არმირებული კომპოზიტების ულტრაბგერითი ფორმულირება
- კომპოზიტებს აქვთ უნიკალური მასალური თვისებები, როგორიცაა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებული თერმული სტაბილურობა, დრეკადობის მოდული, გაჭიმვის სიმტკიცე, გატეხვის სიმტკიცე და ამიტომ ფართოდ გამოიყენება მრავალფეროვანი პროდუქციის წარმოებაში.
- დადასტურებულია, რომ ულტრაბგერითი დამუშავება აწარმოებს მაღალი ხარისხის ნანოკომპოზიტებს მაღალდისპერსიული CNT-ებით, გრაფენით და ა.შ.
- ულტრაბგერითი აღჭურვილობა გამაგრებული კომპოზიტების ფორმულირებისთვის ხელმისაწვდომია სამრეწველო მასშტაბით.
ნანოკომპოზიტები
ნანოკომპოზიტები გამოირჩევიან თავიანთი მექანიკური, ელექტრული, თერმული, ოპტიკური, ელექტროქიმიური და/ან კატალიზური თვისებებით.
გამამაგრებელი ფაზის ზედაპირის ფართობის მოცულობასთან უკიდურესად მაღალი შეფარდებისა და/ან მისი უკიდურესად მაღალი ასპექტური შეფარდების გამო, ნანოკომპოზიტები მნიშვნელოვნად უფრო ეფექტურია, ვიდრე ტრადიციული კომპოზიტები. ნანონაწილაკები, როგორიცაა სფერული სილიკა, მინერალური ფურცლები, როგორიცაა ექსფოლიირებული გრაფენი ან თიხა, ან ნანობოჭკოები, როგორიცაა ნახშირბადის ნანომილაკები ან ელექტროდართვით მიღებული ბოჭკოები, ხშირად გამოიყენება გამაგრებისთვის.
მაგალითად, ნახშირბადის ნანომილაკები ემატება ელექტრული და თერმული გამტარობის გასაუმჯობესებლად, ნანოსილიკა გამოიყენება მექანიკური, თერმული და წყალგამძლე თვისებების გასაუმჯობესებლად. სხვა სახის ნანონაწილაკები იძლევა გაუმჯობესებულ ოპტიკურ თვისებებს, დიელექტრიკულ თვისებებს, სითბოგამძლეობას ან მექანიკურ თვისებებს, როგორიცაა სიხისტე, სიმტკიცე და კოროზიისა და დაზიანებების მიმართ გამძლეობა.
ულტრაბგერითი ფორმულირებული ნანოკომპოზიტების მაგალითები:
- ნახშირბადის ნანომილაკები (CNT) ვინილესტერის მატრიცაში
- CNT-ები / ნახშირბადის ხახვისებრი ნანონაწილაკები / ნანოალმასები ნიკელის მეტალის მატრიცაში
- CNT-ები მაგნიუმის შენადნობის მატრიცაში
- CNT-ები პოლივინილის სპირტის (PVA) მატრიცაში
- მრავალკედლიანი ნახშირბადის ნანომილაკი (MWCNT) ეპოქსიდური ფისის მატრიცაში (მეთილტეტრაჰიდროფთალური ანჰიდრიდის (MTHPA) გამამყარებელ აგენტად გამოყენებით)
- გრაფენის ოქსიდი პოლი(ვინილის სპირტის) (PVA) მატრიცაში
- SiC ნანონაწილაკები მაგნიუმის მატრიცაში
- ნანოსილიკა (Aerosil) პოლისტიროლის მატრიცაში
- მაგნიტური რკინის ოქსიდი მოქნილ პოლიურეთანის (PU) მატრიცაში
- ნიკელის ოქსიდი გრაფიტში/პოლი(ვინილქლორიდში)
- ტიტანიუმის დიოქსიდის ნანონაწილაკები პოლი-ლაქტიდო-კო-გლიკოლის მჟავას (PLGA) მატრიცაში
- ნანოჰიდროქსიაპატიტი პოლი-ლაქტიდო-კო-გლიკოლის მჟავას (PLGA) მატრიცაში
ულტრაბგერითი დისპერსია
ულტრაბგერითი პროცესის პარამეტრები შეიძლება ზუსტად გაკონტროლდეს და ოპტიმალურად მოერგოს მასალის შემადგენლობასა და საბოლოო პროდუქტის სასურველ ხარისხს. ულტრაბგერითი დისპერგირება რეკომენდებული ტექნიკაა ისეთი ნანონაწილაკების, როგორიცაა CNT-ები ან გრაფენი, ნანოკომპოზიტებში შესატანად. ნანოკომპოზიტების ულტრაბგერითი დისპერგირება და ფორმულირება მეცნიერულ დონეზე ხანგრძლივად გამოცდილი და მრავალ სამრეწველო საწარმოში დანერგილი, დამკვიდრებული მეთოდია. Hielscher-ის ხანგრძლივი გამოცდილება ნანომასალების ულტრაბგერით დამუშავებაში უზრუნველყოფს საფუძვლიან კონსულტაციას, შესაბამისი ულტრაბგერითი სისტემის რეკომენდაციას და დახმარებას პროცესის შემუშავებისა და ოპტიმიზაციის დროს.
