Augstas veiktspējas līmju formulējumi – uzlaboti ar ultraskaņas disperģēšanu

Augstas veiktspējas līmju sastāva pamatā ir epoksīda, silikona, poliuretāna, polisulfīda vai akrila sistēmas, kas satur dažādas (nano)pildvielas un piedevas, kuras piešķir līmei īpašas īpašības, piemēram, līmsavienojuma stiprību, nelielu svaru, ilgizturību, karstumizturību un ilgtspēju. Augstas veiktspējas līmju formulēšanai ir nepieciešama efektīva un uzticama sajaukšana. Ultraskaņas disperģēšanu un emulģēšanu izmanto, lai vienmērīgi apvienotu dažādus komponentus viendabīgos līmju maisījumos. Apstrāde ar ultraskaņu plūsmā uzticami un efektīvi sajauc pat ļoti viskozus materiālus un maisījumus ar augstu nanopildvielu saturu, iegūstot izcilas līmes.

Spēcīgi ultraskaņas bīdes spēki augstas veiktspējas līmju disperģēšanai

Augstas veiktspējas līmes nodrošina izcilu līmsavienojuma stiprību, ilgizturību un nelielu svaru. Atkarībā no galīgā lietojuma polimērus, kopolimērus un dažādas piedevas apvieno formulējumos saskaņā ar rūpīgi izstrādātām receptūrām.

Epoksīda, silikona, poliuretāna un akrila sistēmas līmēm izgatavo formulējumu izstrādātāji, kuri modificē līmes bāzi, pievienojot lipīguma palielinātājus, minerālās pildvielas (talku, silīcija dioksīdu, alumīnija oksīdu u. c.), elastīguma palielinātājus, viskozitātes samazinātājus, krāsvielas, biezinātājus, paātrinātājus, adhēzijas veicinātājus u. c. Šīm modifikācijām ir vairāki mērķi, piemēram, uzlabot veiktspēju un/vai atvieglot apstrādi vai samazināt izmaksas. Ultraskaņas dispergatori ar spēcīgu bīdes iedarbību ir ideāli piemēroti dažādu epoksīda sistēmu formulēšanai plūsmā un nodrošina elastīgu konkrētu lietojumu prasībām pielāgotu līmju ražošanu.

Ultraskaņas maisītāji ar spēcīgu bīdes iedarbību sarežģītiem disperģēšanas un emulģēšanas lietojumiem

Augstas veiktspējas ultraskaņas procesori darbojas kā maisītāji ar spēcīgu bīdes iedarbību. Ārkārtīgi spēcīgos bīdes spēkus rada ultraskaņas / akustiskā kavitācija, un tie ir ideāli piemēroti emulģēšanai, disperģēšanai, malšanai, deaglomerācijai un homogenizācijai gan porcijās, gan plūsmā. Izmantojot ultraskaņas plūsmas dispergatorus, var viegli apstrādāt materiālus ar zemu līdz augstu cietvielu koncentrāciju un viskozitāti.

Nanomateriālu sajaukšana līmēs ar spēcīgu ultraskaņas bīdes iedarbību

Nanomateriālus, piemēram, oglekļa nanocaurulītes (CNTs), metālu nanodaļiņas, silīcija dioksīda nanodaļiņas, nanomālus, nanošķiedras un daudzas citas nanometru izmēra daļiņas, izmanto, lai ražotu ar nanodaļiņām pastiprinātus polimērus (nanokompozītus). Nanodaļiņas ir labi pazīstamas ar spēju mainīt termoreaktīvo polimēru līmju mehāniskās īpašības (piemēram, stingumu, elastību), elektriskās īpašības (piemēram, elektrovadītspēju), funkcionālās īpašības (piemēram, caurlaidību, stiklošanās temperatūru, moduli) un lūzuma īpašības. Nanomateriāli ne tikai piešķir īpašas augstas veiktspējas īpašības, piemēram, līmsavienojuma stiprību, ilgizturību, vadītspēju, elastību vai karstumizturību; nanostrukturētu daļiņu pievienošana var arī uzlabot polimēru barjerīpašības.
Ar ultraskaņu radītās akustiskās kavitācijas spēcīgie bīdes spēki ir labi pazīstami ar spēju deaglomerēt un disperģēt nanodaļiņas un pat sašķelt primārās daļiņas (t. i., veikt ultraskaņas malšanu). Iedarbojoties ar šiem ultraskaņas spēkiem uz polimēru sistēmām, kas satur nanodaļiņas un citas pildvielas, iegūst ļoti viendabīgu formulējumu. Ultraskaņas disperģēšana ir energoefektīva metode, kurai ir mazāks enerģijas patēriņš salīdzinājumā ar tradicionālajām sajaukšanas metodēm, kurās izmanto bīdes iedarbību, piemēram, lāpstiņu maisītājiem ar spēcīgu bīdes iedarbību, spārnrata maisītājiem vai dzirnavām.

