Préparation à ultrasons de caoutchouc renforcé
- caoutchoucs renforcés montrent la résistance à la traction supérieure, allongement, résistance à l'abrasion et une meilleure stabilité au vieillissement.
- Des charges telles que le noir de carbone (par exemple, nanotubes de carbone, MWNTs), le graphène, ou de la silice doivent être dispersées de façon homogène dans la matrice pour fournir les propriétés souhaitées du matériau.
- Power donne ultra-sons de qualité supérieure de distribution de nanoparticules monodispersées avec des propriétés hautement renforcement.
dispersion à ultrasons
Ultrasons, est largement utilisé pour la dispersion de matériaux nano tels que des nanoparticules monodispersées et des nanotubes, car les ultrasons améliore la séparation et la fonctionnalisation des particules et des tubes fortement.
équipement de dispersion à ultrasons crée cavitation et des forces de cisaillement élevées pour perturber, désagglomérer, démêler et disperser les nanoparticules et les nanotubes. L'intensité de la sonication peut être ajustée et contrôlée avec précision afin que les paramètres de traitement par ultrasons soient parfaitement adaptés, en tenant compte de la concentration, de l'agglomération et de l'alignement / enchevêtrement du nanomatériau. Ainsi, les nanomatériaux peuvent être traités de manière optimale en fonction des exigences de leur matériau spécifique. Les conditions de dispersion optimales dues aux paramètres de traitement ultrasonore ajustés individuellement aboutissent à un nanocomposite de caoutchouc final de haute qualité avec des caractéristiques de renforcement supérieures des nano-additifs et des charges.
En raison de la qualité de la dispersion des ultrasons supérieure et la dispersion obtenue de ce fait uniforme, une très faible quantité de charge est suffisante pour obtenir d'excellentes caractéristiques de matériau.
Système à ultrasons industriel
Noir de carbone-ultra-sons en caoutchouc renforcé
Le noir de carbone est l'un de la charge la plus importante dans les caoutchoucs, notamment pour pneumatiques, pour donner le matériau caoutchouc résistance à l'abrasion et à la traction. particules de noir de carbone sont fortement enclins à former des agrégats qui sont difficiles à disperser de façon homogène. Le noir de carbone est couramment utilisé dans les peintures, émaux, d'encres d'imprimerie, des colorants en nylon et en plastique, des mélanges de latex, des mélanges de cires, des revêtements photographiques, et plus encore.
dispersion par ultrasons permet de désagglomérer et mélanger uniformément avec une monodispersité très élevée des particules.
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CNT- ultra-sons / MWCNT-caoutchouc renforcé
homogénéisateurs à ultrasons sont de puissants systèmes de dispersion qui peuvent être contrôlés avec précision et ajustées aux processus et aux exigences matérielles. Le contrôle précis des paramètres de traitement à ultrasons est particulièrement important pour la dispersion de nanotubes MWNTs tels que les SWNT ou depuis les nanotubes doivent être démêlés dans des tubes individuels sans être endommagé (par exemple scission). nanotubes non endommagés offrent un rapport d'aspect élevé (jusqu'à 132 000 000: 1) de sorte qu'ils donnent de la force et de la rigidité exceptionnelle lorsqu'ils sont formulés en un composite. Puissant, sonication précisément ajustée surmonte les forces de Van der Waals et les disperse et démêle les nanotubes résultants en un matériau de caoutchouc à haute performance avec une résistance à la traction exceptionnelle et le module élastique.
En outre, fonctionnalisation à ultrasons est utilisée pour modifier des nanotubes de carbone afin d'atteindre les propriétés désirées qui peuvent être utilisés dans des applications multiples.
Ultrasons pour la dispersion continue de nanomatériaux, de noir de carbone ou de charbon actif.
