Preparação de ultra-sons de borracha reforçada
- borrachas reforçadas mostram maior resistência à tracção, alongamento, resistência à abrasão e envelhecimento melhor estabilidade.
- Agentes de enchimento, tais como negro de carbono (por exemplo, os nanotubos de carbono, NTCM), grafeno, ou sílica deve ser disperso homogeneamente na matriz para proporcionar as propriedades materiais desejadas.
- ultra-som de potência dá qualidade de distribuição superior de nanopartículas monodispersos com propriedades altamente reforço.
Ultrasonic dispersão
Ultra-som é amplamente empregados para dispersar materiais nano, tais como as nanopartículas e nanotubos monodispersas, desde que o ultra-som aumenta a separação e funcionalização das partículas e tubos grandemente.
Equipamento ultra-som de dispersão cria cavitação e altas forças de corte para perturbar, desaglomerar, detangle e dispersar nano partículas e nanotubos. A intensidade da sonicação pode ser ajustada e controlada de forma precisa para que os parâmetros de processamento ultra-sônico sejam perfeitamente adaptados, tendo em vista a concentração, a aglomeração e o alinhamento / emaranhamento do nano material. Por isso, os materiais nano podem ser processados de forma otimizada em relação aos requisitos de seus materiais específicos. As condições óptimas de dispersão devido a parâmetros de processo ultra-sônicos ajustados individualmente resultam em um nanocompósito de borracha final de alta qualidade com características de reforço superiores dos nano-aditivos e enchimentos.
Devido à qualidade de dispersão superior de ultra-sons e a dispersão uniforme, assim, alcançado, um muito baixo teor de cargas é suficiente para se obter excelentes características do material.
sistema ultra-sônico industrial
Ultrassonicamente Carbon Black-Borracha Reforçada
O negro de fumo é um do agente de enchimento mais importante em borrachas, especialmente para pneus, para dar a resistência de material de borracha de abrasão e resistência à tracção. partículas de negro de carbono são muito propensas a formar agregados que são difíceis de dispersar homogeneamente. O negro de carbono é geralmente utilizado em tintas, esmaltes, tintas de impressão, corantes de nylon e plásticos, misturas de látex, misturas de ceras, revestimentos foto, e mais.
dispersão ultra-sónica permite a desaglomerar e misturar uniformemente com uma muito alta monodispersidade das partículas.
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Ultrassonicamente CNT / MWCNT-Borracha Reforçada
homogeneizadores de ultra-sons são sistemas dispersantes potentes que podem ser controladas com precisão e é ajustada para os requisitos do processo e materiais. O controle preciso dos parâmetros do processo de ultra-sons é especialmente importante para a dispersão, tais como nanotubos NTCM ou nanotubos de carbono uma vez que os nanotubos deve ser detangled em tubos individuais sem serem danificados (por exemplo, cisão). nanotubos de não danificadas oferecer uma razão de aspecto elevada (até 132 milhões: 1) de modo que eles dão resistência e rigidez excepcional quando formulados em um composto. Poderoso, ultra-sons ajustada precisamente supera as forças der Waals e dispersa Van detangles e os nanotubos, resultando em um material de borracha de alta performance com resistência à tracção e módulo de elasticidade excepcional.
Além disso, funcionalização ultra-sônica é utilizado para modificar os nanotubos de carbono, a fim de obter as propriedades desejadas que podem ser utilizados em aplicações múltiplas.
Ultrassonicadores para a dispersão contínua de nanomateriais, preto carbono ou carvão ativado.
