Bereiding van ultrasone Reinforced Rubber
- Versterkte rubbers vertonen een hogere treksterkte, rek, slijtvastheid en een betere verouderingsstabiliteit.
- Vulstoffen zoals roetzwart (bijv CNTs, MWNTs), grafeen of silica moet homogeen gedispergeerd in de matrix om de gewenste materiaaleigenschappen te verschaffen.
- Vermogen ultrasone technologie zorgt voor een betere verdeling kwaliteit van monodisperse nanodeeltjes met een zeer versterkende eigenschappen.
ultrasone Dispersion
Ultrasone trillingen is veel gebruikt voor het dispergeren van nanomaterialen zoals monodisperse nanodeeltjes en nanobuizen omdat ultrasoon scheiding en functionalisering van de deeltjes en pijpen sterk vergroot.
Ultrasone dispergeerapparatuur creëert cavitatie en hoge afschuifkrachten om nanodeeltjes en nanobuisjes te verstoren, deagglomereren, ontwarren en verspreiden. De intensiteit van ultrasoonapparaat kan nauwkeurig worden aangepast en geregeld, zodat de ultrasone verwerkingsparameters perfect worden aangepast, rekening houdend met de concentratie, agglomeratie en uitlijning / verstrengeling van het nanomateriaal. Daardoor kunnen nanomaterialen optimaal worden verwerkt met betrekking tot de vereisten van hun specifieke materiaal. Optimale dispersieomstandigheden door individueel aangepaste ultrasone procesparameters resulteren in een hoogwaardige rubberen nanocomposiet met superieure versterkende eigenschappen van de nano-additieven en -fillers.
Vanwege de superieure dispersiekwaliteit van ultrasoon en de daarbij bereikte gelijkmatige dispersie een zeer lage vulstofbelading voldoende uitstekende materiaaleigenschappen te verkrijgen.
Industriële ultrasone systeem
Ultrasoon Carbon Black-Reinforced Rubber
Roet is een van de belangrijkste vulstof in rubber, in het bijzonder voor banden, met het rubbermateriaal slijtweerstand en treksterkte. Roet deeltjes zijn sterk gevoelig voor aggregaten die moeilijk homogeen te verspreiden zijn vormen. Roet wordt gewoonlijk gebruikt in verven, lakken, drukinkten, nylon en kunststof kleurstoffen, latexmengsels, wasmengsels, foto coatings, enzovoort.
Ultrasone dispersie mogelijk maakt deagglomereren en uniform mengen met een zeer hoge monodispersiteit van de deeltjes.
Klik hier voor meer informatie over ultrasone dispersie te leren voor composieten!
Ultrasoon CNT- / MWCNT rubbersoort
Ultrasone homogenisatoren zijn krachtige dispergerende systemen die nauwkeurig kan worden geregeld en ingesteld op het proces en de materiaaleisen. De nauwkeurige regeling van de ultrasone procesparameters is vooral belangrijk voor het dispergeren van nanobuizen zoals MWNTs of SWNT omdat de nanobuizen in afzonderlijke pijpen moet worden uitgekamd zonder beschadiging (bijvoorbeeld splitsing). Onbeschadigde nanobuizen hebben een hoge aspectverhouding (tot 132.000.000: 1) zodat ze geven uitzonderlijke sterkte en stijfheid wanneer geformuleerd in een composiet. Krachtige juist afgesteld sonicatie overwint de Van der Waals krachten en verspreidt en ontwart de nanobuizen resulteert in een hoogwaardig rubbermateriaal met een uitzonderlijke treksterkte en elasticiteitsmodulus.
Voorts ultrasone functionalisering wordt gebruikt om koolstof nanobuisjes om gewenste eigenschappen die kunnen worden gebruikt in allerlei toepassingen bereiken passen.
Ultrasoontoestellen voor de continue dispersie van nanomaterialen, roet of actieve kool.
Ultrasoon Nano-silica versterkte rubberen
Ultrasone verspreiders levert een zeer gelijkmatige deeltjesverdeling siliciumdioxide (SiO2) Nanodeeltjes in rubber polymeeroplossingen. Silica (SiO2) Nanodeeltjes moet homogeen verdeeld zijn als mono-gedispergeerde deeltjes in gepolymeriseerde styreen-butadieen en andere rubbers. Mono-gedispergeerde nano-SiO2 werkt als versterkend middel, dat de taaiheid, sterkte, rek, rek, buiging en anti-aging prestaties aanzienlijk verbetert. Voor nanodeeltjes geldt: Hoe kleiner de deeltjesgrootte, hoe groter het specifieke oppervlak van de deeltjes. Met een hogere oppervlakte/volumeverhouding (S/V) worden betere structurele en versterkende effecten verkregen, wat de treksterkte en hardheid van rubberproducten verhoogt.
