ნანო-რკინა ცემენტის ნაღმტყორცნები ულტრაბგერითი დისპერსიით

ნანო-ძლიერებული ცემენტის მორტარები - უკეთესი დაშლა და დეაგლომერაცია სონიკაციასთან ერთად ნანო-ძლიერებული ცემენტი&ულტრასონიკური სონიკაცია აუმჯობესებს გრაფენის, CNT-ების და ნანომატერიალების დაშლას, ექსფოლირებას და დეაგლომერაციას ცემენტის პასტასა და მორტარებში. ჰილსქერის სონიკატორები უზრუნველყოფს მაღალი ეფექტურობის ცემენტის ფორმულირებას R&D-დან ინდუსტრიულ წარმოებამდე.

ნანო-ძლიერებული ცემენტის მორტარები – უკეთესი დაშლა და დეაგლომერაცია სონიკაციასთან ერთად

Nano-reinforced cement mortars and cement pastes offer a powerful route toward high-performance construction materials. By incorporating nanomaterials such as graphene, graphene oxide, carbon nanotubes (CNTs), nano-silica, nano-clays or other functional fillers, cementitious materials can be engineered for improved mechanical strength, crack resistance, durability, electrical conductivity, reduced permeability and enhanced long-term performance.
Პრობლემა: �
Გადაწყვეტილება: Hielscher ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი აპარატები უზრუნველყოფენ ეფექტურ, მასშტაბურ და ინდუსტრიულად დადასტურებულ გადაწყვეტას ნანომასალების დისპერსიის, აქერცვლა, დეაგლომერაციისა და ფუნქციური ჩახლართულობისთვის ცემენტის პასტებში, ნაღმტყორცნების ფორმულირებებსა და წინამორბედთა სუსპენზიებში. Hielscher ავითარებს და აწარმოებს ულტრაბგერითი პროცესორებს სითხის დამუშავებისთვის ლაბორატორიული მიზანშეწონილობის სამუშაოებიდან სამრეწველო უწყვეტ წარმოებამდე, პორტფოლიოთი, რომელიც შექმნილია კომპაქტური ლაბორატორიული სისტემებიდან მაღალი სიმძლავრის სამრეწველო მოწყობილობებამდე.

რატომ არის ნანომატერიალის განაწილება მნიშვნელოვანი ცემენტის სარეცხებში

ნანომატერიალები მნიშვნელოვანი გაუმჯობესებას ახდენენ ცემენტზე დაფუძნებულ კომპოზიტებში, რადგან ისინი ურთიერთქმედებენ ცემენტის მასივთან ძალიან მცირე სიგრძის მასშტაბზე. სწორად განაწილებული გრაფენი, CNT-ები და სხვა ნანომასივები შეიძლება მოიქცნენ როგორც ნუკლეუმის ადგილები, დაკავშირებდენ მიკარხებს, გააფართოვონ ფორების სტრუქტურა და გააუმჯობესონ დატვირთვის გადაცემა გამყარებულ მასივში.
პრაქტიკაში, შესრულება უფრო ნაკლებად არის დამოკიდებული დამატებული ნანომატერიალის ნომინალურ ოდენობაზე და უფრო ხარისხიანი განაწილების ხარისხზე. პატარა რაოდენობის სწორად განაწილებული გრაფენი ან CNT-ები შეიძლება აჯობონ უფრო დიდ რაოდენობას ცუდად განაწილებული მასალის. აგლომერაციები მოქმედებენ როგორც დეფექტები რეფორმირების ნაცვლად. ისინი ამცირებენ სამუშაო შესაძლებლობას, ქმნიან სირთულის კონცენტრაციებს და ზღუდავენ დამატების ეფექტურ ზედაპირს.
ულტრაბგერითი დისპერსია ეხება ამ ცენტრალურ ფორმულირების გამოწვევას. მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი წარმოგიდგენთ ძლიერ ლოკალიზებულ ათვლის ძალებს, მიკრო შერევას, დარტყმის ტალღებს და თხევად მიკრო გამანადგურებლებს აკუსტიკური კავიტაციის გზით. ეს ეფექტები გამოყოფს შეფუთულ ნანომასალებს, სველ ნაწილაკების ზედაპირებს და თანაბრად ანაწილებს მათ თხევად ფაზაში, სანამ ისინი ჩაერთვებიან ცემენტის ფხვნილში, პასტაში ან ნაღმტყორცნებში.