Ultrassonicamente Nano-sílica-Borracha Reforçada
dispersores de ultra-sons entregar uma distribuição de partículas altamente uniforme de sílica (SiO2) nano partículas em soluções de polímero de borracha. Sílica (SiO2partículas nano) deve ser homogeneamente distribuída na forma de partículas monodispersas de polimerizado de estireno-butadieno e outras borrachas. Mono-dispersos nano-SiO2 atua como agentes de reforço, que melhora a dureza, força, alongamento, flexão e desempenho anti-envelhecimento, significativamente. Para nano partículas aplica-se: quanto menor o tamanho de partícula, maior é a área de superfície específica das partículas. Com uma maior relação superfície/volume (S/V), melhores efeitos estruturais e de reforço são obtidos, o que aumenta a resistência à tração e dureza dos produtos de borracha.
dispersão ultra-sónica de partículas de sílica nano permite controlar os parâmetros do processo exactamente de modo a que uma morfologia esférica, tamanho de partícula ajustada com precisão, e distribuição de tamanho muito estreita é obtida.
Ultrasonicamente dispersa resultados de sílica em maior desempenho do material de borracha, desse modo reforçado.
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Ultrassonicamente Dispersão de Aditivos de reforço
A sonicao foi comprovado se dispersar muitos outros materiais para melhorar Nanoparticuladas módulo, resistência à tracção, e as propriedades de fadiga de compósitos de borracha. Uma vez que o tamanho de partícula, a forma, a área de superfície e a actividade de superfície de cargas e aditivos de reforço são cruciais para o seu desempenho, potente e fiável dispersores de ultra-sons são um dos métodos mais frequentemente utilizados para a formulação de partículas de micro- e nano-sized em produtos de borracha.
Os aditivos e enchimentos típicos, que são incorporados pelo sonication como partículas uniformemente distribuídas ou monodispersas em matrizes de borracha, são carbonato de cálcio, argila de caulim, sílica fumada, sílica precipitada, óxido de grafite, grafeno, mica, talco, barita, wollastonite, silicatos precipitados, sílica fumada e diatomita.
Quando TiO funcionalizado por ácido oleico2 nanopartículas são ultra-som disperso em borracha de estireno-butadieno, mesmo uma quantidade muito pequena do oleico-SiO2 resulta em significativamente melhorada módulo, resistência à tracção, e as propriedades de fadiga e funciona como agente de protecção contra a fotografia e a degradação térmica.
- trihidrato de alumina (Al2O3) É adicionado como retardador de chama, para melhorar a condutibilidade térmica, e para rastrear e resistência à erosão.
- O óxido de zinco (ZnO) enchimentos aumentar a permissividade relativa, bem como a condutividade térmica.
- O dióxido de titânio (TiO2) Melhora a condutividade térmica e eléctrica.
- O carbonato de cálcio (CaCO3) É usado como aditivo, devido às suas propriedades reológicas, e retardadores de chama mecânicas.
- Titanato de bário (BaTiO3) Aumenta a estabilidade térmica.
- Grafeno e óxido de grafeno (GO) dão as características do material mecânicas, eléctricas, ópticas e térmicas superiores.
- nanotubos de carbono (CNT) melhorar as propriedades mecânicas, tais como resistência à tracção, eléctrica e a condutividade térmica significativamente.
- nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCM) melhorar Young`s módulo e resistência à deformação. Por exemplo, tão pouco como 1 parte em peso.% De NTCM em um resultado epoxi em um aumento do módulo de Young`s e força de rendimento, respectivamente, 100% e 200%, em comparação com a matriz puro.
- Os nanotubos de carbono de parede única (Nanotubos) melhorar as propriedades mecânicas e a condutividade térmica.
- As nanofibras do carbono (CNF) adicionam a força, a resistência térmica e a durabilidade.
- nanopartículas metálicas, tais como níquel, ferro, cobre, zinco, alumínio, e prata são adicionados para melhorar a condutividade eléctrica e térmica.
- nanomateriais orgânicos, tais como montmorilonita melhorar as propriedades retardantes de chama e mecânicas.
