Pastiprinātas gumijas ultraskaņas sagatavošana
- Pastiprinātām gumijām ir augstāka stiepes izturība, pagarinājums, nodilumizturība un labāka novecošanās stabilitāte.
- Pildvielām, piemēram, ogleklim (piemēram, CNT, MWNT), grafēnam vai silīcija dioksīdam, jābūt vienmērīgi izkliedētām matricā, lai nodrošinātu vēlamās materiāla īpašības.
- Jaudas ultrasonics nodrošina izcilu monoizkliedēto nanodaļiņu izplatīšanas kvalitāti ar ļoti pastiprinošām īpašībām.
Ultraskaņas dispersija
Ultrasonication tiek plaši izmantots, lai izkliedētu nano materiālus, piemēram, monodispersas nanodaļiņas un nanocaurules, jo ultrasonics ievērojami uzlabo daļiņu un cauruļu atdalīšanu un funkcionalizāciju.
Ultraskaņas izkliedēšanas iekārtas rada Kavitāciju and high shear forces to disrupt, deagglomerate, detangle and disperse nano particles and nanotubes. The intensity of sonication can be precisely adjusted and controlled so that the ultrasonic processing parameters are adapted perfectly, taking concentration, agglomeration, and alignment/entanglement of the nano material into account. Thereby, nano materials can be optimally processed regarding their specific material’s requirements. Optimal dispersion conditions due to individually adjusted ultrasonic process parameters result in a high-quality final rubber nanocomposite with superior reinforcing characteristics of the nano-additives and -fillers.
Sakarā ar ultraskaņas augstāko dispersijas kvalitāti un tādējādi panākto vienmērīgu dispersiju, ļoti zema pildvielas slodze ir pietiekama, lai iegūtu izcilas materiāla īpašības.
rūpnieciskā ultraskaņas sistēma
Ultrasoniski oglekļa melnā pastiprināta gumija
Ogleklis ir viens no svarīgākajiem gumijas pildvielām, īpaši riepām, lai nodrošinātu gumijas materiāla nodilumizturību un stiepes izturību. Oglekļa melnās daļiņas ir ļoti pakļautas tam, lai veidotu agregātus, kurus ir grūti izkliedēt viendabīgi. Ogleklis parasti tiek izmantots krāsās, emaljās, tipogrāfijas krāsās, neilona un plastmasas krāsvielās, lateksa maisījumos, vaska maisījumos, foto pārklājumos un citur.
Ultraskaņas dispersija ļauj deagglomerēt un vienmērīgi sajaukt ar ļoti augstu daļiņu monodispersitāti.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas dispersiju pastiprinātiem kompozītmateriāliem!
Ultrasoniski CNT? MWCNT pastiprināta gumija
Ultraskaņas homogenizatori ir spēcīgas izkliedēšanas sistēmas, kuras var precīzi kontrolēt un pielāgot procesa un materiālu prasībām. Precīza ultraskaņas procesa parametru kontrole ir īpaši svarīga, lai izkliedētu nanocaurules, piemēram, MWNTs vai SWNTs, jo nanocaurules ir jāatvieno atsevišķās caurulēs, nesabojājot tās (piemēram, šķelšanās). Nebojātas nanocaurulītes piedāvā augstu malu attiecību (līdz 132 000 000:1), lai tās nodrošinātu izcilu izturību un stingrību, kad tās ir formulētas kompozītmateriālā. Spēcīgs, precīzi pielāgots ultraskaņas apstrāde pārvar Van der Waals spēkus un izkliedē un detangles nanocaurules, kā rezultātā tiek iegūts augstas veiktspējas gumijas materiāls ar izcilu stiepes izturību un elastīgu moduli.
Turklāt Ultraskaņas funkcionalizācija tiek izmantots, lai modificētu oglekļa nanocaurulītes, lai sasniegtu vēlamās īpašības, kuras var izmantot kolektoru lietojumos.
Ultrasonikatori nanomateriālu, oglekļa melnā vai aktivētās ogles nepārtrauktai dispersijai.
