Megerősített gumi ultrahangos előkészítése
- A megerősített gumik nagyobb szakítószilárdságot, nyúlást, kopásállóságot és jobb öregedési stabilitást mutatnak.
- Az olyan töltőanyagokat, mint a korom (pl. CNT, MWNT), grafén vagy szilícium-dioxid, homogén módon kell diszpergálni a mátrixban a kívánt anyagtulajdonságok biztosítása érdekében.
- A teljesítmény ultrahang kiváló eloszlási minőséget biztosít a monodiszpergált nanorészecskék rendkívül megerősítő tulajdonságokkal.
Ultrahangos diszperzió
Az ultrahangos kezelést széles körben alkalmazzák nanoanyagok, például monodiszpergált nanorészecskék és nanocsövek diszpergálására, mivel az ultrahang nagymértékben fokozza a részecskék és csövek szétválasztását és funkcionalizálását.
Az ultrahangos diszpergáló berendezés létrehoz Kavitáció és nagy nyíróerők a nanorészecskék és nanocsövek megzavarására, deagglomerálására, kibontására és diszpergálására. Az ultrahangos kezelés intenzitása pontosan beállítható és szabályozható, hogy az ultrahangos feldolgozási paraméterek tökéletesen adaptálhatók legyenek, figyelembe véve a koncentrációt, az agglomerációt és a nanoanyag összehangolását / összefonódását. Ezáltal a nanoanyagok optimálisan feldolgozhatók az adott anyag követelményeinek megfelelően. Az optimális diszperziós körülmények az egyedileg beállított ultrahangos folyamatparaméterek miatt kiváló minőségű végső gumi nanokompozitot eredményeznek, amely kiváló megerősítő tulajdonságokkal rendelkezik a nano-adalékanyagok és -töltőanyagok.
Az ultrahang kiváló diszperziós minősége és az így elért egyenletes diszperzió miatt egy nagyon alacsony töltőanyag-terhelés elegendő a kiváló anyagjellemzők eléréséhez.
ipari ultrahangos rendszer
Ultrahanggal szénkorom-erősítésű gumi
A korom az egyik legfontosabb töltőanyag a gumikban, különösen a gumiabroncsok esetében, hogy a gumi anyag kopásállóságát és szakítószilárdságát biztosítsa. A koromrészecskék erősen hajlamosak aggregátumokat képezni, amelyeket nehéz homogén módon diszpergálni. A kormot általában festékekben, zománcokban, nyomdafestékekben, nejlon és műanyag színezékekben, latexkeverékekben, viaszkeverékekben, fotóbevonatokban és egyebekben használják.
Az ultrahangos diszperzió lehetővé teszi a részecskék nagyon magas monodiszperzitásával egyenletesen történő deagglomerációt és keverést.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a megerősített kompozitok ultrahangos diszperziójáról!
Ultrahanggal CNT- / MWCNT-erősítésű gumi
Az ultrahangos homogenizátorok erőteljes diszpergáló rendszerek, amelyek pontosan szabályozhatók és beállíthatók a folyamat és az anyagkövetelményekhez. Az ultrahangos folyamatparaméterek pontos ellenőrzése különösen fontos a nanocsövek, például MWNT vagy SWNT diszpergálásához, mivel a nanocsöveket egyetlen csőbe kell bontani sérülés nélkül (pl. Olló). A sértetlen nanocsövek nagy képarányt kínálnak (akár 132 000 000:1), így kompozit formulává alakítva kivételes szilárdságot és merevséget biztosítanak. Erőteljes, pontosan beállított szonikáció legyőzi a Van der Waals erőket, és eloszlatja és kibontja a nanocsöveket, ami nagy teljesítményű gumi anyagot eredményez, kivételes szakítószilárdsággal és rugalmassági modulussal.
Továbbá ultrahangos funkcionalizálás szén nanocsövek módosítására használják a kívánt tulajdonságok elérése érdekében, amelyek sokféle alkalmazásban használhatók.
Ultrahangos készülékek nanoanyagok, korom vagy aktív szén folyamatos diszperziójához.