Sistemas de dispersão ultra-sônicos
Hielscher Ultrasonics oferece uma ampla gama de produtos de equipamento de ultra-som – a partir de sistemas de bancada menores para viabilidade teste até heavy-duty ultrasonicator unidades industriais com até 16kW por unidade. Potência, confiabilidade, controlabilidade preciso, bem como a sua robustez tornar os sistemas de dispersão ultra-sônicas de Hielscher os “cavalo de trabalho” na linha de produção de mícron e formulações nano-particulado. Os nossos ultrasonicators são capazes de processar dispersões aquosas e à base de solvente até viscosidades elevadas (até 10,000cp) facilmente. Vários sonotrodos (cornetas ultra-sónicas), impulsionadores (intensificador / decreaser), fluxo geometrias celulares e outros acessórios para permitir a adaptação óptima do dispersor ultra-sónico para o seus requisitos do processo e do produto.
Hielscher Ultrasonics’ Os processadores de ultra-sons pode proporcionar muito industriais amplitudes elevadas. Amplitudes de até 200 μm pode ser continuamente executado em 24/7 operação prontamente. Para amplitudes ainda mais elevadas, os sonotrodes ultra-sônicos personalizados estão disponíveis. A robustez do equipamento Ultrassônico da Hielscher permite 24 horas por dia, 7 dias por semana operação em trabalho pesado e em ambientes exigentes. Hielscher`s dispersores de ultra-som são instalados em todo o mundo para a produção comercial em grande escala.
configuração ultra-som personalizado para nano-dispersões
| Volume batch | Quociente de vazão | Dispositivos Recomendados |
|---|---|---|
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 a 20L | 00,2 a 4 L / min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 de 10L / min | UIP4000 |
| n / D. | 10 a 100L / min | UIP16000 |
| n / D. | maior | aglomerado de UIP16000 |
Literatura / Referências
- 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.
Fatos, vale a pena conhecer
Borracha sintética
Uma borracha sintética é qualquer elastômero artificial. As borrachas sintéticas são principalmente polímeros sintetizados a partir de subprodutos de petróleo e são fabricados, como outros polímeros, a partir de vários monómeros 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 percentagem de isopreno para ligação cruzada. Estes e outros monómeros podem ser misturados em várias proporções a serem copolimerizados para produzir produtos com uma variedade de propriedades físicas, mecânicas e químicas. Os monómeros podem ser produzidos puros e a adição de impurezas ou aditivos pode ser controlada pelo projeto para obter propriedades ideais. A polimerização de monómeros puros pode ser melhor controlada para dar uma proporção desejada de duplas ligações cis e trans.
A borracha sintética, tal como borracha natural, é amplamente utilizada na indústria automóvel para perfis de pneus, de portas e janelas, mangueiras, cintos, esteiras, e piso.
Borracha natural
A borracha natural é também conhecida como a Índia borracha ou borracha. borracha natural é classificada como elastómero e consiste principalmente em polímeros do composto orgânico poli-cis-isopreno e água. Ele contém vestígios de impurezas como proteínas, sujidade, etc. borracha natural, que é derivada, como o látex da árvore da borracha Hevea brasiliensis, Mostra excelentes propriedades mecânicas. No entanto, em comparação com borrachas sintéticas, borracha natural tem um material de menor desempenho, especialmente em relação à sua estabilidade térmica e à sua compatibilidade com os produtos petrolíferos. borracha natural tem uma ampla gama de aplicações, sozinho ou em combinação com outros materiais. Principalmente, ele é usado devido à sua grande razão de estiramento, de alta resistência, e sua extremamente alta estanqueidade. O ponto de fusão é de borracha a aproximadamente 180 ° C (356 ° F).
