Vahvistetun kumin ultraäänivalmistus
- Vahvistetuilla kumeilla on suurempi vetolujuus, venymä, kulutuskestävyys ja parempi ikääntymisvakaus.
- Täyteaineet, kuten hiilimusta (esim. CNT, MWNT), grafeeni tai piidioksidi, on dispergoitava homogeenisesti matriisiin haluttujen materiaaliominaisuuksien aikaansaamiseksi.
- Tehon ultraääni antaa erinomaisen jakelulaadun monodispergoiduille nanohiukkasille, joilla on erittäin vahvistavat ominaisuudet.
Ultraääni dispersio
Ultrasonicationia käytetään laajalti nanomateriaalien, kuten monodispergoitujen nanohiukkasten ja nanoputkien, hajottamiseen, koska ultraääni parantaa hiukkasten ja putkien erottamista ja funktionalisointia suuresti.
Ultraäänidispergointilaitteet luovat kavitaatio ja suuret leikkausvoimat nanohiukkasten ja nanoputkien häiritsemiseksi, deagglomeroimiseksi, irrottamiseksi ja hajottamiseksi. Sonikoinnin intensiteettiä voidaan säätää ja hallita tarkasti siten, että ultraäänikäsittelyparametrit sovitetaan täydellisesti ottaen huomioon nanomateriaalin pitoisuus, taajama ja kohdistus / sotkeutuminen. Näin nanomateriaaleja voidaan käsitellä optimaalisesti niiden materiaalivaatimusten mukaisesti. Optimaaliset dispersio-olosuhteet, jotka johtuvat yksilöllisesti säädetyistä ultraääniprosessiparametreista, johtavat korkealaatuiseen lopulliseen kumin nanokomposiittiin, jolla on erinomaiset nano-lisäaineiden ja täyteaineiden vahvistusominaisuudet.
Ultraäänien erinomaisen dispersiolaadun ja siten saavutetun tasaisen dispersion vuoksi erittäin pieni täyteainekuormitus riittää erinomaisten materiaaliominaisuuksien saamiseksi.
Ultraäänellä hiilimustavahvistettu kumi
Hiilimusta on yksi kumien, erityisesti renkaiden, tärkeimmistä täyteaineista, joka antaa kumimateriaalille kulutuskestävyyden ja vetolujuuden. Hiilimustahiukkaset ovat erittäin alttiita muodostamaan aggregaatteja, joita on vaikea hajottaa homogeenisesti. Hiilimustaa käytetään yleisesti maaleissa, emaleissa, painomusteissa, nailon- ja muoviväreissä, lateksiseoksissa, vahaseoksissa, valokuvapinnoitteissa ja muissa.
Ultraäänidispersio mahdollistaa deagglomeroitumisen ja sekoittumisen tasaisesti hiukkasten erittäin korkean monodispersiteetin kanssa.
Klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja vahvistettujen komposiittien ultraäänidispersiosta!
Ultraäänellä CNT- / MWCNT-vahvistettu kumi
Ultraäänihomogenisaattorit ovat tehokkaita dispergointijärjestelmiä, joita voidaan tarkasti ohjata ja säätää prosessi- ja materiaalivaatimuksiin. Ultraääniprosessiparametrien tarkka hallinta on erityisen tärkeää nanoputkien, kuten MWNT: n tai SWNT: n, dispergoimiseksi, koska nanoputket on irrotettava yksittäisiksi putkiksi vahingoittamatta (esim. sakset). Vahingoittumattomat nanoputket tarjoavat korkean kuvasuhteen (jopa 132 000 000:1), joten ne antavat poikkeuksellisen lujuuden ja jäykkyyden, kun ne muotoillaan komposiitiksi. Tehokas, tarkasti säädetty sonikaatio voittaa Van der Waalsin voimat ja hajottaa ja irrottaa nanoputket, mikä johtaa korkean suorituskyvyn kumimateriaaliin, jolla on poikkeuksellinen vetolujuus ja elastinen moduuli.