Nano-silice ultra-sons-caoutchouc renforcé
disperseurs à ultrasons fournissent une distribution de particules hautement uniforme de la silice (SiO2nano) particules dans des solutions de polymère de caoutchouc. Silice (SiO2nano) particules doivent être distribuées de manière homogène sous forme de particules mono-dispersées dans du styrène-butadiène polymérisé et d'autres caoutchoucs. Mono-dispersés nano-SiO2 agit comme agent de renforcement, ce qui améliore considérablement la ténacité, la résistance, l'allongement, la flexion et la performance anti-âge. Pour les nanoparticules s'applique : Plus la taille des particules est petite, plus la surface spécifique des particules est grande. Avec un rapport surface/volume (S/V) plus élevé, on obtient de meilleurs effets structuraux et de renforcement, ce qui augmente la résistance à la traction et la dureté des produits en caoutchouc.
dispersion par ultrasons des particules de silice nano permet de contrôler les paramètres du procédé exactement de telle sorte qu'une morphologie sphérique, précisément ajusté la taille des particules et la distribution de taille très étroite est obtenue.
dispersée par ultrasons résultats de silice en le plus grand rendement du matériau de caoutchouc renforcé de ce fait.
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Dispersion des additifs ultra-sons de renforcement
Sonication a été prouvé pour disperser de nombreux autres matériaux nanoparticulated pour améliorer le module, résistance à la traction et les propriétés de fatigue des composites en caoutchouc. Étant donné que la taille des particules, la forme, la surface et l'activité de surface des charges et des additifs de renforcement sont essentiels pour leur performance, puissant et fiable disperseurs à ultrasons sont l'une des méthodes les plus utilisées pour formuler des particules de micro et nanométriques dans des produits en caoutchouc.
Les additifs et charges typiques, qui sont incorporés par sonication sous forme de particules uniformément réparties ou monodispersées dans les matrices de caoutchouc, sont le carbonate de calcium, l'argile kaolinique, la silice fumée, la silice précipitée, l'oxyde de graphite, le graphène, le mica, le talc, la barytine, la wollastonite, la silice précipitée, la silice fumée et la diatomite.
Lorsque l'acide oléique fonctionnalisés TiO2 les nanoparticules sont dispersées par ultrasons dans le caoutchouc styrène-butadiène, même une très petite quantité de l'acide oléique-SiO2 les résultats dans le module nettement améliorée, résistance à la traction et les propriétés de fatigue et fonctionne comme agent de protection contre la photo et thermo dégradation.
- trihydrate d'alumine (Al2la3) Est ajouté en tant que retardateur de flamme, pour améliorer la conductivité thermique, et pour le suivi et la résistance à l'érosion.
- des charges d'oxyde de zinc (ZnO) augmenter la permittivité relative, ainsi que la conductivité thermique.
- Le dioxyde de titane (TiO2) Améliore la conductivité thermique et électrique.
- Le carbonate de calcium (CaCO3) Est utilisé comme additif en raison de ses propriétés mécaniques, rhéologiques et ignifuges.
- titanate de baryum (BaTiO3) Augmente la stabilité thermique.
- graphène et de l'oxyde de graphène (GO) donner des caractéristiques de matériau mécaniques, électriques, thermiques et optiques supérieures.
- des nanotubes de carbone (NTC) d'améliorer les propriétés mécaniques telles que la résistance à la traction, la conductivité électrique et thermique de manière significative.
- des nanotubes de carbone multi-parois (MWNTs) améliorer module Young`s et la limite d'élasticité. Par exemple, aussi peu que 1 en poids.% De MWNTs dans un résultat d'époxy dans un module Young`s accrue et donner respectivement la force, 100% et 200%, par rapport à la matrice pure.
- Les nanotubes de carbone monoparoi (SWNT) améliorer les propriétés mécaniques et de conductivité thermique.
- Les nanofibres de carbone (CNF) ajoutent résistance, résistance à la chaleur et durabilité.
- Les nanoparticules métalliques tels que le nickel, le fer, le cuivre, le zinc, l'aluminium, et argent sont ajoutés pour améliorer la conductivité électrique et thermique.
- nanomatériaux organiques tels que montmorillonite améliorer les propriétés de résistance mécanique et flamme.
Ultrasons Systèmes de dispersion
Hielscher Ultrasonics offre une large gamme de produits d'équipement à ultrasons – de petits systèmes de paillasse pour le test de faisabilité jusqu'à lourds unités industrielles appareil à ultrasons avec jusqu'à 16kW par unité. Puissance, la fiabilité, la contrôlabilité précise ainsi que leur robustesse font des systèmes de dispersion à ultrasons Hielscher les “travail cheval” dans la ligne de production de formulations micrométriques et nano-en particules. Nos ultrasonicators sont capables de traiter les dispersions aqueuses et à base de solvant jusqu'à des viscosités élevées (jusqu'à 10,000cp) facilement. Divers sonotrodes (les cornets à ultrasons), les boosters (intensificateur / decreaser), l'écoulement des géométries cellulaires et d'autres accessoires permettent l'adaptation optimale du disperseur à ultrasons pour le produit et ses conditions de processus.
