Ультразвуковая подготовка армированной резины
- Усиленные каучуки показывают более высокую прочность на растяжение, удлинение, сопротивление истиранию и лучшую стабильность при старении.
- Наполнители, такие как сажа (например, УНТ, MWNT), графен или диоксид кремния, должны быть гомогенно диспергированы в матрице для обеспечения требуемых свойств материала.
- Ультразвуковая мощность дает превосходное качество распределения монодисперсных наночастиц с высокоукрепляющими свойствами.
Ультразвуковая Дисперсия
Ультразвук широко используется для диспергирования наноматериалов, таких как монодисперсные наночастицы и нанотрубки, поскольку ультразвук значительно усиливает разделение и функционализацию частиц и труб.
Ультразвуковое дисперсионное оборудование создает кавитация и высокие усилия сдвига для разрушения, дезагломерации, раскручивания и диспергирования наночастиц и нанотрубок. Интенсивность ультразвука может быть точно отрегулирована и контролироваться таким образом, чтобы параметры ультразвуковой обработки были идеально адаптированы, принимая во внимание концентрацию, агломерацию и выравнивание / сцепление наноматериалов. Таким образом, наноматериалы могут быть оптимально обработаны в соответствии с требованиями их конкретного материала. Оптимальные условия диспергирования, обусловленные индивидуально настроенными параметрами ультразвукового процесса, приводят к получению высококачественного резинового нанокомпозита с превосходными усиливающими характеристиками нано-добавок и заполнителей.
Благодаря превосходному качеству дисперсии ультразвука и тем самым достигается равномерная дисперсия, очень низкая загрузка наполнителя является достаточной для получения отличных характеристик материала.
Промышленная ультразвуковая система
Ультразвуковая углеродистая черная резина
Углеродная сажа является одним из самых важных наполнителей в каучуках, особенно для шин, для обеспечения устойчивости к истиранию резины и прочности на растяжение. Частицы углеродной сажи сильно подвержены образованию агрегатов, которые трудно диспергировать однородно. Углеродная сажа широко используется в красках, эмалях, печатных красках, нейлоновых и пластмассовых расцветках, латексных смесях, восковых смесях, фото покрытиях и многом другом.
Ультразвуковая дисперсия позволяет деагломерировать и равномерно смешиваться с очень высокой монодисперсностью частиц.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковой дисперсии для армированных композитов!
Ультразвуковая УЗТ- / MWCNT-усиленная резина
Ультразвуковые гомогенизаторы представляют собой мощные дисперсионные системы, которые можно точно контролировать и корректировать с учетом требований процесса и материала. Точный контроль параметров ультразвукового процесса особенно важен для диспергирования нанотрубок, таких как MWNT или SWNT, поскольку нанотрубки должны быть развязаны в одиночные трубы без повреждения (например, разрыва). Невредимые нанотрубки обеспечивают высокое соотношение сторон (до 132 000 000: 1), так что они дают исключительную прочность и жесткость при составлении композита. Мощная, точно настроенная ультразвуковая обработка преодолевает силы Ван-дер-Ваальса и рассеивает и раскручивает нанотрубки, что приводит к высокоэффективному резиновому материалу с исключительной прочностью на растяжение и модулем упругости.
Более того, ультразвуковая функционализация используется для модификации углеродных нанотрубок для достижения желаемых свойств, которые могут использоваться в многообразных применениях.
Ультразвуковые аппараты для непрерывного диспергирования наноматериалов, технического углерода или активированного угля.
Ультразвуковая нано-кремнеземная резина
Ультразвуковые диспергаторы обеспечивают высоко равномерное распределение частиц кремнезема (SiO2) наночастиц в резиновых полимерных растворах. Силикагель (SiO2) наночастицы должны быть однородно распределены как монодисперсные частицы в полимеризованном стирол-бутадиене и других каучуках. Монодисперсный нано-SiO2 действует как усиливающие средства, что значительно повышает прочность, прочность, удлинение, изгиб и антивозрастную производительность. Для наночастиц применяется: Чем меньше размер частицы, тем больше конкретная площадь поверхности частиц. При более высоком соотношении площади/объема поверхности (S/V) получаются более структурные и укрепляющие эффекты, что увеличивает прочность и твердость резиновых изделий.
Ультразвуковая дисперсия наночастиц кремнезема позволяет точно контролировать параметры процесса, чтобы получить сферическую морфологию, точно скорректированный размер частиц и очень узкое распределение по размерам.
Ультразвуковой диспергированный диоксид кремния приводит к наивысшим характеристикам материала, благодаря чему армированная резина.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковой дисперсии SiO2!