Lisäksi Ultraäänifunktionalisointi käytetään hiilinanoputkien muokkaamiseen haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi, joita voidaan käyttää moninaisissa sovelluksissa.
Ultraäänellä nano-piidioksidivahvistettu kumi
Ultraäänidispergointilaitteet tuottavat erittäin tasaisen piidioksidin hiukkasjakauman (SiO2) nanohiukkaset kumipolymeeriliuoksissa. Piidioksidi (SiO2) nanohiukkasten on jakauduttava homogeenisesti monodispergoituneina hiukkasina polymeroituun styreenibutadieeniin ja muihin kumiin. Monodispergoitu nano-SiO2 toimii vahvistavana aineena, joka parantaa sitkeyttä, lujuutta, venymää, taivutusta ja ikääntymistä estävää suorituskykyä merkittävästi. Nanohiukkasille sovelletaan: Mitä pienempi hiukkaskoko, sitä suurempi on hiukkasten erityinen pinta-ala. Suuremmalla pinta-alan / tilavuuden (S / V) suhteella saadaan parempia rakenteellisia ja vahvistavia vaikutuksia, mikä lisää kumituotteiden vetolujuutta ja kovuutta.
Piidioksidinanohiukkasten ultraäänidispersio mahdollistaa prosessiparametrien hallinnan tarkasti siten, että saadaan pallomainen morfologia, tarkasti säädetty hiukkaskoko ja hyvin kapea kokojakauma.
Ultraäänellä dispergoitu piidioksidi johtaa siten vahvistetun kumin korkeimpaan materiaaliseen suorituskykyyn.
Klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja SiO: n ultraäänidispergoinnista2!
Vahvistavien lisäaineiden ultraäänellä dispersio
Sonikoinnin on osoitettu hajottavan monia muita nanohiukkasmateriaaleja kumikomposiittien moduulin, vetolujuuden ja väsymisominaisuuksien parantamiseksi. Koska täyteaineiden ja vahvistavien lisäaineiden hiukkaskoko, muoto, pinta-ala ja pinta-aktiivisuus ovat ratkaisevia niiden suorituskyvyn kannalta, tehokkaat ja luotettavat ultraäänidispergointiaineet ovat yksi yleisimmin käytetyistä menetelmistä mikro- ja nanokokoisten hiukkasten formuloimiseksi kumituotteiksi.
Tyypillisiä lisäaineita ja täyteaineita, jotka sisällytetään sonikaatiolla tasaisesti jakautuneina tai monodispergoituneina hiukkasina kumimatriiseissa, ovat kalsiumkarbonaatti, kaoliinisavi, savupiidioksidi, saostettu piidioksidi, grafiittioksidi, grafeeni, kiille, talkki, bariitti, wollastoniitti, saostuneet silikaatit, savupiidioksidi ja piimaa.
Kun öljyhappofunktionalisoitu TiO2 nanohiukkaset dispergoidaan ultraäänellä styreenibutadieenikumiin, jopa hyvin pieni määrä öljyhappo-SiO: ta2 parantaa merkittävästi moduuli-, vetolujuus- ja väsymisominaisuuksia ja toimii suojaavana aineena valo- ja lämpövaurioita vastaan.
- Alumiinioksiditrihydraatti (Al2O3) lisätään palonestoaineena lämmönjohtavuuden parantamiseksi sekä seuranta- ja eroosionkestävyyden parantamiseksi.
- Sinkkioksidin (ZnO) täyteaineet lisäävät suhteellista permittiivisyyttä sekä lämmönjohtavuutta.
- Titaanidioksidi (TiO2) parantaa lämmön- ja sähkönjohtavuutta.
- Kalsiumkarbonaatti (CaCO3) käytetään lisäaineena sen mekaanisten, reologisten ja paloa hidastavien ominaisuuksien vuoksi.
- Bariumtitanaatti (BaTiO3) lisää lämpöstabiilisuutta.
- grafeeni ja grafeenioksidi (GO) antavat erinomaiset mekaaniset, sähköiset, termiset ja optiset materiaaliominaisuudet.