Ultrasoniski Nano-silīcija dioksīda pastiprināta gumija
Ultraskaņas disperģētāji nodrošina ļoti vienmērīgu silīcija dioksīda daļiņu sadalījumu (SiO2) nanodaļiņas gumijas polimēru šķīdumos. Silīcija dioksīds (SiO2) nanodaļiņām jābūt viendabīgi sadalītām kā monodisperģētām daļiņām polimerizētā stirola-butadiēnā un citās gumijās. Monodisperģēts nano-SiO2 darbojas kā pastiprinoši līdzekļi, kas ievērojami uzlabo izturību, izturību, pagarinājumu, lieces un pretnovecošanās veiktspēju. Nano daļiņām piemēro: jo mazāks daļiņu izmērs, jo lielāks ir daļiņu īpatnējais virsmas laukums. Ar lielāku virsmas laukuma/tilpuma (S/V) attiecību tiek iegūti labāki strukturālie un pastiprinošie efekti, kas palielina gumijas izstrādājumu stiepes izturību un cietību.
Silīcija nano daļiņu ultraskaņas dispersija ļauj precīzi kontrolēt procesa parametrus, lai iegūtu sfērisku morfoloģiju, precīzi pielāgotu daļiņu izmēru un ļoti šauru izmēru sadalījumu.
Ultrasoniski izkliedēts silīcija dioksīds rada visaugstāko materiāla veiktspēju, tādējādi pastiprinātu gumiju.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par SiO ultraskaņas izkliedi2!
Armatūras piedevu ultraskaņas dispersija
Ir pierādīts, ka ultraskaņas apstrāde izkliedē daudzus citus nanodaļiņu materiālus, lai uzlabotu gumijas kompozītu moduli, stiepes izturību un noguruma īpašības. Tā kā pildvielu un pastiprinošo piedevu daļiņu izmērs, forma, virsmas laukums un virsmas aktivitāte ir būtiska to darbībai, spēcīgi un uzticami ultraskaņas izkliedētāji ir viena no visbiežāk izmantotajām metodēm, lai formulētu mikro- un nano izmēra daļiņas gumijas izstrādājumos.
Tipiskas piedevas un pildvielas, kas ar ultraskaņu ir iekļautas kā vienmērīgi sadalītas vai monodisperģētas daļiņas gumijas matricās, ir kalcija karbonāts, kaolīna māls, kūpināts silīcija dioksīds, nogulsnēts silīcija dioksīds, grafīta oksīds, grafēns, vizla, talks, barīts, wollastonīts, nogulsnēti silikāti, kūpināts silīcija dioksīds un diatomīts.
Kad oleīnskābe funkcionalizēja TiO2 nanodaļiņas ir ultrasoniski izkliedētas stirola-butadiēna gumijā, pat ļoti neliels daudzums oleīnskābes-SiO2 Rezultātā ievērojami uzlabots modulis, stiepes izturība un noguruma īpašības, un tas darbojas kā aizsarglīdzeklis pret foto un termodegradāciju.
- Alumīnija oksīda trihidrāts (Al2O3) pievieno kā liesmas slāpētāju, lai uzlabotu siltumvadītspēju un izturību pret izsekošanu un eroziju.
- Cinka oksīda (ZnO) pildvielas palielina relatīvo pieļaujamību, kā arī siltumvadītspēju.
- Titāna dioksīds (TiO2) uzlabo siltuma un elektrisko vadītspēju.
- Kalcija karbonāts (CaCO3) izmanto kā piedevu tās mehānisko, reoloģisko un liesmas slāpējošo īpašību dēļ.
- Bārija titanāts (BaTiO3) palielina termisko stabilitāti.
- grafēns un grafēna oksīds (GO)nodrošina izcilas mehāniskās, elektriskās, termiskās un optiskās materiāla īpašības.
- Oglekļa nanocaurulītes (CNT) ievērojami uzlabo mehāniskās īpašības, piemēram, stiepes izturību, elektrisko un siltumvadītspēju.
