Tugevdatud kummi ultraheli ettevalmistamine
- Tugevdatud kummidel on suurem tõmbetugevus, venivus, kulumiskindlus ja parem vananemisstabiilsus.
- Täiteained, nagu tahm (nt CNT, MWNT), grafeen või ränidioksiid, peavad olema maatriksis homogeenselt hajutatud, et saada soovitud materjaliomadused.
- Võimsus ultraheli annab suurepärase jaotuskvaliteedi monodisperssetele nanoosakestele, millel on väga tugevdavad omadused.
Ultraheli dispersioon
Ultraheli kasutatakse laialdaselt nanomaterjalide, näiteks monodisperssete nanoosakeste ja nanotorude hajutamiseks, kuna ultraheli suurendab oluliselt osakeste ja torude eraldamist ja funktsionaliseerimist.
Ultraheli hajutamisseadmed loovad Kavitatsioon ja suured nihkejõud nanoosakeste ja nanotorude häirimiseks, deagglomereerimiseks, eemaldamiseks ja hajutamiseks. Ultrahelitöötluse intensiivsust saab täpselt reguleerida ja kontrollida nii, et ultraheli töötlemise parameetrid oleksid ideaalselt kohandatud, võttes arvesse nanomaterjali kontsentratsiooni, aglomeratsiooni ja joondamist / takerdumist. Seega saab nanomaterjale optimaalselt töödelda vastavalt nende konkreetsetele materjalinõuetele. Optimaalsed dispersioonitingimused individuaalselt reguleeritud ultraheli protsessi parameetrite tõttu annavad tulemuseks kvaliteetse lõpliku kummist nanokomposiidi, millel on nano-lisandite ja -täiteainete suurepärased tugevdavad omadused.
Tänu ultraheli suurepärasele dispersioonikvaliteedile ja seeläbi saavutatud ühtlasele dispersioonile on väga madal täiteaine laadimine piisav, et saada suurepäraseid materjaliomadusi.
tööstuslik ultraheli süsteem
Ultraheli süsinik-tugevdatud kumm
Tahm on kummide üks olulisemaid täiteaineid, eriti rehvide puhul, et anda kummimaterjalile kulumiskindlus ja tõmbetugevus. Tahmaosakesed on väga altid moodustama agregaate, mida on raske homogeenselt hajutada. Tahma kasutatakse tavaliselt värvides, emailides, trükivärvides, nailon- ja plastvärvides, lateksisegudes, vahasegudes, fotokatetes ja mujal.
Ultraheli dispersioon võimaldab deagglomereerida ja seguneda ühtlaselt osakeste väga suure monodisperssusega.
Klõpsake siin, et saada lisateavet tugevdatud komposiitide ultraheli dispersiooni kohta!
Ultraheli CNT- / MWCNT-tugevdatud kumm
Ultraheli homogenisaatorid on võimsad dispergeerivad süsteemid, mida saab täpselt kontrollida ja kohandada vastavalt protsessi ja materjali nõuetele. Ultraheli protsessi parameetrite täpne kontroll on eriti oluline nanotorude, näiteks MWNT-de või SWNT-de hajutamiseks, kuna nanotorud tuleb eemaldada üksikuteks torudeks ilma kahjustamata (nt lõhenemine). Kahjustamata nanotorud pakuvad suurt kuvasuhet (kuni 132 000 000: 1), nii et need annavad komposiidiks formuleerimisel erakordse tugevuse ja jäikuse. Võimas, täpselt reguleeritud ultrahelitöötlus ületab Van der Waalsi jõud ning hajutab ja eemaldab nanotorud, mille tulemuseks on suure jõudlusega kummist materjal, millel on erakordne tõmbetugevus ja elastne moodul.
Peale selle Ultraheli funktsionaliseerimine kasutatakse süsiniknanotorude modifitseerimiseks, et saavutada soovitud omadused, mida saab kasutada mitmesugustes rakendustes.
