Ultrazvuková príprava vystuženého kaučuku

• Vystužené kaučuky vykazujú vyššiu pevnosť v ťahu, ťažnosť, odolnosť proti oderu a lepšiu stabilitu pri starnutí.
• Plnivá ako sadze (napr. CNTs, MWNTs), grafén alebo oxid kremičitý musia byť homogénne dispergované v matrici, aby sa dosiahli požadované vlastnosti materiálu.
• Výkonový ultrazvuk zabezpečuje vynikajúcu kvalitu rozloženia monodispergovaných nanočastíc s výraznými vystužujúcimi vlastnosťami.

Ultrazvuková dispergácia

Sonikácia sa vo veľkej miere používa na dispergáciu nanomateriálov, ako sú monodispergované nanočastice a nanorúrky, pretože ultrazvuk výrazne zlepšuje oddeľovanie a funkcionalizáciu častíc a rúrok.
Ultrazvukové dispergačné zariadenie vytvára kavitáciu a vysoké šmykové sily na rozrušovanie, deaglomeráciu, rozpletanie a dispergáciu nanočastíc a nanorúrok. Intenzitu sonikácie možno presne nastaviť a regulovať tak, aby sa parametre ultrazvukového spracovania dokonale prispôsobili s ohľadom na koncentráciu, aglomeráciu a orientáciu či zapletenie nanomateriálu. Nanomateriály tak možno optimálne spracovať podľa požiadaviek konkrétneho materiálu. Optimálne podmienky dispergácie dosiahnuté individuálnym nastavením parametrov ultrazvukového procesu vedú k vysokokvalitnému výslednému kaučukovému nanokompozitu s vynikajúcimi vystužujúcimi vlastnosťami nanoprísad a nanoplnív.
Vďaka vynikajúcej kvalite ultrazvukovej dispergácie a takto dosiahnutému rovnomernému rozptýleniu postačuje na získanie vynikajúcich vlastností materiálu veľmi nízky obsah plniva.

Kaučuk vystužený sadzami pomocou ultrazvuku

Sadze sú jedným z najdôležitejších plnív v kaučukoch, najmä pri výrobe pneumatík, pretože kaučukovému materiálu dodávajú odolnosť proti oderu a pevnosť v ťahu. Častice sadzí majú výrazný sklon vytvárať agregáty, ktoré sa ťažko homogénne dispergujú. Sadze sa bežne používajú vo farbách, emailoch, tlačiarenských farbách, farbivách na nylon a plasty, latexových zmesiach, voskových zmesiach, fotografických povlakových vrstvách a ďalších výrobkoch.
Ultrazvuková dispergácia umožňuje deaglomeráciu a rovnomerné premiešanie s veľmi vysokou monodisperzitou častíc.
Kliknite sem a dozviete sa viac o ultrazvukovej dispergácii pri príprave vystužených kompozitov!

Kaučuk vystužený CNT / MWCNT pomocou ultrazvuku

Ultrazvukové homogenizátory sú výkonné dispergačné systémy, ktoré možno presne riadiť a prispôsobiť požiadavkám procesu a materiálu. Presné riadenie parametrov ultrazvukového procesu je obzvlášť dôležité pri dispergácii nanorúrok, ako sú MWNTs alebo SWNTs, pretože nanorúrky sa musia rozpliesť na jednotlivé rúrky bez poškodenia (napr. pretrhnutia). Nepoškodené nanorúrky majú vysoký pomer dĺžky k priemeru (až 132 000 000:1), takže po zapracovaní do kompozitu mu dodávajú výnimočnú pevnosť a tuhosť. Výkonná, presne nastavená sonikácia prekonáva van der Waalsove sily a disperguje a rozpletá nanorúrky, čím vzniká vysokovýkonný kaučukový materiál s výnimočnou pevnosťou v ťahu a modulom pružnosti.
Okrem toho sa ultrazvuková funkcionalizácia používa na úpravu uhlíkových nanorúrok s cieľom dosiahnuť požadované vlastnosti využiteľné v rozmanitých aplikáciách.

Kaučuk vystužený nanooxidom kremičitým pomocou ultrazvuku

Ultrazvukové dispergátory zabezpečujú vysoko rovnomerné rozloženie nanočastíc oxidu kremičitého (SiO₂) v roztokoch kaučukových polymérov. Nanočastice oxidu kremičitého (SiO₂) musia byť homogénne rozložené ako monodispergované častice v polymerizovanom styrén-butadiéne a iných kaučukoch. Monodispergovaný nano-SiO₂ pôsobí ako vystužujúce činidlo, ktoré výrazne zlepšuje húževnatosť, pevnosť, predĺženie, ohybové vlastnosti a odolnosť proti starnutiu. Pre nanočastice platí: Čím menšia je veľkosť častíc, tým väčší je ich merný povrch. Pri vyššom pomere povrchu k objemu (S/V) sa dosahujú lepšie štruktúrne a vystužujúce účinky, čo zvyšuje pevnosť v ťahu a tvrdosť gumových výrobkov.
Ultrazvuková dispergácia nanočastíc oxidu kremičitého umožňuje presne riadiť procesné parametre tak, aby sa dosiahla sférická morfológia, presne nastavená veľkosť častíc a veľmi úzka distribúcia veľkosti častíc.
Ultrazvukom dispergovaný oxid kremičitý zabezpečuje najvyššie úžitkové vlastnosti takto vystuženého kaučuku.
Kliknite sem a dozviete sa viac o ultrazvukovej dispergácii SiO₂!