ხშირად, გამაგრებითი ნანონაწილაკები დისპერსირდება მატრიცაში დამუშავების დროს. დამატებული ნანომასალის წონითი პროცენტი (მასური წილი) მერყეობს დაბალ დიაპაზონში, მაგ. 0,5%-დან 5%-მდე, რადგან ულტრაბგერითი დამუშავებით მიღებული ერთგვაროვანი დისპერსია საშუალებას იძლევა დაიზოგოს გამაგრებითი ფილერები და უზრუნველყოფილ იქნას უფრო მაღალი გამაგრების ეფექტურობა.
ულტრაბგერის ტიპიური გამოყენება წარმოებაში არის ნანონაწილაკოვანი ფისის კომპოზიტის ფორმულირება. CNT-ით გამაგრებული ვინილესტერის წარმოებისთვის, ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება CNT-ების დისპერსიისა და ფუნქციონალიზაციისთვის. ეს CNT-ვინილესტერები ხასიათდება გაუმჯობესებული ელექტრული და მექანიკური თვისებებით.
დააჭირეთ აქ CNT-ების დისპერსიის შესახებ მეტი წასაკითხად!
ულტრაბგერით ფუნქციონალიზებული ნანონაწილაკი
ულტრაბგერითი მოწყობილობა UIP1500hd ნაკადგამშვები რეაქტორით
გრაფენი
გრაფენი ავლენს უნიკალურ ფიზიკურ თვისებებს, მაღალ ასპექტურ შეფარდებას და დაბალ სიმკვრივეს. გრაფენი და გრაფენის ოქსიდი ინტეგრირდება კომპოზიტურ მატრიცაში მსუბუქი, მაღალი სიმტკიცის პოლიმერების მისაღებად. მექანიკური გამაგრების მისაღწევად, გრაფენის ფურცლები / პლაკეტები უნდა იყოს ძალიან წვრილად დისპერგირებული, რადგან აგლომერირებული გრაფენის ფურცლები მკვეთრად ამცირებენ გამაგრების ეფექტს.
მეცნიერული კვლევები აჩვენებს, რომ გაუმჯობესების მასშტაბი ძირითადად დამოკიდებულია გრაფენის ფურცლების დისპერგიის ხარისხზე მატრიცაში. მხოლოდ ჰომოგენურად დისპერგირებული გრაფენი იძლევა სასურველ ეფექტებს. მისი ძლიერი ჰიდროფობურობისა და ვან-დერ-ვაალსის მიზიდულობის გამო, გრაფენი მიდრეკილია აგრეგაციისა და აგლომერაციისკენ სუსტად ურთიერთმოქმედი ერთშრეიანი ფურცლების ფანტელებად.
მიუხედავად იმისა, რომ ჩვეულებრივი დისპერგირების ტექნიკებით ხშირად ვერ მიიღება დაუზიანებელი გრაფენის ჰომოგენური დისპერსიები, მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები აწარმოებენ მაღალი ხარისხის გრაფენის დისპერსიებს. Hielscher-ის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები უპრობლემოდ ამუშავებენ არამოდიფიცირებულ გრაფენს, გრაფენის ოქსიდსა და აღდგენილ გრაფენის ოქსიდს როგორც დაბალი, ისე მაღალი კონცენტრაციით და როგორც მცირე, ისე დიდი მოცულობით. ხშირად გამოყენებადი გამხსნელია N-მეთილ-2-პიროლიდონი (NMP), მაგრამ მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი დამუშავებით გრაფენის დისპერგირება შესაძლებელია მისთვის ნაკლებად შესაფერის, დაბალი დუღილის ტემპერატურის მქონე გამხსნელებშიც კი, როგორიცაა აცეტონი, ქლოროფორმი, IPA და ციკლოჰექსანონი.
