Suure jõudlusega liimide koostised – täiustatud ultraheli dispergeerimisega

Suure jõudlusega liimid koosnevad epoksiid-, silikoon-, polüuretaan-, polüsulfiid- või akrüülsüsteemidest, mis sisaldavad erinevaid (nano)täiteaineid ja lisandeid, mis annavad liimile erilised omadused, nagu nakketugevus, väike kaal, vastupidavus, kuumuskindlus ja jätkusuutlikkus. Suure jõudlusega liimide koostamiseks on vaja tõhusat ja töökindlat segamist. Ultraheli dispergeerimist ja emulgeerimist kasutatakse erinevate komponentide ühtlaseks kombineerimiseks homogeenseteks liimisegudeks. Inline-sonikeerimine segab töökindlalt ja tõhusalt isegi suure viskoossusega materjale ja suure nanotäiteainete sisaldusega segusid, andes kvaliteetsemaid liime.

Ultraheli nihkejõud suure jõudlusega liimide dispergeerimiseks

Suure jõudlusega liimid pakuvad erakordset nakketugevust, vastupidavust ja väikest kaalu. Sõltuvalt lõppkasutusest koostatakse polümeere, kopolümeere ja mitmesuguseid lisandeid vastavalt põhjalikult välja töötatud retseptidele.

Liimide ja kleepainete epoksiid-, silikoon-, polüuretaan- ja akrüülsüsteeme toodavad koostajad, kes muudavad liimi alust, lisades kleepuvusandureid, mineraalseid täiteaineid (talk, ränidioksiid, alumiiniumoksiid jne), plastifikaatoreid, viskoossuse vähendajaid, värvaineid, paksendajaid, kiirendeid, nakkeaineid jne. Need muudatused teenivad mitmeid eesmärke, näiteks jõudluse ja/või töötlemismugavuse parandamist või kulude vähendamist. Ultraheli suure nihkejõuga dispergaatorid sobivad ideaalselt erinevate epoksiidsüsteemide inline-koostamiseks ning võimaldavad paindlikult toota konkreetsete rakenduste nõuetele kohandatud liime.

Ultraheli suure nihkejõuga segistid nõudlike dispergeerimis- ja emulgeerimisrakenduste jaoks

Suure jõudlusega ultraheliseadmed töötavad nagu suure nihkejõuga segisti. Äärmiselt suured nihkejõud tekivad ultraheli- / akustilise kavitatsiooni abil ning sobivad ideaalselt partii- ja inline-emulgeerimiseks, dispergeerimiseks, jahvatamiseks, deaglomeratsiooniks ja homogeniseerimiseks. Ultraheli inline-dispergaatoritega saab hõlpsasti töödelda madalast kuni kõrge tahkete osakeste sisalduse ja viskoossusega materjale.

Nanomaterjalide ultraheli suure nihkejõuga segamine liimides

Nanomaterjale, nagu süsinik-nanotorud (CNT-d), metallilised nanoosakesed, nanoräni, nanosavid, nanokiud ja paljud teised nanosuuruses osakesed, kasutatakse nanoarmeeritud polümeeride (nanokomposiitide) tootmiseks. Nanoosakesed on tuntud oma võime poolest muuta termoreaktiivsete polümeerliimide mehaanilisi omadusi (nt jäikus, elastsus), elektrilisi omadusi (nt juhtivus), funktsionaalseid omadusi (nt läbilaskvus, klaasistumistemperatuur, moodul) ja purunemiskäitumist. Nanomaterjalid ei anna mitte ainult erilisi suure jõudlusega omadusi, nagu nakketugevus, vastupidavus, conduciveness, elastsus või kuumuskindlus; nanostruktuursete osakeste lisamine võib parandada ka polümeeride barjääriomadusi.
Ultrahelil tekitatud akustilise kavitatsiooni suured nihkejõud on tuntud oma võime poolest nanoosakesi deaglomereerida ja dispergeerida ning isegi primaarosakesi purustada (st ultraheljahvatus). Kui neid ultraheli jõude rakendatakse nanoosakesi ja muid täiteaineid sisaldavatele polümeersüsteemidele, saadakse väga ühtlane koostis. Ultraheli dispergeerimine on energiatõhus meetod, mille energiatarve on väiksem võrreldes tavapäraste nihkesegamismeetoditega, nagu suure nihkejõuga labasegistid, tiivikusegistid või veskid.