Ultrasone dispersie van silica nanodeeltjes mogelijk maakt om de procesparameters nauwkeurig te regelen zodat een sferische morfologie juist afgesteld deeltjesgrootte en smalle grootteverdeling verkregen.
Ultrasoon gedispergeerd siliciumdioxide resulteert in de hoogste materiaalprestatie van daardoor versterkt rubber.
Klik hier voor meer informatie over de ultrasone dispergeren van SiO leren2!
Ultrasoon Spreiding van versterkingstoevoegsels
Sonicatie is bewezen te dispergeren nanogeparticuleerde vele andere materialen om modulus, treksterkte en vermoeiingseigenschappen van rubbercomposieten verbeteren. Sinds deeltjesgrootte, vorm, oppervlaktegebied en oppervlakteactiviteit vulstoffen en versterkende additieven zijn essentieel voor hun prestaties, krachtige en betrouwbare ultrasone verspreiders zijn een van de meest gebruikte methoden voor micro- en nanodeeltjes te formuleren in rubberproducten.
Typische additieven en vulstoffen, die door middel van sonificatie als gelijkmatig verdeelde of monodispergeerde deeltjes in rubbermatrices worden opgenomen, zijn calciumcarbonaat, kaolienklei, pyrogeen kiezelzuur, neergeslagen kiezelzuur, grafietoxide, grafeen, glimmer, talk, bariet, wollastoniet, neergeslagen kiezelzuur, pyrogeen kiezelzuur en kiezelgoersteen.
Wanneer oliezuur gefunctionaliseerde TiO2 nanodeeltjes ultrasoon gedispergeerd in styreen-butadieenrubber, zelfs een zeer kleine hoeveelheid van het oliezuur-SiO2 resulteert in aanzienlijk verbeterde modulus, treksterkte en vermoeiingseigenschappen en fungeert als beschermingsmiddel tegen foto en thermische afbraak.
- Aluminatrihydraat (Al2de3) Wordt toegevoegd als vlamvertrager, thermische geleidbaarheid en voor het volgen en erosiebestendigheid verbeteren.
- Zinkoxide (ZnO) vulstoffen verhogen de relatieve permittiviteit en de thermische geleidbaarheid.
- Titaniumdioxide (TiOz2) Verbetert de thermische en elektrische geleidbaarheid.
- Calciumcarbonaat (CaCO3) Wordt gebruikt als additief vanwege zijn mechanische, reologische en vlamvertragende eigenschappen.
- Bariumtitanaat (BaTiO3) Verhoogt de thermische stabiliteit.
- Grafeen en grafeen oxide (GO) geeft uitstekende mechanische, elektrische, thermische en optische materiaaleigenschappen.
- koolstof nanobuisjes (CNTs) verbeteren de mechanische eigenschappen zoals treksterkte, elektrische en thermische geleidbaarheid significant.
- Meerwandige koolstofnanobuizen (MWNTs) verbeteren Young`s modulus en vloeigrens. Bijvoorbeeld slechts 1 gew.% Van MWNTs in een epoxy leiden tot een verhoogde modulus Young`s respectievelijk vloeisterkte, 100% en 200%, vergeleken met de zuivere matrix.
- Enkelwandige koolstofnanobuizen (SWNT) verbeteren de mechanische eigenschappen en thermische geleidbaarheid.
- Koolstofnanofibers (CNF) voegen sterkte, hittebestendigheid en duurzaamheid toe.
- Metallische nanodeeltjes zoals nikkel, ijzer, koper, zink, aluminium en zilver worden toegevoegd om elektrische en thermische geleidbaarheid te verbeteren.
- Organische nanomaterialen zoals montmorilloniet verbetering van de mechanische en vlamvertragende eigenschappen.