Hielscher Ultrasonics’ processeurs à ultrasons industriels peuvent fournir très fortes amplitudes. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent fonctionner en continu 24h/24 et 7j/7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. La robustesse de l'équipement ultrasonique de Hielscher permet de 24/7 fonctionnement à à toute épreuve et dans des environnements exigeants. Hielscher`s disperseurs à ultrasons sont installés dans le monde entier pour la production commerciale à grande échelle.
installation à ultrasons sur mesure pour les nano-dispersions
| lot Volume | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 10 à 2000mL | 20 à 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 20L | 00,2 à 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 à 100l | 2 à 10 L / min | UIP4000 |
| n / a. | 10 à 100 litres / min | UIP16000 |
| n / a. | plus grand | groupe de UIP16000 |
Littérature / Références
- 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.
Qu'il faut savoir
caoutchouc synthétique
Un caoutchouc synthétique est un élastomère artificiel. Les caoutchoucs synthétiques sont principalement des polymères synthétisés à partir de sous-produits pétroliers et sont fabriqués, comme d'autres polymères, à partir de divers monomères à base de pétrole. Le caoutchouc synthétique le plus répandu est le caoutchouc styrène-butadiène (SBR) dérivé de la copolymérisation du styrène et du 1,3-butadiène. D'autres caoutchoucs synthétiques sont préparés à partir d'isoprène (2-méthyl-1,3-butadiène), de chloroprène (2-chloro-1,3-butadiène) et d'isobutylène (méthylpropène) avec un faible pourcentage d'isoprène pour la réticulation. Ces monomères et d'autres peuvent être mélangés dans diverses proportions pour être copolymérisés afin de produire des produits ayant une gamme de propriétés physiques, mécaniques et chimiques. Les monomères peuvent être produits purs et l'addition d'impuretés ou d'additifs peut être contrôlée par conception pour donner des propriétés optimales. La polymérisation de monomères purs peut être mieux contrôlée pour donner une proportion désirée de doubles liaisons cis et trans.
caoutchouc synthétique, comme le caoutchouc naturel, est largement utilisé dans l'industrie automobile pour les pneus, portes et fenêtres, profils tuyaux, ceintures, nattes et revêtements de sol.
Caoutchouc naturel
Le caoutchouc naturel est également connu comme l'Inde ou le caoutchouc caoutchouc. Le caoutchouc naturel est classé comme élastomère et se compose principalement de polymères du composé organique poly-cis-isoprène et de l'eau. Il contient des traces d'impuretés telles que des protéines, la saleté, etc. Le caoutchouc naturel, qui est dérivé en latex de l'hévéa Hevea brasiliensis, Montre d'excellentes propriétés mécaniques. Cependant, en comparaison avec des caoutchoucs synthétiques, de caoutchouc naturel a une performance de matériau plus faible en particulier en ce qui concerne sa stabilité thermique et sa compatibilité avec les produits pétroliers. Le caoutchouc naturel a une large gamme d'applications, soit seule, soit en combinaison avec d'autres matériaux. La plupart du temps, il est utilisé en raison de son grand rapport d'étirement, de haute résistance et son étanchéité à l'eau extrêmement élevé. Le point de fusion du caoutchouc est d'environ 180 ° C (356 ° F).