- hiilinanoputket (CNT) parantavat mekaanisia ominaisuuksia, kuten vetolujuutta, sähköä ja lämmönjohtavuutta merkittävästi.
- Moniseinäiset hiilinanoputket (MWNT) parantavat Youngin moduulia ja myötölujuutta. Esimerkiksi niinkin pieni kuin 1 paino-% MWNT:istä epoksiin johtaa suurempaan Youngin moduuliin ja myötölujuuteen, vastaavasti 100 % ja 200 % verrattuna puhtaaseen matriisiin.
- Yksiseinäiset hiilinanoputket (SWNT) parantavat mekaanisia ominaisuuksia ja lämmönjohtavuutta.
- Hiilinanokuidut (CNF) lisäävät lujuutta, lämmönkestävyyttä ja kestävyyttä.
- Metalliset nanohiukkaset, kuten nikkeli, rauta, kupari, sinkki, alumiini ja hopea lisätään sähkön- ja lämmönjohtavuuden parantamiseksi.
- Orgaaniset nanomateriaalit, kuten Montmorilloniitti parantaa mekaanisia ja palonestoaineita.
Ultraäänidispersiojärjestelmät
Hielscher Ultrasonics tarjoaa laajan valikoiman ultraäänilaitteita – pienemmistä penkkijärjestelmistä toteutettavuustestaukseen raskaaseen käyttöön Teolliset ultraäänilaitteet jopa 16kW/yksikkö. Teho, luotettavuus, tarkka hallittavuus ja niiden kestävyys tekevät Hielscherin ultraäänidispergointijärjestelmistä “Työhevonen” mikroni- ja nanohiukkasvalmisteisten formulaatioiden tuotantolinjalla. Ultraäänilaitteemme pystyvät käsittelemään vesipitoisia ja liuotinpohjaisia dispersioita jopa korkea viskositeetti (jopa 10 000cp) helposti. Erilaiset sonotrodit (ultraäänisarvet), vahvistimet (tehostin / vähennysaine), virtaussolugeometriat ja muut lisävarusteet mahdollistavat ultraäänidispergointilaitteen optimaalisen mukauttamisen tuotteeseen ja sen prosessivaatimuksiin.
Hielscher Ultrasonics’ Teolliset ultraääniprosessorit voivat toimittaa hyvin korkeat amplitudit. Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan ajaa jatkuvasti 24/7 toiminnassa nopeasti. Vielä suuremmille amplitudille on saatavana räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7 Toiminta osoitteessa Raskaan ja vaativissa ympäristöissä. Hielscherin ultraäänidispergointilaitteet asennetaan maailmanlaajuisesti laajamittaiseen kaupalliseen tuotantoon.
Erän tilavuus | Virtausnopeus | Suositellut laitteet |
---|---|---|
10 - 2000ml | 20–400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 - 20L | 0.2–4 l/min | UIP2000hdT |
10-100L | 2 - 10L / min | UIP4000 |
n.a. | 10-100L / min | UIP16000 |
n.a. | suurempi | klusteri UIP16000 |
Kirjallisuus / Viitteet
- 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.
Faktoja, jotka kannattaa tietää
synteettinen kumi
Synteettinen kumi on mikä tahansa keinotekoinen elastomeeri. Synteettiset kumit ovat pääasiassa polymeerejä, jotka syntetisoidaan öljyn sivutuotteista ja jotka valmistetaan, kuten muutkin polymeerit, erilaisista öljypohjaisista monomeereistä. Yleisin synteettinen kumi on styreenibutadieenikumi (SBR), joka on johdettu styreenin ja 1,3-butadieenin kopolymeroinnista. Muut synteettiset kumit valmistetaan isopreenista (2-metyyli-1,3-butadieeni), kloropreenista (2-kloori-1,3-butadieeni) ja isobutyleenistä (metyylipropeeni), jossa on pieni prosenttiosuus isopreeniä silloitusta varten. Näitä ja muita monomeerejä voidaan sekoittaa eri suhteissa kopolymeroitavaksi sellaisten tuotteiden tuottamiseksi, joilla on erilaisia fysikaalisia, mekaanisia ja kemiallisia ominaisuuksia. Monomeerit voidaan valmistaa puhtaina ja epäpuhtauksien tai lisäaineiden lisäämistä voidaan hallita suunnittelulla optimaalisten ominaisuuksien saavuttamiseksi. Puhtaiden monomeerien polymerointia voidaan paremmin hallita, jotta saadaan haluttu osuus cis- ja trans-kaksoissidoksista.