A tabela abaixo dá uma visão geral sobre os vários tipos de borracha:
| Iso | Nome técnico | Nome comum |
|---|---|---|
| Acm | Borracha de poliacrilato | |
| Aem | Borracha de etileno-acrilato | |
| TO | uretano de poliéster | |
| Cadastre-se | Bromo Isobutylene isopreno | Bromobutilo |
| Br | polibutadieno | Buna CB |
| Ir | Cloro Isobutylene isopreno | Clorobutilo, Butil |
| Cr | policloropreno | Cloropreno, Neoprene |
| Csm | clorossulfonado polietileno | Hypalon |
| Eco | epicloridrina | ECO, epicloridrina, Epichlore, Epichloridrine, Herclor, Hydrin |
| Ep | etileno Propileno | |
| Epdm | Etileno-propileno-dieno monômero | EPDM, NORDEL |
| Ue | uretano de poliéter | |
| FFKM | perfluorocarbono Rubber | Kalrez, Chemraz |
| FKM | f luorinado Hydrocarbon | Viton, Fluorel |
| FMQ | fluoro silicone | FMQ, borracha de silicone |
| Fpm | Fluorocarbon Borracha | |
| HNBR | Nitrilo butadieno hidrogenada | HNBR |
| E | poliisopreno | (Sintético) Borracha Natural |
| Iir | Isobutylene isopreno Butyl | Butilo |
| Nbr | acrilonitrila 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 estireno | SEBS borracha |
| E | polisiloxano | Borracha de silicone |
| VMQ | Vinil metil silicone | Borracha de silicone |
| COM | Acrilonitrila butadieno Carboxi Monomer | XNBR, carboxilado nitrílica |
| O XSBR | Estireno Butadieno Carboxi Monomer | |
| O YBPO | Termoplástico de poliéter-éster | |
| O YSBR | Estireno Butadieno Block Copolymer | |
| O YXSBR | Estireno Butadieno Carboxi Block Copolymer |
Sbr
Estireno-butadieno ou borracha de estireno-butadieno (SBR) descreve borrachas sintéticas, que são derivados de estireno e butadieno. estireno-butadieno reforçado caracterizado pela sua elevada resistência à abrasão e boas propriedades anti-envelhecimento. A relação entre estireno e butadieno determina as propriedades do polímero: por um elevado teor de estireno, as borrachas torna-se mais difícil e menos elástico.
As limitações de SBR não reforçada são causados pela sua baixa resistência sem reforço, baixa resiliência, força de rasgo baixa (particularmente a temperaturas elevadas), e fraca aderência. Portanto, agentes de reforço e enchimentos são necessários para melhorar as propriedades de SBR. Por exemplo, enchimentos de negro de carbono são usadas para a força e resistência à abrasão fortemente.
Estireno
Estireno (C8H8) É conhecido sob vários termos tais como ethenylbenzene, vinilbenzeno, phenylethene, feniletileno, cinnamene, estirol, diarex IC 77, styrolene, e styropol. Ele é um composto orgânico com a fórmula química C6H5CH = CH2. O estireno é o precursor de poliestireno e vários copolímeros.
Ele é um derivado de benzeno e aparece como um líquido oleoso incolor, que se evapora facilmente. Estireno tem um cheiro doce, que se transforma em altas concentrações em um odor menos agradável.
Na presença de um grupo de vinilo, estireno forma um polímero. polímeros à base de estireno são comercialmente produzidos a obtenção de produtos, tais como o poliestireno, ABS, estireno-butadieno (SBR), borracha, látex de estireno-butadieno, o SIS (estireno-isopreno-estireno), o S-EB-S (estireno-etileno / butylene- estireno), copolímeros de estireno-divinilbenzeno (S-DVB), resina de estireno-acrilonitrilo (SAN), e poliésteres insaturados que são usadas em resinas e compostos termoendurecíveis. Estes materiais são componentes importantes para a produção de borracha, de plástico, de isolamento, de fibra de vidro, tubos, peças de automóveis e de barcos, recipientes para alimentos, e costas de tapete.
Aplicações de borracha
Borracha tem muitas características do material tais como a potência, longa duração, resistência à água e resistência ao calor. Essas propriedades fazem borracha muito versátil para que ele seja usado em muitas indústrias. O principal uso da borracha é na indústria automobilística, principalmente para a produção de pneus. Outras características como a sua não-escorregadio, maciez, durabilidade e resistência fazem borracha um composto altamente freqüentado utilizado para a produção de sapatos, pisos, suprimentos médicos e de saúde, produtos domésticos, brinquedos, artigos de desporto e muitos outros produtos de borracha.
