Megerősített kompozitok ultrahangos formulációja
- A kompozitok egyedülálló anyagtulajdonságokkal rendelkeznek, mint például jelentősen megnövelt hőstabilitás, rugalmassági modulus, szakítószilárdság, törési szilárdság, ezért széles körben használják a sokrétű termékek gyártásában.
- A szonikálás bizonyítottan kiváló minőségű nanokompozitokat állít elő erősen diszpergált CNT-kkel, grafénnel stb.
- A megerősített kompozitok kialakítására szolgáló ultrahangos berendezések ipari méretekben kaphatók.
nanokompozitok
A nanokompozitok mechanikai, elektromos, termikus, optikai, elektrokémiai és/vagy katalitikus tulajdonságaikkal tűnnek ki.
A megerősítési fázis kivételesen magas felület-térfogat arányának és/vagy kivételesen magas oldalarányának köszönhetően a nanokompozitok lényegesen nagyobb teljesítményt nyújtanak, mint a hagyományos kompozitok. A megerősítéshez gyakran használnak nanorészecskéket, például gömb alakú szilícium-dioxidot, ásványi lemezeket, például hámlasztott grafént vagy agyagot, vagy nanoszálakat, például szén nanocsöveket vagy elektroszálas szálakat.
Például szén nanocsöveket adnak hozzá az elektromos és hővezető képesség javításához, nano-szilícium-dioxidot használnak a mechanikai, hő- és vízállósági tulajdonságok javítására. Más típusú nanorészecskék fokozott optikai tulajdonságokkal, dielektromos tulajdonságokkal, hőállósággal vagy mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, például merevséggel, szilárdsággal, valamint korrózióval és sérülésekkel szembeni ellenállással.
Példák ultrahanggal megfogalmazott nanokompozitokra:
- szén nanocsövek (CNT) vinil-észter mátrixban
- CNT-k / szénhagyma / nanogyémántok nikkel-fém mátrixban
- CNT-k magnéziumötvözet mátrixban
- CNT-k polivinil-alkohol (PVA) mátrixban
- többfalú szén nanocső (MWCNT) epoxigyanta mátrixban (metil-tetrahidroftálsav-anhidrid (MTHPA) keményítőszerként történő felhasználásával)
- grafén-oxid poli(vinil-alkohol) (PVA) mátrixban
- SiC nanorészecskék magnéziummátrixban
- nano-szilícium-dioxid (Aerosil) polisztirol mátrixban
- mágneses vas-oxid rugalmas poliuretán (PU) mátrixban
- Nikkel-oxid grafitban/poli(vinil-klorid)
- titánia nanorészecskék poli-tejsav-koglikolsav (PLGA) mátrixban
- nano-hidroxiapatit poli-tejsav-koglikolsav (PLGA) mátrixban
Ultrahangos diszperzió
Az ultrahangos folyamatparaméterek pontosan szabályozhatók és optimálisan adaptálhatók az anyagösszetételhez és a kívánt kimeneti minőséghez. Az ultrahangos diszperzió az ajánlott technika a nanorészecskék, például CNT-k vagy grafén nanokompozitokba történő beépítésére. Hosszú ideje tudományos szinten tesztelt és számos ipari gyártóüzemben megvalósított, a nanokompozitok ultrahangos diszperziója és formulázása jól bevált módszer. Hielscher hosszú tapasztalata a nanoanyagok ultrahangos feldolgozásában biztosítja a mélyreható tanácsadást, a megfelelő ultrahangos beállítás ajánlását és segítséget nyújt a folyamatfejlesztés és optimalizálás során.
A megerősítő nanorészecskék többnyire a feldolgozás során szétszóródnak a mátrixba. A hozzáadott nano anyagtartomány tömegszázaléka (tömegfrakció) az alsó skálán, pl. 0,5% és 5% között, mivel az ultrahangos kezeléssel elért egyenletes diszperzió lehetővé teszi a megerősítő töltőanyagok megtakarítását és a nagyobb megerősítési teljesítményt.
Az ultrahang tipikus alkalmazása a gyártásban a nanorészecske-gyanta kompozit összetétele. CNT-erősítésű vinil-észter előállításához szonikációt használnak a CNT-k diszpergálására és funkcionalizálására. Ezeket a CNT-vinil-észtereket fokozott elektromos és mechanikai tulajdonságok jellemzik.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a CNT-k diszperziójáról!
grafén
A grafén kivételes fizikai tulajdonságokat, magas képarányt és alacsony sűrűséget kínál. A grafént és a grafén-oxidot egy kompozit mátrixba integrálják, hogy könnyű, nagy szilárdságú polimereket kapjanak. A mechanikai megerősítés eléréséhez a grafénlemezeknek / vérlemezkéknek nagyon finoman diszpergáltnak kell lenniük, az agglomerált grafénlemezek drasztikusan korlátozzák a megerősítő hatást.
A tudományos kutatások kimutatták, hogy a javulás nagysága leginkább a mátrixban lévő grafénlemezek diszperziós minőségétől függ. Csak homogén diszpergált grafén adja meg a kívánt hatást. Erős hidrofób és van der Waals vonzereje miatt a grafén hajlamos aggregálódni és gyengén kölcsönhatásba lépő egyrétegű lemezek pelyhekké agglomerálódni.
Míg a közös diszperziós technikák gyakran nem képesek homogén, sértetlen grafén diszperziókat előállítani, a nagy teljesítményű ultrahangos készülékek kiváló minőségű grafén diszperziókat hoznak létre. A Hielscher ultrahangos készülékei kezelik az érintetlen grafént, a grafén-oxidot és a redukált grafén-oxidot alacsony és magas koncentrációban, valamint kis és nagy mennyiségekben. Egy általánosan használt oldószer az N-metil-2-pirrolidon (NMP), de nagy teljesítményű ultrahanggal a grafén még rossz, alacsony forráspontú oldószerekben, például acetonban, kloroformban, IPA-ban és ciklohexanonban is diszpergálható.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a grafén tömeges hámlasztásáról!
Szén nanocsövek és egyéb nanoanyagok
A teljesítmény ultrahang bizonyítottan különböző nanoanyagok finom méretű diszperzióját eredményezi, beleértve a szén nanocsöveket (CNT), SWNT-ket, MWNT-ket, fulleréneket, szilícium-dioxidot (SiO2), titán-dioxid (TiO2), ezüst (Ag), cink-oxid (ZnO), nanorostos cellulóz és sok más. Általánosságban elmondható, hogy az szonikálás felülmúlja a hagyományos diszpergálószereket, és egyedi eredményeket érhet el.
A nanorészecskék őrlése és diszpergálása mellett kiváló eredményeket érünk el a nanorészecskék ultrahangos kicsapódással történő szintetizálásával (alulról felfelé irányuló szintézis). Megfigyelték, hogy a részecskeméret, pl. ultrahanggal szintetizált magnetit, nátrium-cink-molibdát és mások, alacsonyabb, mint a hagyományos módszerrel kapott. Az alacsonyabb méret a fokozott nukleációs sebességnek és a jobb keverési mintáknak tulajdonítható az ultrahangos kavitáció által generált nyírás és turbulencia miatt.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni az ultrahangos alulról felfelé irányuló csapadékról!
Ultrahangos részecske funkcionalizálás
A részecske fajlagos felülete a méret csökkenésével nő. Különösen a nanotechnológiában az anyagjellemzők kifejeződését jelentősen növeli a részecske megnövekedett felülete. A felület ultrahanggal növelhető és módosítható a megfelelő funkcionális molekulák rögzítésével a részecske felületén. A nanoanyagok alkalmazása és használata tekintetében a felületi tulajdonságok ugyanolyan fontosak, mint a részecskemag tulajdonságai.
Az ultrahanggal funkcionalizált részecskéket széles körben használják polimerekben, kompozitokban & biokompozitok, nanofluidok, összeszerelt eszközök, nanogyógyszerek stb. A részecskék funkcionalizálásával olyan jellemzők, mint a stabilitás, szilárdság & A merevség, az oldhatóság, a polidiszperzitás, a fluoreszcencia, a mágnesesség, a szuperparamágnesesség, az optikai abszorpció, a nagy elektronsűrűség, a fotoluminiscencia stb. drasztikusan javul.
Gyakori részecskék, amelyek kereskedelmi forgalomban a Hielscherrel vannak funkcionalizálva’ ultrahangos rendszerek incude CNT, SWNTs, MWNTs, grafén, grafit, szilícium-dioxid (SiO2), nanogyémántok, magnetit (vas-oxid, Fe3O4), ezüst nanorészecskék, arany nanorészecskék, porózus & mezopórusos nanorészecskék stb.
Kattintson ide az ultrahangos részecskekezeléshez kiválasztott alkalmazások megjegyzéseinek megtekintéséhez!
ultrahangos diszpergálószerek
A Hielscher ultrahangos diszpergáló berendezése laboratóriumi, asztali és ipari termeléshez áll rendelkezésre. A Hielscher ultrahangos készülékei megbízhatóak, robusztusak, könnyen kezelhetők és tisztíthatók. A berendezést 24/7 működésre tervezték nagy igénybevétel mellett. Az ultrahangos rendszerek kötegelt és inline feldolgozásra használhatók – rugalmas és könnyen adaptálható az Ön folyamataihoz és követelményeihez.
Ultrahangos kötegelt és inline kapacitások
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 5–200 ml | 50–500 ml/perc | UP200Ht, UP400S |
| 0.1-től 2L-ig | 0.25 és 2m között3/Hr | UIP1000hd, UIP2000hd |
| 0.4-től 10L-ig | 1–8 m3/Hr | UIP4000 |
| n.a. | 4 és 30 m között3/Hr | UIP16000 |
| n.a. | 30m felett3/Hr | klaszter UIP10000 vagy UIP16000 |
Ultrahangos laboratóriumi eszköz részecske funkcionalizáláshoz
Irodalom/Hivatkozások
- Kapole, S.A:; Bhanvase, B.A.; Pinjari, D.V.; Gogate, PR; Kulkami, R.D.; Sonawane, S.H.; Pandit, AB (2014): “Az ultrahanggal előállított nátrium-cink-molibdát nanopigment korróziógátló teljesítményének vizsgálata kétcsomagos epoxi-poliamid bevonatban. Kompozit interfészek 21/9, 2015. 833-852.
- Nikje, M.M.A.; Moghaddam, S.T.; Noruzian, M.(2016): Új mágneses poliuretán hab nanokompozitok előállítása maghéj nanorészecskék felhasználásával. Polímeros vol.26 no.4, 2016.
- Tolasz J.; Stengl, V.; Ecorchard, P. (2014): A grafén-oxid–polisztirol kompozit anyagának előállítása. 3. Nemzetközi Környezeti, Kémiai és Biológiai Konferencia. IPCBEE vol.78, 2014.
Tények, amelyeket érdemes tudni
A kompozit anyagokról
A kompozit anyagokat (más néven összetételű anyagokat) két vagy több összetevőből álló anyagként írják le, amelyeket jelentősen eltérő fizikai vagy kémiai tulajdonságok jellemeznek. Ezen alapanyagok kombinálásakor egy új anyag – Az úgynevezett kompozit – készül, amely az egyes alkatrészektől eltérő jellemzőket mutat. Az egyes alkatrészek elkülönülnek és elkülönülnek a kész szerkezeten belül.
Az új anyag jobb tulajdonságokkal rendelkezik, pl. erősebb, könnyebb, ellenállóbb vagy olcsóbb a hagyományos anyagokhoz képest. A nanokompozitok fejlesztései a mechanikai, elektromos / vezető, termikus, optikai, elektrokémiai és katalitikus tulajdonságokig terjednek.
A tipikus mérnöki kompozit anyagok a következők:
- bio-kompozitok
- megerősített műanyagok, például szálerősítésű polimer
- fém kompozitok
- kerámia kompozitok (kerámiamátrix és fémmátrix kompozit)
A kompozit anyagokat általában olyan anyagok építésére és strukturálására használják, mint a hajótestek, munkalapok, karosszériák, fürdőkádak, tárolótartályok, gránit utánzat és tenyésztett márvány mosogatók, valamint űrhajók és repülőgépek.
A kompozitok más fémeket erősítő fémszálakat is használhatnak, mint például a fémmátrix-kompozitokban (MMC) vagy a kerámiamátrix-kompozitokban (CMC), amelyek magukban foglalják a csontot (kollagénszálakkal erősített hidroxiapatit), a cermetet (kerámia és fém) és a betont.
A szerves mátrix / kerámia aggregátum kompozitok közé tartozik az aszfaltbeton, a polimerbeton, a masztikus aszfalt, a masztikus henger hibrid, a fogászati kompozit, a szintaktikai hab és a gyöngyház.
A részecskékre gyakorolt ultrahangos hatásokról
A részecsketulajdonságok akkor figyelhetők meg, ha a részecskeméretet egy bizonyos szintre (kritikus méretnek) csökkentjük. Amikor a részecskék mérete eléri a nanométeres szintet, a fázishatárfelületeken lévő kölcsönhatások nagymértékben javulnak, ami elengedhetetlen az anyagok jellemzőinek javításához. Ezáltal a nanokompozitokban megerősítésre használt anyagok felület: térfogat aránya a legjelentősebb. A nanokompozitok technológiai és gazdasági előnyöket kínálnak az ipar szinte minden ágazata számára, beleértve a repülőgépipart, az autóipart, az elektronikát, a biotechnológiát, a gyógyszeri- és az orvosi ágazatot. További nagy előnyük a környezetbarát.
A teljesítmény ultrahang intenzív keverésével és diszpergálásával javítja a mátrix és a részecskék közötti nedvesíthetőséget és homogenizációt – generálta ultrahangos kavitáció. Mivel az ultrahangos kezelés a legszélesebb körben használt és legsikeresebb diszperziós módszer, amikor a nanoanyagokról van szó, a Hielscher ultrahangos rendszereit laboratóriumban, kísérleti üzemben és világszerte telepítik.