Synteettistä kumia, kuten luonnonkumia, käytetään laajalti autoteollisuudessa renkaissa, ovi- ja ikkunaprofiileissa, letkuissa, hihnoissa, matoissa ja lattiapäällysteissä.
luonnonkumi
Luonnonkumi tunnetaan myös nimellä Intian kumi tai caoutchouc. Luonnonkumi luokitellaan elastomeeriksi ja koostuu pääasiassa orgaanisen yhdisteen poly-cis-isopreenin ja veden polymeereistä. Se sisältää jälkiä epäpuhtauksista, kuten proteiinista, liasta jne. Luonnonkumi, joka on johdettu lateksina kumipuusta Hevea Brasiliensis, sillä on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet. Synteettisiin kumeihin verrattuna luonnonkumilla on kuitenkin alhaisempi materiaalin suorituskyky erityisesti sen lämpöstabiilisuuden ja yhteensopivuuden suhteen öljytuotteiden kanssa. Luonnonkumilla on laaja valikoima sovelluksia joko yksinään tai yhdessä muiden materiaalien kanssa. Useimmiten sitä käytetään sen suuren venytyssuhteen, korkean joustavuuden ja erittäin korkean vesitiiviyden vuoksi. Kumin sulamispiste on noin 180 ° C (356 ° F).
Alla olevassa taulukossa on yleiskatsaus eri kumityypeistä:
ISO | Tekninen nimi | Yleisnimi |
---|---|---|
ACM | Polyakrylaattikumi | |
AEM | Eteeni-akrylaattikumi | |
Au | Polyesteri uretaani | |
BIIR | Bromi-isobutyleeni-isopreeni | bromobutyyli |
BR | Polybutadieeni | Buna CB |
CIIR | Kloori-isobutyleeni-isopreeni | Klooributyyli, butyyli |
CR | Polykloropreeni | kloropreeni, neopreeni |
CSM | Kloorisulfonoitu polyeteeni | Hypalon |
EKO | Epikloorihydriini | ECO, epikloorihydriini, epikloori, epikloorididriini, herklori, hydriini |
EP | Eteenipropeeni | |
EPDM | Eteenipropyleenidieenimonomeeri | EPDM, Nordel |
EU | Polyeetteriuretaani | |
FFKM | Perfluorihiilivetykumi | Kalrez, kaupunki Chemrazissa |
FKM | Fluoratut hiilivedyt | Viton, Fluorel |
FMQ | Fluori silikoni | FMQ, silikonikumi |
FPM | Fluorihiilikumi | |
HNBR | Hydrattu nitriilibutadieeni | HNBR |
IR | Polyisopreeni | (Synteettinen) Luonnonkumi |
IIR | Isobutyleenin isopreenibutyyli | butyyli |
NBR | Akryylinitriilibutadieeni | NBR, nitriili, perbunaani, Buna-N |
PU | polyuretaani | PU, polyuretaani |
SBR | Styreenibutadieeni | SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE |
SEBS | Styreenieteenibutyleenistyreenikopolymeeri | SEBS-kumi |
Si | Polysiloksaani | silikonikumi |
VMQ | Vinyyli metyyli silikoni | silikonikumi |
XNBR | Akryylinitriilibutadieenikarboksimonomeeri | XNBR, karboksyloitu nitriili |
XSBR | Styreenibutadieenikarboksimonomeeri | |
YBPO | Termoplastinen polyeetteriesteri | |
YSBR | Styreenibutadieenilohkokopolymeeri | |
YXSBR | Styreenibutadieenikarboksilohkokopolymeeri |
SBR
Styreenibutadieeni tai styreenibutadieenikumi (SBR) kuvaa synteettisiä kumia, jotka ovat peräisin styreenistä ja butadieenista. Vahvistettu styreenibutadieeni, jolle on ominaista korkea kulutuskestävyys ja hyvät ikääntymistä estävät ominaisuudet. Styreenin ja butadieenin suhde määrittää polymeeriominaisuudet: korkealla styreenipitoisuudella kumit muuttuvat kovemmiksi ja vähemmän kumimaisiksi.