გრაფენის, CNT-ების და ნანო-დანამატების ულტრაბგერითი დეაგლომერაცია

გრაფენის ნანოთრომბოციტები, გრაფენის ოქსიდი, შემცირებული გრაფენის ოქსიდი და ნახშირბადის ნანომილები განსაკუთრებით მიმზიდველია მოწინავე ცემენტის მასალებისთვის. მათ შეუძლიათ ხელი შეუწყონ დაჭიმვის სიმტკიცეს, მოქნილობის სიმტკიცეს, მოტეხილობის სიმტკიცეს, ელექტროგამტარობას, თერმულ ქცევას და გამძლეობას. ამავდროულად, ისინი ყველაზე რთულ დანამატებს შორისაა.
ულტრაბგერითი კავიტაცია ხელს უწყობს ნანომასშტაბიან სტრუქტურებს შორის მიმზიდველი ძალების გადალახვას. გაჟღენთილი სითხეში, ჩამონგრეული კავიტაციის ბუშტები წარმოქმნიან ინტენსიურ ადგილობრივ ენერგიის შეყვანას. ამან შეიძლება დაარღვიოს ნაწილაკების მტევანი, გამოყოს CNT ჩალიჩები, აქერცვლა ფენიანი მასალები და გააუმჯობესოს ნანოშემავსებლების განაწილება.

ძირითადი ულტრაბგერითი ეფექტები ნანო-გამაგრებული ნაღმტყორცნების წარმოებაში მოიცავს:

• დეაგლომერაცია: გრაფენის, CNT-ების, ნანო-სილიციუმის ან ჰიბრიდული დანამატების მტევნების დაშლა ნაწილაკების უფრო პატარა, უფრო ერთგვაროვან ნაწილაკებად.
• დისპერსია: ნანომასალების ერთგვაროვანი განაწილება წყალში, პლასტიზატორის ხსნარები, დანამატის ნარევები ან ცემენტის ნალექები.
• აქერცვლა: ფენიანი მასალების გამოყოფა, როგორიცაა გრაფიტი, გრაფენის ნანოთრომბოციტები ან თიხები უფრო თხელ ფურცლებად უფრო მაღალი აქტიური ზედაპირის ფართობით.
• დასველება და გააქტიურება: თხევადი კონტაქტის გაუმჯობესება ნანომასალის ზედაპირებთან უკეთესი ურთიერთქმედებისთვის ცემენტის ჰიდრატებითა და დანამატებით.
• Entangling და ქსელის ფორმირება: განაწილებული CNT ან გრაფენის ქსელების ფორმირების მხარდაჭერა, რომლებსაც შეუძლიათ გააძლიერონ ბზარების ხიდი, გამტარობა და სტრუქტურული ფუნქციონირება.
• განმეორებადობა: კონტროლირებადი პროცესის პირობების შექმნა თანმიმდევრული ფორმულირებებისთვის ლაბორატორიული კვლევებიდან წარმოების მასშტაბამდე.

ულტრაბგერითი დისპერსიის უპირატესობები ცემენტში დაძველებულ მასებსა და მოურებში

სონიკაციის ეკონომიკური და ტექნიკური მნიშვნელობა განსაკუთრებით მაღალია მაღალპროდუქტიულ ცემენტის წარმოებაში. ნანომატერიალები ხშირად ძვირია, მათი სარგებელი კი ეფუძნება ეფექტურ გამოყენებას. როდესაც სონიკაცია აუმჯობესებს დისპერსიის ხარისხს, ფორმულატორებს ხშირად შეუძლიათ შემცირდეს ოვერდოზირება, გაიზარდოს გამეორებადობა და მიიღონ უფრო ძლიერი შესრულება თითო კილოგრამ დამატებაზე.