Ultrasonikaatorid nanomaterjalide, tahma või aktiivsöe pidevaks hajutamiseks.
Ultraheli nano-ränidioksiidiga tugevdatud kumm
Ultraheli dispergeerijad tagavad ränidioksiidi (SiO) väga ühtlase osakeste jaotuse2) nanoosakesed kummipolümeeri lahustes. Ränidioksiid (SiO2) Nanoosakesed peavad olema homogeenselt jaotunud monodispergeeritud osakestena polümeriseeritud stüreenbutadieenis ja muudes kummides. Mono-dispergeeritud nano-SiO2 toimib tugevdavate ainetena, mis parandab oluliselt tugevust, tugevust, venivust, painutamist ja vananemisvastast toimet. Nanoosakeste puhul kehtib: Mida väiksem on osakeste suurus, seda suurem on osakeste eripindala. Suurema pindala/mahu (S / V) suhtega saavutatakse paremad struktuursed ja tugevdavad mõjud, mis suurendab kummitoodete tõmbetugevust ja kõvadust.
Ränidioksiidi nanoosakeste ultraheli dispersioon võimaldab protsessi parameetreid täpselt kontrollida nii, et saadakse sfääriline morfoloogia, täpselt reguleeritud osakeste suurus ja väga kitsas suuruse jaotus.
Ultraheli dispergeeritud ränidioksiid annab kõrgeima materjali jõudluse seeläbi tugevdatud kummist.
SiO ultraheli hajutamise kohta lisateabe saamiseks klõpsake siin2!
Tugevdavate lisandite ultraheli dispersioon
On tõestatud, et ultrahelitöötlus hajutab paljusid teisi nanoosakeseid materjale, et parandada kummist komposiitide moodulit, tõmbetugevust ja väsimusomadusi. Kuna täiteainete ja tugevdavate lisandite osakeste suurus, kuju, pindala ja pinna aktiivsus on nende jõudluse jaoks üliolulised, on võimsad ja usaldusväärsed ultraheli dispergeerijad üks kõige sagedamini kasutatavaid meetodeid mikro- ja nanosuuruses osakeste formuleerimiseks kummitoodeteks.
Tüüpilised lisandid ja täiteained, mis on lisatud ultrahelitöötlusega ühtlaselt jaotunud või monodisperseeritud osakestena kummimaatriksites, on kaltsiumkarbonaat, kaoliinsavi, aurutatud ränidioksiid, sadestatud ränidioksiid, grafiitoksiid, grafeen, vilgukivi, talk, bariit, wollastoniit, sadestatud silikaadid, aurutatud ränidioksiid ja diatomiit.
Kui oleiinhape funktsionaliseeritud TiO2 nanoosakesed on ultraheli dispergeeritud stüreen-butadieenkummis, isegi väga väike kogus oleiin-SiO-d2 tulemuseks on oluliselt paranenud moodul, tõmbetugevus ja väsimusomadused ning need toimivad kaitsva ainena foto- ja termolagunemise eest.
- Alumiiniumtrihüdraat (Al2O3) lisatakse leegiaeglustina, et parandada soojusjuhtivust ning jälgida ja erosioonikindlust.
- Tsinkoksiidi (ZnO) täiteained suurendavad nii suhtelist lubatavust kui ka soojusjuhtivust.
- Titaandioksiid (TiO)2) parandab soojus- ja elektrijuhtivust.
- Kaltsiumkarbonaat (CaCO3) kasutatakse lisandina selle mehaaniliste, reoloogiliste ja leegiaeglustavate omaduste tõttu.
- Baariumtitanaat (BaTiO3) suurendab termilist stabiilsust.
- grafeen ja grafeenoksiid (GO) annavad suurepärased mehaanilised, elektrilised, termilised ja optilised omadused.
- Süsiniknanotorud (CNT) parandab märkimisväärselt mehaanilisi omadusi, nagu tõmbetugevus, elektri- ja soojusjuhtivus.
