Formulation à ultrasons de composites renforcés

  • Composites présentent des propriétés uniques des matériaux tels que le thermo-stabilité considérablement amélioré, module d'élasticité, résistance à la traction, résistance à la rupture et sont donc largement utilisés dans la fabrication de produits multiples.
  • Sonication est prouvé pour produire des nanocomposites de haute qualité avec très dispersés, nanotubes de carbone graphène etc.
  • Equipement ultrasonique pour la formulation de composites renforcés est disponible à l'échelle industrielle.

nanocomposites

Nanocomposites excellent par leur mécanique, électrique, thermique, optique, électrochimique et / ou des propriétés catalytiques.
En raison de leur surface exceptionnellement élevé par rapport au volume de la phase de renfort et / ou leur rapport d'aspect exceptionnellement élevé, les nanocomposites sont nettement plus performants que les composites conventionnels. Les nanoparticules telles que la silice sphérique, les feuilles de minéraux tels que l'argile exfoliée ou graphène, ou nano fibres telles que des nanotubes de carbone ou des fibres électrofilées sont fréquemment utilisés pour le renforcement.
Par exemple, les nanotubes de carbone sont ajoutés pour améliorer la conductivité électrique et thermique, de la silice nano est utilisé pour améliorer les propriétés thermiques, mécaniques et de résistance à l'eau. D'autres types de nanoparticules donnent des propriétés optiques améliorées, des propriétés diélectriques, résistance à la chaleur ou les propriétés mécaniques telles que la rigidité, la force et la résistance à la corrosion et les dommages.

Des exemples de nanocomposites formulés par ultrasons:

  • Les nanotubes de carbone (NTC) dans une matrice d'ester vinylique
  • NTC / oignons de carbone / diamants nanométriques dans une matrice de métal de nickel
  • NTC dans une matrice en alliage de magnésium
  • NTC dans une matrice d'alcool polyvinylique (PVA)
  • des nanotubes de carbone parois multiples (MWCNT) dans une matrice de résine époxy (en utilisant l'anhydride tétrahydrophtalique de méthyle (MTHPA) comme agent de durcissement)
  • oxyde de graphène dans une matrice de poly (alcool vinylique) (PVA)
  • SiC nanoparticules dans une matrice de magnésium
  • silice nano (Aerosil) dans une matrice de polystyrène
  • oxyde de fer magnétique dans une matrice polyuréthanne flexible (PU)
  • l'oxyde de nickel dans un graphite / poly (chlorure de vinyle)
  • des nanoparticules d'oxyde de titane dans une matrice de poly-lactique-co-glycolique d'acide (PLGA)
  • hydroxyapatite nano dans une matrice de poly-lactique-co-glycolique d'acide (PLGA)

dispersion à ultrasons

Les paramètres de processus ultrasoniques peuvent être contrôlés avec précision et adaptés de manière optimale à la composition du matériau et à la qualité de sortie souhaitée. La dispersion par ultrasons est la technique recommandée pour incorporer des nanoparticules telles que les NTC ou le graphène dans les nanocomposites. Testé depuis longtemps sur le plan scientifique et mis en œuvre sur de nombreuses installations de production industrielle, la dispersion par ultrasons 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 adaptée et une assistance lors du développement et de l'optimisation des processus.
La plupart du temps, les particules de nano de renforcement sont dispersées dans la matrice pendant le traitement. Le pourcentage en poids (fraction massique) de la plage de matériau nano ajouté dans l'échelle inférieure, par exemple, 0,5% à 5%, étant donné que la dispersion uniforme obtenu par sonication permet d'enregistrer les charges de renforcement et de meilleures performances de renforcement.
Une application typique des ultrasons dans la fabrication est la formulation de composite résine-nanoparticulaire. Pour produire de l'ester de vinyle renforcée de CNT, la sonication est utilisé pour disperser et fonctionnaliser NTC. Ces ester CNT-vinyle sont caractérisés par des propriétés électriques et mécaniques améliorées.
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Les particules inorganiques peuvent être fonctionnalisés par ultrasonication

nanoparticule fonctionnalisés par ultrasons

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appareil à ultrasons UIP1500hd avec réacteur à écoulement continu