Ultrazvuková dispergácia vystužujúcich prísad

Preukázalo sa, že sonikácia disperguje mnohé ďalšie materiály vo forme nanočastíc s cieľom zlepšiť modul pružnosti, pevnosť v ťahu a únavové vlastnosti kaučukových kompozitov. Keďže veľkosť častíc, ich tvar, povrch a povrchová aktivita plnív a vystužujúcich prísad sú rozhodujúce pre ich účinnosť, výkonné a spoľahlivé ultrazvukové dispergátory patria medzi najčastejšie používané prostriedky na zapracovanie mikročastíc a nanočastíc do gumových výrobkov.
Medzi typické prísady a plnivá, ktoré sa sonikáciou zapracúvajú do kaučukových matríc ako rovnomerne rozptýlené alebo monodispergované častice, patria uhličitan vápenatý, kaolínový íl, pyrogénny oxid kremičitý, zrážaný oxid kremičitý, oxid grafitu, grafén, sľuda, mastenec, baryt, wollastonit, zrážané kremičitany, pyrogénny oxid kremičitý a diatomit.
Keď sa nanočastice TiO₂ funkcionalizované kyselinou olejovou ultrazvukom dispergujú v styrén-butadiénovom kaučuku, aj veľmi malé množstvo SiO₂ funkcionalizovaného kyselinou olejovou vedie k výraznému zlepšeniu modulu pružnosti, pevnosti v ťahu a únavových vlastností a pôsobí ako ochranné činidlo proti fotodegradácii a tepelnej degradácii.

• Trihydrát oxidu hlinitého (Al₂O₃) sa pridáva ako retardér horenia, na zlepšenie tepelnej vodivosti a na zvýšenie odolnosti proti tvorbe vodivých stôp a erózii.
• Plnivá z oxidu zinočnatého (ZnO) zvyšujú relatívnu permitivitu aj tepelnú vodivosť.
• Oxid titaničitý (TiO₂) zlepšuje tepelnú a elektrickú vodivosť.
• Uhličitan vápenatý (CaCO₃) sa používa ako prísada vďaka svojim mechanickým a reologickým vlastnostiam a schopnosti spomaľovať horenie.
• Titaničitan bárnatý (BaTiO₃) zvyšuje tepelnú stabilitu.
• Grafén a oxid grafénu (GO) poskytujú vynikajúce mechanické, elektrické, tepelné a optické vlastnosti materiálu.
• Uhlíkové nanorúrky (CNTs) výrazne zlepšujú mechanické vlastnosti, ako je pevnosť v ťahu, a elektrickú a tepelnú vodivosť.
• Viacstenné uhlíkové nanorúrky (MWNTs) zlepšujú Youngov modul pružnosti a medzu klzu. Napríklad už 1 wt.% MWNTs v epoxide vedie v porovnaní s čistou matricou k zvýšeniu Youngovho modulu pružnosti o 100% a medze klzu o 200%.
• Jednostenné uhlíkové nanorúrky (SWNTs) zlepšujú mechanické vlastnosti a tepelnú vodivosť.
• Uhlíkové nanovlákna (CNF) zvyšujú pevnosť, tepelnú odolnosť a trvanlivosť.
• Kovové nanočastice, ako sú nikel, železo, meď, zinok, hliník a striebro sa pridávajú na zlepšenie elektrickej a tepelnej vodivosti.
• Organické nanomateriály, ako je montmorillonit zlepšujú mechanické vlastnosti a schopnosť spomaľovať horenie.

Ultrazvukové dispergačné systémy

Hielscher Ultrasonics ponúka široký sortiment ultrazvukových zariadení – od menších stolových systémov na skúšky realizovateľnosti až po vysokovýkonné priemyselné ultrazvukové jednotky s výkonom až 16kW na jednotku. Výkon, spoľahlivosť, presná regulovateľnosť a robustnosť robia z ultrazvukových dispergačných systémov Hielscher „ťažného koňa“ vo výrobnej linke na prípravky obsahujúce mikročastice a nanočastice. Naše ultrazvukové zariadenia dokážu spracúvať vodné disperzie aj disperzie na báze rozpúšťadiel až do vysokých viskozít (až do 10 000cp) ľahko. Rôzne sonotródy (ultrazvukové rohy), zosilňovače (na zvýšenie/zníženie amplitúdy), geometrie prietokových komôr a ďalšie príslušenstvo umožňujú optimálne prispôsobiť ultrazvukový dispergátor produktu a požiadavkám jeho spracovania.
Priemyselné ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics dokážu dosahovať veľmi vysoké amplitúdy. S amplitúdami až do 200µm možno ihneď pracovať nepretržite v režime 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii ultrazvukové sonotródy vyrobené na mieru. Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje 24/7 prevádzku pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach. Ultrazvukové dispergátory Hielscher sú nainštalované po celom svete na veľkokapacitnú komerčnú výrobu.