Video parādīta grafīta sajaukšana un disperģēšana ar ultraskaņu 250mL epoksīdsveķu (Toolcraft L), izmantojot ultraskaņas homogenizatoru (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics ražo iekārtas grafīta, grafēna, oglekļa nanocaurulīšu, nanovadu vai pildvielu disperģēšanai laboratorijā vai liela apjoma ražošanas procesos. Tipiski lietojumi ir nanomateriālu un mikromateriālu disperģēšana funkcionalizācijas procesā vai to disperģēšana sveķos vai polimēros.

Kaboori et al. (2013) pierādīja, ka apstrāde ar ultraskaņu ir iedarbīga metode montmorilonīta (MMT) slāņaino struktūru disperģēšanai un ar MMT pastiprinātu PVA līmju izstrādei. Tika parādīts, ka apstrāde ar ultraskaņu nodrošina uzticamu un efektīvu nanomālu disperģēšanu PVA gan zemā (1% un 2%), gan augstā (4%) pildījuma pakāpē.
Pētnieku grupa konstatēja, ka “ultraskaņas metode ir ļoti efektīva nanomālu disperģēšanai, īpaši augstā pildījuma pakāpē, pretstatā ātrgaitas maisītājam ar lielu bīdi. Ātrgaitas maisīšana spēja disperģēt nanomālus PVA tikai zemā pildījuma pakāpē un dažādos apstākļos palielināja PVA līmējuma stiprību. Ātrgaitas maisīšanai ir daži trūkumi: iespējami PVA emulsijas bojājumi (maisīšanas laikā izmantotā spēcīgā bīdes spēka dēļ), augstas izmaksas un liels enerģijas patēriņš. Turpretī apstrādei ar ultraskaņu ir minimāla negatīva ietekme uz PVA emulsiju. Turklāt apstrāde ar ultraskaņu ir ekonomiska, jo maisīšanu ar ultraskaņu varētu veikt pirms PVA ražošanas, un nanomālus saturošo šķīdumu var pievienot PVA ražošanas procesā. Ņemot vērā šajā rakstā un mūsu iepriekšējā darbā iegūtos rezultātus, kā arī apstrādes ar ultraskaņu priekšrocības salīdzinājumā ar ātrgaitas maisīšanu, nanomālu pievienošana PVA rūpnieciskā mērogā šķiet īstenojama un to var ieteikt koksnes līmju ražotājiem.” (Kaboori et al., 2013)

Ultraskaņas izraisītās degazēšanas ietekme līmju ražošanā

Papildu priekšrocība apstrādei ar ultraskaņu, kas būtiski uzlabo kompozīcijas izstrādes rezultātus, ir ultraskaņas apstrādes degazējošā iedarbība. Ātrgaitas mehāniskā maisīšana (piemēram, lāpstiņu maisītāji ar lielu bīdi) maisījumā rada daudz gāzes burbuļu, ko dažos gadījumos var pat pamanīt pēc maisījuma gaišākās krāsas. Maisīšanai ar ultraskaņu un lielu bīdi ir milzīga priekšrocība: apstrāde ar ultraskaņu neievada gāzes līmes kompozīcijā; tā vietā ultraskaņas viļņi liek jau esošajiem gāzes burbuļiem saplūst un uzpeldēt līdz šķidruma virsmai, no kurienes gāzi var viegli aizvadīt. Tādējādi apstrāde ar ultraskaņu veicina šķidrumu un līmju kompozīciju degazēšanu un atgaisošanu. (sal. Shadlou et al., 2014)

