Hielscher Ultrasonics
Vi diskuterar gärna din process.
Ring oss: +49 3328 437-420
Maila oss: info@hielscher.com

Ultraljud formulering av förstärkta kompositer

  • Kompositer uppvisar unika materialegenskaper såsom avsevärt förbättrad termostabilitet, elasticitetsmodul, draghållfasthet, brotthållfasthet och används därför i stor utsträckning vid tillverkning av grenrörsprodukter.
  • Ultraljudsbehandling har visat sig producera högkvalitativa nanokompositer med mycket dispergerade CNT, grafen etc.
  • Ultraljudsutrustning för formulering av förstärkta kompositer finns tillgänglig i industriell skala.

Nanokompositer

Nanokompositer utmärker sig genom sina mekaniska, elektriska, termiska, optiska, elektrokemiska och/eller katalytiska egenskaper.
På grund av det exceptionellt höga förhållandet mellan yta och volym i förstärkningsfasen och/eller det exceptionellt höga bildförhållandet har nanokompositer betydligt högre prestanda än konventionella kompositer. Nanopartiklar som sfärisk kiseldioxid, mineralark som exfolierad grafen eller lera, eller nanofibrer som kolnanorör eller elektrospunna fibrer används ofta för armering.
Till exempel tillsätts kolnanorör för att förbättra den elektriska och termiska ledningsförmågan, nanokiseldioxid används för att förbättra mekaniska, termiska och vattenavvisande egenskaper. Andra typer av nanopartiklar ger förbättrade optiska egenskaper, dielektriska egenskaper, värmebeständighet eller mekaniska egenskaper som styvhet, styrka och motståndskraft mot korrosion och skador.

Exempel på ultraljudsformulerade nanokompositer:

  • kolnanorör (CNT) i en vinylestermatris
  • CNT / kollök / nanodiamanter i en nickelmetallmatris
  • CNT i en matris av magnesiumlegeringar
  • CNT i en matris av polyvinylalkohol (PVA)
  • flerväggigt kolnanorör (MWCNT) i en epoxihartsmatris (med användning av metyltetrahydroftalsyraanhydrid (MTHPA) som härdare)
  • grafenoxid i en matris av polyvinylalkohol (PVA)
  • SiC-nanopartiklar i en magnesiummatris
  • nanokiseldioxid (Aerosil) i en polystyrenmatris
  • magnetisk järnoxid i en flexibel polyuretan (PU) matris
  • nickeloxid i en grafit/polyvinylklorid
  • titan nanopartiklar i en matris av poly-mjölk-ko-glykolsyra (PLGA)
  • nanohydroxiapatit i en matris med poly-mjölk-co-glykolsyra (PLGA)

Ultraljud dispersion

Ultraljudsprocessparametrar kan styras exakt och anpassas optimalt till materialsammansättning och önskad utskriftskvalitet. Ultraljudsdispersion är den rekommenderade tekniken för att införliva nanopartiklar som CNT eller grafen i nanokompositer. Långtidstestad på vetenskaplig nivå och implementerad på många industriella produktionsanläggningar, är ultraljudsdispersion och formulering av nanokompositer en väletablerad metod. Hielschers långa erfarenhet av ultraljudsbearbetning av nanomaterial säkerställer en djupgående rådgivning, rekommendation av en lämplig ultraljudsinställning och hjälp under processutveckling och optimering.
För det mesta dispergeras de förstärkande nanopartiklarna i matrisen under bearbetningen. Viktprocenten (massfraktionen) av det tillsatta nanomaterialet varierar i den lägre skalan, t.ex. 0,5 % till 5 %, eftersom den enhetliga dispersionen som uppnås genom ultraljudsbehandling gör det möjligt att spara förstärkande fyllmedel och högre förstärkningsprestanda.
En typisk tillämpning av ultraljud vid tillverkning är formuleringen av nanopartikel-hartskomposit. För att producera CNT-förstärkt vinylester, ultraljudsbehandling används för att dispergera och funktionalisera CNT. Dessa CNT-vinylester kännetecknas av förbättrade elektriska och mekaniska egenskaper.
Klicka här för att läsa mer om spridningen av CNT!

Oorganiska partiklar kan funktionaliseras genom ultraljud

Ultraljudsfunktionaliserad nanopartikel

Begäran om information




Observera vår integritetspolicy.




Ultraljudsenheter för bänkskiva och produktion som UIP1500hd ger full industriell kvalitet. (Klicka för att förstora!)

