• Le gomme rinforzate mostrano una maggiore resistenza alla trazione, allungamento, resistenza all'abrasione e una migliore stabilità all'invecchiamento.
• Riempitivi come il nero carbone (ad esempio, CNT, MWNT), grafene o silice devono essere dispersi in modo omogeneo nella matrice per fornire le proprietà del materiale desiderato.
• Gli ultrasuoni di potenza forniscono una qualità di distribuzione superiore delle nanoparticelle monodisperse con proprietà altamente rinforzanti.

Dispersione ultrasonica

L'ultrasonicazione è ampiamente utilizzata per la dispersione di nanomateriali come nanoparticelle e nanotubi monodisperse, poiché l'ultrasuono migliora notevolmente la separazione e la funzionalizzazione delle particelle e dei tubi.
L'apparecchiatura di dispersione ad ultrasuoni crea cavitazione e forze di taglio elevate per distruggere, deagglomerare, districare e disperdere nano particelle e nanotubi. L'intensità della sonicazione può essere regolata e controllata con precisione in modo che i parametri di elaborazione ultrasonica siano perfettamente adattati, tenendo conto della concentrazione, dell'agglomerazione e dell'allineamento/inclinazione del materiale nano. In questo modo, i nanomateriali possono essere lavorati in modo ottimale in base alle esigenze specifiche del loro materiale. Le condizioni ottimali di dispersione grazie ai parametri di processo a ultrasuoni regolati individualmente danno come risultato un nanocomposito finale in gomma di alta qualità con caratteristiche di rinforzo superiori dei nano-additivi e -fillers.
Grazie alla superiore qualità di dispersione degli ultrasuoni e alla dispersione uniforme così ottenuta, è sufficiente un carico di riempimento molto basso per ottenere eccellenti caratteristiche del materiale.

Gomma rinforzata ultrasonicamente Carbon Black-Reinforced Rubber

Il nerofumo è uno dei più importanti riempitivi delle gomme, soprattutto per pneumatici, per conferire al materiale gommato resistenza all'abrasione e resistenza alla trazione. Le particelle di nerofumo sono fortemente inclini a formare aggregati difficili da disperdere in modo omogeneo. Il nero carbone è comunemente usato in vernici, smalti, inchiostri da stampa, coloranti di nylon e plastica, miscele di lattice, miscele di cera, rivestimenti fotografici e altro ancora.
La dispersione ultrasonica permette di deagglomerare e miscelare uniformemente con un'altissima monodispersività delle particelle.
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Gomma rinforzata ad ultrasuoni CNT / MWCNT-Reinforced Rubber

Gli omogeneizzatori ad ultrasuoni sono potenti sistemi di dispersione che possono essere controllati con precisione e adattati ai requisiti di processo e dei materiali. Il controllo preciso dei parametri di processo ad ultrasuoni è particolarmente importante per la dispersione di nanotubi come MWNT o SWNT, poiché i nanotubi devono essere suddivisi in singole provette senza essere danneggiati (es. scissione). I nanotubi non danneggiati offrono un elevato rapporto d'aspetto (fino a 132.000.000.000:1), in modo da conferire eccezionale resistenza e rigidità quando formulati in un composito. La potente sonicazione, regolata con precisione, supera le forze di Van der Waals e disperde e districa i nanotubi, ottenendo un materiale in gomma ad alte prestazioni con eccezionale resistenza alla trazione e modulo elastico.
Inoltre, funzionalizzazione ad ultrasuoni viene utilizzato per modificare i nanotubi di carbonio al fine di ottenere le proprietà desiderate che possono essere utilizzate in molteplici applicazioni.

Gomma nanosilica-rinforzata ad ultrasuoni in silicone

I disperditori a ultrasuoni forniscono una distribuzione altamente uniforme delle particelle di silice (SiO₂) nano particelle in soluzioni di polimeri di gomma. Silice (SiO₂) devono essere distribuite in modo omogeneo come particelle monodisperse in stirene-butadiene polimerizzato e altre gomme. Nano-SiO nano-SiO monodisperso₂ agisce come agente di rinforzo, che migliora significativamente la tenacità, la forza, l'allungamento, la flessione e le prestazioni anti-invecchiamento. Per le nano particelle si applica: Più piccola è la dimensione delle particelle, più grande è l'area superficiale specifica delle particelle. Con un più alto rapporto superficie/volume (S/V) si ottengono migliori effetti strutturali e di rinforzo, che aumentano la resistenza alla trazione e la durezza dei prodotti in gomma.
La dispersione ultrasonica delle particelle di silice nano permette di controllare esattamente i parametri di processo in modo da ottenere una morfologia sferica, dimensioni delle particelle regolate con precisione e una distribuzione granulometrica molto stretta.
La silice dispersa ad ultrasuoni consente di ottenere le massime prestazioni del materiale della gomma rinforzata.
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Dispersione ultrasonica degli additivi di rinforzo

