Prepararea cu ultrasunete a cauciucului ranforsat

• Cauciucurile ranforsate prezintă o rezistență la tracțiune, o alungire și o rezistență la abraziune mai mari, precum și o stabilitate mai bună la îmbătrânire.
• Materialele de umplutură precum negrul de fum (de ex. CNTs, MWNTs), grafenul sau silicea trebuie dispersate omogen în matrice pentru a asigura proprietățile dorite ale materialului.
• Ultrasunetele de putere asigură o calitate superioară a distribuției nanoparticulelor monodisperse cu proprietăți puternic ranforsante.

Dispersia cu ultrasunete

Sonicarea este utilizată pe scară largă pentru dispersarea nanomaterialelor, precum nanoparticulele monodisperse și nanotuburile, deoarece ultrasunetele îmbunătățesc considerabil separarea și funcționalizarea particulelor și a tuburilor.
Echipamentele de dispersare cu ultrasunete generează cavitație și forțe de forfecare ridicate pentru a dezintegra, dezaglomera, descâlci și dispersa nanoparticulele și nanotuburile. Intensitatea sonicării poate fi reglată și controlată cu precizie, astfel încât parametrii procesării cu ultrasunete să fie adaptați perfect, ținând cont de concentrația, aglomerarea și alinierea/încâlcirea nanomaterialului. Astfel, nanomaterialele pot fi procesate optim în funcție de cerințele specifice ale materialului. Condițiile optime de dispersie, datorate parametrilor de proces cu ultrasunete reglați individual, conduc la un nanocompozit final de cauciuc de înaltă calitate, cu caracteristici ranforsante superioare ale nanoaditivilor și ale nanomaterialelor de umplutură.
Datorită calității superioare a dispersiei obținute cu ultrasunete și a dispersiei uniforme realizate astfel, o încărcare foarte mică cu material de umplutură este suficientă pentru a obține caracteristici excelente ale materialului.

Cauciuc ranforsat cu negru de fum dispersat cu ultrasunete

Negrul de fum este unul dintre cele mai importante materiale de umplutură din cauciucuri, în special pentru anvelope, conferind materialului de cauciuc rezistență la abraziune și rezistență la tracțiune. Particulele de negru de fum au o tendință puternică de a forma agregate, greu de dispersat omogen. Negrul de fum este utilizat în mod obișnuit în vopsele, emailuri, cerneluri de imprimare, coloranți pentru nailon și materiale plastice, amestecuri de latex, amestecuri de ceară, acoperiri fotografice și altele.
Dispersia cu ultrasunete permite dezaglomerarea și amestecarea uniformă, cu o monodispersitate foarte ridicată a particulelor.
Faceți clic aici pentru a afla mai multe despre dispersia cu ultrasunete pentru compozitele ranforsate!

Cauciuc ranforsat cu CNT / MWCNT dispersate cu ultrasunete

Omogenizatoarele cu ultrasunete sunt sisteme de dispersare puternice, care pot fi controlate cu precizie și adaptate cerințelor procesului și ale materialului. Controlul precis al parametrilor procesului cu ultrasunete este deosebit de important pentru dispersarea nanotuburilor precum MWNTs sau SWNTs, deoarece nanotuburile trebuie descâlcite în tuburi individuale fără a fi deteriorate (de ex. prin scindare). Nanotuburile nedeteriorate oferă un raport de aspect ridicat (de până la 132.000.000:1), astfel încât conferă o rezistență și o rigiditate excepționale atunci când sunt formulate într-un compozit. Sonicarea puternică, reglată cu precizie, învinge forțele Van der Waals și dispersează și descâlcește nanotuburile, rezultând un material de cauciuc de înaltă performanță, cu rezistență la tracțiune și modul de elasticitate excepționale.
În plus, funcționalizarea cu ultrasunete este utilizată pentru modificarea nanotuburilor de carbon în vederea obținerii proprietăților dorite, care pot fi folosite în numeroase aplicații.

Cauciuc ranforsat cu nanosilice dispersată cu ultrasunete

Dispersoarele cu ultrasunete asigură o distribuție foarte uniformă a nanoparticulelor de silice (SiO₂) în soluțiile polimerice de cauciuc. Nanoparticulele de silice (SiO₂) trebuie distribuite omogen ca particule monodisperse în stiren-butadiena polimerizată și în alte cauciucuri. Nano-SiO₂ monodispers acționează ca agent de ranforsare, care îmbunătățește semnificativ tenacitatea, rezistența, alungirea, comportarea la încovoiere și rezistența la îmbătrânire. Pentru nanoparticule este valabil: cu cât dimensiunea particulelor este mai mică, cu atât suprafața specifică a particulelor este mai mare. Cu un raport suprafață/volum (S/V) mai mare se obțin efecte structurale și de ranforsare mai bune, care cresc rezistența la tracțiune și duritatea produselor din cauciuc.
Dispersia cu ultrasunete a nanoparticulelor de silice permite controlul exact al parametrilor procesului, astfel încât se obțin o morfologie sferică, o dimensiune a particulelor reglată cu precizie și o distribuție foarte îngustă a dimensiunilor.
Silicea dispersată cu ultrasunete conduce la cea mai înaltă performanță a materialului pentru cauciucul astfel ranforsat.
Faceți clic aici pentru a afla mai multe despre dispersarea cu ultrasunete a SiO₂!