Ultrasone dispersiesystemen
Hielscher Ultrasonics biedt een breed assortiment van ultrasone apparatuur – uit kleinere bench-top systemen voor de uitvoeringstoets tot heavy-duty industriële ultrasonicator units met maximaal 16 kW per eenheid. Power, betrouwbaarheid, nauwkeurige regelbaarheid evenals hun robuustheid maken Hielscher's ultrasone dispergeren systemen van de “werkpaard” in de productielijn van micron- en nano-deeltjesvormige formuleringen. Onze ultrasonicators zijn in staat om in water en op solventen gebaseerde dispersies up te verwerken hoge viscositeit (tot 10,000cp) gemakkelijk. Diverse sonotrodes (ultrasone hoorns), boosters (intensifier / decreaser) stroomcel geometrieën en andere accessoires zorgen voor de optimale aanpassing van de ultrasone dispergeerinrichting vermengd tot het product en de procesvereisten.
Hielscher Ultrasonics’ industriële ultrasone processors kunnen leveren zeer hoge amplitudes. Amplituden tot 200µm kunnen continu worden uitgevoerd in een 24-uurs werking, en wel onmiddellijk en zonder vertraging. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes beschikbaar. De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt het mogelijk om 24/7 werken bij zwaar werk en in veeleisende omgevingen. Hielscher`s ultrasone verspreidingen worden wereldwijd geïnstalleerd voor grootschalige commerciële productie.
Aangepaste ultrasone setup voor nano-dispersies
| batch Volume | Stroomsnelheid | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10 l / min | UIP4000 |
| na | 10 tot 100 l / min | UIP16000 |
| na | grotere | cluster van UIP16000 |
Literatuur / Referenties
- 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.
Feiten die de moeite waard zijn om te weten
Synthetisch rubber
Een synthetische rubber is elke kunstmatige elastomeer. Synthetische rubbers zijn hoofdzakelijk polymeren gesynthetiseerd uit aardoliebijproducten en worden, net als andere polymeren, gemaakt van verschillende op aardolie gebaseerde monomeren. Het meest voorkomende synthetische rubber is styreen-butadieenrubber (SBR) afgeleid van de copolymerisatie van styreen en 1,3-butadieen. Andere synthetische rubbers worden bereid uit isopreen (2-methyl-1,3-butadieen), chloropreen (2-chloor-1,3-butadieen) en isobutyleen (methylpropeen) met een klein percentage isopreen voor verknoping. Deze en andere monomeren kunnen in verschillende verhoudingen worden gemengd om te worden gecopolymeriseerd om producten te produceren met een reeks fysische, mechanische en chemische eigenschappen. De monomeren kunnen puur worden geproduceerd en de toevoeging van onzuiverheden of additieven kan door het ontwerp worden geregeld om optimale eigenschappen te geven. Polymerisatie van zuivere monomeren kan beter worden geregeld om een gewenst aandeel van cis- en trans-dubbele bindingen te geven.
Synthetisch rubber, zoals natuurrubber, wordt veel gebruikt in de automobielindustrie voor banden, deuren raamprofielen, slangen, riemen, matten en vloeren.
Natuurlijk rubber
Natuurlijk rubber is ook bekend als India rubber of caoutchouc. Natuurrubber is geclassificeerd als elastomeer en bestaat voornamelijk uit polymeren van de organische verbinding poly-cis-isopreen en water. Het bevat sporen van onzuiverheden zoals eiwitten, vuil etc. Natuurlijk rubber, die is afgeleid latex van de rubberboom Braziliaanse rubberboom, Vertoont uitstekende mechanische eigenschappen. Echter vergeleken met synthetische rubbers, natuurlijke rubber heeft een lagere materiaalprestaties vooral wat betreft de thermische stabiliteit en de compatibiliteit met aardolieproducten. Natuurlijk rubber een breed scala aan toepassingen, alleen of in combinatie met andere materialen. Meestal wordt gebruikt vanwege zijn grote verstrekverhouding, hoge veerkracht, en de extreem hoge waterdichtheid. Het smeltpunt van rubber bij ongeveer 180 ° C (356 ° F).
