Ультразвуковая подготовка армированной резины
- Армированные каучуки демонстрируют более высокую прочность на разрыв, удлинение, стойкость к истиранию и лучшую устойчивость к старению.
- Наполнители, такие как технический углерод (например, УНТ, МНТ), графен или диоксид кремния, должны быть равномерно диспергированы в матрице для обеспечения желаемых свойств материала.
- Силовой ультразвук обеспечивает превосходное качество распределения монодисперсных наночастиц с высокими армирующими свойствами.
Ультразвуковая дисперсия
Ультразвук широко используется для диспергирования наноматериалов, таких как монодисперсные наночастицы и нанотрубки, поскольку ультразвук значительно улучшает разделение и функционализацию частиц и трубок.
Ультразвуковое диспергирующее оборудование создает кавитация и высокие силы сдвига для разрушения, деагломерации, распутывания и диспергирования наночастиц и нанотрубок. Интенсивность ультразвуковой обработки может быть точно отрегулирована и контролироваться таким образом, чтобы параметры ультразвуковой обработки были идеально адаптированы с учетом концентрации, агломерации и выравнивания/запутывания наноматериала. Таким образом, наноматериалы могут быть оптимально обработаны в соответствии с требованиями к конкретному материалу. Оптимальные условия диспергирования благодаря индивидуально подобранным параметрам ультразвукового процесса позволяют получить высококачественный конечный резиновый нанокомпозит с превосходными армирующими характеристиками нанодобавок и наполнителей.
Благодаря превосходному диспергирующему качеству ультразвука и достигнутому таким образом равномерному диспергированию, для получения превосходных характеристик материала достаточно очень низкой загрузки наполнителя.
Каучук, армированный ультразвуком сажей
Технический углерод является одним из самых важных наполнителей в резинах, особенно для шин, для придания резиновому материалу стойкости к истиранию и прочности на разрыв. Частицы технического углерода сильно склонны к образованию агрегатов, которые трудно диспергировать равномерно. Технический углерод обычно используется в красках, эмалях, печатных красках, нейлоновых и пластиковых красителях, латексных смесях, восковых смесях, фотопокрытиях и многом другом.
Ультразвуковая дисперсия позволяет деагломерировать и равномерно смешивать с очень высокой монодисперсностью частиц.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом диспергировании для армированных композитов!
Синтетически армированная УНТ / ЧМТ резина
Ультразвуковые гомогенизаторы представляют собой мощные диспергирующие системы, которые можно точно контролировать и настраивать в соответствии с технологическими процессами и требованиями к материалам. Точный контроль параметров ультразвукового процесса особенно важен для диспергирующих нанотрубок, таких как MWNT или SWNTs, поскольку нанотрубки должны быть распущены в отдельные пробирки без повреждения (например, расщепления). Неповрежденные нанотрубки имеют высокое соотношение сторон (до 132 000 000:1), что придает им исключительную прочность и жесткость при составлении композита. Мощная, точно отрегулированная ультразвук преодолевает силы Ван-дер-Ваальса, диспергирует и распутывает нанотрубки, в результате чего получается высокоэффективный резиновый материал с исключительной прочностью на разрыв и модулем упругости.
Кроме того ультразвуковая функционализация используется для модификации углеродных нанотрубок с целью достижения желаемых свойств, которые могут быть использованы в различных приложениях.
Резина, армированная ультразвуком нанокремнеземом
Ультразвуковые диспергаторы обеспечивают высокоравномерное распределение частиц диоксида кремния (SiO2) наночастиц в резиновых полимерных растворах. Диоксид кремния (SiO2) наночастицы должны быть равномерно распределены в виде монодисперсных частиц в полимеризованном бутадиен-стироле и других каучуках. Монодисперсный нано-SiO2 действует как армирующее средство, что значительно улучшает ударную вязкость, прочность, удлинение, изгиб и антивозрастные характеристики. Для наночастиц применяется: Чем меньше размер частиц, тем больше удельная площадь поверхности частиц. При более высоком соотношении площади поверхности/объема (S/V) получаются лучшие структурные и армирующие эффекты, что повышает прочность на разрыв и твердость резиновых изделий.
