Ultradźwiękowe wytwarzanie wzmacnianej gumy

• Wzmacniane gumy wykazują większą wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie i odporność na ścieranie oraz lepszą odporność na starzenie.
• Wypełniacze, takie jak sadza (np. CNTs, MWNTs), grafen lub krzemionka, muszą być jednorodnie zdyspergowane w osnowie, aby zapewnić pożądane właściwości materiału.
• Ultradźwięki dużej mocy zapewniają doskonałą jakość rozmieszczenia monodyspersyjnych nanocząstek o silnych właściwościach wzmacniających.

Dyspersja ultradźwiękowa

Sonikacja jest szeroko stosowana do dyspergowania nanomateriałów, takich jak monodyspersyjne nanocząstki i nanorurki, ponieważ ultradźwięki znacznie usprawniają rozdzielanie i funkcjonalizację cząstek oraz rurek.
Urządzenia do dyspergowania ultradźwiękowego wytwarzają kawitację i duże siły ścinające, które rozbijają, deaglomerują, rozplątują i dyspergują nanocząstki oraz nanorurki. Intensywność sonikacji można precyzyjnie regulować i kontrolować, tak aby parametry obróbki ultradźwiękowej były idealnie dostosowane do stężenia, aglomeracji oraz orientacji i splątania nanomateriału. Dzięki temu nanomateriały można przetwarzać optymalnie, zgodnie z wymaganiami dotyczącymi danego materiału. Optymalne warunki dyspergowania, wynikające z indywidualnie dobranych parametrów procesu ultradźwiękowego, pozwalają uzyskać wysokiej jakości końcowy nanokompozyt gumowy o doskonałych właściwościach wzmacniających nanododatków i nanowypełniaczy.
Ze względu na doskonałą jakość dyspergowania za pomocą ultradźwięków i uzyskaną dzięki temu jednorodną dyspersję, bardzo mała zawartość wypełniacza wystarcza do osiągnięcia znakomitych właściwości materiału.

Guma wzmacniana sadzą za pomocą ultradźwięków

Sadza jest jednym z najważniejszych wypełniaczy gum, zwłaszcza stosowanych w oponach, nadającym materiałowi gumowemu odporność na ścieranie i wytrzymałość na rozciąganie. Cząstki sadzy wykazują silną tendencję do tworzenia agregatów, które trudno jednorodnie zdyspergować. Sadza jest powszechnie stosowana w farbach, emaliach, farbach drukarskich, barwnikach do nylonu i tworzyw sztucznych, mieszankach lateksowych, mieszankach woskowych, powłokach fotograficznych i innych produktach.
Dyspersja ultradźwiękowa umożliwia deaglomerację i równomierne mieszanie przy bardzo wysokiej monodyspersyjności cząstek.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o dyspersji ultradźwiękowej w kompozytach wzmacnianych!

Guma wzmacniana CNT / MWCNT za pomocą ultradźwięków

Homogenizatory ultradźwiękowe to wydajne systemy dyspergujące, które można precyzyjnie kontrolować i dostosowywać do wymagań procesu oraz materiału. Precyzyjna kontrola parametrów procesu ultradźwiękowego jest szczególnie ważna przy dyspergowaniu nanorurek, takich jak MWNTs lub SWNTs, ponieważ nanorurki trzeba rozplątać do postaci pojedynczych rurek bez ich uszkadzania (np. przecinania). Nieuszkodzone nanorurki mają wysoki stosunek długości do średnicy (do 132 000 000:1), dzięki czemu po wprowadzeniu do kompozytu nadają mu wyjątkową wytrzymałość i sztywność. Intensywna, precyzyjnie dostosowana sonikacja przezwycięża siły van der Waalsa oraz dysperguje i rozplątuje nanorurki, pozwalając uzyskać materiał gumowy o wysokich parametrach użytkowych, wyjątkowej wytrzymałości na rozciąganie i wyjątkowym module sprężystości.
Ponadto funkcjonalizacja ultradźwiękowa służy do modyfikacji nanorurek węglowych w celu uzyskania pożądanych właściwości przydatnych w różnorodnych zastosowaniach.

Guma wzmacniana nanokrzemionką za pomocą ultradźwięków

Dyspergatory ultradźwiękowe zapewniają wysoce jednorodne rozmieszczenie nanocząstek krzemionki (SiO₂) w roztworach polimerów kauczukowych. Nanocząstki krzemionki (SiO₂) muszą być jednorodnie rozmieszczone jako cząstki monodyspersyjne w spolimeryzowanym styrenie-butadienie i innych kauczukach. Monodyspersyjna nanokrzemionka SiO₂ działa jako środek wzmacniający, który znacznie poprawia ciągliwość, wytrzymałość, wydłużenie, właściwości przy zginaniu oraz odporność na starzenie. W przypadku nanocząstek obowiązuje zasada: im mniejszy rozmiar cząstek, tym większa ich powierzchnia właściwa. Przy większym stosunku powierzchni do objętości (S/V) uzyskuje się lepsze efekty strukturalne i wzmacniające, co zwiększa wytrzymałość na rozciąganie oraz twardość wyrobów gumowych.
Dyspersja ultradźwiękowa nanocząstek krzemionki umożliwia dokładną kontrolę parametrów procesu, pozwalając uzyskać kulistą morfologię, precyzyjnie dobrany rozmiar cząstek i bardzo wąski rozkład ich wielkości.
Krzemionka zdyspergowana ultradźwiękowo zapewnia najwyższe parametry użytkowe gumy wzmacnianej w ten sposób.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowym dyspergowaniu SiO₂!