Ultrahanggal nano-szilícium-dioxiddal megerősített gumi
Az ultrahangos diszpergálószerek rendkívül egyenletes részecskeeloszlást biztosítanak a szilícium-dioxidból (SiO2) nanorészecskék gumipolimer oldatokban. Szilícium-dioxid (SiO2) A nanorészecskéket monodiszpergált részecskékként homogén módon kell elosztani polimerizált sztirol-butadiénben és más gumikban. Monodiszpergált nano-SiO2 erősítőszerként működik, amely jelentősen javítja a szívósságot, az erőt, a nyúlást, a hajlítást és az öregedésgátló teljesítményt. A nanorészecskékre vonatkozik: Minél kisebb a részecskeméret, annál nagyobb a részecskék fajlagos felülete. Nagyobb felület/térfogat (S/V) arány esetén jobb szerkezeti és erősítő hatások érhetők el, ami növeli a gumitermékek szakítószilárdságát és keménységét.
A szilícium-dioxid nano részecskék ultrahangos diszperziója lehetővé teszi a folyamatparaméterek pontos szabályozását, hogy gömb alakú morfológiát, pontosan beállított részecskeméretet és nagyon szűk méreteloszlást kapjunk.
Az ultrahanggal diszpergált szilícium-dioxid a legmagasabb anyagteljesítményt eredményezi ezáltal megerősített gumi.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a SiO ultrahangos diszpergálásáról2!
A megerősítő adalékanyagok ultrahangos diszperziója
Szonikálás bizonyítottan diszpergál sok más nanoszemcsés anyagot, hogy javítsa a modulust, szakítószilárdság, és fáradási tulajdonságai gumi kompozitok. Mivel a töltőanyagok és erősítő adalékanyagok részecskemérete, alakja, felülete és felületi aktivitása döntő fontosságú a teljesítményük szempontjából, az erős és megbízható ultrahangos diszpergálószerek az egyik leggyakrabban használt módszer a mikro- és nanoméretű részecskék gumitermékekbe történő megfogalmazására.
Tipikus adalékanyagok és töltőanyagok, amelyek szonikálással egyenletesen elosztott vagy monodiszpergált részecskékként vannak beépítve gumi mátrixokba, kalcium-karbonát, kaolin agyag, füstölt szilícium-dioxid, kicsapódott szilícium-dioxid, grafit-oxid, grafén, csillám, talkum, barit, wollastonit, kicsapódott szilikátok, füstölt szilícium-dioxid és kovaföld.
Amikor olajsav-funkcionált TiO2 A nanorészecskék ultrahanggal diszpergálódnak sztirol-butadién gumiban, még nagyon kis mennyiségű olajsav-SiO-ban is2 jelentősen jobb modulust, szakítószilárdságot és fáradási tulajdonságokat eredményez, és védőanyagként működik a fotó- és hődegradáció ellen.
- Alumínium-oxid-trihidrát (Al2O3) égésgátlóként adják hozzá a hővezető képesség javítása, valamint a nyomon követés és az erózióállóság érdekében.
- A cink-oxid (ZnO) töltőanyagok növelik a relatív permittivitást és a hővezető képességet.
- Titán-dioxid (TiO2) javítja a hő- és elektromos vezetőképességet.
- Kalcium-karbonát (CaCO3) mechanikai, reológiai és lángkésleltető tulajdonságai miatt adalékanyagként használják.
- Bárium-titanát (BaTiO3) növeli a hőstabilitást.
- grafén és a grafén-oxid (GO) kiváló mechanikai, elektromos, termikus és optikai anyagjellemzőket biztosít.
- Szén nanocsövek (CNT) jelentősen javítja a mechanikai tulajdonságokat, például a szakítószilárdságot, az elektromos és hővezető képességet.
- A többfalú szén nanocsövek (MWNT) javítják Young modulusát és folyáshatárát. Például az MWNT-k mindössze 1 tömeg% -a epoxivá növeli a Young modulusát és folyáshatárát, 100% és 200% -ot a tiszta mátrixhoz képest.
- Egyfalú szén nanocsövek (SWNT) javítja a mechanikai tulajdonságokat és a hővezető képességet.
- A szén nanoszálak (CNF) szilárdságot, hőállóságot és tartósságot biztosítanak.
- Fém nanorészecskék, például nikkel, vas, réz, cink, alumínium és Ezüst hozzáadódnak az elektromos és hővezető képesség javításához.
- Szerves nanoanyagok, mint például Montmorillonit javítja a mechanikai és égésgátló tulajdonságokat.
