Ultrazvukové formulovanie vystužených kompozitov

• Kompozity vykazujú jedinečné materiálové vlastnosti, ako je výrazne zvýšená tepelná stabilita, modul pružnosti, pevnosť v ťahu, pevnosť v lome, a preto sa široko používajú pri výrobe výrobkov z rôznych materiálov.
• Je dokázané, že sonikácia produkuje vysokokvalitné nanokompozity s vysoko dispergovanými CNT, grafénom atď.
• Ultrazvukové zariadenie na formuláciu vystužených kompozitov je k dispozícii v priemyselnom meradle.

nanokompozity

Nanokompozity vynikajú svojimi mechanickými, elektrickými, tepelnými, optickými, elektrochemickými a/alebo katalytickými vlastnosťami.
Vďaka výnimočne vysokému pomeru povrchu k objemu výstužnej fázy a/alebo výnimočne vysokému pomeru strán sú nanokompozity výrazne výkonnejšie ako bežné kompozity. Na vystuženie sa často používajú nanočastice, ako je guľovitý oxid kremičitý, minerálne dosky, ako je exfoliovaný grafén alebo hlina, alebo nano vlákna, ako sú uhlíkové nanotrubice alebo elektrolyticky spriadané vlákna.
Napríklad uhlíkové nanotrubice sa pridávajú na zlepšenie elektrickej a tepelnej vodivosti, nano oxid kremičitý sa používa na zlepšenie mechanických, tepelných a vodeodolných vlastností. Iné druhy nanočastíc poskytujú vylepšené optické vlastnosti, dielektrické vlastnosti, tepelnú odolnosť alebo mechanické vlastnosti, ako je tuhosť, pevnosť a odolnosť proti korózii a poškodeniu.

Príklady ultrazvukovo formulovaných nanokompozitov:

• uhlíkové nanotrubice (CNT) vo vinylesterovej matrici
• CNT / uhlíková cibuľa / nano diamanty v niklovo-kovovej matrici
• CNT v matrici z horčíkovej zliatiny
• CNT v matrici polyvinylalkoholu (PVA)
• viacstenná uhlíková nanotrubica (MWCNT) v matrici epoxidovej živice (s použitím anhydridu metyltetrahydroftalu (MTHPA) ako vytvrdzovacieho činidla)
• oxid grafénu v matrici s polyvinylalkoholom (PVA)
• Nanočastice SiC v horčíkovej matrici
• nano oxid kremičitý (Aerosil) v polystyrénovej matrici
• magnetický oxid železa v flexibilnej polyuretánovej (PU) matrici
• oxid nikelnatý v grafite/poly(vinylchloride)
• nanočastice titánu v matrici kyseliny polymliečnej a koglykolovej (PLGA)
• nano hydroxyapatit v matrici kyseliny polymliečnej-ko-glykolovej (PLGA)

Ultrazvuková disperzia

Parametre ultrazvukového procesu je možné presne kontrolovať a optimálne prispôsobiť zloženiu materiálu a požadovanej kvalite výstupu. Ultrazvuková disperzia je odporúčaná technika na začlenenie nanočastíc, ako sú CNT alebo grafén, do nanokompozitov. Ultrazvuková disperzia a formulácia nanokompozitov, ktorá bola dlhodobo testovaná na vedeckej úrovni a implementovaná v mnohých priemyselných výrobných závodoch, je dobre zavedenou metódou. Dlhoročné skúsenosti spoločnosti Hielscher s ultrazvukovým spracovaním nanomateriálov zabezpečujú dôkladné poradenstvo, odporúčanie vhodného ultrazvukového nastavenia a pomoc pri vývoji a optimalizácii procesov.
Väčšinou sa výstužné nanočastice počas spracovania rozptýlia do matrice. Hmotnostné percento (hmotnostný podiel) pridaného nano materiálu sa pohybuje v nižšej stupnici, napr. 0,5 % až 5 %, pretože rovnomerný rozptyl dosiahnutý sonikáciou umožňuje šetriť výstužné plnivá a vyšší výkon výstuže.
Typickou aplikáciou ultrazvuku vo výrobe je formulácia kompozitu nanočastic-živica. Na výrobu vinylesteru vystuženého CNT sa na rozptýlenie a funkcionalizáciu CNT používa sonikácia. Tieto CNT-vinylestery sa vyznačujú zvýšenými elektrickými a mechanickými vlastnosťami.
Kliknite sem a prečítajte si viac o rozptýlení CNT!

