Formulation ultrasonique de composites renforcés

• Les composites présentent des propriétés matérielles uniques, telles qu'une thermostabilité, un module d'élasticité, une résistance à la traction et une résistance à la rupture nettement améliorés, et sont donc largement utilisés dans la fabrication de produits pour collecteurs.
• Il est prouvé que la sonication permet de produire des nanocomposites de haute qualité avec des NTC hautement dispersés, du graphène, etc.
• Des équipements ultrasoniques pour la formulation de composites renforcés sont disponibles à l'échelle industrielle.

nanocomposites

Les nanocomposites se distinguent par leurs propriétés mécaniques, électriques, thermiques, optiques, électrochimiques et/ou catalytiques.
En raison de leur rapport surface/volume exceptionnellement élevé de la phase de renforcement et/ou de leur rapport d'aspect exceptionnellement élevé, les nanocomposites sont nettement plus performants que les composites conventionnels. Des nanoparticules telles que la silice sphérique, des feuilles minérales telles que le graphène exfolié ou l'argile, ou des nanofibres telles que les nanotubes de carbone ou les fibres électrofilées sont fréquemment utilisées pour le renforcement.
Par exemple, des nanotubes de carbone sont ajoutés pour améliorer la conductivité électrique et thermique, la nano-silice est utilisée pour améliorer les propriétés mécaniques, thermiques et de résistance à l'eau. D'autres types de nanoparticules améliorent les propriétés optiques, diélectriques, la résistance à la chaleur ou les propriétés mécaniques telles que la rigidité, la solidité et la résistance à la corrosion et aux dommages.

Exemples de nanocomposites formulés par ultrasons :

• nanotubes de carbone (NTC) dans une matrice d'ester vinylique
• CNTs / oignons de carbone / nano diamants dans une matrice de nickel métal
• NTC dans une matrice d'alliage de magnésium
• NTC dans une matrice d'alcool polyvinylique (PVA)
• nanotubes de carbone multiparois (MWCNT) dans une matrice de résine époxy (avec de l'anhydride méthyl-tétrahydrophtalique (MTHPA) comme agent de durcissement)
• oxyde de graphène dans une matrice de poly(alcool vinylique) (PVA)
• Nanoparticules de SiC dans une matrice de magnésium
• nano-silice (Aerosil) dans une matrice de polystyrène
• oxyde de fer magnétique dans une matrice flexible en polyuréthane (PU)
• Oxyde de nickel dans un mélange de graphite et de poly(chlorure de vinyle)
• nanoparticules de titane dans une matrice d'acide poly-lactique-co-glycolique (PLGA)
• nano hydroxyapatite dans une matrice d'acide poly-lactique-co-glycolique (PLGA)

dispersion ultrasonique

Les paramètres du processus ultrasonique peuvent être contrôlés avec précision et adaptés de manière optimale à la composition du matériau et à la qualité souhaitée du produit fini. La dispersion par ultrasons est la technique recommandée pour incorporer des nanoparticules telles que les NTC ou le graphène dans les nanocomposites. Testée depuis longtemps au niveau scientifique et mise en œuvre dans de nombreuses installations de production industrielle, la dispersion ultrasonique et la formulation de nanocomposites est une méthode bien établie. La longue expérience de Hielscher dans le traitement par ultrasons des nanomatériaux garantit un conseil approfondi, la recommandation d'une installation ultrasonique appropriée et une assistance pendant le développement et l'optimisation du processus.
En général, les nanoparticules de renforcement sont dispersées dans la matrice pendant le traitement. Le pourcentage en poids (fraction de masse) des nanoparticules ajoutées se situe dans l'échelle inférieure, par exemple entre 0,5 % et 5 %, car la dispersion uniforme obtenue par sonication permet d'économiser les charges renforçantes et d'obtenir des performances de renforcement plus élevées.
Une application typique des ultrasons dans la fabrication est la formulation de composites résine-nanoparticules. Pour produire un ester vinylique renforcé par des NTC, la sonication est utilisée pour disperser et fonctionnaliser les NTC. Ces esters vinyliques renforcés par des NTC se caractérisent par des propriétés électriques et mécaniques améliorées.
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graphène