Ultraljudsapparat UIP1500hd med genomströmningsreaktor

grafen

Grafen erbjuder exceptionella fysikaliska egenskaper, ett högt bildförhållande och låg densitet. Grafen och grafenoxid integreras i en kompositmatris för att erhålla lätta, höghållfasta polymerer. För att uppnå den mekaniska armeringen måste grafenarken/blodplättarna vara mycket fint dispergerade, för agglomererade grafenskikt begränsar förstärkningseffekten drastiskt.
Vetenskaplig forskning har visat att storleken på förbättringen till största delen beror på dispersionsgraden hos grafenarken i matrisen. Endast homogent dispergerad grafen ger de önskade effekterna. På grund av dess starka hydrofobicitet och van der Waals-attraktion är grafen benägen att aggregera och agglomerera till flingor av svagt interagerande enkelskiktade ark.
Medan vanliga dispersionstekniker ofta inte kan producera homogena, oskadade grafendispersioner, producerar ultraljudsapparater med hög effekt högkvalitativa grafendispersioner. Hielschers ultraljudsapparater hanterar orörd grafen, grafenoxid och reducerad grafenoxid från låg till hög koncentration och från små till stora volymer problemfritt. Ett vanligt använt lösningsmedel är N-metyl-2-pyrrolidon (NMP), men med ultraljud med hög effekt kan grafen till och med dispergeras i lösningsmedel med dålig kokpunkt som aceton, kloroform, IPA och cyklohexanon.
Klicka här för att läsa mer om bulkexfoliering av grafen!

Kolnanorör och andra nanomaterial

Power ultraljud har visat sig resultera i fina dispersioner av olika nanomaterial, inklusive kolnanorör (CNT), SWNTs, MWNTs, fullerener, kiseldioxid (SiO2), titandioxid (TiO2), silver (Ag), zinkoxid (ZnO), nanofibrillär cellulosa och många andra. I allmänhet, ultraljudsbehandling överträffar konventionella dispergeringsmedel och kan uppnå unika resultat.
Förutom malning och dispergering av nanopartiklar uppnås utmärkta resultat genom att syntetisera nanopartiklar via ultraljudsutfällning (bottom-up-syntes). Det har observerats att partikelstorleken, t.ex. för ultraljudssyntetiserad magnetit, natriumzinkmolybdat och andra, är lägre jämfört med den som erhålls med den konventionella metoden. Den lägre storleken tillskrivs den förbättrade kärnbildningshastigheten och bättre blandningsmönster på grund av skjuvningen och turbulensen som genereras av ultraljudskavitation.
Klicka här för att lära dig mer om ultraljudsnederbörd nedifrån och upp!

Funktionalisering av ultraljudspartiklarna

Den specifika ytan av en partikel ökar med minskningen av storleken. Särskilt inom nanoteknik ökar uttrycket av materialegenskaper avsevärt genom att partikelns yta förstoras. Ytan kan ökas och modifieras med ultraljud genom att fästa lämpliga funktionella molekyler på partikelytan. När det gäller tillämpning och användning av nanomaterial är ytegenskaper lika viktiga som partiklarnas kärnegenskaper.
Ultraljudfunktionaliserade partiklar används ofta i polymerer, kompositer & biokompositer, nanofluider, sammansatta enheter, nanoläkemedel etc. Genom partikelfunktionalisering, egenskaper som stabilitet, styrka & styvhet, löslighet, polydispersitet, fluorescens, magnetism, superparamagnetism, optisk absorption, hög elektrondensitet, fotoluminiscens etc. förbättras drastiskt.
Vanliga partiklar som är kommersiellt funktionaliserade med Hielscher’ ultraljudssystem inkluderar CNT, SWNTs, MWNTs, grafen, grafit, kiseldioxid (SiO2), nanodiamanter, magnetit (järnoxid, Fe3O4), silvernanopartiklar, guldnanopartiklar, porösa & mesoporösa nanopartiklar etc.
Klicka här för att se utvalda applikationsanteckningar för ultraljudspartikelbehandling!

ultraljud dispergeringsmedel

Hielschers ultraljudsdispergeringsutrustning är tillgänglig för laboratorie-, bänk- och industriell produktion. Hielschers ultraljudsapparater är pålitliga, robusta, lätta att använda och rengöra. Utrustningen är konstruerad för 24/7 drift under tunga förhållanden. Ultraljudssystemen kan användas för batch- och inline-bearbetning – Flexibel och lätt att anpassa till din process och dina krav.

