Hielscher Ultrasonics
Teremos o maior prazer em discutir seu processo.
Ligue para nós: +49 3328 437-420
Envie-nos um e-mail: info@hielscher.com

Preparação ultrassônica de borracha reforçada

  • As borrachas reforçadas apresentam maior resistência à tração, alongamento, resistência à abrasão e melhor estabilidade ao envelhecimento.
  • Cargas como negro de fumo (por exemplo, CNTs, MWNTs), grafeno ou sílica devem ser homogeneamente dispersas na matriz para fornecer as propriedades desejadas do material.
  • O ultrassom de potência oferece qualidade de distribuição superior de nanopartículas monodispersas com propriedades altamente reforçadoras.

Dispersão ultrassônica

Dispersão ultrassônicaA ultrassonografia é amplamente empregada para dispersar nanomateriais, como nanopartículas monodispersas e nanotubos, uma vez que o ultrassom melhora muito a separação e a funcionalização das partículas e tubos.
O equipamento de dispersão ultrassônica cria cavitação e altas forças de cisalhamento para interromper, desaglomerar, desembaraçar e dispersar nanopartículas e nanotubos. A intensidade da sonicação pode ser ajustada e controlada com precisão para que os parâmetros de processamento ultrassônico sejam adaptados perfeitamente, levando em consideração a concentração, aglomeração e alinhamento/emaranhamento do nanomaterial. Assim, os nanomateriais podem ser processados de forma otimizada em relação aos requisitos específicos de seus materiais. As condições ideais de dispersão devido aos parâmetros de processo ultrassônicos ajustados individualmente resultam em um nanocompósito de borracha final de alta qualidade com características de reforço superiores dos nanoaditivos e cargas.
Devido à qualidade superior da dispersão do ultrassom e à dispersão uniforme alcançada, uma carga de enchimento muito baixa é suficiente para obter excelentes características do material.

Pedido de Informação







UIP16000 - Dispersor ultrassônico industrial de 16kW (Clique para ampliar!)

sistema ultrassônico industrial

Borracha reforçada com preto de fumo por ultrassom

O negro de fumo é um dos enchimentos mais importantes em borrachas, especialmente para pneus, para dar ao material de borracha resistência à abrasão e resistência à tração. As partículas de negro de fumo são fortemente propensas a formar agregados difíceis de dispersar de forma homogênea. O negro de fumo é comumente usado em tintas, esmaltes, tintas de impressão, corantes de nylon e plástico, misturas de látex, misturas de cera, revestimentos fotográficos e muito mais.
A dispersão ultrassônica permite desaglomerar e misturar-se uniformemente com uma monodispersidade muito alta das partículas.
Clique aqui para saber mais sobre dispersão ultrassônica para compósitos reforçados!

Borracha reforçada por ultrassom CNT / MWCNT

Os homogeneizadores ultrassônicos são poderosos sistemas de dispersão que podem ser controlados e ajustados com precisão aos requisitos do processo e do material. O controle preciso dos parâmetros do processo ultrassônico é especialmente importante para a dispersão de nanotubos, como MWNTs ou SWNTs, uma vez que os nanotubos devem ser desembaraçados em tubos únicos sem serem danificados (por exemplo, cisão). Os nanotubos não danificados oferecem uma alta proporção (até 132.000.000:1) para que ofereçam resistência e rigidez excepcionais quando formulados em um compósito. A sonicação poderosa e ajustada com precisão supera as forças de Van der Waals e dispersa e desembaraça os nanotubos, resultando em um material de borracha de alto desempenho com excepcional resistência à tração e módulo de elasticidade.
Além disso Funcionalização ultrassônica é usado para modificar nanotubos de carbono a fim de obter as propriedades desejadas que podem ser usadas em múltiplas aplicações.

O carvão vegetal é usado em produtos cosméticos e farmacêuticos. A dispersão ultrassônica é um método altamente eficaz para dispersar o carvão ativado em suspensões.

Ultrassônicos para a dispersão contínua de nanomateriais, negro de fumo ou carvão ativado.