Video näitab grafiidi segamist ja dispergeerimist ultraheliga 250mL epoksüvaigus (Toolcraft L), kasutades ultrahelihomogenisaatorit (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics toodab seadmeid grafiidi, grafeeni, süsiniknanotorude, nanotraadikeste või täiteainete dispergeerimiseks laboris või suuremahulistes tootmisprotsessides. Tüüpilised rakendused on nano- ja mikromaterjalide dispergeerimine funktsionaliseerimise käigus või nende dispergeerimine vaikudesse või polümeeridesse.

Kaboori et al. (2013) näitasid, et ultrahelitöötlus on tõhus meetod montmorilloniidi (MMT) kihiliste struktuuride dispergeerimiseks ja MMT-ga tugevdatud PVA liimide väljatöötamiseks. Ultrahelitöötlus osutus usaldusväärseks ja tõhusaks nanosavi dispergeerimisel PVA-s nii väikese (1% ja 2%) kui ka suure (4%) sisaldusega.
Uurimisrühm leidis, et „ultraheli tehnika on nanosavi dispergeerimisel väga tõhus, eriti suure sisalduse korral, erinevalt suure nihkekiirusega segistist. Suure kiirusega segamine suutis nanosavi PVA-s dispergeerida ainult väikese sisalduse korral ning suurendas PVA nakketugevust erinevates tingimustes. Suure kiirusega segamisel on mõned puudused: võimalik PVA emulsiooni kahjustus (segamisel kasutatava tugeva nihkejõu tõttu), suur maksumus ja suur energiatarbimine. Seevastu ultraheli töötluse tehnikal on PVA emulsioonile minimaalne negatiivne mõju. Lisaks on ultraheli töötluse tehnika ökonoomne, kuna ultraheliga segamine võiks toimuda enne PVA tootmist ning nanosavi sisaldava lahuse saab PVA-le lisada tootmisprotsessi käigus. Võttes arvesse selles artiklis ja meie varasemas töös saadud tulemusi ning ultraheli töötluse tehnika eeliseid suure kiirusega segamise ees, näib nanosavi lisamine PVA-le tööstuslikus mastaabis teostatav ja seda võib soovitada puiduliimide tootjatele.” (Kaboori et al., 2013)

Ultraheli degaseerimise mõju liimide tootmisel

Sonikeerimise täiendav eelis, mis parandab oluliselt formuleerimise tulemusi, on ultraheli töötluse degaseerimisefekt. Suure kiirusega mehaaniline segamine (nt suure nihkejõuga labasegistid) tekitab segus suure hulga gaasimulle, mis mõnel juhul võib olla isegi märgatav segu heledamaks muutunud värvuse tõttu. Ultraheli suure nihkejõuga segamisel on suur eelis, et sonikeerimistehnika ei too liimikoostisesse gaase, vaid ultrahelilained sunnivad juba olemasolevaid gaasimulle ühinema ja vedeliku pinnale tõusma, kust gaasi saab hõlpsasti eemaldada. Seega soodustab ultraheli töötlus vedelike ja liimikoostiste degaseerimist ja õhust vabastamist. (vrd Shadlou et al., 2014)