- Mitme seinaga süsiniknanotorud (MWNT) parandavad Youngi moodulit ja voolavustugevust. Näiteks nii vähe kui 1 massiprotsenti MWNT-dest epoksiidiks suurendab Youngi moodulit ja voolavustugevust vastavalt 100% ja 200%, võrreldes puhta maatriksiga.
- Ühe seinaga süsiniknanotorud (SWNT) parandavad mehaanilisi omadusi ja soojusjuhtivust.
- Süsiniknanokiud (CNF) lisavad tugevust, kuumakindlust ja vastupidavust.
- Metallilised nanoosakesed nagu nikkel, raud, vask, tsink, alumiinium ja Hõbe lisatakse elektri- ja soojusjuhtivuse parandamiseks.
- Orgaanilised nanomaterjalid, näiteks Montmorilloniit parandada mehaanilisi ja leegiaeglustavaid omadusi.
Ultraheli dispersioonisüsteemid
Hielscher Ultrasonics pakub laia tootevalikut ultraheli seadmeid – alates väiksematest pink-top süsteemidest teostatavuse testimiseks kuni raskeveokiteni tööstuslikud ultrasonikaatorid kuni 16kW ühiku kohta. Võimsus, töökindlus, täpne kontrollitavus ja nende töökindlus muudavad Hielscheri ultraheli hajutamissüsteemid “tööhobune” mikroni- ja nanoosakeste koostiste tootmisliinil. Meie ultrasonikaatorid on võimelised töötlema vesilahuseid ja lahustipõhiseid dispersioone kuni kõrge viskoossus (kuni 10 000cp) kergesti. Erinevad sonotroodid (ultraheli sarved), võimendid (intensiivistaja / vähendaja), vooluelemendi geomeetriad ja muud tarvikud võimaldavad ultraheli dispergeerija optimaalset kohandamist tootele ja selle protsessinõuetele.
Hielscher Ultrasonics’ Tööstuslikud ultraheli protsessorid võivad pakkuda väga Kõrge amplituudiga. Amplituudid kuni 200 μm saab pidevalt käivitada 24/7 operatsioonis kohe. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Hielscheri ultraheli seadmete töökindlus võimaldab 24/7 Toimimine raskeveokid ja nõudlikes keskkondades. Hielscheri ultraheli dispergeerijad on paigaldatud kogu maailmas suuremahuliseks kaubanduslikuks tootmiseks.
Kohandatud ultraheli seadistamine nano-dispersioonide jaoks
| Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 kuni 20L | 0.2 kuni 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000 |
| mujal liigitamata | 10 kuni 100 L / min | UIP16000 |
| mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000 |
Kirjandus / Viited
- Bitenieks, Juris; Meria, Remo Merijs; Zicans, Janis; Maksimovs, Roberts; Vasilec, Cornelia; Musteata, Valentina Elena (2012): Styrene–acrylate/carbon nanotube nanocomposites: mechanical, thermal, and electrical properties. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, 2012, 61, 3, 172–177.
- Kaboorani, Alireza; Riedl, Bernard; Blanchet, Pierre (2013): Ultrasonication Technique: A Method for Dispersing Nanoclay in Wood Adhesives. Journal of Nanomaterials 2013.
- Momen, G.; Farzaneh, M. (2011): Survey of Micro/Nano Filler Use to improve Silicone Rubber For Outdoor Insulators. Review of Advanced Materials Science 27, 2011. 1-3.
- Sharma, S.D.; Singh, S. (2013): Synthesis and Characterization of Highly Effective Nano Sulfated Zirconia over Silica: Core-Shell Catalyst by Ultrasonic Irradiation. American Journal of Chemistry 2013, 3(4): 96-104.