Nano-Aditivos e cargas
agentes de enchimento e aditivos em borrachas de tamanho nano-agir como agentes de reforço e de protecção para melhorar a resistência à tracção, resistência à abrasão, resistência ao rasgo, a histerese e a preservar contra a degradação térmica e foto- da borracha.
sílica
Sílica (SiO2, Dióxido de silício) é utilizado em muitas formas, tais como sílica amorfa, por exemplo sílica fumada, fumo de sílica, sílica precipitada para melhorar as características do material em relação a propriedades dinâmicas mecânicas, resistência ao envelhecimento térmico, e morfologia. compostos contendo sílica mostram uma viscosidade e densidade de reticulação aumentando, respectivamente, a um teor de carga crescente. Dureza, módulo, resistência à tracção, e características de desgaste foram melhorou progressivamente aumentando a quantidade de sílica-enchimento.
negro de carbono
O negro de carbono é uma forma de carbono paracristalino com complexos de oxigénio quimicamente (tal como carboxílicos, quinonic, lactônica, grupos fenólicos e outros) ligados à sua superfície. Estes grupos de oxigénio superficiais são geralmente agrupados sob o termo “complexos voláteis”. Devido a este teor de componentes voláteis, o negro de carbono é um material não-condutor. Com os complexos de carbono-oxigénio de carbono funcionalizadas partículas negras são mais fáceis de dispersar.
A proporção elevada de área de superfície para volume de negro de fumo faz com que uma carga de reforço comum. Quase todos os produtos de borracha, para os quais a resistência à tracção e resistência à abrasão são essenciais, utilizar negro de carbono. Precipitada ou sílica pirogenada é usada como um substituto para o negro de carbono, quando é necessário reinforcment de borracha, mas a cor preto deve ser evitado. No entanto, agentes de enchimento à base de sílica estão ganhando quota de mercado em pneus de automóveis, também, porque o uso de agentes de enchimento de sílica resulta numa perda de rolamento mais baixo em comparação com pneus pretos-cheia de carbono.
A tabela abaixo dá uma visão geral sobre os tipos carbonblack utilizado em pneus
| Nome | Abrev. | Astm | nm de tamanho de partícula | Resistência à tracção MPa | abrasão laboratório Relativa | abrasão Roadwear Relativa |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Super abrasão Fornalha | Saf | N110 | 20-25 | 25,2 | 1,35 | 1,25 |
| intermediário SAF | Isaf | N220 | 24-33 | 23,1 | 1,25 | 1,15 |
| Alta abrasão Furnace | VERÃO | N330 | 28-36 | 22,4 | 1,00 | 1,00 |
| Fácil Processamento de Canal | Epc | N300 | 30-35 | 21,7 | 0.80 | 0.90 |
| Rápido expulsando Furnace | FEF | N550 | 39-55 | 18,2 | 0.64 | 0.72 |
| Alto módulo de fornalha | Hmf | N660 | 49-73 | 16,1 | 0.56 | 0.66 |
| Semi-Reforçar Furnace | Srf | N770 | 70-96 | 14,7 | 0.48 | 0.60 |
| Belas térmica | Ft | N880 | 180-200 | 12,6 | 0.22 | – |
| Medium térmica | Mt | N990 | 250-350 | 9,8 | 0.18 | – |
Óxido de grafeno
óxido de grafeno disperso em SBR resulta em elevada resistência à tracção e resistência ao rasgamento bem como em excelente resistência ao desgaste e de baixa resistência ao rolamento, que são importantes propriedades do material para o fabrico de pneus. Grafeno óxido de sílica-reforçado SBR oferece uma alternativa competitiva para uma produção de pneus amigo do ambiente, bem como para a produção de compósitos de borracha de alta performance. Grafeno e óxido de grafeno pode ser com sucesso, de forma fiável e facilmente esfoliada sob ultra sons. Clique aqui para saber mais sobre a fabricação de ultra-som de grafeno!