- Daudzsienu oglekļa nanocaurulītes (MWNTs) uzlabo Young moduli un ražas izturību. Piemēram, tikai 1 masas% MWNT epoksīdā rada palielinātu Young moduli un ražas stiprumu, attiecīgi 100% un 200%, salīdzinot ar tīru matricu.
- Viensienu oglekļa nanocaurulītes (SWNTs) uzlabo mehāniskās īpašības un siltuma vadītspēju.
- Oglekļa nanošķiedras (CNF) palielina izturību, karstumizturību un izturību.
- Metāla nanodaļiņas, piemēram, niķelis, dzelzs, varš, cinks, alumīnijs un Sudrabs tiek pievienoti, lai uzlabotu elektrisko un siltuma vadītspēju.
- Organiskie nanomateriāli, piemēram, Montmorilonīts uzlabot mehāniskās un liesmas slāpējošās īpašības.
Ultraskaņas dispersijas sistēmas
Hielscher Ultrasonics piedāvā plašu ultraskaņas iekārtu klāstu – no mazākām stenda sistēmām priekšizpētei līdz pat lieljaudas sistēmām rūpnieciskās ultrasonikatoru vienības ar līdz pat 16kW uz vienu vienību. Power, reliability, precise controllability as well as their robustness make Hielscher’s ultrasonic dispersing systems the “darba zirgs” mikronu un nanodaļiņu preparātu ražošanas līnijā. Mūsu ultrasonikatori spēj apstrādāt ūdens un šķīdinātāju bāzes dispersijas līdz augsta viskozitāte (līdz 10 000cp) viegli. Dažādi sonotrodes (ultraskaņas ragi), pastiprinātāji (pastiprinātājs? samazinātājs), plūsmas šūnu ģeometrijas un citi piederumi ļauj optimāli pielāgot ultraskaņas izkliedētāju produktam un tā procesa prasībām.
Hielscher Ultrasonics’ Rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas. Amplitudes of up to 200µm can be continuously run in 24/7 operation promptly. For even higher amplitudes, customized ultrasonic sonotrodes are available. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 darbība plkst. Lieljaudas un prasīgā vidē. Hielscher ultraskaņas izkliedētāji tiek uzstādīti visā pasaulē liela mēroga komerciālai ražošanai.
Pielāgota ultraskaņas iestatīšana nano-dispersijām
| Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 10 līdz 2000 ml | 20 līdz 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 02 līdz 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000 |
| n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
| n.p. | Lielāku | kopa UIP16000 |
Literatūra? Atsauces
- Bitenieks, Juris; Meria, Remo Merijs; Zicans, Janis; Maksimovs, Roberts; Vasilec, Cornelia; Musteata, Valentina Elena (2012): Styrene–acrylate/carbon nanotube nanocomposites: mechanical, thermal, and electrical properties. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, 2012, 61, 3, 172–177.
- Kaboorani, Alireza; Riedl, Bernard; Blanchet, Pierre (2013): Ultrasonication Technique: A Method for Dispersing Nanoclay in Wood Adhesives. Journal of Nanomaterials 2013.
- Momen, G.; Farzaneh, M. (2011): Survey of Micro/Nano Filler Use to improve Silicone Rubber For Outdoor Insulators. Review of Advanced Materials Science 27, 2011. 1-3.
- Sharma, S.D.; Singh, S. (2013): Synthesis and Characterization of Highly Effective Nano Sulfated Zirconia over Silica: Core-Shell Catalyst by Ultrasonic Irradiation. American Journal of Chemistry 2013, 3(4): 96-104.
