Pregătirea cu ultrasunete a cauciucului armat
- Cauciucurile armate prezintă o rezistență mai mare la tracțiune, alungire, rezistență la abraziune și o stabilitate mai bună la îmbătrânire.
- Materialele de umplutură, cum ar fi negrul de fum (de exemplu, CNT, MWNT), grafenul sau siliciul trebuie să fie dispersate omogen în matrice pentru a oferi proprietățile dorite ale materialului.
- Puterea cu ultrasunete oferă o calitate superioară de distribuție a nanoparticulelor monodispersate cu proprietăți de înaltă consolidare.
Dispersie cu ultrasunete
Ultrasonication este utilizat pe scară largă pentru dispersarea materialelor nano, ar fi nanoparticule monodispersate și nanotuburi, deoarece ultrasunetele îmbunătățește separarea și funcționalizarea particulelor și tuburilor foarte mult.
Echipamentul de dispersie cu ultrasunete creează Cavitaţie și forțe mari de forfecare pentru a perturba, dezaglomera, descurca și dispersa nanoparticule și nanotuburi. Intensitatea sonicare poate fi ajustată și controlată cu precizie, astfel încât parametrii de prelucrare cu ultrasunete sunt adaptate perfect, luând în considerare concentrația, aglomerarea și alinierea / încurcarea materialului nano. Astfel, nanomaterialele pot fi prelucrate optim în ceea ce privește cerințele specifice ale materialelor. Condiții optime de dispersie datorită parametrilor de proces cu ultrasunete ajustate individual duce la un nanocompozit de cauciuc final de înaltă calitate, cu caracteristici superioare de armare a nano-aditivilor și -umpluturi.
Datorită calității superioare a dispersiei ultrasunetelor și dispersiei uniforme obținute prin aceasta, o încărcare foarte scăzută a umpluturii este suficientă pentru a obține caracteristici excelente ale materialului.
sistem ultrasonic industrial
Ultrasonically cauciuc armat cu negru de carbon
Negrul de fum este unul dintre cele mai importante materiale de umplutură din cauciuc, în special pentru anvelope, pentru a conferi materialului din cauciuc rezistență la abraziune și rezistență la tracțiune. Particulele de negru de fum sunt puternic predispuse să formeze agregate dificil de dispersat omogen. Negrul de fum este utilizat în mod obișnuit în vopsele, emailuri, cerneluri tipografice, coloranți din nailon și plastic, amestecuri de latex, amestecuri de ceară, acoperiri foto și multe altele.
Dispersia cu ultrasunete permite dezaglomerarea și amestecarea uniformă cu o monodispersie foarte mare a particulelor.
Click aici pentru a afla mai multe despre dispersia cu ultrasunete pentru compozite armate!
Ultrasonically CNT- / MWCNT-cauciuc armat
Omogenizatoare cu ultrasunete sunt sisteme puternice de dispersie care pot fi controlate cu precizie și ajustate la cerințele de proces și materiale. Controlul precis al parametrilor procesului cu ultrasunete este deosebit de important pentru dispersarea nanotuburilor, ar fi MWNTs sau SWNTs, deoarece nanotuburile trebuie să fie detangled în tuburi unice, fără a fi deteriorate (de exemplu, scindare). Nanotuburile nedeteriorate oferă un raport de aspect ridicat (până la 132.000.000:1), astfel încât să ofere o rezistență și rigiditate excepționale atunci când sunt formulate într-un compozit. Sonicare puternică, ajustată cu precizie, depășește forțele Van der Waals și dispersează și descurcă nanotuburile, rezultând un material de cauciuc de înaltă performanță, cu rezistență excepțională la tracțiune și modul elastic.
Mai mult Functionalizare ultrasonica este utilizat pentru a modifica nanotuburile de carbon pentru a obține proprietățile dorite care pot fi utilizate în aplicații multiple.
Ultrasonicators pentru dispersia continuă a nanomaterialelor, negru de fum, sau cărbune activat.