Borracha reforçada com nano-sílica por ultrassom

Nano-sílica dispersa por ultrassom (Clique para ampliar!)Os dispersores ultrassônicos fornecem uma distribuição de partículas altamente uniforme de sílica (SiO2) nanopartículas em soluções de polímeros de borracha. Sílica (SiO2) as nanopartículas devem ser distribuídas de forma homogênea como partículas monodispersas em estireno-butadieno polimerizado e outras borrachas. Nano-SiO monodisperso2 atua como agentes de reforço, que melhora significativamente a tenacidade, resistência, alongamento, flexão e desempenho antienvelhecimento. Para nanopartículas aplica-se: Quanto menor o tamanho da partícula, maior é a área de superfície específica das partículas. Com uma maior relação área superficial/volume (S/V), obtêm-se melhores efeitos estruturais e de reforço, o que aumenta a resistência à tração e a dureza dos produtos de borracha.
A dispersão ultrassônica de nanopartículas de sílica permite controlar os parâmetros do processo exatamente para que uma morfologia esférica, tamanho de partícula ajustado com precisão e distribuição de tamanho muito estreita sejam obtidas.
A sílica dispersa por ultrassom resulta no mais alto desempenho do material da borracha reforçada.
Clique aqui para saber mais sobre a dispersão ultrassônica de SiO2!

Dispersão Ultrassônica de Aditivos de Reforço

O ultrassônico UP200S para modificação de partículas e redução de tamanho (clique para ampliar!)Foi comprovado que a sonicação dispersa muitos outros materiais nanoparticulados para melhorar o módulo, a resistência à tração e as propriedades de fadiga dos compósitos de borracha. Como o tamanho das partículas, a forma, a área de superfície e a atividade de superfície dos enchimentos e aditivos de reforço são cruciais para seu desempenho, os dispersores ultrassônicos poderosos e confiáveis são um dos métodos mais usados para formular partículas de tamanho micro e nanométrico em produtos de borracha.
Aditivos e cargas típicos, que são incorporados por sonicação como partículas uniformemente distribuídas ou monodispersas em matrizes de borracha, são carbonato de cálcio, argila de caulim, sílica pirogênica, sílica precipitada, óxido de grafite, grafeno, mica, talco, barita, wollastonita, silicatos precipitados, sílica pirogênica e diatomita.
Quando TiO funcionalizado com ácido oleico2 nanopartículas são dispersas por ultrassom em borracha de estireno-butadieno, mesmo uma quantidade muito pequena do oleico-SiO2 resulta em propriedades significativamente melhoradas de módulo, resistência à tração e fadiga e funciona como agente protetor contra fotodegradação e termodegradação.

Dispersão ultrassônica de nanotubos de carbono: O ultrassônico Hielscher UP400S (400W) dispersa e desembaraça CNTs de forma rápida e eficiente em nanotubos únicos.

Dispersão de Nanotubos de Carbono em Água usando o UP400S

Miniatura do vídeo

  • Trihidrato de alumina (Al2O3) é adicionado como retardador de chama, para melhorar a condutividade térmica e para resistência ao rastreamento e à erosão.
  • Os enchimentos de óxido de zinco (ZnO) aumentam a permissividade relativa, bem como a condutividade térmica.
  • Dióxido de titânio (TiO2) melhora a condutividade térmica e elétrica.
  • Carbonato de cálcio (CaCO3) é usado como aditivo devido às suas propriedades mecânicas, reológicas e retardadoras de chama.
  • Titanato de bário (BaTiO3) aumenta a estabilidade térmica.
  • grafeno e óxido de grafeno (GO) fornecem características mecânicas, elétricas, térmicas e ópticas superiores ao material.
  • Nanotubos de carbono (CNTs) melhoram significativamente as propriedades mecânicas, como resistência à tração, condutividade elétrica e térmica.
  • Os nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWNTs) melhoram o módulo de Young e a resistência ao escoamento. Por exemplo, apenas 1% em peso de MWNTs em um epóxi resulta em um aumento do módulo de Young e da resistência ao escoamento, respectivamente, 100% e 200%, em comparação com a matriz pura.
  • Nanotubos de carbono de parede única (SWNTs) melhoram as propriedades mecânicas e a condutividade térmica.
  • As nanofibras de carbono (CNF) adicionam resistência, resistência ao calor e durabilidade.
  • Nanopartículas metálicas como níquel, ferro, cobre, zinco, alumínio e Prata são adicionados para melhorar a condutividade elétrica e térmica.
  • Nanomateriais orgânicos, tais como Montmorilonita melhorar as propriedades mecânicas e retardadoras de chama.