Ultradźwiękowe dyspergowanie dodatków wzmacniających

Wykazano, że sonikacja umożliwia dyspergowanie wielu innych materiałów nanocząstkowych w celu poprawy modułu sprężystości, wytrzymałości na rozciąganie i właściwości zmęczeniowych kompozytów gumowych. Ponieważ rozmiar, kształt, powierzchnia i aktywność powierzchniowa cząstek wypełniaczy oraz dodatków wzmacniających mają kluczowe znaczenie dla ich działania, wydajne i niezawodne dyspergatory ultradźwiękowe stanowią jedną z najczęściej stosowanych metod wprowadzania cząstek o rozmiarach mikro- i nanometrycznych do wyrobów gumowych.
Typowe dodatki i wypełniacze, które za pomocą sonikacji wprowadza się do osnów gumowych jako równomiernie rozmieszczone lub monodyspersyjne cząstki, to węglan wapnia, glinka kaolinowa, krzemionka pirogeniczna, krzemionka strącana, tlenek grafitu, grafen, mika, talk, baryt, wollastonit, strącane krzemiany, krzemionka pirogeniczna i diatomit.
Gdy funkcjonalizowane kwasem oleinowym nanocząstki TiO₂ są dyspergowane ultradźwiękowo w kauczuku styrenowo-butadienowym, nawet bardzo mała ilość funkcjonalizowanego kwasem oleinowym SiO₂ znacznie poprawia moduł sprężystości, wytrzymałość na rozciąganie i właściwości zmęczeniowe oraz działa jako środek chroniący przed fotodegradacją i degradacją termiczną.

• Trójwodny tlenek glinu (Al₂O₃) dodaje się jako środek zmniejszający palność, w celu poprawy przewodności cieplnej oraz odporności na prądy pełzające i erozję.
• Wypełniacze z tlenku cynku (ZnO) zwiększają względną przenikalność elektryczną oraz przewodność cieplną.
• Dwutlenek tytanu (TiO₂) poprawia przewodność cieplną i elektryczną.
• Węglan wapnia (CaCO₃) jest stosowany jako dodatek ze względu na swoje właściwości mechaniczne, reologiczne i zmniejszające palność.
• Tytanian baru (BaTiO₃) zwiększa stabilność termiczną.
• Grafen i tlenek grafenu (GO) zapewniają doskonałe właściwości mechaniczne, elektryczne, cieplne i optyczne materiału.
• Nanorurki węglowe (CNTs) znacznie poprawiają właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość na rozciąganie, przewodność elektryczna i cieplna.
• Wielościenne nanorurki węglowe (MWNTs) poprawiają moduł Younga i granicę plastyczności. Na przykład już 1 wt.% MWNTs w żywicy epoksydowej powoduje wzrost modułu Younga i granicy plastyczności odpowiednio o 100% i 200% w porównaniu z czystą osnową.
• Jednościenne nanorurki węglowe (SWNTs) poprawiają właściwości mechaniczne i przewodność cieplną.
• Nanowłókna węglowe (CNF) zwiększają wytrzymałość, odporność na ciepło i trwałość.
• Nanocząstki metali, takich jak nikiel, żelazo, miedź, cynk, aluminium i srebro, dodaje się w celu poprawy przewodności elektrycznej i cieplnej.
• Organiczne nanomateriały, takie jak montmorylonit, poprawiają właściwości mechaniczne i zmniejszają palność.

Systemy do dyspersji ultradźwiękowej

Hielscher Ultrasonics oferuje szeroką gamę urządzeń ultradźwiękowych – od mniejszych systemów stołowych do badań wykonalności po przystosowane do intensywnej eksploatacji przemysłowe jednostki sonikatorów o mocy do 16kW na jednostkę. Moc, niezawodność, możliwość precyzyjnej kontroli oraz solidność sprawiają, że systemy dyspergowania ultradźwiękowego Hielscher są „koniem roboczym” na linii produkcyjnej formulacji zawierających mikro- i nanocząstki. Nasze sonikatory umożliwiają łatwe przetwarzanie dyspersji wodnych i rozpuszczalnikowych nawet o wysokiej lepkości (do 10 000cp) . Różnorodne sonotrody (rogi ultradźwiękowe), wzmacniacze (zwiększające lub zmniejszające amplitudę), geometrie komór przepływowych i inne akcesoria umożliwiają optymalne dostosowanie dyspergatora ultradźwiękowego do produktu i wymagań jego procesu.
Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher Ultrasonics mogą zapewniać bardzo wysokie amplitudy. Pracę ciągłą z amplitudami do 200µm w trybie 24/7 można uruchomić niezwłocznie. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe wykonywane na zamówienie. Solidność urządzeń ultradźwiękowych Hielscher umożliwia pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających warunkach. Dyspergatory ultradźwiękowe Hielscher są instalowane na całym świecie do komercyjnej produkcji na dużą skalę.