Faktid, mida tasub teada
sünteetiline kautšuk
Sünteetiline kautšuk on mis tahes kunstlik elastomeer. Sünteetilised kummid on peamiselt nafta kõrvalsaadustest sünteesitud polümeerid, mis on valmistatud nagu teised polümeerid erinevatest naftapõhistest monomeeridest. Kõige levinum sünteetiline kautšuk on stüreen-butadieenkummi (SBR), mis on saadud stüreeni ja 1,3-butadieeni kopolümerisatsioonil. Muud sünteetilised kummid valmistatakse isopreenist (2-metüül-1,3-butadieen), kloropreenist (2-kloro-1,3-butadieen) ja isobutüleenist (metüülpropeen), mille ristsidumiseks on väike protsent isopreeni. Neid ja teisi monomeere võib segada erinevates proportsioonides, et neid kopolümeriseerida, et toota mitmesuguste füüsikaliste, mehaaniliste ja keemiliste omadustega tooteid. Monomeere saab toota puhtana ja lisandite või lisandite lisamist saab optimaalsete omaduste saamiseks kontrollida disaini abil. Puhaste monomeeride polümerisatsiooni saab paremini kontrollida, et saada soovitud osa cis- ja trans-kaksiksidemetest.
Sünteetilist kummi, nagu looduslikku kautšukit, kasutatakse autotööstuses laialdaselt rehvide, ukse- ja aknaprofiilide, voolikute, rihmade, mattide ja põrandakatete jaoks.
looduslik kautšuk
Looduslik kautšuk on tuntud ka kui India kautšuk või caoutchouc. Looduslik kautšuk on klassifitseeritud elastomeeriks ja koosneb peamiselt orgaanilise ühendi polü-cis-isopreeni ja vee polümeeridest. See sisaldab jälgi lisanditest nagu valk, mustus jne. Looduslik kautšuk, mis on saadud lateksina kummipuust Hevea Brasiliensis, näitab suurepäraseid mehaanilisi omadusi. Kuid võrreldes sünteetiliste kummidega on looduslikul kautšukil madalam materjali jõudlus, eriti selle termilise stabiilsuse ja naftatoodetega kokkusobivuse osas. Looduslikul kautšukil on lai valik rakendusi, kas üksi või koos teiste materjalidega. Enamasti kasutatakse seda tänu oma suurele venitussuhtele, suurele vastupidavusele ja äärmiselt kõrgele veekindlusele. Kummi sulamistemperatuur on umbes 180 ° C (356 ° F).
Alljärgnev tabel annab ülevaate erinevatest kummitüüpidest:
| ISO | Tehniline nimi | Üldnimetus |
|---|---|---|
| ACM | Polüakrülaatkummi | |
| AEM | Etüleen-akrülaatkummi | |
| Au | Polüester Uretaan | |
| BIIR | Bromo isobutüleeni isopreen | Bromobutüül |
| BR | Polübutadieen | Buna CB |
| CIIR | Kloroisobutüleeni isopreen | Klorobutüül, butüül |
| CR | Polükloropreen | Kloropreen, neopreen |
| CSM | Klorosulfoonitud polüetüleen | Hypalon |
| ECO | Epiklorohüdriin | ECO, epiklorohüdriin, epikloor, epikloridriin, Herclor, hüdriin |
| EP | Etüleenpropüleen | |
| EPDM | Etüleenpropüleen diene monomeer | EPDM, Nordel |
| ELI | Polüeeter-uretaan | |
| FFKM | Perfluorosüsivesiniku kummi | Kalrez, Chemraz |
| FKM | Fluoroneeritud süsivesinik | Viton, Fluorel |
| FMQ | Fluoro silikoon | FMQ, silikoonkumm |
| FPM | Fluorosüsivesinik kummi | |
| HNBR | Hüdrogeenitud nitriilbutadieen | HNBR |
| IR | Polüisopreen | (Sünteetiline) Looduslik kautšuk |
| IIR | Isobutüleeni isopreenbutüül | butüül |
| NBR | Akrüülnitriilbutadieen | NBR, Nitriil, Perbunan, Buna-N |
| PU | Polüuretaanist | PU, polüuretaan |
| SBR | Stüreenbutadieen | SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE |
| SEB | Stüreen etüleenbutüleenstüreeni kopolümeer | SEB Kautšuk |
| Si | Polüsiloksaan | silikoonkummi |
| VMQ | Vinüülmetüülsilikoon | silikoonkummi |
| XNBR | Akrüülnitriilbutadieenkarboksümeer | XNBR, karboksüülitud nitriil |
| XSBR | Stüreenbutadieenkarboksümonomeer | |
| YBPO | Termoplastne polüeeter | |
| YSBR | Stüreenbutadieenploki kopolümeer | |
| YXSBR | Stüreenbutadieenkarboksüploki kopolümeer |
SBR
Stüreen-butadieen või stüreen-butadieenkummi (SBR) kirjeldab sünteetilisi kummi, mis on saadud stüreenist ja butadieenist. Tugevdatud stüreen-butadieen, mida iseloomustab kõrge kulumiskindlus ja head vananemisvastased omadused. Stüreeni ja butadieeni suhe määrab polümeeri omadused: kõrge stüreenisisalduse tõttu muutuvad kummid raskemaks ja vähem kummiseks.