Sistemas de dispersão ultrassônica

A Hielscher Ultrasonics oferece uma ampla gama de produtos de equipamentos ultrassônicos – desde sistemas de bancada menores para teste de viabilidade até serviços pesados Unidades de ultrassom industrial com até 16kW por unidade. Potência, confiabilidade, controlabilidade precisa, bem como sua robustez, tornam os sistemas de dispersão ultrassônica da Hielscher o “cavalo de trabalho” na linha de produção de formulações micrométricas e nanoparticuladas. Nossos ultrasonicadores são capazes de processar dispersões aquosas e à base de solvente até Altas viscosidades (até 10.000 cp) facilmente. Vários sonotrodos (buzinas ultrassônicas), boosters (intensificador/diminuidor), geometrias de células de fluxo e outros acessórios permitem a adaptação ideal do dispersor ultrassônico ao produto e seus requisitos de processo.
Hielscher Ultrasonics’ os processadores ultrassônicos industriais podem entregar muito Altas amplitudes. Amplitudes de até 200 μm podem ser executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana. Para amplitudes ainda maiores, estão disponíveis sonotrodos ultrassônicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassônico da Hielscher permite 24/7 operação em Pesados e em ambientes exigentes. Os dispersores ultrassônicos da Hielscher são instalados em todo o mundo para produção comercial em larga escala.

Desenvolvemos soluções personalizadas para um processo ultrassônico ideal!

Configuração ultrassônica personalizada para nanodispersões

Dispersão ultrassônica de sílica pirogênica: O homogeneizador ultrassônico Hielscher UP400S dispersa o pó de sílica de forma rápida e eficiente em nanopartículas únicas.

Dispersão de sílica pirogênica em água usando o UP400S

Miniatura do vídeo

A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos:

Volume do lote Vazão Dispositivos recomendados
10 a 2000mL 20 a 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 0.2 a 4L/min UIP2000hdT
10 a 100L 2 a 10L/min UIP4000
n.a. 10 a 100L/min UIP16000
n.a. maior cluster de UIP16000

Entre em contato conosco! / Pergunte-nos!

Por favor, use o formulário abaixo, se desejar solicitar informações adicionais sobre homogeneização ultrassônica. Teremos o maior prazer em oferecer a você um sistema ultrassônico que atenda às suas necessidades.









Por favor, note nosso política de privacidade.




Ultrasonicator UP200St (200W) dispersando negro de fumo em água usando 1% em peso de Tween80 como surfactante.

Dispersão ultrassônica de negro de fumo usando o ultrassônico UP200St

Miniatura do vídeo



Literatura / Referências

Fatos, vale a pena conhecer

em borracha sintética

Uma borracha sintética é qualquer elastômero artificial. As borrachas sintéticas são principalmente polímeros sintetizados a partir de subprodutos do petróleo e são feitas, como outros polímeros, de vários monômeros à base de petróleo. A borracha sintética mais prevalente é a borracha de estireno-butadieno (SBR) derivada da copolimerização de estireno e 1,3-butadieno. Outras borrachas sintéticas são preparadas a partir de isopreno (2-metil-1,3-butadieno), cloropreno (2-cloro-1,3-butadieno) e isobutileno (metilpropeno) com uma pequena porcentagem de isopreno para reticulação. Esses e outros monômeros podem ser misturados em várias proporções para serem copolimerizados para produzir produtos com uma variedade de propriedades físicas, mecânicas e químicas. Os monômeros podem ser produzidos puros e a adição de impurezas ou aditivos pode ser controlada por design para fornecer propriedades ideais. A polimerização de monômeros puros pode ser melhor controlada para fornecer uma proporção desejada de ligações duplas cis e trans.
A borracha sintética, como a borracha natural, é amplamente utilizada na indústria automotiva para pneus, perfis de portas e janelas, mangueiras, correias, esteiras e pisos.

borracha natural

A borracha natural também é conhecida como borracha da Índia ou borracha. A borracha natural é classificada como elastômero e consiste principalmente em polímeros do composto orgânico poli-cis-isopreno e água. Ele contém vestígios de impurezas como proteínas, sujeira, etc. Borracha natural, que é derivada como látex da seringueira Hevea Brasiliensis, apresenta excelentes propriedades mecânicas. No entanto, em comparação com as borrachas sintéticas, a borracha natural tem um desempenho inferior do material, especialmente no que diz respeito à sua estabilidade térmica e à sua compatibilidade com produtos petrolíferos. A borracha natural tem uma ampla gama de aplicações, sozinha ou em combinação com outros materiais. Principalmente, é usado devido à sua grande taxa de estiramento, alta resiliência e sua estanqueidade extremamente alta. O ponto de fusão da borracha é de aproximadamente 180 ° C (356 ° F).