grafén

Grafén ponúka výnimočné fyzikálne vlastnosti, vysoký pomer strán a nízku hustotu. Grafén a oxid grafénu sú integrované do kompozitnej matrice, aby sa získali ľahké polyméry s vysokou pevnosťou. Na dosiahnutie mechanického vystuženia musia byť grafénové dosky / doštičky veľmi jemne rozptýlené, pretože aglomerované grafénové dosky drasticky obmedzujú účinok výstuže.
Vedecký výskum ukázal, že veľkosť zlepšenia väčšinou závisí od stupňa rozptylu grafénových dosiek v matrici. Iba homogénne rozptýlený grafén poskytuje požadované účinky. Vďaka svojej silnej hydrofóbnosti a van der Waalsove príťažlivosti je grafén náchylný na agregáciu a aglomeráciu do vločiek slabo interagujúcich jednovrstvových dosiek.
Zatiaľ čo bežné disperzné techniky často nedokážu produkovať homogénne, nepoškodené grafénové disperzie, vysokovýkonné ultrazvukové disperzie produkujú vysokokvalitné grafénové disperzie. Ultrazvukové prístroje Hielscher manipulujú s nedotknutým grafénom, oxidom grafénu a redukovaným oxidom grafénu z nízkej na vysokú koncentráciu a z malých na veľké objemy bez problémov. Bežne používaným rozpúšťadlom je N-metyl-2-pyrrolidón (NMP), ale pri vysokovýkonných ultrazvukoch môže byť grafén dokonca dispergovaný v zlých rozpúšťadlách s nízkou teplotou varu, ako je acetón, chloroform, IPA a cyklohexanón.
Kliknite sem a prečítajte si viac o hromadnej exfoliácii grafénu!

Uhlíkové nanotrubice a iné nanomateriály

Je dokázané, že výkonové ultrazvuky vedú k jemným disperziám rôznych nanomateriálov vrátane uhlíkových nanotrubíc (CNT), SWNT, MNT, FULLERÉNOV, OXIDU KREMIČITÉHO (SiO₂), oxid titaničitý (TiO₂), striebro (Ag), oxid zinočnatý (ZnO), nanofibrilovaná celulóza a mnoho ďalších. Vo všeobecnosti sonikácia prekonáva bežné dispergátory a môže dosiahnuť jedinečné výsledky.
Okrem mletia a dispergácie nanočastíc sa vynikajúce výsledky dosahujú syntézou nano častíc pomocou ultrazvukového zrážania (syntéza zdola nahor). Zistilo sa, že veľkosť častíc, napr. ultrazvukom syntetizovaného magnetitu, molybdenanu zinočnatého a ďalších, je nižšia v porovnaní s veľkosťou získanou konvenčnou metódou. Nižšia veľkosť sa pripisuje zvýšenej rýchlosti nukleácie a lepším vzorom miešania v dôsledku šmyku a turbulencií generovaných ultrazvukovou kavitáciou.
Kliknite sem a dozviete sa viac o ultrazvukových zrážkach zdola nahor!

Funkcionalizácia ultrazvukových častíc

Špecifický povrch častice sa zvyšuje so zmenšujúcou sa veľkosťou. Najmä v nanotechnológii sa výraz materiálových charakteristík výrazne zvyšuje zväčšením povrchu častice. Povrchovú plochu je možné ultrazvukovo zväčšiť a upraviť pripojením vhodných funkčných molekúl na povrch častíc. Pokiaľ ide o aplikáciu a použitie nanomateriálov, vlastnosti povrchu sú rovnako dôležité ako vlastnosti jadra častíc.
Ultrazvukovo funkcionalizované častice sú široko používané v polyméroch, kompozitoch & biokompozity, nanokvapaliny, zostavené zariadenia, nanolieky atď. Funkcionalizáciou častíc sú vlastnosti ako stabilita, pevnosť & Tuhosť, rozpustnosť, polydisperzivita, fluorescencia, magnetizmus, superparamagnetizmus, optická absorpcia, vysoká hustota elektrónov, fotoluminiscencia atď. sa drasticky zlepšujú.
Bežné častice, ktoré sú komerčne funkcionalizované pomocou Hielschera’ ultrazvukové systémy zahŕňajú CNT, SWNT, MNT, grafén, grafit, oxid kremičitý (SiO₂), nanodiamanty, magnetit (oxid železitý, Fe₃O₄), nano častice striebra, nanočastice zlata, porézne & mezoporézne nanočastice atď.
Kliknite sem a pozrite si vybrané poznámky k aplikáciám pre ultrazvukové ošetrenie častíc!

ultrazvukové dispergátory

Ultrazvukové dispergovacie zariadenie Hielscher je k dispozícii pre laboratórnu, stolovú a priemyselnú výrobu. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú spoľahlivé, robustné, ľahko ovládateľné a čistiteľné. Zariadenie je navrhnuté na prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni v náročných podmienkach. Ultrazvukové systémy je možné použiť na dávkové a inline spracovanie – Flexibilné a ľahko prispôsobiteľné vášmu procesu a požiadavkám.

Ultrazvukové dávkové a inline kapacity