Takviyeli Kompozitlerin Ultrasonik Formülasyonu
- Kompozitler, önemli ölçüde geliştirilmiş termo-stabilite, elastik modül, çekme mukavemeti, kırılma mukavemeti gibi benzersiz malzeme özellikleri gösterir ve bu nedenle manifold ürünlerinin imalatında yaygın olarak kullanılır.
- Sonication'ın yüksek oranda dağılmış CNT'ler, grafen vb. İle yüksek kaliteli nanokompozitler ürettiği kanıtlanmıştır.
- Takviyeli kompozitlerin formülasyonu için ultrasonik ekipman endüstriyel ölçekte mevcuttur.
nanokompozitler
Nanokompozitler mekanik, elektriksel, termal, optik, elektrokimyasal ve/veya katalitik özellikleriyle öne çıkarlar.
Takviye fazının olağanüstü yüksek yüzey / hacim oranı ve / veya olağanüstü yüksek en-boy oranları nedeniyle, nanokompozitler geleneksel kompozitlerden önemli ölçüde daha performanslıdır. Küresel silika gibi nano parçacıklar, pul pul dökülmüş grafen veya kil gibi mineral tabakalar veya karbon nanotüpler veya elektrospun lifler gibi nano lifler takviye için sıklıkla kullanılır.
Örneğin, elektriksel ve termal iletkenliği iyileştirmek için karbon nanotüpler eklenir, mekanik, termal ve suya dayanıklılık özelliklerini geliştirmek için nano silika kullanılır. Diğer nanopartikül türleri, gelişmiş optik özellikler, dielektrik özellikler, ısı direnci veya sertlik, mukavemet ve korozyon ve hasarlara karşı direnç gibi mekanik özellikler verir.
Ultrasonik olarak formüle edilmiş nanokompozitler için örnekler:
- vinil ester matrisinde karbon nanotüpler (CNT)
- Nikel metal matrisinde CNT'ler / karbon soğanları / nano elmaslar
- Magnezyum alaşımlı matristeki CNT'ler
- Polivinil alkol (PVA) matrisindeki CNT'ler
- bir epoksi reçine matrisinde çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) (kürleme maddesi olarak metil tetrahidroftalik anhidrit (MTHPA) kullanılarak)
- bir poli (vinil alkol) (PVA) matrisinde grafen oksit
- Bir magnezyum matrisindeki SiC nanopartikülleri
- polistiren matrisinde nano silika (Aerosil)
- esnek bir poliüretan (PU) matrisinde manyetik demir oksit
- Bir grafit / poli (vinil klorür) içinde nikel oksit
- poli-laktik-ko-glikolik asit (PLGA) matrisindeki titania nanopartikülleri
- poli-laktik-ko-glikolik asit (PLGA) matrisinde nano hidroksiapatit
Ultrasonik Dispersiyon
Ultrasonik proses parametreleri tam olarak kontrol edilebilir ve malzeme bileşimine ve istenen çıktı kalitesine en uygun şekilde uyarlanabilir. Ultrasonik dispersiyon, CNT'ler veya grafen gibi nano parçacıkları nanokompozitlere dahil etmek için önerilen tekniktir. Uzun süredir bilimsel düzeyde test edilmiş ve birçok endüstriyel üretim tesisinde uygulanmış, nanokompozitlerin ultrasonik dispersiyonu ve formülasyonu iyi bilinen bir yöntemdir. Hielscher'ın nano malzemelerin ultrasonik işlenmesindeki uzun deneyimi, derin bir danışmanlık, uygun bir ultrasonik kurulum önerisi ve süreç geliştirme ve optimizasyon sırasında yardım sağlar.
Çoğunlukla, takviye edici nano parçacıklar işleme sırasında matrise dağılır. Eklenen nano malzemenin ağırlık yüzdesi (kütle oranı) daha düşük ölçekte, örneğin% 0.5 ila% 5, çünkü sonikasyon ile elde edilen düzgün dağılım, takviye dolgu maddelerinin korunmasına ve daha yüksek takviye performansına izin verir.
Üretimde ultrasoniklerin tipik bir uygulaması, nanopartikül-reçine kompozitinin formülasyonudur. CNT takviyeli vinil ester üretmek için, CNT'leri dağıtmak ve işlevsel hale getirmek için sonikasyon kullanılır. Bu CNT-vinil ester, gelişmiş elektriksel ve mekanik özellikler ile karakterize edilir.
CNT'lerin dağılımı hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!
grafen
Grafen, olağanüstü fiziksel özellikler, yüksek en-boy oranı ve düşük yoğunluk sunar. Grafen ve grafen oksit, hafif, yüksek mukavemetli polimerler elde etmek için kompozit bir matrise entegre edilir. Mekanik takviyeyi elde etmek için, grafen tabakaları / trombositleri çok ince dağılmış olmalıdır, çünkü aglomera grafen tabakaları takviye etkisini büyük ölçüde sınırlar.