Fakti, kurus ir vērts zināt
sintētiskais kaučuks
Sintētiskais kaučuks ir jebkurš mākslīgs elastomērs. Sintētiskās gumijas galvenokārt ir polimēri, kas sintezēti no naftas blakusproduktiem, un, tāpat kā citi polimēri, tiek izgatavoti no dažādiem naftas bāzes monomēriem. Visizplatītākais sintētiskais kaučuks ir stirola-butadiēna kaučuks (SBR), kas iegūts stirola un 1,3-butadiēna kopolimerizācijas rezultātā. Citas sintētiskās gumijas tiek gatavotas no izoprēna (2-metil-1,3-butadiēna), hloroprēna (2-hlor-1,3-butadiēna) un izobutilēna (metilpropēna) ar nelielu izoprēna daudzumu šķērssaistīšanai. Šos un citus monomērus var sajaukt dažādās proporcijās, lai tos kopolimerizētu, lai ražotu produktus ar dažādām fizikālām, mehāniskām un ķīmiskām īpašībām. Monomērus var ražot tīrā veidā, un piemaisījumu vai piedevu pievienošanu var kontrolēt pēc konstrukcijas, lai iegūtu optimālas īpašības. Tīru monomēru polimerizāciju var labāk kontrolēt, lai iegūtu vēlamo cis un trans dubulto saišu proporciju.
Sintētiskais kaučuks, tāpat kā dabiskais kaučuks, tiek plaši izmantots automobiļu rūpniecībā riepām, durvju un logu profiliem, šļūtenēm, jostām, paklājiem un grīdas segumiem.
dabiskais kaučuks
Dabiskais kaučuks ir pazīstams arī kā Indijas gumija vai caoutchouc. Dabisko kaučuku klasificē kā elastomēru un sastāv galvenokārt no organiskā savienojuma poli-cis-izoprēna un ūdens polimēriem. Tas satur piemaisījumu pēdas, piemēram, olbaltumvielas, netīrumus utt. Dabiskais kaučuks, kas iegūts kā latekss no gumijas koka Hevea Brasiliensis, parāda lieliskas mehāniskās īpašības. Tomēr, salīdzinot ar sintētisko kaučuku, dabiskajam kaučukam ir zemāki materiālu rādītāji, jo īpaši attiecībā uz tā termisko stabilitāti un saderību ar naftas produktiem. Dabiskajam kaučukam ir plašs pielietojums, vai nu atsevišķi, vai kopā ar citiem materiāliem. Galvenokārt to izmanto, pateicoties tā lielajai stiepšanās attiecībai, augstajai izturībai un ārkārtīgi augstajai ūdensnecaurlaidībai. Gumijas kušanas temperatūra ir aptuveni 180 ° C (356 ° F).
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegts pārskats par dažādiem gumijas veidiem:
| ISO | Tehniskais nosaukums | Vispārpieņemtais nosaukums |
|---|---|---|
| ACM | Poliakrilāta gumija | |
| AEM | Etilēna-akrilāta gumija | |
| Au | Poliestera uretāns | |
| BIIR | Bromizobutilēna izoprēns | Brombutils |
| BR | Polibutadiēns | Buna CB |
| CIIR | Hlora izobutilēna izoprēns | Hlorbutils, butils |
| CR | Polihloroprēns | Hloroprēns, neoprēns |
| CSM | Hlorsulfurēts polietilēns | Hipalons |
| ECO | Epihlorhidrīns | ECO, epihlorhidrīns, epihlors, epihloridrīns, herklors, hidrīns |
| EP | Etilēna propilēns | |
| EPDM | Etilēna propilēna diēna monomērs | EPDM, Nordel |
| ES | Poliētera uretāns | |
| FFKM | Perfluorogļūdeņraža gumija | Kalrez, Chemraz |
| FKM | fluorēti ogļūdeņraži | Vitons, Fluorels |
| FMQ | Fluora silikons | FMQ, silikona gumija |
| FPM | Fluorogļūdeņraža gumija | |
| HNBR | Hidrogenēts nitrila butadiēns | HNBR |
| IS | Poliizoprēns | (Sintētisks) Dabiskais kaučuks |
| IIR | Izobutilēna izoprēna butils | Butil |
| NBR | Akrilnitrila butadiēns | NBR, nitrils, Perbunan, Buna-N |
| PU | Poliuretāna | PU, poliuretāns |
| SBR | Stirola butadiēns | SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE |
| SEBS | stirola etilēnbutilēna stirola kopolimērs | SEBS gumija |
| Si | Polisiloksāns | silikona gumija |
| VMQ | Vinilmetil-silikons | silikona gumija |
| XNBR | Akrilnitrila butadiēna karboksimonomērs | XNBR, karboksilēts nitrils |
| XSBR | stirola butadiēna karboksimonomērs | |
| YBPO | Termoplastisks poliētera esteris | |
| YSBR | stirola butadiēna bloka kopolimērs | |
| YXSBR | stirola butadiēna karboksibloka kopolimērs |
SBR
Stirola-butadiēns vai stirola-butadiēna kaučuks (SBR) apraksta sintētiskās kaučukas, kas iegūtas no stirola un butadiēna. Pastiprināts stirola-butadiēns, kam raksturīga augsta nodilumizturība un labas pretnovecošanās īpašības. Stirola un butadiēna attiecība nosaka polimēra īpašības: ar augstu stirola saturu gumijas kļūst cietākas un mazāk gumijotas.