Ультразвуковое диспергирование наночастиц диоксида кремния позволяет точно контролировать параметры процесса таким образом, что получается сферическая морфология, точно выверенный размер частиц и очень узкое распределение по размерам.
Ультразвуковой диспергированный диоксид кремния обеспечивает высочайшие характеристики материала из армированной таким образом резины.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом диспергировании SiO2!
Ультразвуковое диспергирование армирующих добавок
Было доказано, что ультразвуковая обработка диспергирует многие другие наночастицы для улучшения модуля упругости, прочности на разрыв и усталостных свойств резиновых композитов. Поскольку размер, форма, площадь поверхности и поверхностная активность наполнителей и армирующих добавок имеют решающее значение для их работы, мощные и надежные ультразвуковые диспергаторы являются одним из наиболее часто используемых методов формирования микро- и наноразмерных частиц в резиновых изделиях.
Типичными добавками и наполнителями, которые включаются методом ультразвуковой обработки в виде равномерно распределенных или монодисперсных частиц в резиновых матрицах, являются карбонат кальция, каолиновая глина, диоксид кремния, осажденный диоксид кремния, оксид графита, графен, слюда, тальк, барит, волластонит, осажденные силикаты, диоксид кремния и диатомит.
Когда TiO функционализируется олеиновой кислотой2 Наночастицы диспергируются под ультразвуком в бутадиен-стирольном каучуке, даже в очень небольшом количестве олеинового SiO2 Приводит к значительному улучшению модуля упругости, прочности на разрыв и усталостных свойств и действует как защитное средство от фото- и термодеградации.
- Тригидрат глинозема (Al2O3) добавляется в качестве антипирена, для улучшения теплопроводности, а также для устойчивости к отслеживанию и эрозии.
- Наполнители на основе оксида цинка (ZnO) увеличивают относительную диэлектрическую проницаемость, а также теплопроводность.
- Диоксид титана (TiO2) улучшает тепло- и электропроводность.
- Карбонат кальция (CaCO3) используется в качестве добавки благодаря своим механическим, реологическим и огнезащитным свойствам.
- Титанат бария (BaTiO3) повышает термическую стабильность.
- графен и оксид графена (GO) обеспечивают превосходные механические, электрические, термические и оптические характеристики материала.
- Углеродные нанотрубки (УНТ) значительно улучшают механические свойства, такие как прочность на разрыв, электропроводность и теплопроводность.
- Многостенные углеродные нанотрубки (MWNT) улучшают модуль Юнга и предел текучести. Например, всего 1 мас.% MWNTs в эпоксидную смолу приводит к увеличению модуля Юнга и предела текучести соответственно, 100% и 200% по сравнению с чистой матрицей.
- Одностенные углеродные нанотрубки (SWNTs) улучшают механические свойства и теплопроводность.
- Углеродные нановолокна (CNF) добавляют прочности, термостойкости и долговечности.
- Наночастицы металлов, такие как никель, железо, медь, цинк, алюминий и Серебро добавляются для улучшения электро- и теплопроводности.
- Органические наноматериалы, такие как Монтмориллонит улучшить механические и огнезащитные свойства.
Системы ультразвукового диспергирования
Hielscher Ultrasonics предлагает широкий ассортимент ультразвукового оборудования – От небольших настольных систем для технико-экономических испытаний до тяжелых условий эксплуатации Промышленные ультразвуковые установки с возможностью до 16 кВт на единицу. Мощность, надежность, точная управляемость, а также прочность делают ультразвуковые диспергирующие системы Hielscher “Рабочая лошадка” в производственной линии микрон- и нано-дисперсных составов. Наши ультразвуковые аппараты способны обрабатывать водные дисперсии и дисперсии на основе растворителей до высокая вязкость (до 10 000cp) легко. Различные сонотроды (ультразвуковые рупоры), усилители (усилители/замедлители), геометрии проточных ячеек и другие аксессуары позволяют оптимально адаптировать ультразвуковой диспергатор к продукту и его технологическим требованиям.