Ultrahangos diszperziós rendszerek
A Hielscher Ultrasonics ultrahangos berendezések széles választékát kínálja – a kisebb asztali rendszerektől a megvalósíthatósági teszteken át a nagy teherbírásig ipari ultrahangos egységek akár 16kW egységenként. Teljesítmény, megbízhatóság, pontos szabályozhatóság, valamint robusztusságuk teszi Hielscher ultrahangos diszpergáló rendszereit a “munka ló” a mikron- és nanorészecske-készítmények gyártósorában. Ultrahangos készülékeink képesek vizes és oldószer alapú diszperziók feldolgozására Nagy viszkozitás (akár 10 000 CP) könnyedén. Különböző sonotrodes (ultrahangos szarvak), erősítők (erősítő / csökkentő), áramlási cellák geometriái és egyéb tartozékok lehetővé teszik az ultrahangos diszpergáló optimális adaptálását a termékhez és annak folyamatkövetelményeihez.
Hielscher Ultrasonics’ Az ipari ultrahangos processzorok nagyon tudnak szállítani nagy amplitúdók. Akár 200 μm-es amplitúdók is folyamatosan működtethetők 24/7 működésben, azonnal. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre. A Hielscher ultrahangos berendezésének robusztussága lehetővé teszi, hogy 24/7 Működés Nagy teherbírású és igényes környezetekben. A Hielscher ultrahangos diszpergálószereit világszerte telepítik nagyszabású kereskedelmi termelésre.
Testreszabott ultrahangos beállítás nano-diszperziókhoz
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000 |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Irodalom / Hivatkozások
- 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.
Tények, amelyeket érdemes tudni
szintetikus gumi
A szintetikus gumi bármilyen mesterséges elasztomer. A szintetikus gumik főként kőolaj melléktermékekből szintetizált polimerek, és más polimerekhez hasonlóan különböző kőolajalapú monomerekből készülnek. A legelterjedtebb szintetikus gumi a sztirol-butadién gumi (SBR), amelyet sztirol és 1,3-butadién kopolimerizációjából nyernek. Más szintetikus gumikat izoprénből (2-metil-1,3-butadién), klórprénből (2-klór-1,3-butadién) és izobutilénből (metilpropén) állítanak elő kis százalékban izoprénnel térhálósítás céljából. Ezek és más monomerek különböző arányban keverhetők kopolimerizációhoz, hogy számos fizikai, mechanikai és kémiai tulajdonsággal rendelkező terméket állítsanak elő. A monomerek tisztán előállíthatók, és a szennyeződések vagy adalékanyagok hozzáadása tervezéssel szabályozható az optimális tulajdonságok elérése érdekében. A tiszta monomerek polimerizációja jobban szabályozható, hogy a cisz és transz kettős kötések kívánt arányát kapjuk.
A szintetikus gumit, mint a természetes gumit, széles körben használják az autóiparban gumiabroncsokhoz, ajtó- és ablakprofilokhoz, tömlőkhöz, övekhez, szőnyegekhez és padlóburkolatokhoz.
természetes gumi
A természetes gumit indiai guminak vagy caoutchoucnak is nevezik. A természetes gumit elasztomernek minősítik, és főként a poli-cisz-izoprén szerves vegyület és a víz polimerjeiből áll. Nyomokban szennyeződéseket tartalmaz, például fehérjét, szennyeződést stb. Természetes gumi, amely latexként származik a gumifából Hevea Brasiliensis, kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. A szintetikus gumikhoz képest azonban a természetes gumi anyagteljesítménye alacsonyabb, különösen hőstabilitása és kőolajtermékekkel való kompatibilitása tekintetében. A természetes gumi széles körű alkalmazásokkal rendelkezik, akár önmagában, akár más anyagokkal kombinálva. Leginkább nagy nyúlási aránya, nagy rugalmassága és rendkívül magas vízzárósága miatt használják. A gumi olvadáspontja körülbelül 180 ° C (356 ° F).