Vahvistamattoman SBR: n rajoitukset johtuvat sen alhaisesta lujuudesta ilman vahvistusta, alhaisesta joustavuudesta, alhaisesta repäisylujuudesta (erityisesti korkeissa lämpötiloissa) ja huonosta tarttuvuudesta. Siksi SBR-ominaisuuksien parantamiseksi tarvitaan lujiteaineita ja täyteaineita. Esimerkiksi hiilimustatäyteaineita käytetään voimakkaasti lujuuteen ja kulutuskestävyyteen.
styreeni
Styreeni (C8H8) tunnetaan eri termeillä, kuten etenyylibentseeni, vinyylibentseeni, fenyleeteeni, fenyylietyleeni, cinnamene, styrol, diarex HF 77, styroleeni ja styropoli. Se on orgaaninen yhdiste, jonka kemiallinen kaava on C6H5CH=CH2. Styreeni on polystyreenin ja useiden kopolymeerien esiaste.
Se on bentseenijohdannainen ja esiintyy värittömänä öljyisenä nesteenä, joka haihtuu helposti. Styreenillä on makea tuoksu, joka muuttuu suurina pitoisuuksina vähemmän miellyttävässä hajussa.
Vinyyliryhmän läsnä ollessa styreeni muodostaa polymeerin. Styreenipohjaisia polymeerejä tuotetaan kaupallisesti sellaisten tuotteiden saamiseksi, kuten polystyreeni, ABS, styreenibutadieenikumi (SBR), styreenibutadieenilateksi, SIS (styreeni-isopreeni-styreeni), S-EB-S (styreeni-eteeni / butyleeni-styreeni), styreeni-divinyylibentseeni (S-DVB), styreeni-akryylinitriilihartsi (SAN) ja tyydyttymättömät polyesterit, joita käytetään hartseissa ja lämpökovettuvissa yhdisteissä. Nämä materiaalit ovat tärkeitä komponentteja kumin, muovin, eristeiden, lasikuidun, putkien, autojen ja veneiden osien, ruoka-astioiden ja mattojen taustan valmistuksessa.
Kumin sovellukset
Kumilla on monia materiaaliominaisuuksia, kuten lujuus, pitkäikäisyys, vedenkestävyys ja lämmönkestävyys. Nämä ominaisuudet tekevät kumista erittäin monipuolisen, joten sitä käytetään monilla teollisuudenaloilla. Kumin pääasiallinen käyttö on autoteollisuudessa, pääasiassa renkaiden tuotannossa. Muut ominaisuudet, kuten liukkaus, pehmeys, kestävyys ja joustavuus, tekevät kumista erittäin suositun komposiittin, jota käytetään kenkien, lattiapäällysteiden, lääkintä- ja terveydenhuoltotarvikkeiden, kotitaloustuotteiden, lelujen, urheiluvälineiden ja monien muiden kumituotteiden valmistuksessa.
Nano-lisäaineet ja täyteaineet
Kumien nanokokoiset täyteaineet ja lisäaineet toimivat lujitteina ja suoja-aineina vetolujuuden, kulutuskestävyyden, repäisykestävyyden, hystereesin parantamiseksi ja kumin valo- ja lämpöhajoamisen estämiseksi.