Ultrasonically nano-siliciu-cauciuc armat
Dispersoare cu ultrasunete oferă o distribuție extrem de uniformă a particulelor de siliciu (SiO2) nanoparticule în soluții polimerice de cauciuc. Siliciu (SiO2) Nanoparticulele trebuie distribuite omogen ca particule monodispersate în stiren-butadienă polimerizată și în alte cauciucuri. Nano-SiO monodispersat2 Acționează ca agenți de armare, care îmbunătățește duritatea, rezistența, alungirea, îndoirea și performanța anti-îmbătrânire, în mod semnificativ. Pentru nanoparticule se aplică: Cu cât dimensiunea particulelor este mai mică, cu atât este mai mare suprafața specifică a particulelor. Cu un raport suprafață / volum (S / V) mai mare, se obțin efecte structurale și de armare mai bune, ceea ce crește rezistența la tracțiune și duritatea produselor din cauciuc.
Dispersia cu ultrasunete a nanoparticulelor de siliciu permite controlul parametrilor procesului exact astfel încât să se obțină o morfologie sferică, dimensiunea particulelor ajustată cu precizie și distribuția dimensiunilor foarte înguste.
Siliciul dispersat ultrasonically are ca rezultat cea mai mare performanță materială a cauciucului armat.
Click aici pentru a afla mai multe despre dispersarea cu ultrasunete a SiO2!
Ultrasonically dispersie de aditivi de armare
Sonicare sa dovedit a dispersa multe alte materiale nanoparticule pentru a îmbunătăți modulul, rezistența la tracțiune și proprietățile de oboseală ale compozitelor din cauciuc. Deoarece dimensiunea particulelor, forma, suprafața și activitatea suprafeței umpluturilor și aditivilor de armare sunt cruciale pentru performanța lor, dispersoarele cu ultrasunete puternice și fiabile sunt una dintre cele mai frecvent utilizate metode pentru a formula particule micro și nano-dimensiuni în produse din cauciuc.
Aditivi tipici și umpluturi, care sunt încorporate prin sonicare ca particule distribuite uniform sau monodispersate în matrici de cauciuc, sunt carbonat de calciu, caolin argilă, silice fumegândă, silice precipitată, oxid de grafit, grafen, mică, talc, barită, wollastonit, silicați precipitați, silice fumed și diatomit.
Când TiO funcționalizat cu acid oleic2 nanoparticulele sunt dispersate ultrasonically în cauciuc stiren-butadienic, chiar și o cantitate foarte mică de oleic-SiO2 are ca rezultat îmbunătățirea semnificativă a modulului, a rezistenței la tracțiune și a proprietăților de oboseală și funcționează ca agent de protecție împotriva fotodegradării și termodegradării.
- Trihidrat de alumină (Al2O3) este adăugat ca ignifug, pentru a îmbunătăți conductivitatea termică și pentru urmărirea și rezistența la eroziune.
- Umpluturile de oxid de zinc (ZnO) cresc permitivitatea relativă, precum și conductivitatea termică.
- Dioxid de titan (TiO)2) îmbunătățește conductivitatea termică și electrică.
- Carbonat de calciu (CaCO3) este utilizat ca aditiv datorită proprietăților sale mecanice, reologice și de întârziere a flăcării.
- Titanat de bariu (BaTiO)3) crește stabilitatea termică.
- grafen și oxidul de grafen (GO) conferă caracteristici mecanice, electrice, termice și optice superioare ale materialelor.
- Nanotuburi de carbon (CNT) îmbunătățesc semnificativ proprietățile mecanice, cum ar fi rezistența la tracțiune, conductivitatea electrică și termică.
- Nanotuburile de carbon cu pereți multipli (MWNT) îmbunătățesc modulul Young și rezistența la curgere. De exemplu, doar 1 wt.% din MWNT-uri într-un epoxidic are ca rezultat o creștere a modulului Young și, respectiv, a rezistenței la curgere, 100% și 200%, comparativ cu matricea pură.
- Nanotuburi de carbon cu pereți unici (SWNT) îmbunătățesc proprietățile mecanice și conductivitatea termică.
- Nanofibrele de carbon (CNF) adaugă rezistență, rezistență la căldură și durabilitate.
- Nanoparticule metalice, cum ar fi nichel, fier, cupru, zinc, aluminiu și Argint sunt adăugate pentru a îmbunătăți conductivitatea electrică și termică.
- Nanomateriale organice, cum ar fi Montmorillonit îmbunătățirea proprietăților mecanice și ignifuge.