მაღალი დონეს მქონე მოურების, რემონტის მასალების, პრეკასტ კომპონენტების, 3D-მოხმარებისთვის შესაფერისი ცემენტური მასალებისა ან სპეციალური სამშენებლო ქიმიკატების მწარმოებელთაათვის, ულტრაბგერითი დამუშავება შეუძლია განახორციელოს:

• უმაღლესი წნეხისა, მოხრილობისა და დაჭიმვის შესრულება უკეთესი ნანომასალის განაწილებით.
• კრახების მიმართ უკეთესი წინააღმდეგობა და სიდიდე უფრო ეფექტური მიკრო-პრაქტიკული გაძლიერების შედეგად.
• გადახურების შემცირებული გადაღწევის უნარი და გამძლეობის გაუმჯობესება პორების სტრუქტურის დახვეწით.
• უფრო თანხმოვანი მასალის ხარისხი ლოტიდან ლოტამდე.
• ხარჯიანი გრაფენის, CNT-ის და სხვა ნანო-ამშრელების უკეთესი გამოყენება.
• სწრაფი ფორმულაციების შესარჩევი და პროცესის ოპტიმიზაცია.
• შესაძლებელია მასშტაბური წარმოება ლაბორატორიული განვითარებისგან დაკავშირებული ინდუსტრიული პროცედურებამდე.
• პროცესის პარამეტრების უკეთესი კონტროლი, როგორიცაა ამპლიტუდა, ენერგიის შეყვანა, ნაკადის სიჩქარე, ტემპერატურა და დაყოვნება.

Hielscher-ის ულტრაბგერითი მოწყობილობები შექმნილია სითხეებში, სუსპენზიებსა და სლარეებში ენერგიის გაზრუნველყოფილი და გამეორებადი გადაცემისთვის. იგივე ძირითადი სონიკაციის მექანიზმი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ენერგიის სხვადასხვა კლასებში, რაც მომხმარებლებს საშუალებას აძლევს მათ მცირე მასშტაბზე განსაზღვრონ პროცესის პარამეტრები და შემდეგ გადაცენონ ისინი უფრო დიდ ბენჩ-ტოპ, პილოტურ ან ინდუსტრიულ სისტემებში.

ნანომოდიფიცირებული ცემენტის პასტის ინფრაწითელი თერმოგრაფები, რომლებიც გამაგრებულია (ა) CNT-ებით და (ბ) GNP-ებით. CNT და გრაფენი დაარბიეს სონიკატორით UP400S.
კვლევა და გრაფიკები: ©Farmaki et al., 2025

Sonication ცემენტის დამატებამდე: სასურველი პროცესის მარშრუტი

მრავალი ნანო-რკინა ცემენტის ფორმულირებისთვის, ყველაზე ეფექტური მიდგომაა ნანომასალის დაშლა თხევად ფაზაში. ეს შეიძლება იყოს წყალი, სუპერპლასტიფიკატორის ხსნარი, ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების შემცველი დისპერსანტი, პოლიმერული დანამატი, სილიციუმის ხსნარი ან ნაღმტყორცნების ფორმულირების სხვა თხევადი კომპონენტი.
ტიპიური ულტრაბგერითი პროცესის მარშრუტია:

1. დაამატეთ გრაფენი, CNTs ან სხვა ნანომასალები თხევად ფაზაში.
2. წინასწარ დაასველეთ ფხვნილი ან ნანოშემავსებელი ზომიერი შერევით.
3. გამოიყენეთ მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი დეაგლომერაციისთვის და მასალის დასაშლელად.
4. საჭიროების შემთხვევაში აკონტროლეთ ტემპერატურა.
5. დაამატეთ გაჟღენთილი ნანოდისპერსია ცემენტს, ქვიშას და ნაღმტყორცნების სხვა კომპონენტებს.
6. შეურიეთ საბოლოო პასტას ან ნაღმტყორცნების კონსისტენციას.