De onderstaande tabel geeft een overzicht over de verschillende soorten rubber:
| ISO | technische naam | Gemeenschappelijke naam |
|---|---|---|
| ACM | polyacrylaatrubber | |
| AEM | Ethyleen-acrylaat rubber | |
| TO | polyesterurethaan | |
| JOIN | Bromo isobutyleen isopreen | bromobutyl |
| BR | polybutadieen | Buna CB |
| Ir | Chloor isobutyleen isopreen | Chloorbutyl, Butyl |
| CR | polychloropreen | Chloropreen, neopreen |
| CSM | gechloorsulfoneerd polyethyleen | Hypalon |
| ECO | epichloorhydrine | ECO, Epichloorhydrine, Epichlore, Epichloridrine, Herclor, Hydrin |
| EP | ethyleen Propyleen | |
| EPDM | Etheenpropeendieenmonomeer | EPDM, Nordel |
| US | polyetherurethaan | |
| FFKMM | perfluorkoolstof Rubber | Kalrez, Chemraz, Chemraz |
| FKM | gefluoreerde koolwaterstoffen | Viton, Fluorel |
| FMQ | fluor Silicone | FMQ, Siliconenrubber |
| FPM | Fluorrubber | |
| HNBR | Gehydrogeneerde Nitril-butadieen | HNBR |
| EN | polyisopreen | (Synthetische) Natuurlijk Rubber |
| IIR | Isobutyleen isopreen Butyl | Butyl |
| NBR | acrylonitril butadieen | NBR, nitril, Perbunan, Buna-N |
| PU | polyurethaan | PU, Polyurethaan |
| SBR | styreen-butadieen | SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE en Buna SE. |
| SEBS | Styreen ethyleen butyleen styreencopolymeer | SEBS Rubber |
| EN | polysiloxaan | Siliconenrubber |
| VMQ | Vinyl Methyl Silicone | Siliconenrubber |
| XNBR | Acrylonitril butadieen Carboxy Monomeer | XNBR, gecarboxyleerde nitril |
| XSBR | Styreen-butadieen Carboxy Monomeer | |
| YBPO | Thermoplastische polyetherester | |
| YSBR | Styreen butadieenblokcopolymeer | |
| YXSBR | Styreen-butadieen Carboxy blokcopolymeermengsel |
SBR
Styreen-butadieen of styreen-butadieenrubber (SBR) beschrijft synthetische rubbers, die zijn afgeleid van styreen en butadieen. Versterkte styreen-butadieen gekenmerkt door een hoge slijtvastheid en een goede anti-verouderingseigenschappen. De verhouding tussen styreen en butadieen bepaalt de polymeereigenschappen: met een hoog styreengehalte, de rubbers wordt harder en minder rubberachtig.
De beperkingen ongewapende SBR worden veroorzaakt door zijn lage sterkte zonder wapening, lage weerstand, lage scheursterkte (met name bij hoge temperaturen) en slechte tack. Daarom worden versterkingsmiddelen en vulmiddelen moeten SBR eigenschappen te verbeteren. Zo worden roet vulstoffen gebruikt om sterkte en slijtvastheid zwaar.
styreen
Styreen (C8H8) Is gekend onder verschillende termen als ethenylbenzeen, vinylbenzeen, phenylethene, fenylethyleen, cinnamene, styrol, Diarex HF 77, styrolene, styropol-. Het is een organische verbinding met brutoformule C6H5CH = CH2. Styreen is de voorloper van polystyreen en verscheidene copolymeren.
Het is een benzeenderivaat en verschijnt als een kleurloze olieachtige vloeistof, die gemakkelijk verdampt. Styreen heeft een zoete geur, die overgaat in hoge concentraties in een minder aangename geur.
In aanwezigheid van een vinylgroep, styreen vormt een polymeer. Op styreen gebaseerde polymeren worden commercieel geproduceerd om producten zoals polystyreen, ABS, styreen-butadieen (SBR), styreen-butadieen-latex te verkrijgen, SIS (styreen-isopreen-styreen), S-EB-S (styreen-ethyleen / butyleen- styreen), styreen-divinylbenzeen (DVB-S), styreen-acrylonitril hars (SAN) en onverzadigde polyesters die gebruikt worden in thermohardende harsen en verbindingen. Deze materialen zijn belangrijke componenten voor de productie van rubber, plastic, isolatie, glasvezel, buizen, auto- en bootonderdelen, voedselcontainers en tapijtrug.
rubber Toepassingen
Rubber heeft veel materiële kenmerken, zoals sterkte, duurzaam, water- en hittebestendigheid. Die eigenschappen maken rubber zeer veelzijdig, zodat het wordt gebruikt in een groot aantal industrieën. Het voornaamste gebruik van rubber in de automobielindustrie, voornamelijk voor de productie van banden. Verdere kenmerken als zijn niet glad, zachtheid, duurzaamheid en veerkracht maken rubber een drukbezochte samengestelde gebruikt voor de productie van schoenen, vloeren, medische en gezondheidszorg, huishoudelijke producten, speelgoed, sportartikelen en vele andere producten van rubber.