graphène

Graphène présente des propriétés physiques exceptionnelles, un rapport d'aspect élevé et une faible densité. Graphène et d'oxyde de graphène sont intégrés dans une matrice composite afin d'obtenir des polymères de résistance légers élevées. Pour obtenir le renforcement mécanique, les feuilles de graphène / plaquettes doivent être très fines dispersées, pour les feuilles de graphène agglomérées limitent l'effet de renforcement drastique.
La recherche scientifique a montré que l'ampleur de l'amélioration est principalement dépendante de la qualité de dispersion des feuilles de graphène dans la matrice. graphène seulement dispersé de façon homogène donne les effets escomptés. En raison de sa forte hydrophobie et van der Waals attraction, le graphène est sujette à agréger et agglomérer en flocons de feuilles monocouches faible interaction.
Bien que les techniques de dispersion communes ne peuvent souvent pas produire des dispersions de graphène homogènes, en bon état, haute ultrasonicators de puissance produisent des dispersions de graphène de haute qualité. Les ultrasonicators de Hielscher poignée graphène vierge, l'oxyde de graphène, et réduit l'oxyde de graphène de faible à forte concentration et de petit à grand volume hasslefree. Le solvant utilisé est commun N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), mais avec des ultrasons de forte puissance, le graphène peut être encore dispersé dans pauvres, des solvants à bas point d'ébullition tels que l'acétone, le chloroforme, l'IPA, et la cyclohexanone.
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Nanotubes de carbone et autres matériaux Nano

Power est ultra-sons avérés entraîner des dispersions fines taille de divers matériaux nano, y compris les nanotubes de carbone (NTC), SWNT, MWNT, fullerènes, de la silice (SiO2), Le dioxyde de titane (TiO2), L'argent (Ag), l'oxyde de zinc (ZnO), de la cellulose nanofibrillated et beaucoup d'autres. En général, sonication surclasse disperseurs conventionnels et peut obtenir des résultats uniques.
En outre le broyage et la dispersion de particules de nano, d'excellents résultats sont obtenus par synthèse de nano particules par précipitation à ultrasons (synthèse ascendante). Il a été observé que la taille de particule, par exemple, de magnétite synthétisé par ultrasons, le molybdate de sodium zinc et d'autres, est plus faible par rapport à celle obtenue en utilisant le procédé classique. La taille inférieure est attribuée à la vitesse de nucléation accrue et de meilleures schémas de mélange en raison du cisaillement et de la turbulence générée par cavitation ultrasonore.
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Ultrasons particules fonctionnalisation

La surface spécifique d'une particule augmente avec la réduction de la taille. En particulier dans les nanotechnologies, l'expression de caractéristiques des matériaux est significativement augmentée par la surface agrandie de la particule. La surface spécifique peut être augmentée par ultrasons et modifiée en attachant des molécules fonctionnelles appropriées sur la surface des particules. En ce qui concerne l'application et l'utilisation de matériaux nano, les propriétés de surface sont aussi importantes que les propriétés de base des particules.
les particules fonctionnalisées par ultrasons sont largement utilisés dans des polymères, des composites & biocomposites, nanofluides, dispositifs assemblés, nanomedicines, etc. Par fonctionnalisation de particules, les caractéristiques telles que la stabilité, la résistance & la raideur, la solubilité, la polydispersité, la fluorescence, le magnétisme, superparamagnétisme, l'absorption optique, à haute densité d'électrons, etc. photoluminiscence sont considérablement améliorées.
particules ordinaires qui sont fonctionnalisés avec le commerce Hielscher’ systèmes à ultrasons incude NTC, SWNTs, MWNTs, graphène, le graphite, la silice (SiO2), Nanodiamonds, la magnétite (oxyde de fer, Fe3la4), Nanoparticules d'argent, des nanoparticules d'or, poreux & nanoparticules mésoporeuses etc.
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ultrasons épandeurs

équipement de dispersion à ultrasons Hielscher est disponible pour le laboratoire, paillasse et la production industrielle. Les ultrasonicators de Hielscher sont fiables, robustes, faciles à utiliser et à nettoyer. L'équipement est conçu pour fonctionner 24/7 dans des conditions lourdes. Les systèmes à ultrasons peuvent être utilisés pour le traitement par lots et en ligne – flexible et facilement adaptable à vos processus et exigences.

Lot à ultrasons et les capacités Inline

lot Volume Débit Appareils recommandés
5 à 200 ml 50 à 500 ml / min UP200Ht, UP400S
00,1 à 2L 0.25 à 2 m3/heure UIP1000hd, UIP2000hd
00,4 à 10L 1 à 8 m3/heure UIP4000
n / a. 4 à 30 m3/heure UIP16000
n / a. au-dessus de 30 m3/heure groupe de UIP10000 ou UIP16000

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La modification de UP200S appareil à ultrasons des particules et la réduction de la taille (Cliquez pour agrandir!)