Le graphène offre des propriétés physiques exceptionnelles, un rapport d'aspect élevé et une faible densité. Le graphène et l'oxyde de graphène sont intégrés dans une matrice composite afin d'obtenir des polymères légers et très résistants. Pour obtenir un renforcement mécanique, les feuilles/plaquettes de graphène doivent être très finement dispersées, car les feuilles de graphène agglomérées limitent considérablement l'effet de renforcement.
La recherche scientifique a montré que l'ampleur de l'amélioration dépend principalement du degré de dispersion des feuilles de graphène dans la matrice. Seul un graphène dispersé de manière homogène produit les effets souhaités. En raison de sa forte hydrophobie et de l'attraction de van der Waals, le graphène a tendance à s'agréger et à s'agglomérer en flocons de feuilles monocouches faiblement interactives.
Alors que les techniques de dispersion courantes sont souvent incapables de produire des dispersions de graphène homogènes et non endommagées, les ultrasons à haute puissance produisent des dispersions de graphène de haute qualité. Les ultrasons de Hielscher permettent de manipuler sans problème du graphène vierge, de l'oxyde de graphène et de l'oxyde de graphène réduit, de faible à forte concentration et de petits à grands volumes. Un solvant couramment utilisé est la N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), mais avec des ultrasons puissants, le graphène peut même être dispersé dans des solvants pauvres à faible point d'ébullition tels que l'acétone, le chloroforme, l'IPA et la cyclohexanone.
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Nanotubes de carbone et autres nanomatériaux

Il est prouvé que les ultrasons de puissance permettent d'obtenir des dispersions fines de divers nanomatériaux, notamment des nanotubes de carbone (CNT), des SWNT, des MWNT, des fullerènes, de la silice (SiO₂), le dioxyde de titane (TiO₂), l'argent (Ag), l'oxyde de zinc (ZnO), la cellulose nanofibrillée et bien d'autres. En général, la sonication est plus performante que les disperseurs conventionnels et permet d'obtenir des résultats uniques.
Outre le broyage et la dispersion des nanoparticules, d'excellents résultats sont obtenus en synthétisant des nanoparticules par précipitation ultrasonique (synthèse ascendante). Il a été observé que la taille des particules, par exemple de la magnétite synthétisée par ultrasons, du molybdate de sodium et d'autres, est inférieure à celle obtenue par la méthode conventionnelle. Cette taille inférieure est attribuée à l'augmentation du taux de nucléation et à l'amélioration des schémas de mélange grâce au cisaillement et à la turbulence générés par la cavitation ultrasonique.
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Fonctionnalisation des particules par ultrasons

La surface spécifique d'une particule augmente avec la réduction de sa taille. En particulier dans le domaine des nanotechnologies, l'expression des caractéristiques des matériaux est considérablement améliorée par l'augmentation de la surface des particules. La surface peut être augmentée et modifiée par ultrasons en attachant des molécules fonctionnelles appropriées à la surface des particules. En ce qui concerne l'application et l'utilisation des nanomatériaux, les propriétés de surface sont aussi importantes que les propriétés du noyau de la particule.
Les particules fonctionnalisées par ultrasons sont largement utilisées dans les polymères, les composites & biocomposites, nanofluides, dispositifs assemblés, nanomédicaments, etc. La fonctionnalisation des particules permet d'améliorer des caractéristiques telles que la stabilité, la résistance, l'élasticité et l'efficacité. & La rigidité, la solubilité, la polydispersité, la fluorescence, le magnétisme, le superparamagnétisme, l'absorption optique, la haute densité électronique, la photoluminiscence, etc. sont radicalement améliorés.
Particules courantes fonctionnalisées commercialement avec Hielscher’ Les systèmes à ultrasons comprennent les NTC, les SWNT, les MWNT, le graphène, le graphite, la silice (SiO₂), les nanodiamants, la magnétite (oxyde de fer, Fe₃O₄), nanoparticules d'argent, nanoparticules d'or, particules poreuses, etc. & nanoparticules mésoporeuses, etc.
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Disperseurs à ultrasons

Les équipements de dispersion par ultrasons de Hielscher sont disponibles pour les laboratoires, les paillasses et la production industrielle. Les appareils à ultrasons de Hielscher sont fiables, robustes, faciles à utiliser et à nettoyer. L'équipement est conçu pour fonctionner 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 dans des conditions difficiles. Les systèmes à ultrasons peuvent être utilisés pour le traitement par lots et en ligne. – flexible et facilement adaptable à votre processus et à vos exigences.

Capacités ultrasoniques par lots et en ligne