Le tableau ci-dessous donne un aperçu sur les différents types de caoutchouc:
| ISO | Nom technique | Nom commun |
|---|---|---|
| MFP | caoutchouc polyacrylate | |
| AEM | Caoutchouc éthylène-acrylate | |
| UA | Polyesteruréthane | |
| JOIN | Bromo isobutène Isoprène | bromobutyle |
| RE | Polybutadiène | Buna CB |
| Ir | Chloro isobutène Isoprène | Chlorobutyle, Butyl |
| CR | polychloroprène | Chloroprène, néoprène |
| MCS | polyéthylène chlorosulfoné | Hypalon |
| NML | épichlorohydrine | ECO, Epichlorohydrine, Epichlore, Epichloridrine, Herclor, Hydrine |
| PE | Ethylène propylène | |
| EPDM | Éthylène-propylène-diène | EPDM, Nordel |
| États-Unis | uréthane polyéther | |
| FFKM | perfluorocarbone caoutchouc | Kalrez, Chemraz |
| FKM | hydrocarbure fluorés | Viton, Fluorel |
| QGF | fluoro silicone | FMQ, caoutchouc silicone |
| FPM | fluorocarbures en caoutchouc | |
| HNBR | Nitrile Butadiène Hydrogenated | HNBR |
| ET | polyisoprène | (Synthétique) du caoutchouc naturel |
| TII | Isobutène Isoprène Butyl | butyl |
| NBR | acrylonitrile butadiène | NBR, nitrile, Perbunan, Buna-N |
| QTÉ | polyuréthane | PU, polyuréthane |
| SBR | butadiène styrène | SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE |
| SEBS | Styrène éthylène Butylène Styrène Copolymer | SEBS caoutchouc |
| ET | polysiloxane | en caoutchouc de silicone |
| QMV | Méthylvinyléther silicone | en caoutchouc de silicone |
| XNBR | Acrylonitrile Butadiène Carboxy Monomère | XNBR, carboxylé Nitrile |
| XSBR | Butadiène Styrène Carboxy Monomère | |
| YBPO | Polyéther-ester thermoplastique | |
| YSBR | Butadiène Styrène Bloc Copolymer | |
| YXSBR | Butadiène Styrène Carboxy Bloc Copolymer |
SBR
Styrène-butadiène ou caoutchouc styrène-butadiène (SBR) décrit des caoutchoucs synthétiques, qui sont dérivés de styrène et de butadiène. styrène-butadiène renforcé caractérisé par sa haute résistance à l'abrasion et de bonnes propriétés anti-vieillissement. Le rapport entre le styrène et le butadiène détermine les propriétés du polymère: par une teneur élevée en styrène, les caoutchoucs devient plus dur et moins caoutchouteux.
Les limites de SBR non renforcé sont causées par sa faible résistance sans armature, à faible résistance, une faible résistance à la déchirure (en particulier à des températures élevées), et adhésivité médiocre. Par conséquent, les agents et les charges de renforcement sont nécessaires pour améliorer les propriétés SBR. Par exemple, les charges de noir de carbone sont utilisés pour la force et la résistance à l'abrasion fortement.
styrène
Styrène (C8H8) Est connu sous différents termes tels que éthenylbenzène vinylbenzène, phényléthène, phényléthylène, cinnamène, styrol, Diarex HF 77, styrolene et styropol. Il est un composé organique avec la formule chimique C6H5CH = CH2. Le styrène est le précurseur de polystyrène et de plusieurs copolymères.
Il est un dérivé de benzène et apparaît sous la forme d'un liquide huileux incolore, qui s'évapore facilement. Le styrène a une odeur sucrée, qui se transforme à des concentrations élevées dans une odeur moins agréable.
En présence d'un groupe vinyle, le styrène forme un polymère. des polymères à base de styrène sont produits commercialement pour obtenir des produits tels que le polystyrène, l'ABS, le styrène-butadiène (SBR) en caoutchouc, le latex styrène-butadiène, le SIS (styrène-isoprène-styrène), le S-EB-S (styrène-éthylène / butylène styrène), le styrène-divinylbenzène (DVB-S), une résine de styrène-acrylonitrile (SAN), et des polyesters insaturés qui sont utilisés dans des résines et des composés thermodurcissables. Ces matériaux sont des éléments importants pour la production de caoutchouc, le plastique, l'isolation, la fibre de verre, des tuyaux, automobile et des pièces de bateaux, des récipients alimentaires, et dos de tapis.
Applications en caoutchouc
Le caoutchouc a de nombreuses caractéristiques matérielles telles que la résistance, de longue durée, la résistance à l'eau et résistance à la chaleur. Ces propriétés font de caoutchouc très souple de sorte qu'il est utilisé dans de nombreuses industries. L'utilisation principale du caoutchouc est dans l'industrie automobile, principalement pour la production de pneus. D'autres caractéristiques comme la non-glissante, la douceur, la durabilité et la résilience font caoutchouc un composite très fréquenté utilisé pour la production de chaussures, pavages, fournitures médicales et de la santé, des produits ménagers, des jouets, des articles de sport et beaucoup d'autres produits en caoutchouc.