A tabela abaixo fornece uma visão geral sobre os vários tipos de borracha:

ISO Nome técnico Nome comum
ACM Borracha de poliacrilato
AEM Borracha de etileno-acrilato
Unidade astronômica Poliéster Uretano
BIIR Bromo Isobutileno Isopreno Bromobutilo
BR Polibutadieno Buna CB
CIIR Cloro Isobutileno Isopreno Clorobutilo Butílico
CR Policloropreno Cloropreno, Neoprene
CSM Polietileno clorossulfonado Hypalon
ECO Epicloridrina ECO, Epicloridrina, Epicloro, Epicloridra, Herclor, Hidrina
EP Etileno Propileno
em EPDM Monômero de etileno propileno dieno EPDM, Nordel
UE Poliéter Uretano
FFKM Borracha de perfluorocarbono Kalrez (Chemraz)
FKM Hidrocarboneto fluorado Viton, Fluorel
FMQ Silicone Fluorado FMQ, Borracha de silicone
FPM Borracha de fluorocarbono
HNBR Nitrilo butadieno hidrogenado HNBR
RI Poliisopreno (Sintético) Borracha natural
IIR Isobutileno Isopreno Butilo butil
NBR Acrilonitrilo Butadieno NBR, Nitrilo, Perbunan, Buna-N
PU poliuretano PU, poliuretano
SBR Estireno Butadieno SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE
SEBS Estireno Etileno Butileno Copolímero de Estireno Borracha SEBS
Si Polissiloxano borracha de silicone
VMQ Vinil Metil Silicone borracha de silicone
XNBR Monômero de acrilonitrila butadieno carboxia XNBR, nitrilo carboxilado
XSBR Monômero de carboxia de estireno butadieno
YBPO Poliéter-éster termoplástico
YSBR Copolímero de bloco de estireno butadieno
YXSBR Copolímero de bloco de estireno butadieno carboxi

SBR

Borracha de estireno-butadieno ou estireno-butadieno (SBR) descreve borrachas sintéticas, que são derivadas de estireno e butadieno. Estireno-butadieno reforçado caracterizado por sua alta resistência à abrasão e boas propriedades antienvelhecimento. A proporção entre estireno e butadieno determina as propriedades do polímero: por um alto teor de estireno, as borrachas tornam-se mais duras e menos emborrachadas.
As limitações do SBR não reforçado são causadas por sua baixa resistência sem reforço, baixa resiliência, baixa resistência ao rasgo (particularmente em altas temperaturas) e má aderência. Portanto, agentes de reforço e cargas são necessários para melhorar as propriedades do SBR. Por exemplo, os enchimentos de negro de fumo são usados para resistência e resistência à abrasão.

estireno

Estireno (C8H8) é conhecido sob vários termos, como etenilbenzeno, vinilbenzeno, fenileteno, feniletileno, cinnameno, estirol, diarex HF 77, estiroleno e esferopol. É um composto orgânico com a fórmula química C6H5CH=CH2. O estireno é o precursor do poliestireno e de vários copolímeros.
É um derivado do benzeno e aparece como um líquido oleoso incolor, que evapora facilmente. O estireno tem um cheiro adocicado, que se transforma em altas concentrações em um odor menos agradável.
Na presença de um grupo vinil, o estireno forma um polímero. Os polímeros à base de estireno são produzidos comercialmente para obter produtos como poliestireno, ABS, borracha de estireno-butadieno (SBR), látex de estireno-butadieno, SIS (estireno-isopreno-estireno), S-EB-S (stireeno-etileno/butileno-estireno), estireno-divinilbenzeno (S-DVB), resina de estireno-acrilonitrila (SAN) e poliésteres insaturados que são usados em resinas e compostos termofixos. Esses materiais são componentes importantes para a produção de borracha, plástico, isolamento, fibra de vidro, tubos, peças de automóveis e barcos, recipientes para alimentos e carpetes.