Tugevdamata SBR-i piirangud on tingitud selle madalast tugevusest ilma tugevduseta, madalast vastupidavusest, madalast rebenemistugevusest (eriti kõrgetel temperatuuridel) ja halvast haardumisest. Seetõttu on SBR-i omaduste parandamiseks vaja tugevdavaid aineid ja täiteaineid. Näiteks kasutatakse tahma täiteaineid tugevaks tugevuseks ja kulumiskindluseks.
Stüreen
Stüreen (C8H8) on tuntud mitmesuguste terminite all nagu ethenüülbenseen, vinüülbenseen, fenüületeen, fenüületüleen, tsinnameen, stürool, diarex HF 77, stüreen ja vahtpolüstürool. See on orgaaniline ühend keemilise valemiga C6H5CH=CH2. Stüreen on polüstüreeni ja mitmete kopolümeeride eelkäija.
See on benseeni derivaat ja ilmub värvitu õline vedelik, mis aurustub kergesti. Stüreenil on magus lõhn, mis muutub suurtes kontsentratsioonides vähem meeldivaks lõhnaks.
Vinüülrühma juuresolekul moodustab stüreen polümeeri. Stüreenipõhiseid polümeere toodetakse kaubanduslikult selliste toodete saamiseks nagu polüstüreen, ABS, stüreen-butadieen (SBR) kumm, stüreen-butadieenlateks, SIS (stüreen-isopreen-stüreen), S-EB-S (stüreen-etüleen / butüleen-stüreen), stüreen-divinüülbenseen (S-DVB), stüreen-akrüülnitriilvaik (SAN) ja küllastumata polüestrid, mida kasutatakse vaikudes ja termoreaktiivsetes ühendites. Need materjalid on olulised komponendid kummi, plasti, isolatsiooni, klaaskiust, torude, auto- ja paadiosade, toidukonteinerite ja vaipade aluse tootmiseks.
Kummist rakendused
Kummil on palju materjali omadusi, nagu tugevus, kauakestev, veekindlus ja kuumakindlus. Need omadused muudavad kummi väga mitmekülgseks, nii et seda kasutatakse paljudes tööstusharudes. Kummi peamine kasutusala on autotööstuses, peamiselt rehvide tootmiseks. Täiendavad omadused, nagu libedus, pehmus, vastupidavus ja vastupidavus, muudavad kummi väga sagedaseks komposiidiks, mida kasutatakse kingade, põrandakatete, meditsiini- ja tervishoiutarvete, majapidamistoodete, mänguasjade, sporditarvete ja paljude muude kummitoodete tootmiseks.
Nano-lisandid ja täiteained
Kummides olevad nanosuuruses täiteained ja lisandid toimivad tugevdavate ja kaitsvate ainetena, et parandada tõmbetugevust, kulumiskindlust, rebenemiskindlust, hüstereesi ning säilitada kummi foto- ja termilise lagunemise eest.