Sisteme de dispersie cu ultrasunete
Hielscher Ultrasonics oferă o gamă largă de produse de echipamente cu ultrasunete – de la sisteme banc-top mai mici pentru testul de fezabilitate până la sisteme grele Unități ultrasonicator industriale cu până la 16kW pe unitate. Putere, fiabilitate, controlabilitate precisă, precum și robustețea lor fac Hielscher sisteme de dispersie cu ultrasunete “Cal de lucru” în linia de producție a formulărilor micronice și nanoparticule. Ultrasonicators noastre sunt capabile să proceseze dispersii apoase și pe bază de solvenți până la Vâscozități ridicate (până la 10.000CP) cu ușurință. Diverse sonotrodes (coarne cu ultrasunete), boostere (intensificator / scădere), geometrii de celule de flux și alte accesorii permit adaptarea optimă a dispersorului cu ultrasunete la produs și cerințele sale de proces.
Hielscher Ultrasonics’ Procesoarele industriale cu ultrasunete pot livra foarte amplitudini mari. Amplitudinile de până la 200μm pot fi rulate continuu în funcționare promptă 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile. Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite 24/7 Operațiunea la Grele și în medii solicitante. Hielscher dispersoare cu ultrasunete sunt instalate în întreaga lume pentru producția comercială pe scară largă.
Configurare ultrasonică personalizată pentru nano-dispersii
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000 |
| n.a. | 10 până la 100L / min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | grup de UIP16000 |
Literatură / Referințe
- 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.
Fapte care merită știute
cauciuc sintetic
Un cauciuc sintetic este orice elastomer artificial. Cauciucurile sintetice sunt în principal polimeri sintetizați din produse secundare petroliere și sunt fabricați, ca și alți polimeri, din diferiți monomeri pe bază de petrol. Cel mai răspândit cauciuc sintetic este cauciucul stiren-butadienic (SBR) derivat din copolimerizarea stirenului și 1,3-butadienei. Alte cauciucuri sintetice sunt preparate din izopren (2-metil-1,3-butadienă), cloropren (2-clor-1,3-butadienă) și izobutilenă (metilpropenă) cu un procent mic de izopren pentru reticulare. Aceștia și alți monomeri pot fi amestecați în diferite proporții pentru a fi copolimerizați pentru a produce produse cu o serie de proprietăți fizice, mecanice și chimice. Monomerii pot fi produși pur, iar adăugarea de impurități sau aditivi poate fi controlată prin proiectare pentru a oferi proprietăți optime. Polimerizarea monomerilor puri poate fi mai bine controlată pentru a da o proporție dorită de legături duble cis și trans.
Cauciucul sintetic, ca și cauciucul natural, este utilizat pe scară largă în industria auto pentru anvelope, profile de uși și ferestre, furtunuri, curele, covorașe și podele.
cauciuc natural
Cauciucul natural este, de asemenea, cunoscut sub numele de cauciuc India sau caoutchouc. Cauciucul natural este clasificat ca elastomer și constă în principal din polimeri ai compusului organic poli-cis-izopren și apă. Conține urme de impurități precum proteine, murdărie etc. Cauciuc natural, care este derivat ca latex din arborele de cauciuc Hevea Brasiliensis, prezintă proprietăți mecanice excelente. Cu toate acestea, în comparație cu cauciucurile sintetice, cauciucul natural are o performanță mai scăzută a materialului, în special în ceea ce privește stabilitatea termică și compatibilitatea cu produsele petroliere. Cauciucul natural are o gamă largă de aplicații, fie singur, fie în combinație cu alte materiale. În cea mai mare parte, este utilizat datorită raportului său mare de întindere, rezistenței ridicate și etanșeității sale extrem de ridicate. Punctul de topire al cauciucului este la aproximativ 180 ° C (356 ° F).