Nano-Additifs
des charges moyennes nano et des additifs dans les caoutchoucs agissent comme agents de renforcement et de protection pour améliorer la résistance à la traction, résistance à l'abrasion, résistance à la déchirure, l'hystérésis et de préserver contre la dégradation photo- et thermique du caoutchouc.
silice
Silice (SiO2, Dioxyde de silicium) est utilisé dans de nombreuses formes telles que la silice amorphe, par exemple, la silice fumée, la silice fumée, la silice précipitée pour améliorer les caractéristiques du matériau en ce qui concerne les propriétés mécaniques dynamiques, la résistance au vieillissement thermique et la morphologie. des composés chargés de silice présentent une augmentation de la viscosité et de la densité de réticulation, respectivement, à une teneur en charge croissante. La dureté, le module, la résistance à la traction, et les caractéristiques d'usure sont améliorées progressivement en augmentant la quantité de silice-charge.
Noir carbone
Le noir de carbone est une forme de carbone paracristalline avec des complexes d'oxygène chimisorbée (tels que carboxyliques, quinoniques, lactoniques, les groupes phénoliques et autres) fixés à sa surface. Ces groupes d'oxygène de surface sont généralement regroupées sous le terme “les complexes volatils”. En raison de cette teneur en matières volatiles, le noir de carbone est un matériau non-conducteur. Avec des complexes carbone-oxygène des particules de noir de carbone fonctionnalisés sont plus faciles à disperser.
Le grand rapport surface-volume de zone de noir de carbone rend une charge de renforcement commun. Presque tous les produits en caoutchouc, pour lequel la résistance à la traction et résistance à l'abrasion sont importantes, utiliser le noir de carbone. Précipitée ou la silice fumée est utilisée en tant que substitut pour le noir de carbone, lorsque le renforcement des raisons de caoutchouc est nécessaire, mais la couleur noire doit être évitée. Cependant, les charges à base de silice gagnent des parts de marché dans les pneus automobiles, aussi, parce que l'utilisation de charges de silice entraîne une perte de roulement plus faible par rapport aux pneus noir de carbone.
Le tableau ci-dessous donne un aperçu sur les types de pneus utilisés dans le noir de carbone
| Nom | Abrév. | ASTM | la taille des particules nm | Résistance à la traction MPa | abrasion de laboratoire relative | abrasion relative de Roadwear |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Super Abrasion four | SAF | N110 | 20-25 | 25,2 | 1,35 | 1,25 |
| intermédiaire SAF | FIAS | N220 | 24-33 | 23,1 | 1,25 | 1,15 |
| Four à haute Abrasion | ÉTÉ | N330 | 28-36 | 22,4 | 1,00 | 1,00 |
| Facile Traitement par canal | CBE | N300 | 30-35 | 21,7 | 080 | 0.90 |
| Rapide Furnace Extrusion | FAE | N550 | 39-55 | 18,2 | 00,64 | 00,72 |
| Four High Modulus | HMF | N660 | 49-73 | 16,1 | 0.56 | 00,66 |
| Semi-renforcement du four | SRF | N770 | 70-96 | 14,7 | 0.48 | 0.60 |
| Beaux thermique | CE | N880 | 180-200 | 12,6 | 0.22 | – |
| Caloporteur | TA | N990 | 250-350 | 9,8 | 0.18 | – |
Oxyde de graphène
oxyde de graphène dispersé dans SBR résulte de la résistance à la traction et résistance à la déchirure et résistance à l'usure exceptionnelle et faible résistance au roulement, qui sont importantes propriétés des matériaux pour la fabrication de pneus. Graphène-silice oxyde renforcé SBR offre une alternative concurrentielle pour une production de pneus respectueux de l'environnement, ainsi que pour la production de composites de caoutchouc à haute performance. Graphène et de l'oxyde de graphène peut être avec succès, exfoliée fiable et facilement sous sonication. Cliquez ici pour en savoir plus sur la fabrication par ultrasons de graphène!