Ränidioksiid
Ränidioksiid (SiO2, ränidioksiid) kasutatakse paljudes vormides, näiteks amorfses ränidioksiidis, nt aurutatud ränidioksiid, ränidioksiid, sadestatud ränidioksiid, et parandada materjali omadusi dünaamiliste mehaaniliste omaduste, termilise vananemiskindluse ja morfoloogia osas. Ränidioksiidiga täidetud ühenditel on suurenev viskoossus ja ristsideme tihedus vastavalt suurenevale täiteaine sisaldusele. Kõvadust, moodulit, tõmbetugevust ja kulumisomadusi parandati järk-järgult, suurendades ränidioksiidi täiteaine kogust.
tahm
Tahm on parakristalse süsiniku vorm, mille pinnale on kinnitatud kemisorbeeritud hapnikukompleksid (nagu karboksü-, kinoonilised, laktoonilised, fenoolsed rühmad ja teised). Need pinna hapnikurühmad on tavaliselt rühmitatud termini alla “lenduvad kompleksid”. Selle lenduva sisalduse tõttu on tahm mittejuhtiv materjal. Süsinik-hapniku kompleksidega on funktsionaliseeritud tahmaosakesi lihtsam hajutada.
Tahma kõrge pindala ja mahu suhe muudab selle tavaliseks tugevdavaks täiteaineks. Peaaegu kõik kummitooted, mille tõmbetugevus ja kulumiskindlus on olulised, kasutavad tahma. Sadestunud või aurutatud ränidioksiidi kasutatakse tahma asendajana, kui on vaja kummi uuesti forsseerida, kuid musta värvi tuleks vältida. Kuid ränidioksiidipõhised täiteained võidavad turuosa ka autorehvides, sest ränidioksiidi täiteainete kasutamine toob kaasa väiksema veerekao võrreldes tahmaga täidetud rehvidega.
Alljärgnev tabel annab ülevaate rehvides kasutatavatest süsinikmusta tüüpidest
| Nimi | Abbrev. | Astm | Osakeste suurus nm | Tõmbetugevus MPa | Laboratoorne suhteline hõõrdumine | Suhteline teekatte kulumine |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Super kulumisahi | SAF | N110 | 20–25 | 25.2 | 1.35 | 1.25 |
| Vahepealne SAF | ISAF | N220 | 24–33 | 23.1 | 1.25 | 1.15 |
| Suure kulumiskindlusega ahi | HAF | N330 | 28–36 | 22.4 | 1.00 | 1.00 |
| Lihtne töötlemiskanal | EPC | N300 | 30–35 | 21.7 | 0.80 | 0.90 |
| Kiire ekstrudeeriv ahi | FEF | N550 | 39–55 | 18.2 | 0.64 | 0.72 |
| Kõrge mooduliga ahi | HMF | N660 | 49–73 | 16.1 | 0.56 | 0.66 |
| Pooltugevdav ahi | SRF | N770 | 70–96 | 14.7 | 0.48 | 0.60 |
| Peen termiline | FT | N880 | 180–200 | 12.6 | 0.22 | – |
| Keskmine termiline | MT | N990 | 250–350 | 9.8 | 0.18 | – |
grafeenoksiid
SBR-is dispergeeritud grafeenoksiid tagab kõrge tõmbetugevuse ja rebenemistugevuse, samuti silmapaistva kulumiskindluse ja madala veeretakistuse, mis on rehvide tootmise jaoks olulised materjaliomadused. Grafeenoksiid-ränidioksiidiga tugevdatud SBR pakub konkurentsivõimelist alternatiivi nii keskkonnasõbralikule rehvitootmisele kui ka suure jõudlusega kummikomposiitide tootmisele. Grafeeni ja grafeenoksiidi saab ultrahelitöötlusega edukalt, usaldusväärselt ja kergesti koorida. Klõpsake siin, et saada lisateavet grafeeni ultraheli valmistamise kohta!