Nano-additieven en vulstoffen
Nanogrootte vulstoffen en toevoegsels in rubbers fungeren als versterkende en beschermende middelen treksterkte, slijtvastheid, scheurvastheid, hysteresis verbeteren en te behouden tegen foto- en thermische afbraak van de rubber.
silica
Kiezelzuur (SiO2, Siliciumdioxide) wordt gebruikt in vele vormen zoals amorf siliciumdioxide, b.v. pyrogeen silica, silica fume, neergeslagen siliciumdioxide tot materiaaleigenschappen met betrekking tot dynamische mechanische eigenschappen, weerstand tegen thermische veroudering en morfologie verbeteren. Met silica gevulde verbindingen vertonen een toenemende viscositeit en verknopingsdichtheid respectievelijk een toenemend vulstofgehalte. Hardheid, modulus, treksterkte en slijtage karakteristieken werden geleidelijk verbeterd door het silica-vulstof hoeveelheid.
Carbon zwart
Roet een vorm van parakristallijne kool met chemisch gesorbeerde zuurstof complexen (zoals carbonzuren, chinonisch, lactonische, fenolgroepen en anderen) bevestigd aan het oppervlak. Deze oppervlakte-zuurstofgroepen worden gewoonlijk aangeduid met de verzamelnaam “vluchtige complexen”. Hierdoor vluchtige gehalte roet een niet-geleidend materiaal. Met koolstof-zuurstof complexen gefunctionaliseerde roet deeltjes zijn gemakkelijker te verspreiden.
Het hoge oppervlaktegebied tot volume verhouding van roet laat een gemeenschappelijke versterkende vulstof. Bijna alle rubberproducten, waarvoor treksterkte en slijtvastheid essentieel Gebruik roet. Geprecipiteerd of pyrogeen kiezelzuur wordt gebruikt ter vervanging van roet bij Versterken van rubber is vereist, maar de zwarte kleur moet worden vermeden. Echter, op basis van silica vullers wint marktaandeel in autobanden, ook, omdat het gebruik van silica vulstoffen resulteert in een lagere rollende verlies in vergelijking met roet gevulde banden.
De onderstaande tabel geeft een overzicht van roet soorten gebruikt in banden
| Naam | Afkorting. | ASTM | Deeltjesgrootte nm | Treksterkte MPa | Relatieve laboratorium slijtage | Relatieve roadwear schuren |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Super Slijtage Oven met Super Slijtvastheid | SAF | N110 | 20-25 | 25.2 | 1.35 | 1.25 |
| Tussentijdse SAF | ISAF | N220 | 24-33 | 23.1 | 1.25 | 1.15 |
| Hoge Schuringsoven met hoge abrasiegraad | ZOMER | N330 | 28-36 | 22.4 | 1.00 | 1.00 |
| Gemakkelijk Processing Channel | EPC | N300 | 30-35 | 21.7 | 0.80 | 0.90 |
| Fast Uitdrijvende Furnace | FEF | N550 | 39-55 | 18.2 | 0.64 | 0.72 |
| Hoge Modulus Oven met hoge modulus | HMF | N660 | 49-73 | 16.1 | 0.56 | 0.66 |
| Semi-Versterking Furnace | SRF | N770 | 70-96 | 14.7 | 00,48 | 0.60 |
| Fijn thermisch | FT | N880 | 180-200 | 12.6 | 0.22 | – |
| medium Thermal | MT | N990 | 250-350 | 9.8 | 0.18 | – |
Grafeenoxide
Grafeen oxide gedispergeerd in SBR leidt tot hoge treksterkte en scheursterkte en in uitstekende slijtweerstand en lage rolweerstand, die belangrijke materiaaleigenschappen voor de bandenbouwindustrie zijn. Grafeen oxide-silica versterkte SBR biedt een concurrerend alternatief voor een milieuvriendelijke productie band, alsmede voor de productie van high performance rubber composieten. Grafeen en grafeen oxide met succes kan zijn, betrouwbaar en gemakkelijk geëxpandeerd onder behandeling met ultrageluid. Klik hier voor meer informatie over de ultrasone fabricage van grafeen te leren!