فرمولاسیون اولتراسونیک کامپوزیت های تقویت شده
- کامپوزیت ها خواص مواد منحصر به فردی مانند پایداری حرارتی به طور قابل توجهی افزایش یافته ، مدول الاستیک ، مقاومت کششی ، مقاومت در برابر شکست را نشان می دهند و بنابراین به طور گسترده ای در ساخت محصولات منیفولد استفاده می شوند.
- ثابت شده است که فراصوت نانوکامپوزیت های با کیفیت بالا با CNT های بسیار پراکنده، گرافن و غیره تولید می کند.
- تجهیزات اولتراسونیک برای فرمولاسیون کامپوزیت های تقویت شده در مقیاس صنعتی در دسترس است.
نانوکامپوزیت ها
نانوکامپوزیت ها با خواص مکانیکی، الکتریکی، حرارتی، نوری، الکتروشیمیایی و/یا کاتالیزوری خود برتری دارند.
نانوکامپوزیت ها به دلیل نسبت سطح به حجم فاز تقویت کننده فوق العاده بالا و/یا نسبت ابعاد فوق العاده بالا، به طور قابل توجهی عملکرد بیشتری نسبت به کامپوزیت های معمولی دارند. نانوذرات مانند سیلیس کروی، ورقه های معدنی مانند گرافن یا خاک رس لایه برداری شده، یا الیاف نانو مانند نانولوله های کربنی یا الیاف الکتروریسی شده اغلب برای تقویت استفاده می شوند.
به عنوان مثال، نانولوله های کربنی برای بهبود هدایت الکتریکی و حرارتی اضافه می شوند، از نانو سیلیس برای بهبود خواص مکانیکی، حرارتی و مقاومت در برابر آب استفاده می شود. انواع دیگر نانوذرات خواص نوری ، خواص دی الکتریک ، مقاومت در برابر حرارت یا خواص مکانیکی مانند سختی ، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی و آسیب را ارائه می دهند.
نمونه هایی برای نانوکامپوزیت های فرموله شده اولتراسونیک:
- نانولوله های کربنی (CNT) در ماتریس وینیل استر
- CNT / پیاز کربن / الماس نانو در ماتریس فلز نیکل
- CNT ها در ماتریس آلیاژ منیزیم
- CNT ها در ماتریس پلی وینیل الکل (PVA)
- نانولوله کربنی چند جداره (MWCNT) در یک ماتریس رزین اپوکسی (با استفاده از متیل تتراهیدروفتالیک انیدرید (MTHPA) به عنوان عامل پخت)
- اکسید گرافن در ماتریس پلی (وینیل الکل) (PVA)
- نانوذرات SiC در یک ماتریس منیزیم
- نانو سیلیس (Aerosil) در یک ماتریس پلی استایرن
- اکسید آهن مغناطیسی در ماتریس پلی اورتان انعطاف پذیر (PU)
- اکسید نیکل در گرافیت / پلی (وینیل کلراید)
- نانوذرات تیتانیا در ماتریس پلی لاکتیک-کوگلیکولیک اسید (PLGA)
- نانو هیدروکسی آپاتیت در ماتریس پلی لاکتیک-کوگلیکولیک اسید (PLGA)
پراکندگی اولتراسونیک
پارامترهای فرآیند اولتراسونیک را می توان دقیقا کنترل کرد و به طور بهینه با ترکیب مواد و کیفیت خروجی مورد نظر سازگار شد. پراکندگی اولتراسونیک روش توصیه می شود برای ترکیب نانوذرات مانند CNT یا گرافن به نانوکامپوزیت است. مدت زمان طولانی در سطح علمی آزمایش شده و در بسیاری از کارخانه های تولید صنعتی اجرا شده است، پراکندگی التراسونیک و فرمولاسیون نانوکامپوزیت یک روش به خوبی تثبیت شده است. تجربه طولانی Hielscher در پردازش اولتراسونیک از مواد نانو تضمین مشاوره عمیق، توصیه از راه اندازی اولتراسونیک مناسب و کمک در طول توسعه فرآیند و بهینه سازی.
