acrilonitrilo-butadieno-carboxi XNBR, nitrilo carboxilado
xsbr El butadieno estireno monómero carboxi
YBPO Termoplástico de poliéter-éster
YSBR Estireno butadieno copolímero de bloques
YXSBR Estireno butadieno carboxi copolímero de bloques

SBR

Estireno-butadieno o caucho de estireno-butadieno (SBR) describe cauchos sintéticos, que se derivan de estireno y butadieno. Blindada estireno-butadieno que se caracteriza por su alta resistencia a la abrasión y buenas propiedades anti-envejecimiento. La proporción entre estireno y butadieno determina las propiedades del polímero: por un alto contenido de estireno, los cauchos se vuelve más duro y menos elástica.
Las limitaciones de SBR no reforzado son causados ​​por su baja resistencia sin refuerzo, de baja resistencia, baja resistencia al desgarro (en particular a altas temperaturas), y la mala adherencia. Por lo tanto, se requieren agentes de refuerzo y materiales de carga para mejorar las propiedades de SBR. Por ejemplo, cargas de negro de carbono se usan para la fuerza y ​​la resistencia a la abrasión en gran medida.

estireno

Estireno (C8H8) Es conocido bajo diversos términos tales como etenilbenceno, vinilbenceno, fenileteno, feniletileno, cinnamene, estirol, HF Diarex 77, styrolène, y styropol. Es un compuesto orgánico con la fórmula química C6H5CH = CH2. El estireno es el precursor de poliestireno y varios copolímeros.
Es un derivado de benceno y aparece como un líquido oleoso incoloro, que se evapora fácilmente. Estireno tiene un olor dulce, que gira a altas concentraciones en un olor menos agradable.
En presencia de un grupo vinilo, estireno forma un polímero. polímeros a base de estireno se producen comercialmente de obtener productos tales como poliestireno, ABS, estireno-butadieno (SBR), látex de estireno-butadieno, SIS (estireno-isopreno-estireno), S-EB-S (estireno-etileno / butileno estireno), de estireno-divinilbenceno (S-DVB), resina de estireno-acrilonitrilo (SAN), y poliésteres insaturados que se usan en resinas y compuestos termoendurecibles. Estos materiales son componentes importantes para la producción de caucho, plástico, aislamiento, fibra de vidrio, tuberías, automóvil y partes de botes, envases de alimentos, y la base de alfombra.

Aplicaciones de goma

Rubber tiene muchas características del material tales como resistencia, larga, resistencia al agua duradera y resistencia al calor. Estas propiedades hacen de caucho muy versátil para que se utiliza en muchas industrias. El uso principal de caucho es en la industria del automóvil, sobre todo para la producción de neumáticos. Otras características como su no resbaladiza, suavidad, durabilidad y resistencia hacen de caucho de un compuesto altamente frecuentado utilizado para la producción de zapatos, suelos, suministros médicos y sanitarios, productos para el hogar, juguetes, artículos deportivos y muchos de otros productos de caucho.

Nano-Aditivos y rellenos

cargas y aditivos en cauchos de tamaño nanométrico actúan como agentes de refuerzo y de protección para mejorar la resistencia a la tracción, resistencia a la abrasión, resistencia al desgarro, la histéresis y para preservar contra la degradación foto-y térmica del caucho.

sílice

Sílice (SiO2, Dióxido de silicio) se utiliza en muchas formas, tales como sílice amorfa, por ejemplo, sílice pirógena, humo de sílice, sílice precipitada para mejorar las características del material con respecto a las propiedades dinámicas mecánicas, resistencia al envejecimiento térmico, y la morfología. compuestos cargados con sílice muestran una densidad de reticulación de la viscosidad y aumentar, respectivamente, a un contenido de relleno en aumento. Dureza, módulo, resistencia a la tracción, y características de desgaste se mejoraron progresivamente al aumentar la cantidad de sílice-relleno.

Negro carbón

El negro de carbón es una forma de carbono paracristalina con complejos de oxígeno quimisorbidas (tales como carboxílicos,,, grupos quinonic lactónicos fenólicos y otros) unidos a su superficie. Estos grupos de oxígeno superficie suelen agruparse bajo el término “complejos volátiles”. Debido a este contenido volátil, negro de carbono es un material no conductor. Con complejos de carbono-oxígeno de carbono funcionalizado partículas negras son más fáciles de dispersar.
La alta relación de área superficial a volumen de negro de carbono hace que sea una carga de refuerzo común. Casi todos los productos de caucho, para el que resistencia a la tracción y resistencia a la abrasión son esenciales, el uso de negro de humo. Precipitada o sílice de combustión se utiliza como un sustituto de negro de carbono, cuando se requiere reinforcment de caucho pero el color negro debe ser evitado. Sin embargo, materiales de relleno a base de sílice están ganando cuota de mercado en los neumáticos de automóviles, también, porque el uso de los resultados de cargas de sílice en una pérdida de rodadura menor en comparación con los neumáticos con carga de negro de carbono.
La siguiente tabla ofrece una visión general sobre los tipos de negro de carbono utilizado en los neumáticos

Nombre Abrev. ASTM De partículas de tamaño nm Resistencia a la tracción MPa abrasión relativa de laboratorio abrasión relativa roadwear
Súper horno, para abrasión FAS N110 20-25 25.2 1.35 1.25
intermedio SAF ISAF N220 24-33 23.1 1.25 1.15
Horno de alta abrasión VERANO N330 28-36 22.4 1.00 1.00
Canal de fácil procesamiento EPC N300 30-35 21.7 00.80 00.90
La extrusión rápida Horno FEF N550 39-55 18.2 00.64 00.72
Horno de alto módulo HMF N660 49-73 16.1 00.56 00.66
Semi-refuerzo horno MARCO ESTRATÉGICO DE RESULTADOS N770 70-96 14.7 00.48 00.60
Fine térmica PIE N880 180-200 12.6 00.22
medio térmica MONTE N990 250-350 9.8 00.18

Óxido de grafeno

óxido de grafeno dispersado en SBR resulta en resistencia a la tracción y resistencia al desgarro, así como en resistencia al desgaste excelente y baja resistencia a la rodadura, que son importantes las propiedades del material para la fabricación de neumáticos. El grafeno óxido de sílice reforzado con SBR ofrece una alternativa competitiva para una producción de neumáticos respetuoso del medio ambiente, así como para la producción de materiales compuestos de caucho de alto rendimiento. El grafeno y óxido de grafeno pueden ser satisfactoriamente, fiable y fácil exfoliada bajo tratamiento con ultrasonidos. Haga clic aquí para obtener más información sobre la fabricación de ultrasonidos de grafeno!