Hielscher Ultrasonics’ Промышленные ультразвуковые процессоры могут обеспечить очень Высокие амплитуды. Амплитуды до 200 μм могут быстро работать в режиме 24/7. Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды. Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет 24/7 эксплуатация при Тяжелых и в сложных условиях. Ультразвуковые диспергаторы Hielscher устанавливаются по всему миру для крупномасштабного коммерческого производства.
Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
---|---|---|
от 10 до 2000 мл | от 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
0.1 до 20 л | 0от 0,2 до 4 л/мин | УИП2000HDT |
От 10 до 100 л | От 2 до 10 л/мин | UIP4000 |
н.а. | От 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
н.а. | больше | Кластер UIP16000 |
Литература / Литература
- 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.
Факты, которые стоит знать
синтетический каучук
Синтетический каучук – это любой искусственный эластомер. Синтетические каучуки в основном представляют собой полимеры, синтезированные из побочных продуктов нефтепереработки и изготовленные, как и другие полимеры, из различных мономеров на нефтяной основе. Наиболее распространенным синтетическим каучуком является бутадиен-стирольный каучук (SBR), полученный в результате сополимеризации стирола и 1,3-бутадиена. Другие синтетические каучуки получают из изопрена (2-метил-1,3-бутадиена), хлоропрена (2-хлор-1,3-бутадиена) и изобутилена (метилпропена) с небольшим процентом изопрена для сшивания. Эти и другие мономеры могут быть смешаны в различных пропорциях для сополимеризации с получением продуктов с целым рядом физических, механических и химических свойств. Мономеры могут быть получены в чистом виде, а добавление примесей или добавок может контролироваться конструкцией для придания оптимальных свойств. Полимеризацию чистых мономеров можно лучше контролировать, чтобы получить желаемую пропорцию цис- и транс-двойных связей.
Синтетический каучук, как и натуральный каучук, широко используется в автомобильной промышленности для изготовления шин, дверных и оконных профилей, шлангов, ремней, ковриков и напольных покрытий.
натуральный каучук
Натуральный каучук также известен как индийский каучук или каучук. Натуральный каучук относится к эластомерным и состоит в основном из полимеров органического соединения поли-цис-изопрена и воды. Он содержит следы примесей, таких как белок, грязь и т.д. Натуральный каучук, который получают в виде латекса из каучукового дерева Гевея бразильская, проявляет отличные механические свойства. Однако по сравнению с синтетическими каучуками, натуральный каучук имеет более низкие характеристики материала, особенно в отношении его термической стабильности и совместимости с нефтепродуктами. Натуральный каучук имеет широкий спектр применения, как отдельно, так и в сочетании с другими материалами. В основном он используется из-за большого коэффициента растяжения, высокой упругости и чрезвычайно высокой водонепроницаемости. Температура плавления резины составляет примерно 180 ° C (356 ° F).