بیشتر نانوذرات تقویت کننده در حین پردازش در ماتریس پراکنده می شوند. درصد وزن (کسر جرمی) از محدوده مواد نانو اضافه شده در مقیاس پایین تر، به عنوان مثال 0.5٪ تا 5٪، از آنجا که پراکندگی یکنواخت به دست آمده توسط فراصوت اجازه می دهد تا برای صرفه جویی در پرکننده های تقویت کننده و عملکرد تقویت بالاتر.
یک کاربرد معمولی از اولتراسونیک در ساخت فرمولاسیون کامپوزیت نانوذرات رزین است. برای تولید استر وینیل تقویت شده با CNT ، از فراصوت برای پراکنده کردن و عملکردی CNT استفاده می شود. این استر CNT-وینیل با افزایش خواص الکتریکی و مکانیکی مشخص می شوند.
برای مطالعه بیشتر در مورد پراکندگی CNT ها اینجا را کلیک کنید!
گرافن
گرافن خواص فیزیکی استثنایی، نسبت تصویر بالا و چگالی کم را ارائه می دهد. گرافن و اکسید گرافن به منظور به دست آوردن پلیمرهای سبک وزن و استحکام بالا در یک ماتریس کامپوزیت ادغام می شوند. برای دستیابی به تقویت مکانیکی ، ورق ها / پلاکت های گرافن باید بسیار ریز پراکنده شوند ، زیرا ورق های گرافن آگلومره اثر تقویت کننده را به شدت محدود می کنند.
تحقیقات علمی نشان داده است که میزان بهبود بیشتر به درجه پراکندگی صفحات گرافن در ماتریس بستگی دارد. فقط گرافن پراکنده همگن اثرات مورد نظر را می دهد. گرافن به دلیل آبگریزی قوی و جاذبه واندروالس، مستعد جمع شدن و تجمع به پوسته هایی از ورق های تک لایه با برهمکنش ضعیف است.
در حالی که تکنیک های پراکندگی مشترک اغلب نمی تواند پراکندگی گرافن همگن و آسیب ندیده را تولید کند، مافوق صوت های با قدرت بالا پراکندگی گرافن با کیفیت بالا را تولید می کنند. مافوق صوت Hielscher را دسته گرافن بکر، اکسید گرافن، و کاهش اکسید گرافن از غلظت کم به بالا و از حجم کوچک به حجم بزرگ بدون دردسر. یک حلال رایج مورد استفاده N-متیل-2-پیرولیدون (NMP) است، اما با اولتراسونیک با قدرت بالا، گرافن حتی می تواند در حلال های ضعیف و نقطه جوش پایین مانند استون، کلروفرم، IPA و سیکلوهگزانون پراکنده شود.
برای مطالعه بیشتر در مورد لایه برداری فله گرافن اینجا را کلیک کنید!
نانولوله های کربنی و سایر مواد نانو
ثابت شده است که قدرت اولتراسونیک منجر به پراکندگی ریز اندازه مواد نانو مختلف از جمله نانولوله های کربنی (CNTs)، SWNTs، MWNTs، فولرن ها، سیلیس (SiO ) می شود.H2S)، دی اکسید تیتانیوم (TiOH2S) ، نقره (Ag) ، اکسید روی (ZnO) ، سلولز نانوفیبریله و بسیاری دیگر. به طور کلی، فراصوت بهتر از پراکنده کننده های معمولی و می تواند نتایج منحصر به فرد دست یابد.
علاوه بر فرز و پراکندگی نانو ذرات، نتایج عالی با سنتز نانوذرات از طریق رسوب اولتراسونیک (سنتز پایین به بالا) به دست می آید. مشاهده شده است که اندازه ذرات، به عنوان مثال مگنتیت سنتز شده به صورت اولتراسونیک، مولیبدات روی سدیم و دیگران، در مقایسه با روش مرسوم کمتر است. اندازه پایین تر به افزایش سرعت هسته و الگوهای اختلاط بهتر با توجه به برش و تلاطم تولید شده توسط حفره اولتراسونیک نسبت داده می شود.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد بارش اولتراسونیک از پایین به بالا اینجا را کلیک کنید!
