Preparação ultra-sónica de borracha reforçada

• As borrachas reforçadas apresentam maior resistência à tração, alongamento, resistência à abrasão e melhor estabilidade ao envelhecimento.
• Os materiais de enchimento, como o negro de fumo (por exemplo, CNTs, MWNTs), o grafeno ou a sílica, devem ser homogeneamente dispersos na matriz para proporcionar as propriedades desejadas do material.
• Ultra-sons de energia dá qualidade de distribuição superior de nanopartículas monodispersas com propriedades de reforço altamente.

Dispersão ultra-sónica

Ultrasonication é amplamente utilizado para dispersar nano materiais, tais como nanopartículas monodispersas e nanotubos, uma vez que ultra-sons aumenta a separação e funcionalização das partículas e tubos muito.
O equipamento de dispersão por ultra-sons cria cavitação e elevadas forças de cisalhamento para romper, desaglomerar, desembaraçar e dispersar nano partículas e nanotubos. A intensidade da sonicação pode ser ajustada e controlada com precisão para que os parâmetros de processamento ultrassónico sejam perfeitamente adaptados, tendo em conta a concentração, a aglomeração e o alinhamento/emaranhamento do nanomaterial. Deste modo, os nanomateriais podem ser processados de forma optimizada relativamente aos requisitos específicos do seu material. Condições óptimas de dispersão devido a parâmetros de processo ultra-sónicos ajustados individualmente resultam num nanocompósito de borracha final de alta qualidade com caraterísticas de reforço superiores dos nano-aditivos e enchimentos.
Devido à qualidade superior de dispersão dos ultra-sons e à dispersão uniforme assim conseguida, uma carga de carga muito baixa é suficiente para obter excelentes caraterísticas do material.

Borracha reforçada a preto com carbono ultrassónico

O negro de fumo é um dos materiais de enchimento mais importantes nas borrachas, especialmente nos pneus, para conferir ao material de borracha resistência à abrasão e à tração. As partículas de negro de fumo são muito propensas a formar agregados que são difíceis de dispersar homogeneamente. O negro de fumo é normalmente utilizado em tintas, esmaltes, tintas de impressão, corantes de nylon e plástico, misturas de látex, misturas de cera, revestimentos fotográficos e muito mais.
A dispersão ultra-sónica permite desaglomerar e misturar uniformemente com uma monodispersão muito elevada das partículas.
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Borracha reforçada com CNT- / MWCNT por ultra-sons

Os homogeneizadores ultra-sónicos são sistemas de dispersão potentes que podem ser controlados com precisão e ajustados aos requisitos do processo e do material. O controlo preciso dos parâmetros do processo ultrassónico é especialmente importante para a dispersão de nanotubos, tais como MWNTs ou SWNTs, uma vez que os nanotubos devem ser desembaraçados em tubos individuais sem serem danificados (por exemplo, cisão). Os nanotubos não danificados oferecem uma elevada relação de aspeto (até 132.000.000:1), pelo que conferem uma resistência e rigidez excepcionais quando formulados num compósito. A sonicação potente e ajustada com precisão supera as forças de Van der Waals e dispersa e desembaraça os nanotubos, resultando num material de borracha de elevado desempenho com excecional resistência à tração e módulo de elasticidade.
Além disso, funcionalização por ultra-sons é utilizado para modificar os nanotubos de carbono de modo a obter as propriedades desejadas que podem ser utilizadas em múltiplas aplicações.

Borracha reforçada com nano-sílica por ultra-sons

Os dispersores ultra-sónicos fornecem uma distribuição de partículas altamente uniforme de sílica (SiO₂) em soluções de polímeros de borracha. Sílica (SiO₂) devem ser distribuídas de forma homogénea como partículas monodispersas em estireno-butadieno polimerizado e outras borrachas. As partículas monodispersas de nano-SiO₂ actuam como agentes de reforço, que melhoram significativamente a tenacidade, a resistência, o alongamento, a flexão e o desempenho anti-envelhecimento. Para as nano partículas aplica-se: Quanto mais pequeno for o tamanho da partícula, maior é a área de superfície específica das partículas. Com um rácio área de superfície/volume (S/V) mais elevado, obtêm-se melhores efeitos estruturais e de reforço, o que aumenta a resistência à tração e a dureza dos produtos de borracha.
A dispersão ultra-sónica de nanopartículas de sílica permite controlar exatamente os parâmetros do processo, de modo a obter uma morfologia esférica, um tamanho de partícula ajustado com precisão e uma distribuição de tamanho muito estreita.
A sílica dispersa por ultra-sons resulta no melhor desempenho material da borracha assim reforçada.
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Dispersão ultra-sónica de aditivos de reforço

