강화 복합 재료의 초음파 제형
- 복합 재료는 크게 향상된 열 안정성, 탄성 계수, 인장 강도, 파괴 강도와 같은 고유한 재료 특성을 나타내므로 매니폴드 제품 제조에 널리 사용됩니다.
- 초음파 처리는 고도로 분산 된 CNT, 그래 핀 등을 가진 고품질 나노 복합체를 생산하는 것으로 입증되었습니다.
- 강화 복합재의 배합을 위한 초음파 장비는 산업 규모로 사용할 수 있습니다.
나노 복합체
나노 복합 재료는 기계적, 전기적, 열적, 광학적, 전기 화학적 및/또는 촉매 특성에서 탁월합니다.
강화상의 표면 대 부피 비율이 매우 높거나 종횡비가 매우 높기 때문에 나노 복합체는 기존 복합재보다 성능이 훨씬 뛰어납니다. 구형 실리카와 같은 나노 입자, 박리 그래핀 또는 점토와 같은 미네랄 시트, 탄소 나노튜브 또는 전기 방사 섬유와 같은 나노 섬유가 보강재로 자주 사용됩니다.
예를 들어, 탄소 나노 튜브는 전기 및 열 전도성을 향상시키기 위해 추가되고, 나노 실리카는 기계적, 열적 및 내수성을 향상시키는 데 사용됩니다. 다른 종류의 나노 미립자는 향상된 광학 특성, 유전 특성, 내열성 또는 강성, 강도 및 부식 및 손상에 대한 저항성과 같은 기계적 특성을 제공합니다.
초음파로 공식화 된 나노 복합체의 예 :
- 비닐 에스테르 매트릭스의 탄소 나노튜브(CNT)
- CNT / 탄소 양파 / 니켈 금속 매트릭스의 나노 다이아몬드
- 마그네슘 합금 매트릭스의 CNT
- 폴리비닐알코올(PVA) 매트릭스의 CNT
- 에폭시 수지 매트릭스의 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT)(메틸 테트라히드로프탈산 무수물(MTHPA)를 경화제로 사용)
- 폴리(비닐 알코올)(PVA) 매트릭스의 산화 그래핀
- 마그네슘 매트릭스 내의 SiC 나노입자
- 폴리스티렌 매트릭스의 나노 실리카(Aerosil)
- 유연한 폴리우레탄(PU) 매트릭스의 자성 산화철
- 흑연/폴리(염화비닐)의 니켈 산화물
- PLGA(poly-lactic-co-glycolic acid) 매트릭스의 티타니아 나노입자
- PLGA(poly-lactic-co-glycolic acid) 매트릭스의 나노 하이드록시아파타이트
초음파 분산
초음파 공정 매개 변수를 정확하게 제어하고 재료 구성 및 원하는 출력 품질에 맞게 최적으로 조정할 수 있습니다. 초음파 분산은 CNT 또는 그래핀과 같은 나노 입자를 나노 복합체에 통합하는 데 권장되는 기술입니다. 과학적인 수준에서 오랫동안 테스트되고 많은 산업 생산 공장에서 구현된 나노 복합 재료의 초음파 분산 및 제형은 잘 확립된 방법입니다. 나노 재료의 초음파 가공에 대한 Hielscher의 오랜 경험은 심오한 컨설팅, 적절한 초음파 설정 권장 및 공정 개발 및 최적화 중 지원을 보장합니다.
대부분, 강화 나노 입자는 가공 중에 매트릭스로 분산됩니다. 첨가 된 나노 물질의 중량 백분율 (질량 분율)은 예를 들어 0.5 %에서 5 %까지 낮은 스케일로 배열되는데, 이는 초음파 처리에 의해 달성 된 균일 한 분산이 강화 필러를 절약하고 더 높은 강화 성능을 허용하기 때문입니다.
제조에서 초음파의 일반적인 응용 분야는 나노 입자 - 수지 복합재의 공식화입니다. CNT 강화 비닐 에스테르를 생산하기 위해, 초음파 처리는 CNT를 분산시키고 기능화하는 데 사용됩니다. 이러한 CNT-비닐 에스테르는 향상된 전기적 및 기계적 특성을 특징으로 합니다.
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그래핀
그래핀은 뛰어난 물리적 특성, 높은 종횡비 및 낮은 밀도를 제공합니다. 그래핀과 그래핀 산화물은 경량의 고강도 폴리머를 얻기 위해 복합 매트릭스에 통합됩니다. 기계적 보강을 달성하기 위해, 그래핀 시트/혈소판은 매우 미세하게 분산되어야 합니다., 응집된 그래핀 시트는 강화 효과를 크게 제한하기 때문입니다.