عملکرد ذرات التراسونیک
سطح ویژه یک ذره با کاهش اندازه افزایش می یابد. به خصوص در فناوری نانو، بیان ویژگی های مواد با بزرگ شدن سطح ذره به طور قابل توجهی افزایش می یابد. سطح را می توان با اتصال مولکول های عملکردی مناسب بر روی سطح ذرات، به صورت اولتراسونیک افزایش و اصلاح کرد. با توجه به کاربرد و استفاده از مواد نانو، خواص سطح به اندازه خواص هسته ذرات مهم است.
ذرات عامل اولتراسونیک به طور گسترده ای در پلیمرها، کامپوزیت ها استفاده می شود & بیوکامپوزیت ها، نانوسیالات، دستگاه های مونتاژ شده، نانوداروها و غیره. با عملکرد ذرات، ویژگی هایی مانند پایداری، استحکام & سفتی، حلالیت، پلی پراکندگی، فلورسانس، مغناطیس، ابرپارامغناطیس ، جذب نوری، چگالی الکترون بالا، فوتولومینسنس و غیره به شدت بهبود یافته است.
ذرات معمولی که به صورت تجاری با Hielscher کاربردی می شوند’ سیستم های اولتراسونیک شامل CNT ها، SWNTs، MWNTs، گرافن، گرافیت، سیلیس (SiOH2S)، نانوالماس، مگنتیت (اکسید آهن، آهن3O4)، نانو ذرات نقره، نانو ذرات طلا، متخلخل & نانوذرات مزومتخلخل و غیره
اینجا را کلیک کنید برای دیدن یادداشت های برنامه های کاربردی انتخاب شده برای درمان ذرات مافوق صوت!
پراکنده کننده های اولتراسونیک
تجهیزات پراکنده اولتراسونیک Hielscher برای آزمایشگاه، نیمکت بالا و تولید صنعتی در دسترس است. مافوق صوت Hielscher قابل اعتماد، قوی، آسان برای کار و تمیز کردن هستند. این تجهیزات برای کار 24/7 در شرایط سنگین طراحی شده است. سیستم های اولتراسونیک را می توان برای پردازش دسته ای و درون خطی استفاده کرد – انعطاف پذیر و به راحتی با فرآیند و نیازهای شما سازگار است.
ظرفیت های دسته ای و درون خطی اولتراسونیک
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 5 تا 200 میلی لیتر | 50 تا 500 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400S |
| 0.1 تا 2 لیتر | 0.25 تا 2 متر3/ساعت | UIP1000hd، UIP2000hd |
| 0.4 تا 10 لیتر | 1 تا 8 متر3/ساعت | UIP4000 |
| ن.ا. | 4 تا 30 متر3/ساعت | UIP16000 |
| ن.ا. | بالای 30 متر3/ساعت | خوشه ای از UIP10000 یا UIP16000 |
دستگاه آزمایشگاه اولتراسونیک برای عملکرد ذرات
ادبیات/منابع
- کاپول، SA:; Bhanvase, B.A.; پینجاری، D.V.; گوگیت، روابط عمومی؛ کولکامی، R.D.; سوناوان، S.H.; پاندیت ، AB (2014): “(1401). بررسی عملکرد بازدارندگی خوردگی نانوپیگمنت مولیبدات روی سدیم تهیه شده به صورت فراصوت در پوشش اپوکسی پلی آمید دو بسته. رابط های کامپوزیت 21/9 ، 2015. 833-852.
- Nikje, M.M.A.; مقدم، سیدطاع; نوروزیان، م.(1395): تهیه نانوکامپوزیت های جدید فوم پلی یورتان مغناطیسی با استفاده از نانوذرات هسته-پوسته. Polímeros vol.26 no.4 ، 2016.