Augstas veiktspējas ultraskaņas disperģētāji rūpnieciskām līmju kompozīcijām

Hielscher Ultrasonics projektē, ražo un izplata augstas veiktspējas ultraskaņas disperģētājus intensīvas slodzes lietojumiem, piemēram, augstas veiktspējas līmju, sveķu ar augstu pildvielu saturu un nanokompozītu ražošanai. Hielscher ultraskaņas ierīces visā pasaulē izmanto nanomateriālu disperģēšanai polimēros, sveķos, pārklājumos un citos augstas veiktspējas materiālos.
Hielscher ultraskaņas disperģētājos materiālus var ievadīt pa dažādām padeves plūsmām, kontrolētos plūsmas apstākļos pievadot dažādus materiālus kavitācijas maisīšanas zonai. Ultraskaņas disperģētāji droši un efektīvi apstrādā materiālus ar zemu līdz augstu viskozitāti. Atkarībā no izejvielām un vēlamās daļiņu izmēra samazināšanas pakāpes ultraskaņas intensitāti var precīzi pielāgot.
Lai apstrādātu viskozas polimēru pastas, nanomateriālus un materiālus ar augstu cietvielu koncentrāciju, ultraskaņas disperģētājam jāspēj nepārtraukti nodrošināt augstu amplitūdu. Hielscher Ultrasonics rūpnieciskie ultraskaņas procesori nepārtrauktā darbībā ar pilnu slodzi var nodrošināt ļoti augstu amplitūdu. Darbību ar amplitūdu līdz 200µm var viegli nodrošināt 24/7 režīmā. Iespēja darbināt ultraskaņas disperģētāju ar augstu amplitūdu un precīzi pielāgot amplitūdu ir nepieciešama, lai ultraskaņas procesa apstākļus pielāgotu augstas veiktspējas līmvielu, ar nanomateriāliem pastiprinātu polimēru maisījumu un nanokompozītu formulēšanai.
Līdztekus ultraskaņas amplitūdai vēl viens ļoti svarīgs procesa parametrs ir spiediens. Paaugstinātā spiedienā palielinās ultraskaņas kavitācijas intensitāte un tās radītie bīdes spēki. Hielscher ultraskaņas reaktoros var paaugstināt spiedienu, tādējādi pastiprinot apstrādes ar ultraskaņu iedarbību.
Procesa uzraudzība un datu reģistrēšana ir svarīga nepārtrauktai procesa standartizācijai un produkta kvalitātei. Pieslēdzamus spiediena un temperatūras sensorus ar vadiem savieno ar ultraskaņas ģeneratoru, lai uzraudzītu un vadītu ultraskaņas disperģēšanas procesu. Visi svarīgie apstrādes parametri, piemēram, ultraskaņas enerģija (neto + kopējā), temperatūra, spiediens un laiks, tiek automātiski reģistrēti un saglabāti iebūvētā SD kartē. Piekļūstot automātiski reģistrētajiem procesa datiem, varat pārskatīt iepriekšējos apstrādes ar ultraskaņu ciklus un novērtēt procesa rezultātus.
Vēl viena lietotājam ērta funkcija ir mūsu digitālo ultraskaņas sistēmu attālināta vadība pārlūkā. Izmantojot attālināto vadību pārlūkā, varat no jebkuras vietas attālināti iedarbināt, apturēt, regulēt un uzraudzīt savu ultraskaņas procesoru.
Sazinieties ar mums jau tagad, lai uzzinātu vairāk par mūsu augstas veiktspējas ultraskaņas disperģētājiem un to pielietojumu augstas veiktspējas līmvielu un pārklājumu ražošanā!
Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes jaudu:

---

Šajā video parādām 2 kilovatu ultraskaņas sistēmu darbam plūsmā, kas ievietota skapī ar aizsarggāzes caurpūti. Hielscher piegādā ultraskaņas iekārtas gandrīz visām nozarēm, tostarp ķīmiskajai, farmācijas un kosmētikas rūpniecībai, naftas ķīmijas procesiem, kā arī ekstrakcijas procesiem ar šķīdinātājiem. Šis nerūsējošā tērauda skapis ar aizsarggāzes caurpūti ir paredzēts darbam sprādzienbīstamās zonās. Šim nolūkam klients var caurpūst hermētisko skapi ar slāpekli vai svaigu gaisu, lai nepieļautu uzliesmojošu gāzu vai tvaiku iekļūšanu skapī.