Nepastiprināta SBR ierobežojumus izraisa tā zemā izturība bez stiprinājuma, zema izturība, zema asaru izturība (īpaši augstās temperatūrās) un slikta saķere. Tāpēc, lai uzlabotu SBR īpašības, ir nepieciešami pastiprinoši līdzekļi un pildvielas. Piemēram, oglekļa melnās pildvielas tiek izmantotas stiprībai un izturībai pret nodilumu.
Stirēna
Stirols (C8H8) ir pazīstams ar dažādiem terminiem, piemēram, etenilbenzolu, vinilbenzolu, feniletēnu, feniletilēnu, cinnamenu, stirolu, diareksu HF 77, stirolēnu un stiropoli. Tas ir organisks savienojums ar ķīmisko formulu C6H5CH=CH2. Stirols ir polistirola un vairāku kopolimēru prekursors.
Tas ir benzola atvasinājums un parādās kā bezkrāsains eļļains šķidrums, kas viegli iztvaiko. Stirolam ir salda smarža, kas augstās koncentrācijās pārvēršas mazāk patīkamā smaržā.
Vinila grupas klātbūtnē stirols veido polimēru. Polimēri, kuru pamatā ir stirols, tiek komerciāli ražoti, lai iegūtu tādus produktus kā polistirols, ABS, stirola-butadiēna (SBR) gumija, stirola-butadiēna latekss, SIS (stirola-izoprēna-stirols), S-EB-S (stirola-etilēns/butilēnstirols), stirola-divinilbenzols (S-DVB), stirola-akrilnitrila sveķi (SAN) un nepiesātinātie poliesteri, ko izmanto sveķos un termoreaktīvos savienojumos. Šie materiāli ir svarīgi komponenti gumijas, plastmasas, izolācijas, stikla šķiedras, cauruļu, automašīnu un laivu detaļu, pārtikas konteineru un paklāju pamatnes ražošanai.
Gumijas lietojumi
Gumijai ir daudzas materiāla īpašības, piemēram, izturība, ilgstoša, ūdens izturība un karstumizturība. Šīs īpašības padara gumiju ļoti daudzpusīgu, lai to izmantotu daudzās nozarēs. Galvenais gumijas pielietojums ir automobiļu rūpniecībā, galvenokārt riepu ražošanai. Papildu īpašības, jo tā nav slidena, maiga, izturīga un izturīga, padara gumiju par ļoti bieži sastopamu kompozītmateriālu, ko izmanto apavu, grīdas segumu, medicīnas un veselības aprūpes preču, mājsaimniecības preču, rotaļlietu, sporta izstrādājumu un daudzu citu gumijas izstrādājumu ražošanā.
Nanopiedevas un pildvielas
Nano izmēra pildvielas un gumijas piedevas darbojas kā pastiprinoši un aizsargājoši līdzekļi, lai uzlabotu stiepes izturību, nodilumizturību, izturību pret plīsumiem, histerēzi un pasargātu no gumijas foto- un termiskās degradācijas.