- تولاس ، ج. استنگل، وی. Ecorchard، P. (2014): تهیه مواد کامپوزیتی گرافن اکسید-پلی استایرن. سومین کنفرانس بین المللی محیط زیست، شیمی و زیست شناسی. IPCBEE جلد 78 ، 2014.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
درباره مواد کامپوزیت
مواد کامپوزیت (همچنین به عنوان مواد ترکیبی شناخته می شوند) به عنوان ماده ای ساخته شده از دو یا چند ماده تشکیل دهنده توصیف می شوند که با خواص فیزیکی یا شیمیایی قابل توجهی متفاوت مشخص می شوند. هنگامی که آن مواد تشکیل دهنده ترکیب می شوند، یک ماده جدید – به اصطلاح کامپوزیت – تولید می شود که ویژگی های متفاوتی را از اجزای جداگانه نشان می دهد. اجزای جداگانه در ساختار تمام شده جدا و متمایز باقی می مانند.
مواد جدید خواص بهتری دارند، به عنوان مثال در مقایسه با مواد معمولی قوی تر، سبک تر، مقاوم تر یا ارزان تر است. پیشرفت نانوکامپوزیت ها از خواص مکانیکی، الکتریکی/رسانا، حرارتی، نوری، الکتروشیمیایی تا کاتالیزوری را شامل می شود.
مواد کامپوزیت مهندسی شده معمولی عبارتند از:
- بیوکامپوزیت ها
- پلاستیک های تقویت شده، مانند پلیمر تقویت شده با الیاف
- کامپوزیت های فلزی
- کامپوزیت های سرامیکی (کامپوزیت ماتریس سرامیکی و ماتریس فلزی)
مواد کامپوزیت به طور کلی برای ساخت و سازه موادی مانند بدنه قایق، میز، بدنه خودرو، وان، مخازن ذخیره سازی، گرانیت تقلیدی و سینک های مرمر پرورشی و همچنین در فضاپیماها و هواپیماها استفاده می شود.
کامپوزیت ها همچنین می توانند از الیاف فلزی برای تقویت فلزات دیگر استفاده کنند، مانند کامپوزیت های ماتریس فلزی (MMC) یا کامپوزیت های ماتریس سرامیکی (CMC) که شامل استخوان (هیدروکسی آپاتیت تقویت شده با الیاف کلاژن)، سرمت (سرامیک و فلز) و بتن است.
کامپوزیت های ماتریس آلی/سنگدانه سرامیکی شامل بتن آسفالت، بتن پلیمری، آسفالت ماستیک، هیبرید غلتکی ماستیک، کامپوزیت دندانی، فوم نحوی و مروارید است.
درباره اثرات اولتراسونیک بر روی ذرات
خواص ذرات را می توان زمانی مشاهده کرد که اندازه ذرات به یک سطح خاص (معروف به اندازه بحرانی) کاهش یابد. هنگامی که ابعاد ذرات به سطح نانومتر می رسد، فعل و انفعالات در فصل مشترک فاز تا حد زیادی بهبود می یابد، که برای افزایش ویژگی های مواد بسیار مهم است. بنابراین، نسبت مساحت سطح: حجم موادی که برای تقویت در نانوکامپوزیت ها استفاده می شوند، بیشترین اهمیت را دارد. نانوکامپوزیت ها مزایای تکنولوژیکی و اقتصادی را تقریبا برای همه بخش های صنعت از جمله بخش های هوافضا، خودروسازی، الکترونیک، بیوتکنولوژی، داروسازی و پزشکی ارائه می دهند. یک مزیت بزرگ دیگر سازگاری با محیط زیست است.
سونوگرافی قدرت ترشوندگی و همگن سازی بین ماتریکس و ذرات را با اختلاط و پراکندگی شدید آن بهبود می بخشد – تولید شده توسط خلا سازی آلتراسونیک. از آنجا که فراصوت به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد و موفق ترین روش پراکندگی است که آن را به مواد نانو می آید، سیستم های مافوق صوت Hielscher در آزمایشگاه، کارخانه آزمایشی و تولید در سراسر جهان نصب شده است.