Ультразвуковое диспергирование усиливающих добавок
Было доказано, что ультразвуковая обработка позволила диспергировать многие другие наночастицы, чтобы улучшить модуль упругости, прочность на растяжение и усталостные свойства резиновых композитов. Поскольку размер частиц, форма, площадь поверхности и поверхностная активность наполнителей и усиливающих присадок имеют решающее значение для их работы, мощные и надежные ультразвуковые диспергаторы являются одним из наиболее часто используемых способов приготовления микро- и наноразмерных частиц в резиновые изделия.
Типичными добавками и наполнителями, которые включены в соникацию как равномерно распределенные или монодисперсированные частицы в резиновых матрицах, являются карбонат кальция, каолин глина, дымящийся кремний, осажденный кремний, оксид графита, графен, слюда, тальк, барит, волластонит, осажденные силикаты, дымящийся кремний и диатомит.
Когда активированный олеиновой кислотой TiO2 наночастицы рассеиваются ультразвуком в стирол-бутадиеновом каучуке, даже очень небольшое количество олеинового SiO2 приводит к значительному улучшению модуля, прочности на растяжение и усталостных свойств и функций в качестве защитного агента против фото и термодеструкции.
- Тригидрат глинозема (Al2О3) добавляется в качестве антипирена, улучшает теплопроводность, а также для отслеживания и сопротивления эрозии.
- Наполнители оксида цинка (ZnO) увеличивают относительную диэлектрическую проницаемость, а также теплопроводность.
- Диоксид титана (TiO2) улучшает тепловую и электрическую проводимость.
- Карбонат кальция (CaCO3) используется в качестве добавки по своим механическим, реологическим свойствам и свойствам замедления пламени.
- Титанат бария (BaTiO3) увеличивает термическую стабильность.
- Графен и оксид графена (GO) обеспечивают превосходные механические, электрические, тепловые и оптические характеристики материала.
- углеродные нанотрубки (УНТ) значительно улучшают механические свойства, такие как прочность на разрыв, электрическая и теплопроводность.
- Многослойные углеродные нанотрубки (MWNT) улучшают модуль Юнга и предел текучести. Например, всего лишь 1 мас.% MWNT в эпоксидную смолу приводят к увеличению модуля Юнга и предела текучести соответственно на 100% и 200% по сравнению с чистой матрицей.
- Одностенные углеродные нанотрубки (ОСНТ) улучшают механические свойства и теплопроводность.
- Углеродные нановолокна (CNF) добавляют прочности, теплостойкости и долговечности.
- Металлические наночастицы, такие как никель, железо, медь, цинк, алюминий и Серебряный добавляются для улучшения электрической и теплопроводности.
- Органические наноматериалы, такие как монтмориллонит улучшить механические и огнезащитные свойства.
Ультразвуковые дисперсионные системы
Hielscher Ultrasonics предлагает широкий ассортимент ультразвукового оборудования – от небольших настольных систем для проведения технико-экономического обоснования до сверхпрочных промышленные ультразвуковые устройства с точностью до 16 кВт на единицу, Мощность, надежность, точная управляемость, а также их прочность делают ультразвуковые дисперсионные системы Hielscher “работа лошади” в производственной линии микронных и наночастичных композиций. Наши ультразвуковые приборы способны обрабатывать дисперсии на водной основе и на основе растворителей до высокая вязкость (до 10 000 сП) без труда. Различные сонотроды (ультразвуковые рожки), ускорители (интенсификатор / редуктор), геометрия проточной ячейки и другие аксессуары позволяют оптимально адаптировать ультразвуковой диспергатор к продукту и его технологическим требованиям.
Hielscher Ультразвук’ промышленные ультразвуковые процессоры могут высокие амплитуды. Амплитуды до 200 м могут непрерывно работать в 24 /7 операции оперативно. Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды. Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет 24/7 операции при Тяжелые условия и в сложных условиях. Ультразвуковые диспергаторы Hielscher установлены во всем мире для крупномасштабного коммерческого производства.
Индивидуальная ультразвуковая установка для нанодисперсий
| Объем партии | Скорость потока | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| От 10 до 2000 мл | От 20 до 400 мл / мин | Uf200 ः т, UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4L / мин | UIP2000hdT |
| От 10 до 100 литров | От 2 до 10 л / мин | UIP4000 |
| не доступно | От 10 до 100 л / мин | UIP16000 |
| не доступно | больше | кластер UIP16000 |
Литература / Ссылки
- 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.
Полезные сведения
Синтетическая резина
Синтетический каучук представляет собой любой искусственный эластомер. Синтетические каучуки в основном представляют собой полимеры, синтезированные из побочных продуктов нефти и изготовленные, как и другие полимеры, из различных мономеров на основе нефти. Наиболее распространенным синтетическим каучуком является стирол-бутадиеновый каучук (SBR), полученный из 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 поперечной сшивки. Эти и другие мономеры могут быть смешаны в различных пропорциях для сополимеризации для получения продуктов с рядом физических, механических и химических свойств. Мономеры могут быть получены чистыми, а добавление примесей или добавок можно контролировать по дизайну, чтобы обеспечить оптимальные свойства. Полимеризацию чистых мономеров можно лучше контролировать, чтобы получить желаемую долю цис- и транс-двойных связей.