Piidioksidi
Piidioksidi (SiO2, piidioksidi) käytetään monissa muodoissa, kuten amorfisena piidioksidina, esim. savuavana piidioksidina, piidioksidihöyrynä, saostettuna piidioksidina parantamaan materiaalin ominaisuuksia dynaamisten mekaanisten ominaisuuksien, lämpövanhenemiskestävyyden ja morfologian suhteen. Piidioksidilla täytetyillä yhdisteillä on kasvava viskositeetti ja silloitustiheys, vastaavasti kasvava täyteainepitoisuus. Kovuus, moduuli, vetolujuus ja kulumisominaisuudet paranivat asteittain lisäämällä piidioksiditäyteaineen määrää.
hiilimusta
Hiilimusta on parakiteisen hiilen muoto, jonka pintaan on kiinnitetty kemisoroituja happikomplekseja (kuten karboksyyli-, kinoni-, laktonisia, fenolisia ryhmiä ja muita). Nämä pintahappiryhmät ryhmitellään yleensä termin alle “haihtuvat kompleksit”. Tämän haihtuvan sisällön vuoksi hiilimusta on johtamaton materiaali. Hiili-happikomplekseilla funktionalisoituja hiilimustahiukkasia on helpompi hajottaa.
Hiilimustan korkea pinta-alan ja tilavuuden suhde tekee siitä yleisen vahvistavan täyteaineen. Lähes kaikki kumituotteet, joille vetolujuus ja kulutuskestävyys ovat välttämättömiä, käyttävät hiilimustaa. Saostettua tai savuavaa piidioksidia käytetään hiilimustan korvikkeena, kun kumia on vahvistettava, mutta mustaa väriä on vältettävä. Piidioksidipohjaiset täyteaineet ovat kuitenkin saamassa markkinaosuutta myös autonrenkaissa, koska piidioksiditäyteaineiden käyttö johtaa pienempään vierintähäviöön verrattuna hiilimustalla täytettyihin renkaisiin.
Alla olevassa taulukossa on yleiskatsaus renkaissa käytetyistä hiilimustatyypeistä
Nimi | Lyhenne. | Astm | Partikkelikoko nm | Vetolujuus MPa | Suhteellinen laboratorion hankaus | Suhteellinen tienkulumisen kuluminen |
---|---|---|---|---|---|---|
Super hankausuuni | SAF | N110 | 20–25 | 25.2 | 1.35 | 1.25 |
Keskitason SAF | ISAF | N220 | 24–33 | 23.1 | 1.25 | 1.15 |
Korkean hankauksen uuni | HAF | N330 | 28–36 | 22.4 | 1.00 | 1.00 |
Helppo käsittelykanava | EPC | N300 | 30–35 | 21.7 | 0.80 | 0.90 |
Nopeasti suulakepuristuva uuni | FEF | N550 | 39–55 | 18.2 | 0.64 | 0.72 |
Korkean moduulin uuni | HMF | N660 | 49–73 | 16.1 | 0.56 | 0.66 |
Puolivahvistava uuni | SRF | N770 | 70–96 | 14.7 | 0.48 | 0.60 |
Hieno lämpö | FT | N880 | 180–200 | 12.6 | 0.22 | – |
Keskikokoinen lämpö | MT | N990 | 250–350 | 9.8 | 0.18 | – |
grafeenioksidi
SBR: ään dispergoitu grafeenioksidi johtaa korkeaan vetolujuuteen ja repäisylujuuteen sekä erinomaiseen kulutuskestävyyteen ja alhaiseen vierintävastukseen, jotka ovat tärkeitä materiaaliominaisuuksia renkaan valmistuksessa. Grafeenioksidi-piidioksidivahvistettu SBR tarjoaa kilpailukykyisen vaihtoehdon ympäristöystävälliseen rengastuotantoon sekä korkean suorituskyvyn kumikomposiittien tuotantoon. Grafeeni ja grafeenioksidi voidaan onnistuneesti, luotettavasti ja helposti kuoria sonikaatiossa. Klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja grafeenin ultraäänivalmistuksesta!