ეს გზა საშუალებას აძლევს უკეთესი კონტროლის მიღებას, ვიდრე ნანოჯადგების მშრალი შერევის შემთხვევაში ცემენტის ფხვნილში. ასევე გაზრდის ალბათობას, რომ ნანომატერიალები უკვე გაყოფილი, გალღობილი და თანაბრად გავრცელებული იყოს ჰიდრაციისა და დასაბრკოლების დაწყებამდე.

ეკონომიკური სარგებელი მაღალი ეფექტურობის ცემენტის წარმოებისთვის

ნანო-დამატებები შეიძლება იყოს ძვირადღირებული, და მათი გამოყენება უნდა იყოს გამართლებული გაზომადი შესრულების ზრდით. ცუდი გავრცელება მასალას კარგავს. აგლომერირებული გრაფენი ან CNT-ები ზრდის ფორმულაციის ღირებულებას, ვიდრე მოლოდინით გამყარებას უზრუნველყოფენ. შედარებით, ულტრაბგერითი გავრცელება აუმჯობესებს ნანომატერიალების ეფექტურ გამოყენებას.
ეკონომიკური სარგებლის შორის არის:

• დამატებითი ნარჩენების შემცირება: ნანომატერიალის მეტი ნაწილი ემსახურება შესრულებას, ნაცვლად იმისა, რომ დარჩეს აგლომერატებში.
• ფორმულაციის რისკის შემცირება: მუდმივი დისპერსია ამცირებს წარუმატებელ პარტიებსა და нестაბილურ სატესტო შედეგებს.
• ჩქარი R&D ციკლები: ფორმულაციების სკრინინგი შესაძლებელია კონტროლირებადი სონიკაციის პარამეტრებით.
• ამაღლებული მასშტაბირებადი შესაძლებლობანი: პროცესის პარამეტრები შესაძლებელია გადატანილი ფიზიბილობის ტესტირებიდან ინდუსტრიულ აღჭურვილობაზე.
• მაღალი ღირებულების პროდუქტები: ძლიერი, უფრო გამძლე და ფუნქციური მიქსები ერგება პრემიუმ გამოყენებებს.
• უწყვეტი წარმოების პოტენციალი: ინლაინ სონიკაცია უზრუნველყოფს მაღალი გამტარუნარიანობის პროცესირებას კომერციული წარმოებისთვის.

მწარმოებლებისთვის მთავარი ღირებულება არა მხოლოდ უკეთესი დისპერსიის ხარისხია. ეს არის შესაძლებლობა, ლაბორატორიული ნანონატიზირებული ცემენტის კონცეფცია გადაიყვანოს კონტროლირებად, მასშტაბირებად წარმოების პროცესად.

ლაბორატორიული ფორულაციიდან ინდუსტრიულ ცემენტოდ წარმოებამდე

Hielscher ულტრაბგერითი ტექნოლოგიის მთავარი უპირატესობა არის პრაქტიკული მასშტაბური გზა. ნანო-რკინა ცემენტის ფორმულირებები შეიძლება შემუშავდეს სკამზე და შემდეგ გადავიდეს უფრო დიდ სისტემებში დამუშავების ფუნდამენტური პრინციპის შეცვლის გარეშე. იმის ნაცვლად, რომ ხელახლა გამოიგონონ დისპერსიული პროცესი წარმოებისთვის, მწარმოებლებს შეუძლიათ გააფართოვონ ულტრაბგერითი სიმძლავრე, ნაკადის უჯრედის გეომეტრია, ბინადრობის დრო და რეაქტორის კონფიგურაცია.
ეს ამცირებს ტექნიკურ რისკს. ის ასევე ამცირებს გზას წარმატებული ნაღმტყორცნების ნიმუშებიდან კომერციულ მაღალი ხარისხის ცემენტის პროდუქტებამდე.

