Lujitetun kumin valmistus ultraäänellä

• Lujitetuilla kumeilla on suurempi vetolujuus, venymä ja kulutuskestävyys sekä parempi vanhenemiskestävyys.
• Täyteaineet, kuten hiilimusta (esim. CNT:t ja MWNT:t), grafeeni tai piidioksidi, on dispergoitava tasaisesti matriisiin haluttujen materiaaliominaisuuksien saavuttamiseksi.
• Tehoultraäänellä saavutetaan erinomainen jakautumisen tasaisuus monodispersoiduille nanohiukkasille, joilla on erittäin lujittavia ominaisuuksia.

Ultraäänidispergointi

Ultraäänikäsittelyä käytetään laajalti nanomateriaalien, kuten monodispersoitujen nanohiukkasten ja nanoputkien, dispergointiin, sillä ultraääni tehostaa huomattavasti hiukkasten ja putkien erottamista ja funktionalisointia.
Ultraäänidispergointilaitteet synnyttävät kavitaatiota ja suuria leikkausvoimia, jotka hajottavat nanohiukkasia ja nanoputkia, purkavat niiden agglomeraatteja ja kietoutumia sekä dispergoivat niitä. Ultraäänikäsittelyn intensiteettiä voidaan säätää ja hallita tarkasti, jotta ultraäänikäsittelyn parametrit voidaan mukauttaa täydellisesti nanomateriaalin pitoisuus, agglomeroituminen sekä suuntautuminen ja kietoutuminen huomioon ottaen. Näin nanomateriaaleja voidaan käsitellä optimaalisesti niiden erityisten materiaalivaatimusten mukaisesti. Yksilöllisesti säädettyjen ultraääniprosessiparametrien tuottamat optimaaliset dispergointiolosuhteet johtavat korkealaatuiseen kumin nanokomposiittiin, jonka nanolisäaineilla ja nanotäyteaineilla on erinomaiset lujittavat ominaisuudet.
Ultraäänen erinomaisen dispergointilaadun ja sen avulla saavutetun tasaisen dispersion ansiosta hyvin pieni täyteainepitoisuus riittää erinomaisten materiaaliominaisuuksien saavuttamiseen.

Ultraäänen avulla hiilimustalla lujitettu kumi

Hiilimusta on yksi kumin tärkeimmistä täyteaineista erityisesti renkaissa, sillä se antaa kumimateriaalille kulutuskestävyyttä ja vetolujuutta. Hiilimustahiukkaset muodostavat erittäin herkästi aggregaatteja, joita on vaikea dispergoida tasaisesti. Hiilimustaa käytetään yleisesti maaleissa, emalimaaleissa, painoväreissä, nailonin ja muovien väriaineissa, lateksiseoksissa, vahaseoksissa, valokuvapinnoitteissa ja monissa muissa tuotteissa.
Ultraäänidispergointi mahdollistaa agglomeraattien purkamisen ja tasaisen sekoittamisen niin, että hiukkasten monodispersisyys on erittäin suuri.
Napsauta tästä ja lue lisää lujitettujen komposiittien ultraäänidispergoinnista!

Ultraäänen avulla CNT- / MWCNT-lujitettu kumi

Ultraäänihomogenisaattorit ovat tehokkaita dispergointijärjestelmiä, joita voidaan ohjata tarkasti ja säätää prosessin ja materiaalin vaatimusten mukaisesti. Ultraääniprosessiparametrien tarkka hallinta on erityisen tärkeää dispergoitaessa nanoputkia, kuten MWNT- tai SWNT-putkia, sillä nanoputkien kietoutumat on purettava yksittäisiksi putkiksi niitä vahingoittamatta (esim. katkaisematta). Vahingoittumattomien nanoputkien pituuden ja halkaisijan suhde on suuri (jopa 132 000 000:1), joten ne antavat komposiitille poikkeuksellista lujuutta ja jäykkyyttä. Tehokas, tarkasti säädetty ultraäänikäsittely voittaa van der Waalsin voimat, dispergoi nanoputket ja purkaa niiden kietoutumat. Tuloksena on suorituskykyinen kumimateriaali, jolla on poikkeuksellinen vetolujuus ja kimmomoduuli.
Lisäksi ultraäänifunktionalisointia käytetään hiilinanoputkien muokkaamiseen haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi monenlaisia sovelluksia varten.

Ultraäänen avulla nanopiidioksidilla lujitettu kumi

Ultraäänidispergointilaitteet jakavat piidioksidin (SiO₂) nanohiukkaset erittäin tasaisesti kumin polymeeriliuoksiin. Piidioksidin (SiO₂) nanohiukkaset on jaettava tasaisesti monodispersoituina hiukkasina polymeroituun styreenibutadieeniin ja muihin kumeihin. Monodispersoitu nano-SiO₂ toimii lujittavana aineena, joka parantaa merkittävästi sitkeyttä, lujuutta, venymää, taivutusominaisuuksia ja vanhenemiskestävyyttä. Nanohiukkasiin pätee seuraava: mitä pienempi hiukkaskoko on, sitä suurempi on hiukkasten ominaispinta-ala. Suuremmalla pinta-alan ja tilavuuden suhteella (S/V) saadaan parempia rakenteellisia ja lujittavia vaikutuksia, mikä lisää kumituotteiden vetolujuutta ja kovuutta.
Piidioksidin nanohiukkasten ultraäänidispergointi mahdollistaa prosessiparametrien tarkan hallinnan niin, että saavutetaan pallomainen morfologia, tarkasti säädetty hiukkaskoko ja erittäin kapea kokojakauma.
Ultraäänellä dispergoitu piidioksidi antaa sillä lujitetulle kumille parhaan materiaaliteknisen suorituskyvyn.
Napsauta tästä ja lue lisää seuraavan yhdisteen ultraäänidispergoinnista: SiO₂!

Lujittavien lisäaineiden ultraäänidispergointi

Ultraäänikäsittelyn on osoitettu dispergoivan monia muitakin nanohiukkasista koostuvia materiaaleja kumikomposiittien moduulin, vetolujuuden ja väsymisominaisuuksien parantamiseksi. Koska täyteaineiden ja lujittavien lisäaineiden hiukkaskoko, muoto, pinta-ala ja pinta-aktiivisuus ovat ratkaisevia niiden toiminnan kannalta, tehokkaat ja luotettavat ultraäänidispergointilaitteet ovat yksi yleisimmin käytetyistä menetelmistä mikro- ja nanokokoisten hiukkasten sisällyttämiseksi kumituotteisiin.
Tyypillisiä lisäaineita ja täyteaineita, jotka sisällytetään ultraäänikäsittelyllä kumimatriiseihin tasaisesti jakautuneina tai monodispersoituina hiukkasina, ovat kalsiumkarbonaatti, kaoliinisavi, pyrogeninen piidioksidi, saostettu piidioksidi, grafiittioksidi, grafeeni, kiille, talkki, baryytti, wollastoniitti, saostetut silikaatit, pyrogeninen piidioksidi ja piimaa.
Kun öljyhapolla funktionalisoidut TiO₂ -nanohiukkaset dispergoidaan ultraäänellä styreenibutadieenikumiin, jo hyvin pieni määrä oleic-SiO₂ -materiaalia parantaa merkittävästi moduulia, vetolujuutta ja väsymisominaisuuksia sekä toimii suojaavana aineena valon ja lämmön aiheuttamaa hajoamista vastaan.

• Alumiinioksiditrihydraattia (Al₂O₃) lisätään palonestoaineeksi, lämmönjohtavuuden parantamiseksi sekä pintavirtojen aiheuttaman jäljenmuodostuksen ja eroosion kestävyyden lisäämiseksi.
• Sinkkioksiditäyteaineet (ZnO) lisäävät suhteellista permittiivisyyttä ja lämmönjohtavuutta.
• Titaanidioksidi (TiO₂) parantaa lämmön- ja sähkönjohtavuutta.
• Kalsiumkarbonaattia (CaCO₃) käytetään lisäaineena sen mekaanisten, reologisten ja paloa hidastavien ominaisuuksien vuoksi.
• Bariumtitanaatti (BaTiO₃) lisää lämpöstabiilisuutta.
• Grafeeni ja grafeenioksidi (GO) antavat materiaalille erinomaiset mekaaniset, sähköiset, termiset ja optiset ominaisuudet.
• Hiilinanoputket (CNT:t) parantavat merkittävästi mekaanisia ominaisuuksia, kuten vetolujuutta sekä sähkön- ja lämmönjohtavuutta.
• Moniseinäiset hiilinanoputket (MWNT:t) parantavat Youngin moduulia ja myötölujuutta. Esimerkiksi jo 1 paino-% MWNT-putkia epoksissa lisää Youngin moduulia 100% ja myötölujuutta 200% puhtaaseen matriisiin verrattuna.
• Yksiseinäiset hiilinanoputket (SWNT:t) parantavat mekaanisia ominaisuuksia ja lämmönjohtavuutta.
• Hiilinanokuidut (CNF) lisäävät lujuutta, lämmönkestävyyttä ja kestävyyttä.
• Metallisia nanohiukkasia, kuten nikkeliä, rautaa, kuparia, sinkkiä, alumiinia ja hopeaa, lisätään sähkön- ja lämmönjohtavuuden parantamiseksi.
• Orgaaniset nanomateriaalit, kuten montmorilloniitti, parantavat mekaanisia ja paloa hidastavia ominaisuuksia.

Ultraäänidispergointijärjestelmät

Hielscher Ultrasonics tarjoaa laajan ultraäänilaitteiden tuotevalikoiman – pienistä toteutettavuustesteihin tarkoitetuista pöytälaitteista aina raskaan käytön teollisiin ultraäänilaitteisiin, joiden teho on jopa 16kW laitetta kohden. Teho, luotettavuus, tarkka säädettävyys ja vankka rakenne tekevät Hielscherin ultraäänidispergointijärjestelmistä mikro- ja nanohiukkasia sisältävien formulaatioiden tuotantolinjan ”työjuhdan”. Ultraäänilaitteemme pystyvät käsittelemään vesi- ja liuotinpohjaisia dispersioita myös suurilla viskositeeteilla (jopa 10 000cp) helposti. Erilaiset sonotrodit (ultraäänitorvet), boosterit (amplitudin vahvistimet ja vaimentimet), virtauskennogeometriat ja muut lisävarusteet mahdollistavat ultraäänidispergointilaitteen optimaalisen mukauttamisen tuotteeseen ja sen prosessivaatimuksiin.
Hielscher Ultrasonicsin teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja. Jopa 200µm:n amplitudeilla voidaan käyttää jatkuvaa 24/7-toimintaa viipymättä. Vielä suurempia amplitudeja varten on saatavilla räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Hielscherin ultraäänilaitteiden vankka rakenne mahdollistaa 24/7 käytön raskaalla kuormituksella ja vaativissa ympäristöissä. Hielscherin ultraäänidispergointilaitteita on asennettu maailmanlaajuisesti laajamittaiseen kaupalliseen tuotantoon.