Tugevdatud kummi ultraheli abil valmistamine

• Tugevdatud kummidel on suurem tõmbetugevus, venivus, kulumiskindlus ja parem vananemiskindlus.
• Täiteained, nagu tahm (nt CNT-d, MWNT-d), grafeen või ränidioksiid, peavad olema maatriksis homogeenselt dispergeeritud, et tagada soovitud materjaliomadused.
• Võimsusultraheli tagab ülimalt kvaliteetse monodispersseete nanoosakeste jaotuse, millel on tugevalt tugevdavad omadused.

Ultraheli dispergeerimine

Ultraheli töötlust kasutatakse laialdaselt nanomaterjalide, näiteks monodispersseete nanoosakeste ja nanotorude dispergeerimiseks, sest ultraheli parandab osakeste ja torude eraldumist ning funktsionaliseerimist märkimisväärselt.
Ultraheli dispergeerimisseadmed tekitavad kavitatsiooni ja suuri nihkejõude, et lõhkuda, deaglomereerida, lahti harutada ja dispergeerida nanoosakesi ja nanotorusid. Sonikeerimise intensiivsust saab täpselt reguleerida ja kontrollida, nii et ultraheli töötlemisparameetrid on ideaalselt kohandatud, võttes arvesse nanomaterjali kontsentratsiooni, aglomeratsiooni ning orientatsiooni/põimumist. Seega saab nanomaterjale töödelda optimaalselt vastavalt nende konkreetse materjali nõuetele. Individuaalselt kohandatud ultraheli protsessiparameetritest tulenevad optimaalsed dispergeerimistingimused annavad kvaliteetse lõpliku kummi nanokomposiidi, milles nanolisandid ja -täiteained avaldavad ülimalt tugevdavat toimet.
Ultraheli ülimalt hea dispergeerimiskvaliteedi ja sellega saavutatud ühtlase dispersiooni tõttu piisab suurepäraste materjaliomaduste saavutamiseks väga väikesest täiteaine kogusest.

Ultraheli abil tahmaga tugevdatud kummi

Tahm on kummides üks olulisemaid täiteaineid, eriti rehvides, andes kummimaterjalile kulumiskindluse ja tõmbetugevuse. Tahma osakesed kalduvad tugevasti moodustama agregaate, mida on raske homogeenselt dispergeerida. Tahma kasutatakse tavaliselt värvides, emailides, trükitindides, nailoni ja plasti värvainetes, lateksisegudes, vahasegudes, fotokatetes ja muudes.
Ultraheli dispergeerimine võimaldab osakesi deaglomereerida ja ühtlaselt segada väga kõrge osakeste monodispersiivsusega.
Klõpsake siin, et lugeda lähemalt ultraheli dispergeerimisest tugevdatud komposiitide jaoks!

Ultraheli abil CNT-/MWCNT-ga tugevdatud kummi

Ultraheli homogenisaatorid on võimsad dispergeerimissüsteemid, mida saab täpselt juhtida ja kohandada vastavalt protsessi ja materjali nõuetele. Ultraheli protsessiparameetrite täpne juhtimine on eriti oluline nanotorude, näiteks MWNT-de või SWNT-de dispergeerimisel, kuna nanotorud tuleb lahti harutada üksikuteks torudeks, neid kahjustamata (nt katkemine). Kahjustamata nanotorudel on suur kuvasuhe (kuni 132 000 000:1), mistõttu annavad need komposiiti koostamisel erakordse tugevuse ja jäikuse. Võimas, täpselt reguleeritud sonikeerimine ületab van der Waalsi jõud ning dispergeerib ja harutab nanotorud lahti, mille tulemusena saadakse suure jõudlusega kummimaterjal erakordse tõmbetugevuse ja elastsusmooduliga.
Lisaks kasutatakse ultraheli funktsionaliseerimist süsiniknanotorude modifitseerimiseks, et saavutada soovitud omadused, mida saab kasutada mitmesugustes rakendustes.

Ultraheli abil nanoränidioksiidiga tugevdatud kummi

Ultraheli dispergeerijad tagavad ränidioksiidi (SiO₂) nanoosakeste väga ühtlase jaotuse kummipolümeeri lahustes. Ränidioksiidi (SiO₂) nanoosakesed peavad olema polümeriseeritud stüreen-butadieenkummis ja teistes kummides homogeenselt jaotunud monodispersseete osakestena. Monodispersne nano-SiO₂ toimib tugevdava ainena, mis parandab oluliselt sitkust, tugevust, venivust, painduvust ja vananemiskindlust. Nanoosakeste puhul kehtib: mida väiksem on osakeste suurus, seda suurem on osakeste eripind. Suurema pindala ja ruumala suhtega (S/V) saavutatakse parem struktuuri- ja tugevdav mõju, mis suurendab kummitoodete tõmbetugevust ja kõvadust.
Räni nanoosakeste ultraheli dispergeerimine võimaldab protsessi parameetreid täpselt kontrollida, nii et saadakse sfääriline morfoloogia, täpselt reguleeritud osakeste suurus ja väga kitsas suurusjaotus.
Ultraheliga dispergeeritud ränidioksiid annab sel viisil tugevdatud kummi kõrgeima materjali toimivuse.
Vajutage siia, et lugeda lähemalt SiO₂!