Bilimsel araştırmalar, iyileşmenin büyüklüğünün çoğunlukla matristeki grafen tabakalarının dağılım derecesine bağlı olduğunu göstermiştir. Sadece homojen olarak dağılmış grafen istenen etkileri verir. Güçlü hidrofobikliği ve van der Waals çekiciliği nedeniyle, grafen, zayıf etkileşimli tek katmanlı tabakaların pulları halinde toplanmaya ve topaklanmaya eğilimlidir.
Yaygın dispersiyon teknikleri genellikle homojen, hasarsız grafen dispersiyonları üretemezken, yüksek güçlü ultrasonicators yüksek kaliteli grafen dispersiyonları üretir. Hielscher'ın ultrasonicators, bozulmamış grafen, grafen oksit ve düşük konsantrasyondan yüksek konsantrasyona ve küçük hacimlerden büyük hacimlere sorunsuz bir şekilde indirgenmiş grafen oksit işler. Yaygın olarak kullanılan bir çözücü N-metil-2-pirolidondur (NMP), ancak yüksek güçlü ultrasoniklerle grafen, aseton, kloroform, IPA ve sikloheksanon gibi zayıf, düşük kaynama noktalı çözücülerde bile dağıtılabilir.
Grafenin toplu pul pul dökülmesi hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!
Karbon Nanotüpler ve Diğer Nano Malzemeler
Güç ultrasoniklerinin, karbon nanotüpler (CNT'ler), SWNT'ler, MWNT'ler, fullerenler, silika (SiO) dahil olmak üzere çeşitli nano malzemelerin ince boyutlu dispersiyonlarına neden olduğu kanıtlanmıştır.2), titanyum dioksit (TiO2), gümüş (Ag), çinko oksit (ZnO), nanofibrillenmiş selüloz ve diğerleri. Genel olarak, sonikasyon geleneksel dağıtıcılardan daha iyi performans gösterir ve benzersiz sonuçlar elde edebilir.
Nano parçacıkların öğütülmesi ve dağıtılmasının yanı sıra, nano parçacıkların ultrasonik çökeltme (aşağıdan yukarıya sentez) yoluyla sentezlenmesiyle mükemmel sonuçlar elde edilir. Ultrasonik olarak sentezlenen manyetit, sodyum çinko molibdat ve diğerlerinin parçacık boyutunun, geleneksel yöntem kullanılarak elde edilene kıyasla daha düşük olduğu gözlemlenmiştir. Daha düşük boyut, ultrasonik kavitasyon tarafından üretilen kesme ve türbülans nedeniyle gelişmiş çekirdeklenme hızına ve daha iyi karıştırma modellerine atfedilir.
Ultrasonik aşağıdan yukarıya çökeltme hakkında daha fazla bilgi edinmek için buraya tıklayın!
Ultrasonik Parçacık İşlevselleştirme
Bir parçacığın özgül yüzey alanı, boyutun küçülmesiyle artar. Özellikle nanoteknolojide, malzeme özelliklerinin ifadesi, partikülün genişlemiş yüzey alanı ile önemli ölçüde artar. Yüzey alanı, parçacık yüzeyine uygun fonksiyonel moleküller eklenerek ultrasonik olarak arttırılabilir ve değiştirilebilir. Nano malzemelerin uygulanması ve kullanımı ile ilgili olarak, yüzey özellikleri parçacık çekirdek özellikleri kadar önemlidir.
Ultrasonik olarak işlevselleştirilmiş parçacıklar polimerlerde, kompozitlerde yaygın olarak kullanılmaktadır & Biyokompozitler, nanoakışkanlar, monte edilmiş cihazlar, nanoilaçlar vb. Parçacık fonksiyonelleştirmesi ile stabilite, mukavemet gibi özellikler & Sertlik, çözünürlük, polidispersite, floresan, manyetizma, süperparamanyetizma, optik absorpsiyon, yüksek elektron yoğunluğu, fotolüminesans vb. büyük ölçüde iyileştirilmiştir.
Hielscher ile ticari olarak işlevselleştirilmiş yaygın parçacıklar’ ultrasonik sistemler CNT'ler, SWNT'ler, MWNT'ler, grafen, grafit, silika (SiO2), nanoelmaslar, manyetit (demir oksit, Fe3O4), gümüş nano parçacıklar, altın nano parçacıklar, gözenekli & mezogözenekli nanopartiküller vb.
Ultrasonik partikül tedavisi için seçilmiş uygulama notlarını görmek için buraya tıklayın!
ultrasonik dağıtıcılar
Hielscher'ın ultrasonik dispersiyon ekipmanı laboratuvar, tezgah üstü ve endüstriyel üretim için kullanılabilir. Hielscher'ın ultrasonicators güvenilir, sağlam, kullanımı kolay ve temizdir. Ekipman, ağır hizmet koşullarında 7/24 çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Ultrasonik sistemler toplu ve satır içi işleme için kullanılabilir – Esnektir ve prosesinize ve gereksinimlerinize kolayca uyarlanabilir.