Tabelul de mai jos oferă o imagine de ansamblu asupra diferitelor tipuri de cauciuc:
| ISO | Denumire tehnică | Denumirea comună |
|---|---|---|
| ACM | Cauciuc poliacrilic | |
| AEM | Cauciuc etilen-acrilat | |
| Au | Poliester uretan | |
| BIIR | Bromo izobutilenă izopren | bromobutilic |
| BR | Polibutadienă | Buna CB |
| CIIR | Cloroizobutilenă izopren | Clorobutil, Butil |
| CR | Policloropren | Cloropren, neopren |
| CSM | Polietilenă clorosulfonată | Hypalon |
| ECO | Epiclorhidrină | ECO, Epiclorhidrină, Epiclor, Epicloridrină, Herclor, Hidrină |
| EP | Etilenă propilenă | |
| EPDM | Etilen propilenă dienă monomer | EPDM, Nordel |
| UE | Polieter uretan | |
| FFKM | Perfluorocarbon cauciuc | Kalrez, Chemraz |
| FKM | Hidrocarburi fluorurate | Viton, fluor |
| FMQ | Fluorosilicon | FMQ, cauciuc siliconic |
| FPM | Cauciuc fluorocarbon | |
| HNBR | Nitril butadienă hidrogenată | HNBR |
| IR | Poliizopren | (Sintetic) Cauciuc natural |
| IIR | Izobutilenă Izopren Butil | butil |
| BNR | Acrilonitril butadienă | BNR, Nitril, Perbunan, Buna-N |
| PU | poliuretan | PU, poliuretan |
| SBR | stiren butadienă | SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE |
| SEBS | Copolimer stiren etilen butilenă stiren | SEBS cauciuc |
| Și | Polisiloxan | cauciuc siliconic |
| VMQ | Vinil metil silicon | cauciuc siliconic |
| XNBR | Acrilonitril butadienă Carboxy monomer | XNBR, nitril carboxilat |
| XSBR | Stiren butadienă Carboxy monomer | |
| YBPO | Polieter-ester termoplastic | |
| YSBR | Copolimer bloc stiren butadienă | |
| YXSBR | Copolimer bloc de stiren butadienă Carboxy |
SBR
Cauciucul stiren-butadienic sau stiren-butadienic (SBR) descrie cauciucurile sintetice, care sunt derivate din stiren și butadienă. Stiren-butadienă armată caracterizată prin rezistența ridicată la abraziune și proprietățile anti-îmbătrânire bune. Raportul dintre stiren și butadienă determină proprietățile polimerului: printr-un conținut ridicat de stiren, cauciucurile devin mai dure și mai puțin cauciucate.
Limitările SBR neranforsate sunt cauzate de rezistența sa scăzută fără armare, rezistența scăzută, rezistența scăzută la rupere (în special la temperaturi ridicate) și aderența slabă. Prin urmare, agenții de armare și umpluturile sunt necesare pentru a îmbunătăți proprietățile SBR. De exemplu, materialele de umplutură din negru de fum sunt utilizate pentru rezistență și rezistență puternică la abraziune.
Stiren
Stiren (C8H8) este cunoscut sub diferiți termeni, cum ar fi etenilbenzen, vinilbenzen, fenileten, feniletilenă, cinnamen, stirol, diarex HF 77, stirolen și styropol. Este un compus organic cu formula chimică C6H5CH=CH2. Stirenul este precursorul polistirenului și al mai multor copolimeri.
Este un derivat de benzen și apare ca un lichid uleios incolor, care se evaporă ușor. Stirenul are un miros dulce, care se transformă în concentrații mari într-un miros mai puțin plăcut.
În prezența unei grupări de vinil, stirenul formează un polimer. Polimerii pe bază de stiren sunt produși comercial pentru a obține produse precum polistiren, ABS, cauciuc stiren-butadienă (SBR), latex stiren-butadienă, SIS (stiren-izopren-stiren), S-EB-S (stiren-etilenă / butilenă-stiren), stiren-divinilbenzen (S-DVB), rășină stiren-acrilonitril (SAN) și poliesteri nesaturați care sunt utilizați în rășini și compuși termorezistenți. Aceste materiale sunt componente importante pentru producția de cauciuc, plastic, izolație, fibră de sticlă, țevi, piese pentru automobile și bărci, recipiente pentru alimente și suport pentru covoare.
Aplicații din cauciuc
Cauciucul are multe caracteristici materiale, cum ar fi rezistența, durabilitatea, rezistența la apă și rezistența la căldură. Aceste proprietăți fac cauciucul foarte versatil, astfel încât să fie utilizat în multe industrii. Utilizarea principală a cauciucului este în industria auto, în principal pentru producția de anvelope. Alte caracteristici, cum ar fi non-alunecarea, moliciunea, durabilitatea și rezistența, fac din cauciuc un compozit foarte frecventat utilizat pentru producția de încălțăminte, pardoseli, consumabile medicale și de asistență medicală, produse de uz casnic, jucării, articole sportive și multe alte produse din cauciuc.