В таблице ниже представлен обзор различных видов резины:
ИСО | Техническое название | Общее название |
---|---|---|
АКМ | Полиакрилатный каучук | |
АЭМ | Этилен-акрилатный каучук | |
Ау | Полиэстер Уретан | |
BIIR | Бромоизобутилен изопрен | Бромбутил |
БР | Полибутадиен | КБ «Буна» |
ЦИИР | Изопрен хлоризобутилена | Хлорбутил, Бутил |
ЧР | Полихлоропрен | Хлоропрен, неопрен |
КСМ | Хлорсульфированный полиэтилен | Гипалон |
ЭКО | Эпихлоргидрин | ЭКО, Эпихлоргидрин, Эпихлор, Эпихлоридрин, Герхлор, Гидрин |
Мини-альбом | Этилен Пропилен | |
EPDM | Этилен-пропилен-диеновый мономер | EPDM, Nordel |
Европейский Союз | Полиэфируретан | |
ФФКМ | Перфторуглеродный каучук | Калрез, Чемраз |
ФКМ | Фторированные углеводороды | Витон, Флюорил |
FMQ | Фторсиликон | FMQ, Силиконовый каучук |
ФПМ | Флюорокарбоновый каучук | |
HNBR | Гидрогенизированный бутадиен-нитрил | HNBR |
ИНФРАКРАСНЫЙ | Полиизопрен | (Синтетический) Натуральный каучук |
ИМО | Изобутилен изопрен бутил | бутил |
НБР | Акрилонитрилбутадиен | NBR, Нитрил, Пербунан, Буна-Н |
ПУ | полиуретан | PU, Полиуретан |
SBR | Бутадиен стирола | SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE |
SEBS | Сополимер стирола, этилен и бутилен стирола | Резина SEBS |
Си | Полисилоксан | силиконовый каучук |
ВМК | Винилметилсиликон | силиконовый каучук |
XNBR | Акрилонитрилбутадиенкарбоксимономер | XNBR, карбоксилированный нитрил |
XSBR | Бутадиен-стироль-карбоксимономер | |
YBPO | Термопластичный полиэфир-эфир | |
МСБР | Блок-сополимер бутадиен-стирола | |
YXSBR | Блок-сополимер бутадиен-стирольного карбокси |
SBR
Бутадиен-стирол или бутадиен-стирольный каучук (SBR) — синтетические каучуки, которые получают из стирола и бутадиена. Армированный бутадиен стирола отличается высокой стойкостью к истиранию и хорошими антивозрастными свойствами. Соотношение между стиролом и бутадиеном определяет свойства полимера: благодаря высокому содержанию стирола каучуки становятся более твердыми и менее резиновыми.
Ограничения неармированного SBR обусловлены его низкой прочностью без армирования, низкой упругостью, низкой прочностью на разрыв (особенно при высоких температурах) и плохой липкостью. Поэтому для улучшения свойств SBR требуются армирующие средства и наполнители. Например, наполнители из технического углерода в значительной степени используются для обеспечения прочности и стойкости к истиранию.
стирол
Стирол (С8H8) известен под различными терминами, такими как этенилбензол, винилбензол, фенилэтен, фенилэтилен, циннамен, стироль, диарекс HF 77, стиролен и стиропол. Это органическое соединение с химической формулой С6H5CH=CH2. Стирол является предшественником полистирола и нескольких сополимеров.
Он является производным бензола и выглядит как бесцветная маслянистая жидкость, которая легко испаряется. Стирол имеет сладкий запах, который при высокой концентрации превращается в менее приятный запах.
В присутствии виниловой группы стирол образует полимер. Полимеры на основе стирола коммерчески производятся для получения таких продуктов, как полистирол, АБС, бутадиен-стирольный каучук (SBR), стирол-бутадиен-латекс, SIS (стирол-изопрен-стирол), S-EB-S (стирол-этилен/бутилен-стирол), стирол-дивинилбензол (S-DVB), стирол-акрилонитрильная смола (SAN) и ненасыщенные полиэфиры, которые используются в смолах и термореактивных компаундах. Эти материалы являются важными компонентами для производства резины, пластика, изоляции, стекловолокна, труб, деталей автомобилей и лодок, пищевых контейнеров и ковровой основы.
Применение резины
Резина обладает многими характеристиками материала, такими как прочность, долговечность, водостойкость и термостойкость. Эти свойства делают резину очень универсальной, поэтому она используется во многих отраслях промышленности. Основное применение резины приходится на автомобильную промышленность, в основном на производство шин. Другие характеристики, такие как нескользкость, мягкость, долговечность и эластичность, делают резину широко используемым композитом, используемым для производства обуви, напольных покрытий, медицинских и медицинских принадлежностей, товаров для дома, игрушек, спортивных товаров и многих других резиновых изделий.