과학적 연구에 따르면 개선의 정도는 주로 매트릭스에서 그래핀 시트의 분산 등급에 따라 달라집니다. 균일하게 분산된 그래핀만이 원하는 효과를 제공합니다. 강한 소수성과 반 데르 발스 인력으로 인해 그래핀은 약하게 상호 작용하는 단층 시트의 플레이크로 응집되고 응집되는 경향이 있습니다.
일반적인 분산 기술은 종종 균일하고 손상되지 않은 그래 핀 분산을 생성 할 수 없지만 고출력 초음파기는 고품질 그래 핀 분산액을 생성합니다. Hielscher의 초음파기는 자연 그대로의 그래 핀, 그래 핀 산화물 및 환원 된 그래 핀 산화물을 저농도에서 고농도로, 소량에서 대량까지 번거 로움없이 처리합니다. 일반적으로 사용되는 용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)이지만 고출력 초음파를 사용하면 그래핀을 아세톤, 클로로포름, IPA 및 시클로헥사논과 같은 불량하고 끓는점이 낮은 용매에도 분산시킬 수 있습니다.
그래핀의 대량 박리 제거에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하십시오!
탄소 나노튜브 및 기타 나노 물질
전력 초음파는 탄소 나노 튜브 (CNT), SWNT, MWNT, 풀러렌, 실리카 (SiO)를 포함한 다양한 나노 물질의 미세한 분산을 초래하는 것으로 입증되었습니다.2), 이산화 티타늄 (TiO2), 은(Ag), 산화아연(ZnO), 나노피브릴화 셀룰로오스 및 기타 여러 가지. 일반적으로 초음파 처리는 기존 분산기를 능가하며 독특한 결과를 얻을 수 있습니다.
나노 입자를 밀링 및 분산시키는 것 외에도 초음파 침전(상향식 합성)을 통해 나노 입자를 합성함으로써 우수한 결과를 얻을 수 있습니다. 예를 들어 초음파로 합성된 마그네타이트, 나트륨 아연 몰리브덴산염 등의 입자 크기가 기존 방법을 사용하여 얻은 것에 비해 더 낮은 것으로 관찰되었습니다. 더 낮은 크기는 초음파 캐비테이션에 의해 생성된 전단 및 난류로 인해 향상된 핵 형성 속도와 더 나은 혼합 패턴에 기인합니다.
초음파 상향식 침전에 대해 자세히 알아 보려면 여기를 클릭하십시오!
초음파 입자 기능화
입자의 비표면적은 크기가 줄어들면 증가합니다. 특히 나노 기술에서는 입자의 표면적이 확대됨에 따라 재료 특성의 발현이 크게 증가합니다. 표면적은 입자 표면에 적절한 기능성 분자를 부착하여 초음파로 증가시키고 수정할 수 있습니다. 나노 물질의 적용 및 사용과 관련하여 표면 특성은 입자 코어 특성만큼 중요합니다.
초음파 기능성 입자는 폴리머, 복합 재료에 널리 사용됩니다. & 생체복합체, 나노유체, 조립장치, 나노의약품 등 입자 기능화에 의해, 안정성, 강도 등의 특성 & 강성, 용해도, 다분산성, 형광, 자기, 초상자성, 광학 흡수, 높은 전자 밀도, 광발광 등이 크게 향상됩니다.
Hielscher로 상업적으로 기능화 된 일반적인 입자’ 초음파 시스템은 CNT, SWNT, MWNT, 그래핀, 흑연, 실리카(SiO2), 나노 다이아몬드, 마그네타이트(산화철, Fe3O4), 은 나노 입자, 금 나노 입자, 다공성 & 메조다공성 나노입자 등
초음파 입자 처리를 위한 선택된 응용 분야 노트를 보려면 여기를 클릭하십시오!
초음파 분산기
Hielscher의 초음파 분산 장비는 실험실, 벤치 탑 및 산업 생산에 사용할 수 있습니다. Hielscher의 초음파기는 신뢰할 수 있고 견고하며 작동 및 청소가 쉽습니다. 이 장비는 중장비 조건에서 24/7 작동하도록 설계되었습니다. 초음파 시스템은 배치 및 인라인 처리에 사용할 수 있습니다 – 유연하고 프로세스와 요구 사항에 쉽게 적용할 수 있습니다.