ტიპიური მასშტაბის გაზრდის სამუშაო პროცესი მოიცავს:

1. განსაზღვრეთ სამიზნე ნაღმტყორცნების შესრულება და ნანომასალის სისტემა.
2. ეკრანის გრაფენი, CNT, ნანო-სილიციუმი ან ჰიბრიდული დანამატები.
3. განსაზღვრეთ საჭირო გაჟღერების ინტენსივობა და ენერგიის შეყვანა.
4. დისპერსიული მედიის, დანამატების და ტემპერატურის კონტროლის ოპტიმიზაცია.
5. აწარმოეთ სატესტო პარტიები UIP1000hdT ან UIP2000hdT სისტემებით.
6. დაადასტურეთ ნაღმტყორცნების თვისებები, როგორიცაა სიმტკიცე, მუშაობა და გამძლეობა.
7. გადაიტანეთ პროცესი UIP6000hdT ან UIP16000hdT კლასტერებზე წარმოებისთვის.
8. ინტეგრირება შიდა გაჟონვა უწყვეტ წარმოებაში.

მაღალი ხარისხის ცემენტს სჭირდება მაღალი ხარისხის დისპერსია

ცემენტის ტექნოლოგიის მომავალი არ ეფუძნება მხოლოდ ახალ შემკვრელის ქიმიას. ეს ასევე დამოკიდებულია მიკროსტრუქტურის, ფუნქციური დანამატებისა და დამუშავების უკეთეს კონტროლზე. ნანომასალებს, როგორიცაა გრაფენი და CNT, შეუძლიათ დაეხმარონ უფრო ძლიერი, მკაცრი, ჭკვიანი და გამძლე ცემენტის მასალების წარმოებას. მაგრამ ეს მოითხოვს საიმედო დისპერსიას.
Hielscher ულტრაბგერითები ცემენტის მწარმოებლებს, სამშენებლო ქიმიკატების მწარმოებლებს და კვლევით ინსტიტუტებს აძლევენ მასშტაბურ ინსტრუმენტს ნანოდანამატის დამუშავებისთვის. ადრეული ეტაპის ფორმულირებიდან მაღალი გამტარუნარიანობის შიდა წარმოებამდე, სონიკა აუმჯობესებს ნანომასალების დისპერსიას, აქერცვლას, დეაგლომერაციას და ფუნქციურ სტრუქტურირებას ცემენტის პასტებსა და ნაღმტყორცნებში.
ცემენტის მაღალი ხარისხის წარმოებისთვის, ულტრაბგერითი დამუშავება გვთავაზობს აშკარა უპირატესობას: მასალის უკეთეს შესრულებას, ძვირადღირებული ნანოდანამატების უფრო ეფექტურ გამოყენებას და პირდაპირ მარშრუტს ლაბორატორიული წარმატებიდან სამრეწველო წარმოებამდე.

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:

Hielscher Sonicators for Research, Feasibility Testing and Production

Hielscher offers ultrasonic processors across laboratory, bench-top, pilot and industrial power classes. This is essential for cement and mortar developers because nano-reinforced formulations must often pass through several stages: initial material screening, dispersion parameter development, mortar testing, pilot batches and industrial production.
Hielscher-ის პორტფოლიო აგებულია მასშტაბური ულტრაბგერითი დამუშავების გარშემო, ლაბორატორიული განვითარების, საპილოტე და სკამზე ტესტირების, მძიმე სამრეწველო ოპერაციისა და უწყვეტი შიდა წარმოების სისტემებით ნაკადის უჯრედებისა და რეაქტორების გამოყენებით.