Нанодобавки и наполнители
Наноразмерные наполнители и добавки в резинах действуют как армирующие и защитные агенты для повышения прочности на разрыв, стойкости к истиранию, разрыву, гистерезиса и защиты от фото- и термической деградации резины.
Кремнезем
Диоксид кремния (SiO2, диоксид кремния) используется во многих формах, таких как аморфный диоксид кремния, например, дымчатый диоксид кремния, дым диоксида кремния, осажденный диоксид кремния для улучшения характеристик материала в отношении динамических механических свойств, стойкости к термическому старению и морфологии. Соединения, наполненные диоксидом кремния, демонстрируют увеличение вязкости и плотности сшивки соответственно увеличению содержания наполнителя. Твердость, модуль упругости, прочность на разрыв и характеристики износа постепенно улучшались за счет увеличения количества кремнеземного наполнителя.
технический углерод
Технический углерод представляет собой форму паракристаллического углерода с прикрепленными к его поверхности химосорбированными кислородными комплексами (такими как карбоновые, хиноновые, лактонные, фенольные группы и другие). Эти группы поверхностного кислорода обычно группируются под термином “летучие комплексы”. Из-за такого содержания летучего углерода технический углерод является непроводящим материалом. В углерод-кислородных комплексах функционализированные частицы технического углерода легче диспергируются.
Высокое отношение площади поверхности к объему технического углерода делает его распространенным армирующим наполнителем. Практически во всех резиновых изделиях, для которых важна прочность на разрыв и стойкость к истиранию, используется технический углерод. Осажденный или дымчатый диоксид кремния используется в качестве заменителя технического углерода, когда требуется армирование резины, но следует избегать черного цвета. Тем не менее, наполнители на основе диоксида кремния завоевывают долю рынка и в автомобильных шинах, потому что использование наполнителей на основе диоксида кремния приводит к меньшим потерям при качении по сравнению с шинами, наполненными техническим углеродом.
В таблице ниже представлен обзор типов технического углерода, используемых в шинах
Имя | Аббрев. | АСТМ | Размер частиц нм | Прочность на разрыв МПа | Относительная лабораторная истиранность | Относительное истирание от износа на дороге |
---|---|---|---|---|---|---|
Суперабразивная печь | САФ | Н110 | 20–25 | 25.2 | 1.35 | 1.25 |
Промежуточный SAF | МССБ | Н220 | 24–33 | 23.1 | 1.25 | 1.15 |
Печь с высоким абразивным износом | ХАФ | Н330 | 28–36 | 22.4 | 1.00 | 1.00 |
Простой канал обработки | ЕРС | Н300 | 30–35 | 21.7 | 0.80 | 0.90 |
Печь для быстрой экструзии | ФЭФ | Н550 | 39–55 | 18.2 | 0.64 | 0.72 |
Высокомодульная печь | HMF | Н660 | 49–73 | 16.1 | 0.56 | 0.66 |
Полуарматурная печь | СРФ | Н770 | 70–96 | 14.7 | 0.48 | 0.60 |
Тонкая термическая | ФУТ | Н880 | 180–200 | 12.6 | 0.22 | – |
Средний термический | МТ | Н990 | 250–350 | 9.8 | 0.18 | – |
оксид графена
Оксид графена, диспергированный в SBR, обеспечивает высокую прочность на разрыв и разрыв, а также превосходную износостойкость и низкое сопротивление качению, которые являются важными свойствами материала для производства шин. SBR, армированный оксидом графена и диоксидом кремния, представляет собой конкурентоспособную альтернативу для производства экологически чистых шин, а также для производства высокоэффективных резиновых композитов. Графен и оксид графена могут быть успешно, надежно и легко отслаиваться под ультразвуковой обработкой. Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом производстве графена!