Синтетический каучук, как и натуральный каучук, широко используется в автомобильной промышленности для шин, дверных и оконных профилей, шлангов, ремней, матов и напольных покрытий.
Натуральная резина
Натуральный каучук также известен как индийский каучук или каучук. Натуральный каучук классифицируется как эластомер 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, полученный из латекса из каучукового дерева Хевеа Бразилианис, показывает 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 применений, как отдельно, так и в сочетании с другими материалами. В основном, он используется благодаря большому коэффициенту растяжения, высокой упругости и его чрезвычайно высокой водонепроницаемости. Температура плавления каучука составляет приблизительно 180 ° C (356 ° F).
В приведенной ниже таблице представлен обзор различных типов резины:
| Iso | Техническое имя | Распространенное имя |
|---|---|---|
| Acm | Полиакрилатная резина | |
| Aem | Этилен-акрилатная резина | |
| К | Полиэфирный уретан | |
| РЕГИСТРИРУЙТЕСЬ | Бром изобутилен изопрен | Бромобутил |
| Br | полибутадиена | Буна КБ |
| инфракрасный | Хлор изобутилен изопрен | Хлорбутил, бутил |
| Cr | Полихлоропрен | Хлоропрен, неопрен |
| Csm | Хлорсульфированный полиэтилен | хайпалоновый |
| Эко | эпихлоргидрина | ECO, эпихлоргидрин, эпихлор, эпихлоридрин, Herclor, Hydrin |
| Ep | Этиленпропилен | |
| Epdm | Этиленпропилендиеновый мономер | EPDM, Нордель |
| ЕС | Полиэфир-уретан | |
| FFKM | Перфторуглеродная резина | Калрез, Чемраз |
| Fkm | Фторированный углеводород | Витон, Фтор |
| FM | Флюоросиликат | FMQ, силиконовая резина |
| Fpm | Фторуглеродная резина | |
| HNBR | Гидрированный нитрилбутадиен | HNBR |
| инфракрасный | полиизопрен | (Синтетическая) натуральная резина |
| Имо | Изобутилен Изопрен Бутил | Бутил |
| Nbr | Акрилонитрилбутадиен | NBR, нитрил, пербунан, буна-N |
| Pu | полиуретан | PU, полиуретан |
| Sbr | Стирол-бутадиен | SBR, Буна-С, ГРС, Буна VSL, Буна SE |
| SEBS | Стирол-этилен-бутилен-стирольный сополимер | Резина SEBS |
| И | Полисилоксан | Резинка |
| Vmq | Винилметилсиликон | Резинка |
| XNBR | Акрилонитрил-бутадиен-карбоксильный мономер | XNBR, карбоксилированный нитрил |
| XSBR | Стирол-бутадиен-карбокси-мономер | |
| YBPO | Термопластичный полиэфир-эфир | |
| YSBR | Стирол-бутадиеновый блок-сополимер | |
| YXSBR | Стирол-бутадиен-карбоксильный блок-сополимер |
Sbr
Стирол-бутадиен или стирол-бутадиеновый каучук (SBR) описывает синтетические каучуки, которые получены из стирола и бутадиена. Усиленный стирол-бутадиен, характеризующийся высокой устойчивостью к истиранию и хорошими антивозрастными свойствами. Соотношение между стиролом и бутадиеном определяет свойства полимера: при высоком содержании стирола каучуки становятся более твердыми и менее эластичными.
Ограничения неармированного SBR обусловлены его низкой прочностью без арматуры, низкой упругости, низкой прочности на разрыв (особенно при высоких температурах) и плохого сцепления. Поэтому усиливающие агенты и наполнители необходимы для улучшения свойств SBR. Например, наполнители для сажи используются для прочности и стойкости к истиранию.
Стирол
Стирол (C8ЧАС8) известен под различными терминами, такими как этенилбензол, винилбензол, фенилентен, фенилэтилен, циннамен, стирол, диарекс HF 77, стиролен и стирол. Это органическое соединение с химической формулой C6ЧАС5СН = СН2, Стирол является предшественником полистирола и нескольких сополимеров.
Это производное бензола и проявляется в виде бесцветной маслянистой жидкости, которая легко испаряется. Стирол имеет сладкий запах, который при высоких концентрациях превращается в менее приятный запах.