Ultrasonik Parti ve Hat İçi Kapasiteler
| Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
|---|---|---|
| 5 ila 200 mL | 50 ila 500 mL / dakika | UP200Ht, UP400S |
| 0.1 ila 2L | 0.25 ila 2m3/Hr | UIP1000hd, UIP2000hd |
| 0.4 ila 10L | 1 ila 8 m3/Hr | UIP4000 |
| n.a. | 4 ila 30 m3/Hr | UIP16000 |
| n.a. | 30 m'nin üzerinde3/Hr | grubu UIP10000 veya UIP16000 |
Parçacık işlevselleştirme için ultrasonik laboratuvar cihazı
Literatür/Referanslar
- Kapole, S.A:; Bhanvase, BA; Pinjari, D.V.; Gogate, P.R.; Kulkami, R.D.; Sonawane, S.H.; Pandit, A.B. (2014): “İki bileşenli epoksi-poliamid kaplamada ultrasonik olarak hazırlanmış sodyum çinko molibdat nanopigmentinin korozyon önleme performansının araştırılması. Kompozit Arayüzler 21/9, 2015. 833-852.
- Nikje, M.M.A.; Moghaddam, S.T.; Noruzian, M.(2016): Çekirdek-kabuk nanopartikülleri kullanılarak yeni manyetik poliüretan köpük nanokompozitlerin hazırlanması. Polímeros cilt.26 no.4, 2016.
- Tolasz, J.; Stengl, V.; Ecorchard, P. (2014): Grafen Oksit-Polistirenin Kompozit Malzemesinin Hazırlanması. 3. Uluslararası Çevre, Kimya ve Biyoloji Konferansı. IPCBEE vol.78, 2014.
Bilmeye Değer Gerçekler
Kompozit Malzemeler Hakkında
Kompozit malzemeler (bileşim malzemesi olarak da bilinir), önemli ölçüde farklı fiziksel veya kimyasal özelliklerle karakterize edilen iki veya daha fazla bileşenden yapılmış bir malzeme olarak tanımlanır. Bu kurucu malzemeler birleştirildiğinde, yeni bir malzeme – Sözde kompozit – tek tek bileşenlerden farklı özellikler gösteren üretilir. Münferit bileşenler, bitmiş yapı içinde ayrı ve farklı kalır.
Yeni malzeme daha iyi özelliklere sahiptir, örneğin geleneksel malzemelere kıyasla daha güçlü, daha hafif, daha dayanıklı veya daha ucuzdur. Nanokompozitlerin geliştirmeleri mekanik, elektriksel / iletken, termal, optik, elektrokimyasal ve katalitik özelliklere kadar uzanır.
Tipik mühendislik kompozit malzemeleri şunları içerir:
- Biyo-kompozitler
- elyaf takviyeli polimer gibi güçlendirilmiş plastikler
- metal kompozitler
- Seramik Kompozitler (Seramik Matris ve Metal Matris Kompozit)
Kompozit malzemeler genellikle tekne gövdeleri, tezgahlar, araba gövdeleri, küvetler, depolama tankları, imitasyon granit ve kültürlü mermer lavabolar gibi malzemelerin yapımında ve yapılandırılmasında ve ayrıca uzay aracı ve uçaklarda kullanılır.
Kompozitler, kemik (kollajen lifleri ile güçlendirilmiş hidroksiapatit), sermet (seramik ve metal) ve beton içeren metal matrisli kompozitler (MMC) veya seramik matris kompozitlerde (CMC) olduğu gibi diğer metalleri güçlendiren metal lifleri de kullanabilir.
Organik matris/seramik agrega kompozitleri arasında asfalt betonu, polimer beton, mastik asfalt, mastik rulo hibrid, dental kompozit, sözdizimsel köpük ve sedef bulunur.
Parçacıklar Üzerindeki Ultrasonik Etkiler Hakkında
Parçacık özellikleri, parçacık boyutu belirli bir seviyeye (kritik boyut olarak bilinir) düşürüldüğünde gözlemlenebilir. Parçacık boyutları nanometre seviyesine ulaştığında, faz arayüzlerindeki etkileşimler büyük ölçüde iyileşir, bu da malzeme özelliklerini geliştirmek için çok önemlidir. Bu nedenle, nanokompozitlerde takviye için kullanılan malzemelerin yüzey alanı: hacim oranı çok önemlidir. Nanokompozitler, havacılık, otomotiv, elektronik, biyoteknoloji, ilaç ve medikal sektörleri dahil olmak üzere hemen hemen tüm endüstri sektörleri için teknolojik ve ekonomik avantajlar sunmaktadır. Bir diğer büyük avantaj ise çevre dostu olmalarıdır.
Power ultrason, yoğun karıştırma ve dağıtma ile matris ve parçacıklar arasındaki ıslanabilirliği ve homojenizasyonu iyileştirir – Tarafından oluşturuldu ultrasonik kavitasyon. Nano malzemeler söz konusu olduğunda sonikasyon en yaygın kullanılan ve en başarılı dispersiyon yöntemi olduğundan, Hielscher'ın ultrasonik sistemleri dünya çapında laboratuvar, pilot tesis ve üretimde kuruludur.