Silīcija dioksīds
Silīcija dioksīds (SiO2, silīcija dioksīds) tiek izmantots daudzos veidos, piemēram, amorfā silīcija dioksīdā, piemēram, kūpināts silīcija dioksīds, silīcija dioksīda izgarojumi, nogulsnēts silīcija dioksīds, lai uzlabotu materiāla īpašības attiecībā uz dinamiskajām mehāniskajām īpašībām, termisko novecošanās izturību un morfoloģiju. Ar silīcija dioksīdu pildītiem savienojumiem ir attiecīgi pieaugoša viskozitāte un šķērssaišu blīvums, palielinoties pildvielas saturam. Cietība, modulis, stiepes izturība un nodiluma īpašības tika pakāpeniski uzlabotas, palielinot silīcija dioksīda pildvielas daudzumu.
melnais ogleklis
Melnais ogleklis ir parakristāliska oglekļa forma ar ķīmiski apstrādātiem skābekļa kompleksiem (piemēram, karboksilskābskābi, hinoniku, laktonisko, fenola grupām un citiem), kas piestiprināti pie tās virsmas. Šīs virsmas skābekļa grupas parasti tiek grupētas ar terminu “gaistošie kompleksi”. Šī gaistošā satura dēļ ogleklis ir nevadošs materiāls. Ar oglekļa-skābekļa kompleksiem funkcionalizētas oglekļa melnās daļiņas ir vieglāk izkliedēt.
Oglekļa melnā augstā virsmas laukuma un tilpuma attiecība padara to par parastu pastiprinošu pildvielu. Gandrīz visi gumijas izstrādājumi, kuriem būtiska ir stiepes izturība un nodilumizturība, izmanto oglekli. Nogulsnēts vai kūpināts silīcija dioksīds tiek izmantots kā oglekļa aizstājējs, kad nepieciešama gumijas atjaunošana, bet jāizvairās no melnās krāsas. Tomēr arī automobiļu riepu tirgus daļu iegūst pildvielas uz silīcija dioksīda bāzes, jo silīcija dioksīda pildvielu izmantošana rada mazākus rites zudumus salīdzinājumā ar ar oglekļa melnajām riepām.
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegts pārskats par ogļskābju veidiem, ko izmanto riepās
| Vārds | Saīsināti. | Astm | Daļiņu izmērs nm | Stiepes izturība MPa | Relatīvais laboratorijas nobrāzums | Relatīvais ceļa apģērba nodilums |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Super nodiluma krāsns | SAF | N110 | 20–25 | 25.2 | 1.35 | 1.25 |
| Starpposma SAF | ISAF | N220 | 24–33 | 23.1 | 1.25 | 1.15 |
| Augsta nodiluma krāsns | HAF | N330 | 28–36 | 22.4 | 1.00 | 1.00 |
| Viegli apstrādājams kanāls | EPC | N300 | 30–35 | 21.7 | 0.80 | 0.90 |
| Ātra ekstrudēšanas krāsns | FEF | N550 | 39–55 | 18.2 | 0.64 | 0.72 |
| Augsta moduļa krāsns | HMF | N660 | 49–73 | 16.1 | 0.56 | 0.66 |
| Daļēji pastiprinoša krāsns | VNF | N770 | 70–96 | 14.7 | 0.48 | 0.60 |
| Smalka termiskā | FT | N880 | 180–200 | 12.6 | 0.22 | – |
| Vidēja termiskā | MT | N990 | 250–350 | 9.8 | 0.18 | – |
Grafēna oksīds
Grafēna oksīds, kas izkliedēts SBR, nodrošina augstu stiepes izturību un asaru izturību, kā arī izcilu nodilumizturību un zemu rites pretestību, kas ir svarīgas materiālu īpašības riepu ražošanā. Grafēna oksīda-silīcija dioksīda pastiprināts SBR piedāvā konkurētspējīgu alternatīvu videi draudzīgu riepu ražošanai, kā arī augstas veiktspējas gumijas kompozītu ražošanai. Grafēnu un grafēna oksīdu var veiksmīgi, droši un viegli pīlingot ar ultraskaņu. Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par grafēna ultraskaņas ražošanu!