Ultraljudsbatch- och inline-kapaciteter

Batchvolym Flöde Rekommenderade enheter
5 till 200 ml 50 till 500 ml/min UP200Ht, UP400S
0.1 till 2L 0.25 till 2m3/Hr UIP1000hd, UIP2000hd
0.4 till 10L 1 till 8 m3/Hr UIP4000
N.A. 4 till 30m3/Hr UIP16000
N.A. över 30m3/Hr kluster av UIP10000 eller UIP16000

Be om mer information

Använd formuläret nedan om du vill ha mer information om ultraljudshomogenisering. Vi kommer gärna att erbjuda dig ett ultraljudssystem som uppfyller dina krav.









Observera våra integritetspolicy.




UP200S ultraljud för partikelmodifiering och storleksminskning (Klicka för att förstora!)

Ultraljudslaboratorieenhet för partikelfunktionalisering

Litteratur/Referenser

  • Kapole, S.A:; Bhanvase, fil.kand.; Pinjari, D.V.; Gogate, P.R.; Kulkami, R.D.; Sonawane, S.H.; Pandit, A.B. (2014): “Undersökning av korrosionshämmande prestanda hos ultraljudsmässigt framställt natriumzinkmolybdat nanopigment i två-pack epoxi-polyamidbeläggning. Sammansatta gränssnitt 21/9, 2015. 833-852.
  • Nikje, M.M.A.; Moghaddam, S.T.; Noruzian, M. (2016): Framställning av nya nanokompositer av magnetiskt polyuretanskum med hjälp av nanopartiklar av kärnskal. Polímeros vol.26 nr.4, 2016.
  • Tolasz, J.; Stengl, V.; Ecorchard, P. (2014): Framställningen av kompositmaterial av grafenoxid–polystyren. 3:e internationella konferensen om miljö, kemi och biologi. IPCBEE vol.78, 2014.


Fakta som är värda att veta

Om kompositmaterial

Kompositmaterial (även känt som sammansättningsmaterial) beskrivs som ett material tillverkat av två eller flera beståndsdelar som kännetecknas av väsentligt olika fysikaliska eller kemiska egenskaper. När dessa ingående material kombineras, kommer ett nytt material att – Den så kallade kompositen – produceras, som uppvisar olika egenskaper från de enskilda komponenterna. De enskilda komponenterna förblir separata och distinkta inom den färdiga strukturen.
Det nya materialet har bättre egenskaper, t.ex. är det starkare, lättare, mer motståndskraftigt eller billigare jämfört med konventionella material. Förbättringar av nanokompositer sträcker sig från mekaniska, elektriska/ledande, termiska, optiska, elektrokemiska till katalytiska egenskaper.

Typiska konstruerade kompositmaterial inkluderar:

  • Bio-kompositer
  • Förstärkta plaster, t.ex. fiberförstärkt polymer
  • Kompositer av metall
  • Keramiska kompositer (keramisk matris och metallmatriskomposit)

Kompositmaterial används i allmänhet för byggnads- och struktureringsmaterial som båtskrov, bänkskivor, bilkarosser, badkar, lagringstankar, imiterad granit och handfat av odlad marmor samt i rymdfarkoster och flygplan.

Kompositer kan också använda metallfibrer som förstärker andra metaller, som i metallmatriskompositer (MMC) eller keramiska matriskompositer (CMC), som inkluderar ben (hydroxiapatit förstärkt med kollagenfibrer), cermet (keramik och metall) och betong.
Organiska matris/keramiska aggregatkompositer inkluderar asfaltbetong, polymerbetong, mastixasfalt, mastixrullhybrid, dentalkomposit, syntaktiskt skum och pärlemor.

Om ultraljudseffekter på partiklar

Partikelegenskaper kan observeras när partikelstorleken reduceras till en viss nivå (känd som kritisk storlek). När partikeldimensionerna når nanometernivå förbättras interaktionen vid fasgränssnitten avsevärt, vilket är avgörande för att förbättra materialens egenskaper. Därmed är förhållandet mellan yta och volym av material som används för armering i nanokompositer mest betydelsefullt. Nanokompositer erbjuder tekniska och ekonomiska fördelar för nästan alla industrisektorer, inklusive flyg-, fordons-, elektronik-, bioteknik-, läkemedels- och medicinsektorerna. En annan stor fördel är deras miljövänlighet.
Power ultraljud förbättrar vätbarheten och homogeniseringen mellan matrisen och partiklarna genom dess intensiva blandning och dispergering – genereras av ultraljud kavitation. Eftersom ultraljudsbehandling är den mest använda och mest framgångsrika dispersionsmetoden när det gäller nanomaterial, Hielschers ultraljudssystem installeras i labb, pilotanläggning och produktion över hela världen.

Vi diskuterar gärna din process.

Let's get in contact.