UIP1000hdT და UIP2000hdT სკამზე კვლევისა და ტექნიკურ-ეკონომიკური ტესტირებისთვის

UIP1000hdT და UIP2000hdT არის ძლიერი სკამზე ულტრაბგერითი პროცესორები ფორმულირების შემუშავების, ტექნიკურ-ეკონომიკური კვლევებისა და საშუალო მასშტაბის დამუშავებისთვის. ისინი კარგად შეეფერება ნანო-რკინა ცემენტის ფორმულირებების შემუშავებას, სადაც მკვლევარებმა უნდა შეამოწმონ ნანომასალის ტიპი, კონცენტრაცია, დისპერსანტის ქიმია, გაჟონვის ინტენსივობა, დამუშავების დრო და ტემპერატურის კონტროლი.

ეს სისტემები იდეალურია:

• გრაფენისა და CNT დისპერსია წყალში ან შერევის ხსნარებში.
• ნანო-რკინა ცემენტის პასტების მიზანშეწონილობის ტესტირება.
• გაჟონვის ენერგიის შეყვანის ოპტიმიზაცია.
• რეპროდუცირებადი ტესტის პარტიების მომზადება.
• მაღალი ხარისხის ნაღმტყორცნების ფორმულირებების შემუშავება.
• მცირე მასშტაბის უწყვეტი დამუშავება ნაკადის უჯრედის დაყენებით.
• მასშტაბის გაზრდის ვალიდაცია სამრეწველო წარმოებამდე.

რ-სთვის&D გუნდები, UIP1000hdT და UIP2000hdT უზრუნველყოფენ პროცესის ინტენსივობას, რომელიც საჭიროა ნანომასალების მოთხოვნისთვის, ხოლო ლაბორატორიული, ტექნიკური ცენტრისა და პილოტისთვის დაყენების პრაქტიკული შენარჩუნება გარემო.

ულტრაბგერითი გრაფენის აქერცვლა

UIP6000hdT და UIP16000hdT კლასტერები მაღალი გამტარუნარიანობის წარმოებისთვის

ნანო-რკინა ცემენტის დანამატების, ნანოდისპერსიების ან მაღალი ხარისხის ნაღმტყორცნების კომპონენტების კომერციული მასშტაბის წარმოებისთვის, Hielscher სამრეწველო ულტრაბგერითი აპარატები, როგორიცაა UIP6000hdT და UIP16000hdT შეიძლება კონფიგურირებული იყოს კლასტერებში მაღალი გამტარუნარიანობის უწყვეტი დამუშავებისთვის.
UIP6000hdT ან UIP16000hdT ერთეულების კლასტერები მწარმოებლებს საშუალებას აძლევს გაზარდონ დამუშავების სიმძლავრე კონტროლირებადი ულტრაბგერითი ენერგიის შეყვანის შენარჩუნებისას. ეს მოდულური მიდგომა განსაკუთრებით სასარგებლოა, როდესაც წარმოების მოცულობა იზრდება საპილოტე მასშტაბიდან სრულმასშტაბიან წარმოებამდე.

სამრეწველო კონფიგურაციების მხარდაჭერა:

• გრაფენის, CNT-ების და ნანო-დანამატების უწყვეტი შიდა დისპერსია.
• ნანომასალის სამაგისტრო დისპერსიების მაღალი გამტარუნარიანობის დამუშავება.
• ინტეგრაცია ცემენტის ნარევში ან მშრალი ნაღმტყორცნების წარმოების ხაზებში.
• პარალელური ულტრაბგერითი რეაქტორის მუშაობა გაზრდილი სიმძლავრისთვის.
• ძლიერი 24/7 წარმოების გარემო.
• პროცესის კონტროლი და მონიტორინგი პროდუქტის თანმიმდევრული ხარისხისთვის.

Hielscher სამრეწველო სისტემები განლაგებულია უწყვეტი მუშაობის მოთხოვნისთვის და მაღალი სიმძლავრის ერთეულები ხელმისაწვდომია 16 კვტ-მდე თითო მოწყობილობაზე.

ლიტერატურა / ლიტერატურა