Az alábbi táblázat áttekintést nyújt a különböző gumitípusokról:
| ISO | Műszaki név | Köznapi név |
|---|---|---|
| ACM | Poliakrilát gumi | |
| AEM | Etilén-akrilát gumi | |
| Au | Poliészter uretán | |
| BIIR | Bróm-izobutilén-izoprén | Bróm-butil |
| BR | polibutadién | Buna CB |
| CIIR | Klór-izobutilén izoprén | Klórbutil, butil; |
| CR | Polikloroprén | Kloroprén, neoprén |
| CSM | Klór-szulfonált polietilén | Hypalon |
| ÖKO | epiklórhidrin | ECO, epiklórhidrin, epiklór, epiklóridririn, herclor, hidrin |
| EP | Etilén-propilén | |
| EPDM | Etilén-propilén-dién monomer | EPDM, Nordel |
| EU | Poliéter-uretán | |
| FFKM | Perfluor-karbon gumi | Kalrez, Chemraz |
| FKM | Fluorozott szénhidrogén | Viton, Fluorel |
| FMQ | Fluor szilikon | FMQ, szilikongumi |
| FPM | Fluorkarbon gumi | |
| HNBR | Hidrogénezett nitril-butadién | HNBR |
| IR | poliizoprén | (Szintetikus) Természetes gumi |
| IIR | Izobutilén Izoprén-butil-vitamin | butil |
| NBR | Akrilnitril-butadién | NBR, nitril, perbunan, Buna-N |
| PU | poliuretán | PU, Poliuretán |
| SBR | sztirol-butadién | SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE |
| SEBEK | sztirol etilén-butilén sztirol kopolimer | SEBS gumi |
| Si | polisziloxán | szilikon gumi |
| VMQ | Vinil-metil-szilikon | szilikon gumi |
| XNBR | Akrilnitril-butadién-karboxy monomer | XNBR, karboxilezett nitril |
| XSBR | sztirol-butadién-karboxy monomer | |
| YBPO | Hőre lágyuló poliéter-észter | |
| YSBR | sztirol-butadién blokk kopolimer | |
| YXSBR | sztirol-butadién-karboxy blokk kopolimer |
SBR
A sztirol-butadién vagy sztirol-butadién gumi (SBR) szintetikus gumikat ír le, amelyek sztirolból és butadiénből származnak. Megerősített sztirol-butadién, amelyet magas kopásállóság és jó öregedésgátló tulajdonságok jellemeznek. A sztirol és a butadién aránya meghatározza a polimer tulajdonságait: magas sztirol tartalommal a gumik keményebbé és kevésbé gumiszerűvé válnak.
A nem megerősített SBR korlátait a megerősítés nélküli alacsony szilárdság, az alacsony rugalmasság, az alacsony szakítószilárdság (különösen magas hőmérsékleten) és a rossz tapadás okozza. Ezért erősítőszerekre és töltőanyagokra van szükség az SBR tulajdonságainak javításához. Például a koromos töltőanyagokat erősen erősítik és kopásállóvá teszik.
sztirol
Sztirol (C8H8) különböző kifejezésekkel ismert, például etenil-benzol, vinilbenzol, feniletén, fenil-etilén, cinnamene, sztirol, diarex HF 77, sztirén és sztiropol. Ez egy szerves vegyület, amelynek kémiai képlete C6H5CH = CH2. A sztirol a polisztirol és számos kopolimer prekurzora.
Ez egy benzolszármazék, és színtelen olajos folyadékként jelenik meg, amely könnyen elpárolog. A sztirol édes illatú, amely nagy koncentrációban kevésbé kellemes szagban fordul elő.
Vinilcsoport jelenlétében a sztirol polimert képez. A sztirol alapú polimereket kereskedelmi forgalomban állítják elő olyan termékek előállítására, mint a polisztirol, ABS, sztirol-butadién (SBR) gumi, sztirol-butadién latex, SIS (sztirol-izoprén-sztirol), S-EB-S (sztirol-etilén/butilén-sztirol), sztirol-divinilbenzol (S-DVB), sztirol-akrilnitril gyanta (SAN) és telítetlen poliészterek, amelyeket gyantákban és hőre keményedő vegyületekben használnak. Ezek az anyagok fontos elemei a gumi, műanyag, szigetelés, üvegszál, csövek, autó- és hajóalkatrészek, élelmiszer-tartályok és szőnyeghátlapok gyártásának.
Gumi alkalmazások
A guminak számos anyagjellemzője van, mint például szilárdság, tartósság, vízállóság és hőállóság. Ezek a tulajdonságok nagyon sokoldalúvá teszik a gumit, így számos iparágban használják. A gumi fő felhasználása az autóiparban van, főként gumiabroncsgyártáshoz. További jellemzői, mint csúszásmentessége, puhasága, tartóssága és rugalmassága miatt a gumi rendkívül gyakori kompozit, amelyet cipők, padlóburkolatok, orvosi és egészségügyi kellékek, háztartási termékek, játékok, sportcikkek és sok más gumitermék gyártásához használnak.