Está provado 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. Uma vez que o tamanho, a forma, a área superficial e a atividade superficial das partículas de enchimento e dos aditivos de reforço são cruciais para o seu desempenho, os dispersores ultra-sónicos potentes e fiáveis são um dos métodos mais frequentemente utilizados para formular partículas de tamanho micro e nano em produtos de borracha.
Os 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 caulino, sílica pirogénica, sílica precipitada, óxido de grafite, grafeno, mica, talco, barita, wollastonite, silicatos precipitados, sílica pirogénica e diatomite.
Quando o TiO₂ são dispersas por ultra-sons em borracha de estireno-butadieno, mesmo uma quantidade muito pequena de oleico-SiO₂ resulta numa melhoria significativa do módulo, da resistência à tração e das propriedades de fadiga e funciona como agente protetor contra a foto e a degradação térmica.

• Trihidrato de alumina (Al₂O₃) é adicionado como retardador de chama, para melhorar a condutividade térmica e para resistência ao rastreio e à erosão.
• As cargas de óxido de zinco (ZnO) aumentam a permissividade relativa, bem como a condutividade térmica.
• Dióxido de titânio (TiO₂) melhora a condutividade térmica e eléctrica.
• Carbonato de cálcio (CaCO₃) é utilizado como aditivo devido às suas propriedades mecânicas, reológicas e retardadoras de chama.
• Titanato de bário (BaTiO₃) aumenta a estabilidade térmica.
• Grafeno e o óxido de grafeno (GO) conferem ao material caraterísticas mecânicas, eléctricas, térmicas e ópticas superiores.
• Nanotubos de carbono (CNTs) melhoram significativamente as propriedades mecânicas, como a resistência à tração e a condutividade eléctrica e térmica.
• Os nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWNTs) melhoram o módulo de Young e o limite de elasticidade. Por exemplo, apenas 1 wt.% de MWNTs num epóxi resulta num aumento do módulo de Young e da resistência ao escoamento de 100% e 200%, respetivamente, em comparação com a matriz pura.
• Nanotubos de carbono de parede simples (SWNTs) melhoram as propriedades mecânicas e a condutividade térmica.
• As nanofibras de carbono (CNF) aumentam a força, a resistência ao calor e a durabilidade.
• Nanopartículas metálicas como o níquel, ferro, cobre, zinco, alumínio e Prata são adicionados para melhorar a condutividade eléctrica e térmica.
• Nanomateriais orgânicos, tais como montmorilonite melhorar as propriedades mecânicas e de retardamento de chama.

Sistemas de dispersão ultra-sónica

A Hielscher Ultrasonics oferece uma vasta gama de produtos de equipamento de ultra-sons – desde sistemas de bancada mais pequenos para testes de viabilidade até sistemas de unidades industriais de ultra-sons com até 16kW por unidade. A potência, a fiabilidade, a precisão do controlo e a sua robustez fazem dos sistemas de dispersão ultra-sónica da Hielscher os “cavalo de batalha” na linha de produção de formulações micronizadas e nano-particuladas. Os nossos ultrassons são capazes de processar dispersões aquosas e à base de solventes até viscosidades elevadas (até 10.000 cp) facilmente. Vários sonotrodos (cornetas ultra-sónicas), boosters (intensificador/diminuidor), geometrias de células de fluxo e outros acessórios permitem a adaptação ideal do dispersor ultrassónico ao produto e aos seus requisitos de processo.
Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultra-sónicos industriais podem fornecer amplitudes elevadas. Amplitudes de até 200µm podem ser executadas continuamente em operação 24/7 prontamente. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite 24/7 operação em resistente e em ambientes exigentes. Os dispersores ultra-sónicos da Hielscher estão instalados em todo o mundo para produção comercial em grande escala.