Tugevdavate lisandite ultraheli dispergeerimine

Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on tõestatud viisil dispergeerinud paljusid teisi nanoosakestest koosnevaid materjale, et parandada kummikomposiitide mooduli, tõmbetugevuse ja väsimusomadusi. Kuna täiteainete ja tugevdavate lisandite osakeste suurus, kuju, eripind ja pinnaaktiivsus on nende toimivuse seisukohast otsustava tähtsusega, on võimsad ja töökindlad ultraheli dispergaatorid üks sagedamini kasutatavaid meetodeid mikro- ja nanosuuruses osakeste viimiseks kummitoodetesse.
Tüüpilised lisandid ja täiteained, mida sonikeerimise abil viiakse kummimaatriksitesse ühtlaselt jaotunud või monodispersete osakestena, on kaltsiumkarbonaat, kaoliinsavi, aerosiil (fumed silica), sadestatud ränidioksiid, grafiitoksiid, grafeen, vilgukivi, talk, baariit, wollastoniit, sadestatud silikaadid, aerosiil (fumed silica) ja diatomiit.
Kui oleiinhappega funktsionaliseeritud TiO₂ nanoosakesed dispergeeritakse ultraheliga stüreen-butadieenkummis, annab isegi väga väike kogus oleiin-SiO₂ oluliselt paranenud moodulit, tõmbetugevust ja väsimusomadusi ning toimib kaitseainena foto- ja termilise lagunemise vastu.

• Alumiiniumoksiidtrihüdraati (Al₂O₃) lisatakse leegiaeglustina, soojusjuhtivuse parandamiseks ning jälgimis- ja erosioonikindluse tagamiseks.
• Tsinkoksiidi (ZnO) täiteained suurendavad suhtelist dielektrilist läbitavust ja soojusjuhtivust.
• Titaandioksiid (TiO₂) parandab soojus- ja elektrijuhtivust.
• Kaltsiumkarbonaati (CaCO₃) kasutatakse lisandina tänu selle mehaanilistele, reoloogilistele ja leegiaeglustavatele omadustele.
• Baariumtitanaat (BaTiO₃) suurendab termilist stabiilsust.
• Grafeen ja grafeenoksiid (GO) annavad suurepärased mehaanilised, elektrilised, termilised ja optilised materjaliomadused.
• Süsiniknanotorud (CNT-d) parandavad oluliselt mehaanilisi omadusi, nagu tõmbetugevus, ning elektri- ja soojusjuhtivust.
• Mitmeseinalised süsiniknanotorud (MWNT-d) parandavad Youngi moodulit ja voolavuspiiri. Näiteks 1 wt.% MWNT-sid epoksiidis suurendab Youngi moodulit ja voolavuspiiri vastavalt 100% ja 200% võrreldes puhta maatriksiga.
• Ühe seinaga süsiniknanotorud (SWNT-d) parandavad mehaanilisi omadusi ja soojusjuhtivust.
• Süsiniknanokiud (CNF) lisavad tugevust, kuumakindlust ja vastupidavust.
• Metallilisi nanoosakesi, nagu nikkel, raud, vask, tsink, alumiinium ja hõbe, lisatakse elektri- ja soojusjuhtivuse parandamiseks.
• Orgaanilised nanomaterjalid, nagu montmorilloniit, parandavad mehaanilisi ja leegiaeglustavaid omadusi.

Ultraheli dispergeerimissüsteemid

Hielscher Ultrasonics pakub laia valikut ultraheliseadmeid – väiksematest laborisüsteemidest teostatavuskatseteks kuni suure koormuse jaoks mõeldud tööstuslike sonikaatoriteni võimsusega kuni 16kW seadme kohta. Võimsus, töökindlus, täpne juhitavus ning vastupidavus muudavad Hielscheri ultraheli dispergeerimissüsteemid mikro- ja nanoosakesi sisaldavate koostiste tootmisliini „tööloomaks“. Meie sonikaatorid suudavad töödelda vesi- ja lahustipõhiseid dispersioone kuni kõrge viskoossuseni (kuni 10 000cp) hõlpsasti. Erinevad sonotroodid (ultraheli sarvad), boosterid (võimendid/vähendajad), läbivoolukambri geomeetriad ja muud tarvikud võimaldavad ultraheli dispergaatori optimaalset kohandamist tootele ja selle protsessinõuetele.
Hielscher Ultrasonics’ tööstuslikud ultraheliprotsessorid suudavad pakkuda väga kõrgeid amplituude. Kuni 200µm amplituudidega saab pidevalt töötada 24/7 töörežiimis viivituseta. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 töötamist suure koormuse korral ja nõudlikes keskkondades. Hielscheri ultraheli dispergaatoreid on paigaldatud kogu maailmas ulatuslikuks tööstuslikuks tootmiseks.