Nano-adalékanyagok és töltőanyagok
A gumikban lévő nanoméretű töltőanyagok és adalékanyagok erősítő és védőanyagként működnek, javítják a szakítószilárdságot, a kopásállóságot, a szakadásállóságot, a hiszterézist, valamint megőrzik a gumi foto- és termikus lebomlását.
Kovasav
Szilícium-dioxid (SiO2, szilícium-dioxid) számos formában használják, például amorf szilícium-dioxidban, pl. füstölt szilícium-dioxidban, szilícium-dioxid-füstben, kicsapódott szilícium-dioxidban, hogy javítsák az anyag jellemzőit a dinamikus mechanikai tulajdonságok, a termikus öregedési ellenállás és a morfológia tekintetében. A szilícium-dioxiddal töltött vegyületek növekvő viszkozitást és térhálósodási sűrűséget mutatnak a növekvő töltőanyag-tartalomhoz. A keménység, a modulus, a szakítószilárdság és a kopási jellemzők fokozatosan javultak a szilika-töltőanyag mennyiségének növelésével.
korom
A korom a parakristályos szén egyik formája, amelynek felületéhez kemiszorbeált oxigénkomplexek (például karbonsav, kvinonsav, laktonikus, fenolos csoportok és mások) kapcsolódnak. Ezeket a felszíni oxigéncsoportokat általában a kifejezés alá csoportosítják “illékony komplexek”. Ennek az illékony tartalomnak köszönhetően a korom nem vezető anyag. Szén-oxigén komplexekkel a funkcionalizált korom részecskék könnyebben diszpergálhatók.
A korom nagy felület-térfogat aránya gyakori erősítő töltőanyaggá teszi. Szinte minden gumitermék, amelyhez elengedhetetlen a szakítószilárdság és a kopásállóság, kormot használ. A kicsapódott vagy füstölt szilícium-dioxidot a korom helyettesítésére használják, amikor a gumi megerősítése szükséges, de a fekete színt kerülni kell. A szilícium-dioxid alapú töltőanyagok azonban egyre nagyobb piaci részesedést szereznek az autóipari gumiabroncsokban is, mivel a szilícium-dioxid töltőanyagok használata alacsonyabb gördülési veszteséget eredményez a korommal töltött gumiabroncsokhoz képest.
Az alábbi táblázat áttekintést nyújt a gumiabroncsokban használt korom típusokról
| Név | Rövidítve. | Astm | Szemcseméret nm | Szakítószilárdság MPa | Relatív laboratóriumi kopás | Relatív közúti kopáskopás |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Szuper csiszoló kemence | SAF | N110 | 20–25 | 25.2 | 1.35 | 1.25 |
| Köztes SAF | ISAF | N220 | 24–33 | 23.1 | 1.25 | 1.15 |
| Nagy kopású kemence | HAF | N330 | 28–36 | 22.4 | 1.00 | 1.00 |
| Egyszerű feldolgozási csatorna | EPC | N300 | 30–35 | 21.7 | 0.80 | 0.90 |
| Gyors extrudáló kemence | FEF | N550 | 39–55 | 18.2 | 0.64 | 0.72 |
| Nagy modulus kemence | HMF | N660 | 49–73 | 16.1 | 0.56 | 0.66 |
| Félig megerősítő kemence | SRF | N770 | 70–96 | 14.7 | 0.48 | 0.60 |
| Finom termikus | FT | N880 | 180–200 | 12.6 | 0.22 | – |
| Közepes termikus | MT | N990 | 250–350 | 9.8 | 0.18 | – |
grafén-oxid
Az SBR-ben diszpergált grafén-oxid nagy szakítószilárdságot és szakítószilárdságot, valamint kiemelkedő kopásállóságot és alacsony gördülési ellenállást eredményez, amelyek fontos anyagtulajdonságok a gumiabroncsgyártás számára. A grafén-oxiddal és szilícium-dioxiddal megerősített SBR versenyképes alternatívát kínál a környezetbarát gumiabroncsgyártáshoz, valamint a nagy teljesítményű gumikompozitok gyártásához. A grafén és a grafén-oxid sikeresen, megbízhatóan és könnyen hámozható szonikálás alatt. Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a grafén ultrahangos gyártásáról!