Dispersarea cu ultrasunete a aditivilor de ranforsare

S-a demonstrat că sonicarea dispersează numeroase alte materiale nanoparticulate pentru a îmbunătăți modulul, rezistența la tracțiune și proprietățile la oboseală ale compozitelor de cauciuc. Deoarece dimensiunea, forma, suprafața și activitatea superficială ale particulelor materialelor de umplutură și ale aditivilor de ranforsare sunt esențiale pentru performanța acestora, dispersoarele cu ultrasunete puternice și fiabile reprezintă una dintre metodele cel mai frecvent utilizate pentru formularea particulelor de dimensiuni micro și nano în produsele din cauciuc.
Aditivii și materialele de umplutură tipice, încorporate prin sonicare sub formă de particule distribuite uniform sau monodisperse în matricile de cauciuc, sunt carbonatul de calciu, argila caolinică, silicea pirogenă, silicea precipitată, oxidul de grafit, grafenul, mica, talcul, baritina, wollastonitul, silicații precipitați, silicea pirogenă și diatomitul.
Atunci când nanoparticulele de TiO₂ funcționalizate cu acid oleic sunt dispersate cu ultrasunete în cauciuc stiren-butadienic, chiar și o cantitate foarte mică de oleic-SiO₂ conduce la îmbunătățirea semnificativă a modulului, a rezistenței la tracțiune și a proprietăților la oboseală și acționează ca agent de protecție împotriva degradării foto și termice.

• Trihidratul de alumină (Al₂O₃) este adăugat ca ignifugant, pentru îmbunătățirea conductivității termice și pentru rezistența la curenți de conturnare și la eroziune.
• Materialele de umplutură din oxid de zinc (ZnO) cresc permitivitatea relativă, precum și conductivitatea termică.
• Dioxidul de titan (TiO₂) îmbunătățește conductivitatea termică și electrică.
• Carbonatul de calciu (CaCO₃) este utilizat ca aditiv datorită proprietăților sale mecanice, reologice și ignifuge.
• Titanatul de bariu (BaTiO₃) crește stabilitatea termică.
• Grafenul și oxidul de grafen (GO) conferă materialului caracteristici mecanice, electrice, termice și optice superioare.
• Nanotuburile de carbon (CNTs) îmbunătățesc semnificativ proprietățile mecanice, precum rezistența la tracțiune, conductivitatea electrică și cea termică.
• Nanotuburile de carbon cu pereți multipli (MWNTs) îmbunătățesc modulul lui Young și limita de curgere. De exemplu, doar 1 wt.% de MWNTs într-o rășină epoxidică duce la o creștere a modulului lui Young și a limitei de curgere cu 100%, respectiv 200%, comparativ cu matricea pură.
• Nanotuburile de carbon cu un singur perete (SWNTs) îmbunătățesc proprietățile mecanice și conductivitatea termică.
• Nanofibrele de carbon (CNF) sporesc rezistența mecanică, rezistența la căldură și durabilitatea.
• Nanoparticulele metalice, precum nichelul, fierul, cuprul, zincul, aluminiul și argintul, sunt adăugate pentru îmbunătățirea conductivității electrice și termice.
• Nanomaterialele organice precum montmorillonitul îmbunătățesc proprietățile mecanice și ignifuge.

Sisteme de dispersie cu ultrasunete

Hielscher Ultrasonics oferă o gamă largă de echipamente cu ultrasunete – de la sisteme de banc mai mici pentru teste de fezabilitate până la unități industriale de ultrasonicare pentru regim intensiv, cu până la 16kW per unitate. Puterea, fiabilitatea, controlabilitatea precisă, precum și robustețea fac din sistemele de dispersare cu ultrasunete Hielscher „calul de povară” al liniilor de producție a formulărilor cu particule micronice și nanometrice. Ultrasonicatoarele noastre pot procesa dispersii apoase și pe bază de solvenți până la vâscozități ridicate (de până la 10.000cp) cu ușurință. Diverse sonotrode (sonde ultrasonice), boostere (amplificatoare/reductoare de amplitudine), geometrii de celule de flux și alte accesorii permit adaptarea optimă a dispersorului cu ultrasunete la produs și la cerințele procesului său.
Procesoarele industriale cu ultrasunete Hielscher Ultrasonics pot furniza amplitudini foarte ridicate. Amplitudini de până la 200µm pot fi menținute continuu, fără probleme, în regim 24/7. Pentru amplitudini și mai ridicate sunt disponibile sonotrode ultrasonice personalizate. Robustețea echipamentelor cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim de sarcină grea și în medii solicitante. Dispersoarele cu ultrasunete Hielscher sunt instalate în întreaga lume pentru producția comercială la scară largă.