Aplicações de borracha

A borracha tem muitas características do material, como resistência, longa duração, resistência à água e resistência ao calor. Essas propriedades tornam a borracha muito versátil, de modo que é usada em muitas indústrias. O principal uso da borracha é na indústria automotiva, principalmente para a produção de pneus. Outras características como seu antiderrapante, maciez, durabilidade e resiliência tornam a borracha um composto altamente frequentado usado para a produção de calçados, pisos, suprimentos médicos e de saúde, produtos domésticos, brinquedos, artigos esportivos e muitos outros produtos de borracha.

Nano-aditivos e enchimentos

Cargas e aditivos nanométricos em borrachas atuam como agentes de reforço e proteção para melhorar a resistência à tração, resistência à abrasão, resistência ao rasgo, histerese e para preservar contra a degradação fotográfica e térmica da borracha.

Sílica

Sílica (SiO2, dióxido de silício) é usado em muitas formas, como sílica amorfa, por exemplo, sílica pirogênica, sílica ativa, sílica precipitada para melhorar as características do material em relação às propriedades mecânicas dinâmicas, resistência ao envelhecimento térmico e morfologia. Os compostos preenchidos com sílica mostram uma viscosidade e densidade de reticulação crescentes, respectivamente, para um teor crescente de carga. Dureza, módulo, resistência à tração e características de desgaste foram melhoradas progressivamente com o aumento da quantidade de sílica-carga.

negro de fumo

O negro de fumo é uma forma de carbono paracristalino com complexos de oxigênio quimiorbidos (como grupos carboxílicos, quinônicos, lactônicos, fenólicos e outros) ligados à sua superfície. Esses grupos de oxigênio de superfície são geralmente agrupados sob o termo “Complexos voláteis”. Devido a esse conteúdo volátil, o negro de fumo é um material não condutor. Com complexos carbono-oxigênio, as partículas de negro de fumo funcionalizadas são mais fáceis de dispersar.
A alta proporção de área de superfície para volume do negro de fumo o torna um enchimento de reforço comum. Quase todos os produtos de borracha, para os quais a resistência à tração e à abrasão são essenciais, usam negro de fumo. A sílica precipitada ou pirogênica é usada como substituto do negro de fumo, quando o reforço da borracha é necessário, mas a cor preta deve ser evitada. No entanto, os enchimentos à base de sílica também estão ganhando participação de mercado em pneus automotivos, porque o uso de enchimentos de sílica resulta em uma menor perda de rolamento em comparação com os pneus cheios de negro de fumo.
A tabela abaixo fornece uma visão geral sobre os tipos de negro de fumo usados em pneus

Nome Abreviação. Astm Tamanho de partícula nm Resistência à tração MPa Abrasão laboratorial relativa Abrasão relativa do desgaste da estrada
Forno de Super Abrasão SAF N110 20–25 25.2 1.35 1.25
SAF intermediário ISAF N220 24–33 23.1 1.25 1.15
Fornalha alta da abrasão HAF N330 28–36 22.4 1.00 1.00
Canal de processamento fácil EPC N300 30–35 21.7 0.80 0.90
Forno de extrusão rápida FEF N550 39–55 18.2 0.64 0.72
Forno de alto módulo HMF N660 49–73 16.1 0.56 0.66
Forno Semi-Reforçador SRF N770 70–96 14.7 0.48 0.60
Térmica fina FT N880 180–200 12.6 0.22
Térmica média MT N990 250–350 9.8 0.18

óxido de grafeno

O óxido de grafeno disperso em SBR resulta em alta resistência à tração e resistência ao rasgo, bem como em excelente resistência ao desgaste e baixa resistência ao rolamento, que são propriedades importantes do material para a fabricação de pneus. O SBR reforçado com óxido de grafeno-sílica oferece uma alternativa competitiva para uma produção de pneus ecologicamente correta, bem como para a produção de compósitos de borracha de alto desempenho. O grafeno e o óxido de grafeno podem ser esfoliados com sucesso, confiabilidade e facilidade sob sonicação. Clique aqui para saber mais sobre a fabricação ultrassônica de grafeno!

Teremos o maior prazer em discutir seu processo.

Let's get in contact.