В присутствии винильной группы стирол образует полимер. Полимеры на основе стирола производятся коммерчески для получения таких продуктов, как полистирол, ABS, стирол-бутадиен (SBR), стирол-бутадиеновый латекс, SIS (стирол-изопрен-стирол), S-EB-S (стирол-этилен / бутилен- стирол), стирол-дивинилбензол (S-DVB), стирол-акрилонитрильная смола (SAN) и ненасыщенные сложные полиэфиры, которые используются в смолах и термореактивных соединениях. Эти материалы являются важными компонентами для производства резины, пластмассы, изоляции, стекловолокна, труб, деталей для автомобилей и лодок, пищевых контейнеров и ковровых покрытий.
Резиновые применения
Резина обладает многими материальными характеристиками, такими как прочность, долговечность, водостойкость и термостойкость. Эти свойства делают резину очень универсальной, так что она используется во многих отраслях промышленности. Основное использование резины в автомобильной промышленности, в основном для производства шин. Другие характеристики, такие как не скользкая, мягкость, долговечность и упругость, делают резину высокочастотным композитом, используемым для производства обуви, напольных покрытий, медицинских и медицинских принадлежностей, предметов домашнего обихода, игрушек, спортивных товаров и многих других резиновых изделий.
Нано-добавки и наполнители
Наноразмерные наполнители и добавки в каучуках действуют как усиливающие и защитные средства для повышения прочности на растяжение, стойкости к истиранию, сопротивления разрыву, гистерезиса и для предотвращения фото- и термической деградации резины.
кремнезем
Силикагель (SiO2, двуокись кремния) используется во многих формах, таких как аморфный диоксид кремния, например, диоксид кремния, диоксид кремния, осажденный диоксид кремния для улучшения характеристик материала, связанных с динамическими механическими свойствами, стойкостью к термическому старению и морфологией. Заполненные силикатом соединения показывают возрастающую вязкость и плотность сшивки, соответственно, к увеличению содержания наполнителя. Твердость, модуль упругости, прочность на растяжение и характеристики износа постепенно улучшались за счет увеличения количества наполнителя на основе оксида кремния.
Угольно черный
Углеродная сажа представляет собой форму паракристаллического углерода с хемосорбированными кислородными комплексами (такими как карбоксильные, хинонные, лактонные, фенольные группы и другие), прикрепленные к его поверхности. Эти поверхностные кислородные группы обычно группируются под термином “летучие комплексы”, Из-за этого летучего содержания сажа является непроводящим материалом. С углерод-кислородными комплексами функционализированные частицы углеродной сажи легче диспергируются.
Высокое отношение площади поверхности к объему сажи делает его общим усиливающим наполнителем. Почти все резиновые изделия, для которых прочность на растяжение и сопротивление истиранию необходимы, используют сажу. Осажденный или коллоидный диоксид кремния используется в качестве заменителя сажи, когда требуется армирование резины, но следует избегать черного цвета. Однако наполнители на основе диоксида кремния также набирают долю на автомобильных шинах, поскольку использование наполнителей из кремнезема приводит к более низким потерям качения по сравнению с покрытыми сажей покрышками.
В приведенной ниже таблице дается обзор типов углеродных пятен, используемых в шинах
| имя | Аббрев. | Astm | Размер частиц нм | Предел прочности при растяжении MPa | Относительная лабораторная истираемость | Относительная износостойкость |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Сверхзвуковая печь | Saf | N110 | 20-25 | 25,2 | 1,35 | 1,25 |
| Промежуточный SAF | Исаф | N220 | 24-33 | 23,1 | 1,25 | 1,15 |
| Высокая абразивная печь | ЛЕТО | N330 | 28-36 | 22,4 | 1,00 | 1,00 |
| Простой канал обработки | Epc | N300 | 30-35 | 21,7 | 0+0,80 | 00,90 |
| Быстрая экструзионная печь | ФСП | N550 | 39-55 | 18,2 | 00,64 | 00,72 |
| Высокомодульная печь | Hmf | N660 | 49-73 | 16,1 | 00,56 | 00,66 |
| Полуавтоматическая печь | Srf | N770 | 70-96 | 14,7 | 00,48 | 0+0,60 |
| Тонкая термическая | Метрах | N880 | 180-200 | 12,6 | 0+0,22 | – |
| Среднее тепловое | Монтана | N990 | 250-350 | 9,8 | 0+0,18 | – |
Оксид графена
Оксид графена, диспергированный в SBR, обеспечивает высокую прочность на разрыв и прочность на разрыв, а также отличную износостойкость и низкое сопротивление качению, которые являются важными свойствами материала для производства шин. SBR, изготовленный из оксида-оксида на основе графена, представляет собой конкурентную альтернативу для экологически чистого производства шин, а также для производства высокоэффективных резиновых композитов. Графен и оксид графена можно успешно, надежно и легко отслаивать под ультразвуком. Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковой обработке графена!