დააწკაპუნეთ აქ გრაფენის მასობრივი ექსფოლიაციის შესახებ მეტი წასაკითხად!
ნახშირბადის ნანომილაკები და სხვა ნანომასალები
დადასტურებულია, რომ მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა იძლევა სხვადასხვა ნანომასალების წვრილდისპერსიულ დისპერგიებს, მათ შორის ნახშირბადის ნანომილაკები (CNTs), SWNTs, MWNTs, ფულერენები, სილიკა (SiO2), ტიტანის დიოქსიდი (TiO2), ვერცხლი (Ag), თუთიის ოქსიდი (ZnO), ნანოფიბრილირებული ცელულოზა და ბევრი სხვა. ზოგადად, ულტრაბგერითი დამუშავება სჯობნის ჩვეულებრივ დისპერგატორებს და შეუძლია უნიკალური შედეგების მიღწევა.
ნანონაწილაკების დაფქვისა და დისპერგირების გარდა, შესანიშნავი შედეგები მიიღება ნანონაწილაკების სინთეზით ულტრაბგერითი დალექვის გზით (სინთეზი ქვემოდან ზემოთ მიდგომით). დაფიქსირდა, რომ ნაწილაკების ზომა, მაგალითად, ულტრაბგერით სინთეზირებული მაგნეტიტის, ნატრიუმისა და თუთიის მოლიბდატისა და სხვა ნივთიერებების შემთხვევაში, უფრო მცირეა, ვიდრე ჩვეულებრივი მეთოდით მიღებული ნაწილაკებისა. მცირე ზომა განპირობებულია ჩანასახების წარმოქმნის გაზრდილი სიჩქარითა და უკეთესი შერევით, რასაც ულტრაბგერითი კავიტაციით წარმოქმნილი ძვრის ძალები და ტურბულენტობა უზრუნველყოფს.
დააწკაპუნეთ აქ ქვემოდან ზემოთ მიდგომით ულტრაბგერითი დალექვის შესახებ მეტი წასაკითხად!
ნაწილაკების ულტრაბგერითი ფუნქციონალიზაცია
ნაწილაკის კუთრი ზედაპირული ფართობი იზრდება ზომის შემცირებასთან ერთად. განსაკუთრებით ნანოტექნოლოგიაში, მასალის თვისებების გამოვლენა მნიშვნელოვნად იზრდება ნაწილაკის გაზრდილი ზედაპირული ფართობის გამო. ზედაპირული ფართობი შეიძლება ულტრაბგერით გაიზარდოს და შეიცვალოს შესაბამისი ფუნქციური მოლეკულების ნაწილაკის ზედაპირზე მიმაგრებით. ნანომასალების გამოყენებისა და დანიშნულების თვალსაზრისით, ზედაპირული თვისებები იმდენადვე მნიშვნელოვანია, როგორც ნაწილაკის ბირთვის თვისებები.
ულტრაბგერით ფუნქციონალიზებული ნაწილაკები ფართოდ გამოიყენება პოლიმერებში, კომპოზიტებსა და ბიოკომპოზიტებში, ნანოსითხეებში, შეკრებულ მოწყობილობებში, ნანომედიცინებში და ა.შ. ნაწილაკების ფუნქციონალიზაციით მკვეთრად იზრდება ისეთი თვისებები, როგორიცაა სტაბილურობა, სიმტკიცე და სიხისტე, ხსნადობა, პოლიდისპერსიულობა, ფლუორესცენცია, მაგნეტიზმი, სუპერპარამაგნეტიზმი, ოპტიკური შთანთქმა, მაღალი ელექტრონული სიმკვრივე, ფოტოლუმინესცენცია და ა.შ.