Suure jõudlusega ultraheli dispergaatorid tööstuslike liimikoostiste jaoks

Hielscher Ultrasonics projekteerib, toodab ja turustab suure jõudlusega ultraheli dispergaatoreid nõudlikeks rakendusteks, näiteks suure jõudlusega liimide, tugevalt täidetud vaigude ja nanokomposiitide tootmiseks. Hielscheri sonikaatoreid kasutatakse kogu maailmas nanomaterjalide dispergeerimiseks polümeeridesse, vaikudesse, pindadesse kantavatesse katetesse ja muudesse suure jõudlusega materjalidesse.
Hielscheri ultraheli dispergaatoreid saab toita erinevate etteandevoogude kaudu, lisades erinevaid materjale kontrollitud voolutingimustes kavitatsioonilisse segamistsooni. Ultraheli dispergaatorid töötlevad usaldusväärselt ja tõhusalt nii madala kui ka kõrge viskoossusega materjale. Sõltuvalt lähtematerjalidest ja osakeste vähendamise eesmärgist saab ultraheli intensiivsust täpselt reguleerida.
Viskoossete polümeeripastade, nanomaterjalide ja kõrge tahkisesisaldusega segude töötlemiseks peab ultraheli dispergaator suutma pidevalt tekitada kõrgeid amplituude. Hielscher Ultrasonicsi tööstuslikud ultraheliprotsessorid suudavad pidevas töös täiskoormusel anda väga kõrgeid amplituude. Kuni 200µm amplituude on võimalik hõlpsasti käitada ööpäevaringses 24/7 töös. Võimalus kasutada ultraheli dispergaatorit kõrgetel amplituudidel ja reguleerida amplituudi täpselt on vajalik, et kohandada ultraheliprotsessi tingimused suure jõudlusega liimide, nanotugevdatud polümeersegude ja nanokomposiitide koostisele.
Ultraheli amplituudi kõrval on rõhk veel üks väga oluline protsessiparameeter. Kõrgendatud rõhul suureneb ultraheli kavitatsiooni intensiivsus ja selle nihkejõud. Hielscheri ultraheli reaktoreid saab rõhu alla seada, saavutades seeläbi tugevdatud ultraheli töötluse (sonikeerimise) tulemused.
Protsessi jälgimine ja andmete salvestamine on olulised pideva protsessi standardimise ja toote kvaliteedi jaoks. Ühendatavad rõhu- ja temperatuuriandurid ühendatakse ultraheligeneraatoriga ultraheli dispergeerimisprotsessi jälgimiseks ja juhtimiseks. Kõik olulised töötlusparameetrid, nagu ultraheli energia (netoenergia + koguenergia), temperatuur, rõhk ja aeg, protokollitakse automaatselt ning salvestatakse sisseehitatud SD-kaardile. Automaatselt salvestatud protsessiandmetele juurdepääsu abil saate üle vaadata varasemad ultraheli töötluse käigud ja hinnata protsessi tulemusi.
Teine kasutajasõbralik funktsioon on meie digitaalsete ultrahelisüsteemide brauseri kaugjuhtimine. Brauseri kaugjuhtimise kaudu saate oma ultraheliprotsessorit käivitada, peatada, seadistada ja jälgida eemalt, kus iganes te asute.
Võtke meiega nüüd ühendust, et saada lisateavet meie suure jõudlusega ultraheli dispergaatorite ja nende rakenduste kohta suure jõudlusega liimide ja pinnakatete tootmisel!
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheliseadmete ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

---

Selles videos näitame 2 kilovati võimsusega ultrahelisüsteemi pidevtöötluseks läbipuhutavas kapis. Hielscher tarnib ultraheliseadmeid peaaegu kõigile tööstusharudele, sealhulgas keemia-, farmaatsia- ja kosmeetikatööstusele, naftakeemilisteks protsessideks ning lahustipõhiseks ekstraheerimiseks. See läbipuhutav roostevabast terasest kapp on ette nähtud kasutamiseks plahvatusohtlikes piirkondades. Selleks saab klient puhuda suletud kapist läbi lämmastikku või värsket õhku, et vältida tuleohtlike gaaside või aurude sisenemist kappi.