Nano-aditivi și umpluturi
Fillerele și aditivii de dimensiuni nanometrice din cauciucuri acționează ca agenți de armare și protecție pentru a îmbunătăți rezistența la tracțiune, rezistența la abraziune, rezistența la rupere, histerezisul și pentru a proteja împotriva degradării foto- și termice a cauciucului.
Siliciu
Siliciu (SiO2, dioxid de siliciu) este utilizat în multe forme, cum ar fi siliciul amorf, de exemplu silice fumată, fum de silice, silice precipitată pentru a îmbunătăți caracteristicile materialului în ceea ce privește proprietățile mecanice dinamice, rezistența la îmbătrânire termică și morfologia. Compușii umpluți cu siliciu prezintă o vâscozitate crescută și, respectiv, o densitate de legături încrucișate la un conținut de umplutură în creștere. Duritatea, modulul, rezistența la tracțiune și caracteristicile de uzură au fost îmbunătățite progresiv prin creșterea cantității de umplutură cu silice.
negru de fum
Negrul de fum este o formă de carbon paracristalin cu complexe de oxigen chemisorbite (cum ar fi grupări carboxilice, chinonice, lactonice, fenolice și altele) atașate la suprafața sa. Aceste grupuri de oxigen de suprafață sunt de obicei grupate sub termenul “complexe volatile”. Datorită acestui conținut volatil, negrul de fum este un material neconductiv. Cu complexe carbon-oxigen, particulele funcționale de negru de fum sunt mai ușor de dispersat.
Raportul ridicat suprafață-volum al negrului de fum îl face o umplutură comună de armare. Aproape toate produsele din cauciuc, pentru care rezistența la tracțiune și rezistența la abraziune sunt esențiale, utilizează negru de fum. Siliciul precipitat sau fumat este utilizat ca înlocuitor pentru negrul de fum, atunci când este necesară consolidarea cauciucului, dar culoarea neagră trebuie evitată. Cu toate acestea, materialele de umplere pe bază de siliciu câștigă cotă de piață și în anvelopele auto, deoarece utilizarea umpluturilor de siliciu are ca rezultat o pierdere de rulare mai mică în comparație cu anvelopele umplute cu negru de fum.
Tabelul de mai jos oferă o imagine de ansamblu asupra tipurilor de negru de fum utilizate în anvelope
| Nume | Abrev. | ASTM | Dimensiunea particulelor nm | Rezistența la tracțiune MPa | Abraziunea relativă de laborator | Abraziunea relativă a uzurii rutiere |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Super cuptor de abraziune | SAF | N110 | 20–25 | 25.2 | 1.35 | 1.25 |
| SAF intermediar | FIAS | N220 | 24–33 | 23.1 | 1.25 | 1.15 |
| Cuptor cu abraziune ridicată | HAF | N330 | 28–36 | 22.4 | 1.00 | 1.00 |
| Canal de procesare ușor | CPE | N300 | 30–35 | 21.7 | 0.80 | 0.90 |
| Cuptor cu extrudare rapidă | FEF | N550 | 39–55 | 18.2 | 0.64 | 0.72 |
| Cuptor cu modul înalt | HMF | N660 | 49–73 | 16.1 | 0.56 | 0.66 |
| Cuptor semi-armat | FUR | N770 | 70–96 | 14.7 | 0.48 | 0.60 |
| Termic fin | FT | N880 | 180–200 | 12.6 | 0.22 | – |
| Termic mediu | MT | N990 | 250–350 | 9.8 | 0.18 | – |
oxid de grafen
Oxidul de grafen dispersat în SBR are ca rezultat o rezistență ridicată la tracțiune și la rupere, precum și o rezistență remarcabilă la uzură și o rezistență redusă la rulare, care sunt proprietăți importante ale materialelor pentru fabricarea anvelopelor. SBR armat cu oxid de grafen-siliciu oferă o alternativă competitivă pentru producția de anvelope ecologice, precum și pentru producția de compozite de cauciuc de înaltă performanță. Grafenul și oxidul de grafen pot fi exfoliate cu succes, fiabil și ușor sub sonicare. Click aici pentru a afla mai multe despre fabricarea cu ultrasunete a grafenului!