ჩვეულებრივი ნაწილაკები, რომლებიც კომერციულად ფუნქციონალიზდება Hielscher-ის ულტრაბგერითი სისტემებით, მოიცავს CNTs, SWNTs, MWNTs, გრაფენს, გრაფიტს, სილიკას (SiO2), ნანოალმასებს, მაგნეტიტს (რკინის ოქსიდი, Fe3O4), ვერცხლის ნანონაწილაკებს, ოქროს ნანონაწილაკებს, ფოროვან და მეზოპოროვან ნანონაწილაკებს და ა.შ.
დააწკაპუნეთ აქ ნაწილაკების ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენების შესახებ შერჩეული ტექნიკური ჩანაწერების სანახავად!
ულტრაბგერითი დისპერგატორები
Hielscher-ის ულტრაბგერითი დისპერგირების აღჭურვილობა ხელმისაწვდომია ლაბორატორიული, მაგიდაზე დასადგმელი და სამრეწველო წარმოებისთვის განკუთვნილი მოდელების სახით. Hielscher-ის ულტრაბგერითი დამუშავების აპარატები საიმედოა, გამძლეა, მარტივად გამოსაყენებელი და გასაწმენდი. აღჭურვილობა შექმნილია 24/7 მუშაობისთვის მძიმე ექსპლუატაციის პირობებში. ულტრაბგერითი სისტემები შეიძლება გამოყენებულ იქნას პარტიული და ნაკადში დამუშავებისთვის – ისინი მოქნილია და მარტივად ერგება თქვენს პროცესსა და მოთხოვნებს.
ულტრაბგერითი სისტემების პარტიული და ნაკადში დამუშავების წარმადობა
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 5-დან 200mL-მდე | 50-დან 500mL/min-მდე | UP200Ht, UP400S |
| 0,1-დან 2L-მდე | 0,25-დან 2m3/სთ | UIP1000hd, UIP2000hd |
| 0,4-დან 10L-მდე | 1-დან 8m3/სთ | UIP4000 |
| n.a. | 4-დან 30m3/სთ | UIP16000 |
| n.a. | 30m3/hr | კლასტერი UIP10000 ან UIP16000 |
ულტრაბგერითი ლაბორატორიული მოწყობილობა ნაწილაკების ფუნქციონალიზაციისთვის
ლიტერატურა/წყაროები
- Kapole, S.A:; Bhanvase, B.A.; Pinjari, D.V.; Gogate, P.R.; Kulkami, R.D.; Sonawane, S.H.; Pandit, A.B. (2014): ულტრაბგერითი მეთოდით მომზადებული ნატრიუმისა და თუთიის მოლიბდატის ნანოპიგმენტის კოროზიის შემაკავებელი ეფექტიანობის კვლევა ორკომპონენტიან ეპოქსიდურ-პოლიამიდურ საფარში. Composite Interfaces 21/9, 2015. 833-852.
- Nikje, M.M.A.; Moghaddam, S.T.; Noruzian, M.(2016): ახალი მაგნიტური პოლიურეთანის ქაფის ნანოკომპოზიტების მიღება ბირთვი-გარსის სტრუქტურის მქონე ნანონაწილაკების გამოყენებით. Polímeros vol.26 no.4, 2016.
- Tolasz, J.; Stengl, V.; Ecorchard, P. (2014): გრაფენის ოქსიდისა და პოლისტიროლის კომპოზიტური მასალის მიღება. 3rd International Conference on Environment, Chemistry and Biology. IPCBEE vol.78, 2014.
ფაქტები, რომლებიც სასარგებლოა ცოდნისთვის
კომპოზიციური მასალების შესახებ
კომპოზიციური მასალები (ასევე ცნობილი როგორც კომპოზიციური მასალა) შედგება ორი ან მეტი კომპონენტისგან, რომლებიც ერთმანეთისგან მნიშვნელოვნად განსხვავდება ფიზიკური ან ქიმიური თვისებებით. ამ კომპონენტური მასალების გაერთიანებისას წარმოიქმნება ახალი მასალა – ე.წ. კომპოზიტი, რომლის თვისებებიც განსხვავდება ცალკეული კომპონენტების თვისებებისგან. საბოლოო სტრუქტურაში ინდივიდუალური კომპონენტები ცალ-ცალკე რჩება და ერთმანეთისგან განსხვავდება.
ახალ მასალას აქვს უკეთესი თვისებები, მაგალითად, ის არის უფრო მტკიცე, უფრო მსუბუქი, უფრო მდგრადი ან უფრო იაფი ტრადიციულ მასალებთან შედარებით. ნანოკომპოზიტების გაუმჯობესება ვრცელდება მექანიკურ, ელექტრულ / გამტარ, თერმულ, ოპტიკურ, ელექტროქიმიურ და კატალიზურ თვისებებზე.
ტიპიური ინჟინრული კომპოზიციური მასალები მოიცავს:
- ბიოკომპოზიტები
- არმირებული პლასტმასები, როგორიცაა ბოჭკოთი არმირებული პოლიმერი
- მეტალის კომპოზიტები
- კერამიკული კომპოზიტები (კერამიკული მატრიცა და მეტალის მატრიცის კომპოზიტი)
კომპოზიციური მასალები ზოგადად გამოიყენება სამშენებლო და კონსტრუქციულ მასალებად, მაგალითად, ნავების კორპუსების, სამუშაო ზედაპირების, ავტომობილების კორპუსების, აბაზანების, შესანახი ავზების, ხელოვნური გრანიტისა და ხელოვნური მარმარილოს ნიჟარების დასამზადებლად, ასევე კოსმოსურ ხომალდებსა და თვითმფრინავებში.
კომპოზიტებში ასევე შეიძლება გამოყენებული იყოს ლითონის ბოჭკოები სხვა ლითონების არმირებისთვის, როგორც ლითონის მატრიცის კომპოზიტებში (MMC) ან კერამიკული მატრიცის კომპოზიტებში (CMC), რაც მოიცავს ძვალს (კოლაგენის ბოჭკოებით არმირებული ჰიდროქსიაპატიტი), კერმეტს (კერამიკა და ლითონი) და ბეტონს.
ორგანული მატრიცისა და კერამიკული შემავსებლის კომპოზიტები მოიცავს ასფალტბეტონს, პოლიმერბეტონს, მასტიკურ ასფალტს, მასტიკურ როლურ ჰიბრიდს, სტომატოლოგიურ კომპოზიტს, სინტაქტიკურ ქაფსა და სადაფს.
ულტრაბგერითი ეფექტების შესახებ ნაწილაკებზე
ნაწილაკების თვისებები შეიძლება დაფიქსირდეს, როდესაც ნაწილაკის ზომა მცირდება გარკვეულ დონემდე (ცნობილი, როგორც კრიტიკული ზომა). როდესაც ნაწილაკის ზომები აღწევს ნანომეტრულ დონეს, ფაზათა გამყოფ ზედაპირებზე ურთიერთქმედება მნიშვნელოვნად ძლიერდება, რაც გადამწყვეტია მასალების თვისებების გასაუმჯობესებლად. ამ მხრივ განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ზედაპირის ფართობისა და მოცულობის შეფარდება იმ მასალებში, რომლებიც ნანოკომპოზიტებში არმირებისთვის გამოიყენება. ნანოკომპოზიტები ტექნოლოგიურ და ეკონომიკურ უპირატესობებს იძლევა მრეწველობის თითქმის ყველა სექტორში, მათ შორის აეროკოსმოსურ, საავტომობილო, ელექტრონიკის, ბიოტექნოლოგიურ, ფარმაცევტულ და სამედიცინო სექტორებში. კიდევ ერთი დიდი უპირატესობა მათი ეკოლოგიური სისუფთავეა.
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა აუმჯობესებს მატრიცასა და ნაწილაკებს შორის დასველებადობასა და ჰომოგენიზაციას ინტენსიური შერევისა და დისპერგირების მეშვეობით, რაც გამოწვეულია ულტრაბგერითი კავიტაციით. ვინაიდან ულტრაბგერითი დამუშავება არის ყველაზე ფართოდ გამოყენებადი და ყველაზე წარმატებული დისპერგირების მეთოდი, როდესაც საქმე ნანომასალებს ეხება, Hielscher-ის ულტრაბგერითი სისტემები დამონტაჟებულია ლაბორატორიებში, საცდელ დანადგარებში და წარმოებაში მთელ მსოფლიოში.