Dispositif de laboratoire à ultrasons pour particules fonctionnalisation

Littérature / Références

  • Kpole, Ska:; Bhnwse, Bika;. Fitrgri, DIKW;. Gogte, Fkhri;. Khulkmi, Hrikdi;. Sonvne, Sk ः;. Pandit, Akbik (2014): “Investigation de la performance d'inhibition de la corrosion de molybdate de sodium zinc préparé par ultrasons nanopigment à deux composants revêtement époxy-polyamide. Interfaces composites 21/9, 2015. 833-852.
  • Nikje, M.M.A .; Moghaddam, S.T .; Noruzian, M. (2016): préparation de nouveaux nanocomposites magnétiques en mousse de polyuréthane en utilisant des nanoparticules à noyau-enveloppe. Polímeros Vol.26 No.4, 2016.
  • Tolasz, J .; Stengl, V .; Ecorchard, P. (2014): La préparation des matériaux composites de graphène oxyde-polystyrène. 3ème Conférence internationale sur l'environnement, la chimie et la biologie. IPCBEE vol.78, 2014.


Qu'il faut savoir

A propos de matériaux composites

Les matériaux composites (également connu en tant que matériau de composition) sont décrits en tant que matériau fabriqué à partir de deux ou plusieurs constituants qui sont caractérisés par des propriétés physiques ou chimiques différentes de manière significative. Lorsque ces matériaux constitutifs sont combinés, un nouveau matériau – le composite que l'on appelle – est produite, qui présente des caractéristiques différentes de celles des composants individuels. Les composants individuels restent séparés et distincts au sein de la structure finie.
Le nouveau matériau présente de meilleures propriétés, par exemple il est par rapport aux matériaux conventionnels solides, plus légers, plus résistants ou moins cher. Améliorations de nanocomposites vont de la mécanique, électrique / conducteur, thermique, optique, électrochimique à propriétés catalytiques.

matériaux composites classiques modifiés comprennent:

  • biocomposites
  • des matières plastiques renforcées, comme polymère renforcé par des fibres
  • les composites métalliques
  • composites céramiques (matrice céramique et composite à matrice métallique)

Les matériaux composites sont généralement utilisés pour la construction et les matériaux et structurants tels que les coques de bateau, les comptoirs, les carrosseries de voitures, des baignoires, des réservoirs de stockage, granit imitation et lavabos en marbre de culture, ainsi que dans les vaisseaux spatiaux et des avions.

Composites peuvent également utiliser des fibres métalliques de renfort d'autres métaux, comme dans les composites à matrice métallique (MMC) ou des composites à matrice céramique (CMC), qui comprend l'os (hydroxyapatite renforcé par des fibres de collagène), cermet (céramique et métal) et le béton.
/ matrice organique composites d'agrégat de céramique comprennent le béton d'asphalte, béton polymère, asphalte coulé, hybride à rouleaux mastic, composite dentaire, mousse syntactique et de nacre.

A propos des effets à ultrasons sur les particules

les propriétés des particules peuvent être observées lorsque la taille des particules est réduite à un niveau particulier (connu sous le nom de taille critique). Lorsque les dimensions de particules atteignent le niveau du nanomètre, les interactions aux interfaces de phase deviennent largement améliorée, ce qui est essentiel pour améliorer les caractéristiques des matériaux. De ce fait, la zone de surface: rapport en volume des matériaux, qui sont utilisés pour le renforcement dans les nanocomposites est le plus important. Nanocomposites offrent des avantages technologiques et économiques pour presque tous les secteurs de l'industrie, y compris les secteurs de l'aéronautique, l'automobile, électronique, biotechnologie, pharmaceutiques et médicaux. Un autre grand avantage est leur respect de l'environnement.
ultrasons de puissance améliore la mouillabilité et l'homogénéisation entre la matrice et les particules de par son mélange intense et de dispersion – généré par cavitation à ultrasons. Depuis sonication est la méthode de dispersion la plus utilisée et la plus réussie en matière de matériaux nano, les systèmes à ultrasons Hielscher sont installés dans le laboratoire, usine pilote et de production dans le monde entier.