Ultrasonic Batch 및 Inline 용량
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 5 내지 200mL | 50 내지 500mL/분 | UP200HT, 업400S |
| 0.1 내지 2L | 0.25에서 2m3/시간 | UIP1000hd 영어, UIP2000HD |
| 0.4에서 10L | 1에서 8m3/시간 | UIP4000 |
| N.A. 개시 | 4에서 30m3/시간 | UIP16000 |
| N.A. 개시 | 30m 이상3/시간 | 의 클러스터 UIP10000 또는 UIP16000 |
입자 기능화를 위한 초음파 실험실 장치
문헌/참고문헌
- 카폴레, SA :; 반바스, 학사; 핀자리, D.V.; 고게이트, PR; 쿨카미, R.D.; 소나와네, S.H.; 판딧, AB (2014) : “2팩 에폭시-폴리아미드 코팅에서 초음파로 제조된 나트륨 아연 몰리브덴 나노색소의 부식 억제 성능 조사. 복합 인터페이스 21/9, 2015. 833-852.
- 니케, M.M.A.; 모가담, S.T.; Noruzian, M. (2016) : 코어 쉘 나노 입자를 사용하여 새로운 자성 폴리 우레탄 폼 나노 복합체의 제조. Polímeros vol.26 no.4, 2016.
- 톨라즈, J.; 스텐글, V.; Ecorchard, P. (2014) : 그래 핀 산화물 – 폴리스티렌의 복합 재료 제조. 제 3 회 환경, 화학 및 생물학에 관한 국제 회의. IPCBEE vol.78, 2014년.
알아 둘 만한 가치가 있는 사실
복합 재료 정보
복합 재료(조성 재료라고도 함)는 상당히 다른 물리적 또는 화학적 특성을 특징으로 하는 두 개 이상의 구성 요소로 만들어진 재료로 설명됩니다. 이러한 구성 재료가 결합되면 새로운 재료가 생성됩니다 – 이른바 복합재 – 개별 구성 요소와 다른 특성을 보여주는 가 생산됩니다. 개별 구성 요소는 완성 된 구조 내에서 분리되어 뚜렷하게 유지됩니다.
새로운 재료는 기존 재료에 비해 더 강하거나, 더 가볍거나, 더 저항력이 있거나, 더 저렴합니다. 나노 복합재의 향상은 기계적, 전기적/전도성, 열적, 광학적, 전기화학적, 촉매적 특성에 이르기까지 다양합니다.
일반적인 엔지니어링 복합 재료는 다음과 같습니다.
- 바이오 복합재
- 섬유 강화 폴리머와 같은 강화 플라스틱
- 금속 복합재
- 세라믹 복합재(Ceramic Matrix and Metal Matrix Composite)
복합 재료는 일반적으로 우주선 및 항공기뿐만 아니라 보트 선체, 조리대, 차체, 욕조, 저장 탱크, 모조 화강암 및 배양 대리석 싱크대와 같은 건축 및 구조 재료에 사용됩니다.
복합 재료는 뼈(콜라겐 섬유로 강화된 수산화인회석), 서멧(세라믹 및 금속) 및 콘크리트를 포함하는 금속 매트릭스 복합재(MMC) 또는 세라믹 매트릭스 복합재(CMC)와 같이 다른 금속을 강화하는 금속 섬유를 사용할 수도 있습니다.
유기 매트릭스 / 세라믹 골재 복합 재료에는 아스팔트 콘크리트, 고분자 콘크리트, 매 스틱 아스팔트, 매 스틱 롤러 하이브리드, 치과 용 복합재, 구문 폼 및 진주 개가 포함됩니다.
입자에 대한 초음파 효과 정보
입자 특성은 입자 크기가 특정 수준(임계 크기라고 함)으로 감소할 때 관찰할 수 있습니다. 입자 치수가 나노미터 수준에 도달하면 위상 계면에서의 상호 작용이 크게 개선되며, 이는 재료 특성을 향상시키는 데 중요합니다. 따라서 나노 복합재의 보강재에 사용되는 재료의 표면적 : 부피 비율이 가장 중요합니다. 나노 복합 재료는 항공 우주, 자동차, 전자, 생명 공학, 제약 및 의료 부문을 포함한 거의 모든 산업 분야에 기술 및 경제적 이점을 제공합니다. 또 다른 큰 장점은 환경 친화성입니다.
Power Ultrasound는 강렬한 혼합 및 분산을 통해 매트릭스와 입자 사이의 습윤성과 균질화를 향상시킵니다 – 에 의해 생성됨 초음파 캐비테이션. 초음파 처리는 나노 물질과 관련하여 가장 널리 사용되고 가장 성공적인 분산 방법이기 때문에 Hielscher의 초음파 시스템은 전 세계 실험실, 파일럿 플랜트 및 생산에 설치됩니다.