È stato dimostrato che la sonicazione disperde molti altri materiali nanoparticolati per migliorare il modulo, la resistenza alla trazione e le proprietà di fatica dei compositi in gomma. Poiché la dimensione delle particelle, la forma, l'area superficiale e l'attività superficiale dei riempitivi e degli additivi di rinforzo sono cruciali per le loro prestazioni, i potenti e affidabili disperditori a ultrasuoni sono uno dei metodi più frequentemente utilizzati per formulare micro e nano particelle di dimensioni nei prodotti in gomma.
Additivi e riempitivi tipici, che vengono incorporati per sonicazione come particelle uniformemente distribuite o monodisperse nelle matrici di gomma, sono il carbonato di calcio, l'argilla caolino, la silice fumé, la silice precipitata, l'ossido di grafite, il grafene, la mica, il talco, la barite, la wollastonite, i silicati precipitati, la silice fumé e la diatomite.
Quando l'acido oleico-funzionalizzato TiO₂ le nanoparticelle sono disperse ultrasonicamente nella gomma stirene-butadiene, anche una piccolissima quantità di oleico-SiO₂ si traduce in un significativo miglioramento del modulo, della resistenza alla trazione, delle proprietà di fatica e delle funzioni come agente protettivo contro la foto e la degradazione termica.

• Allumina triidrato (Al₂O₃) viene aggiunto come ritardante di fiamma, per migliorare la conducibilità termica, e per il monitoraggio e la resistenza all'erosione.
• I riempitivi a base di ossido di zinco (ZnO) aumentano la permittività relativa e la conducibilità termica.
• Biossido di titanio (TiO₂) migliora la conducibilità termica ed elettrica.
• Carbonato di calcio (CaCO₃) è utilizzato come additivo per le sue proprietà meccaniche, reologiche e ignifughe.
• Titanato di bario (BaTiO₃) aumenta la stabilità termica.
• Grafene e l'ossido di grafene (GO) conferiscono caratteristiche meccaniche, elettriche, termiche e ottiche superiori.
• nanotubi di carbonio (CNTs) migliorano significativamente le proprietà meccaniche come la resistenza alla trazione, la conducibilità elettrica e termica.
• I nanotubi di carbonio a parete multipla (MWNT) migliorano il modulo di Young e la resistenza allo snervamento. Per esempio, solo l'1 % in peso di MWNTs in un risultato epossidico in un risultato epossidico in un aumento del modulo di Young `s e resistenza allo snervamento rispettivamente, 100% e 200%, rispetto alla matrice pura.
• Nanotubi di carbonio a parete singola (SWNTs) migliorano le proprietà meccaniche e la conducibilità termica.
• Le nanofibre di carbonio (CNF) aggiungono forza, resistenza al calore e durata.
• Nanoparticelle metalliche come nichel, ferro, rame, rame, zinco, alluminio, e argento per migliorare la conducibilità elettrica e termica.
• Nanomateriali organici come montmorillonite migliorare le proprietà meccaniche e ignifughe.

Sistemi di dispersione a ultrasuoni

Hielscher Ultrasonics offre un'ampia gamma di apparecchiature a ultrasuoni – da sistemi da banco più piccoli per prove di fattibilità fino a quelli per impieghi gravosi unità industriali ad ultrasuoni con 16kW per unità. Potenza, affidabilità, precisione di controllo e robustezza fanno dei sistemi di dispersione a ultrasuoni di Hielscher la soluzione ideale per le applicazioni di dispersione a ultrasuoni. “cavallo da lavoro” nella linea di produzione di formulazioni micron e nano-particolate. I nostri ultrasuoni sono in grado di processare dispersioni acquose e a base solvente fino a alta viscosità (fino a 10.000 cp) facilmente. Diversi sonotrodi (trombe ad ultrasuoni), booster (intensificatore/decreaser), geometrie delle celle di flusso e altri accessori consentono di adattare in modo ottimale il dispersore ad ultrasuoni alle esigenze del prodotto e del processo.
Ultrasuoni Hielscher’ processori a ultrasuoni industriali possono fornire molto ampiezze elevate. Ampiezze fino a 200µm possono essere eseguite ininterrottamente 24 ore su 24, 7 giorni su 7 giorni all'anno. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi ad ultrasuoni personalizzati. La robustezza delle apparecchiature ad ultrasuoni di Hielscher consente di 24 ore su 24, 7 giorni su 7 operazione a pesante e in ambienti difficili. I disperditori ad ultrasuoni Hielscher sono installati in tutto il mondo per la produzione commerciale su larga scala.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni: