Ультразвукове приготування армованої гуми
- Армовані гуми демонструють вищу міцність на розрив, подовження, стійкість до стирання та кращу стійкість до старіння.
- Наповнювачі, такі як технічний вуглець (наприклад, CNT, MWNTs), графен або кремнезем, повинні бути однорідно дисперговані в матриці, щоб забезпечити бажані властивості матеріалу.
- Потужний ультразвук забезпечує чудову якість розподілу монодисперсних наночастинок з високими армуючими властивостями.
Ультразвукова дисперсія
Ультразвук широко використовується для диспергування наноматеріалів, таких як монодисперсні наночастинки та нанотрубки, оскільки ультразвук значно покращує розділення та функціоналізацію частинок і трубок.
Ультразвукове диспергуюче обладнання створює Кавітації і високі зсувні сили для руйнування, деагломерації, розплутування та розсіювання наночастинок і нанотрубок. Інтенсивність ультразвуку можна точно регулювати та контролювати, щоб параметри ультразвукової обробки були ідеально адаптовані, враховуючи концентрацію, агломерацію та вирівнювання/заплутування наноматеріалу. Таким чином, наноматеріали можуть бути оптимально оброблені відповідно до конкретних вимог до матеріалу. Оптимальні умови дисперсії завдяки індивідуально налаштованим параметрам ультразвукового процесу дозволяють отримати високоякісний кінцевий гумовий нанокомпозит з чудовими армуючими характеристиками нанодобавок і наповнювачів.
Завдяки чудовій якості дисперсії ультразвуку і тим самим досягнутому рівномірному дисперсуванню, для отримання чудових характеристик матеріалу достатньо дуже низького навантаження на наповнювач.
Ультразвукова гума, армована сажею
Технічний вуглець є одним з найважливіших наповнювачів у гумах, особливо для шин, для додання гумовому матеріалу стійкості до стирання та міцності на розрив. Частинки сажі сильно схильні до утворення агрегатів, які важко однорідно диспергувати. Технічний вуглець зазвичай використовується у фарбах, емаліях, друкарських фарбах, нейлонових і пластикових барвниках, латексних сумішах, воскових сумішах, фотопокриттях тощо.
Ультразвукова дисперсія дозволяє деагломерувати і змішуватися рівномірно з дуже високою монодисперсністю частинок.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукову дисперсію для армованих композитів!
Ультразвуково армована CNT / MWCNT-армована гума
Ультразвукові гомогенізатори є потужними дисперсними системами, які можна точно контролювати та налаштовувати відповідно до процесу та вимог до матеріалів. Точний контроль параметрів ультразвукового процесу особливо важливий для диспергаційних нанотрубок, таких як MWNT або SWNT, оскільки нанотрубки повинні бути розплутані в окремі трубки без пошкодження (наприклад, різання). Непошкоджені нанотрубки мають високе співвідношення сторін (до 132 000 000:1), що забезпечує виняткову міцність і жорсткість при формуванні композиту. Потужна, точно відрегульована звукова система долає сили Ван-дер-Ваальса, розсіює та розплутує нанотрубки, в результаті чого виходить високоякісний гумовий матеріал з винятковою міцністю на розрив і модулем пружності.
Крім того Ультразвукова функціоналізація використовується для модифікації вуглецевих нанотрубок з метою досягнення бажаних властивостей, які можна використовувати в різноманітних застосуваннях.
Ультразвукова гума, армована нанокремнеземом
Ультразвукові диспергатори забезпечують високорівномірний розподіл частинок кремнезему (SiO)2) наночастинки в гумових полімерних розчинах. Діоксид кремнію (SiO2) Наночастинки повинні бути однорідно розподілені у вигляді монодисперсних частинок у полімеризованому бутадієновому стирополі та інших гумах. Монодисперсний нано-SiO2 діє як армуючий агент, що значно покращує в'язкість, міцність, подовження, вигин і антивікові характеристики. Для наночастинок застосовується: чим менший розмір частинок, тим більша питома площа поверхні частинок. При більш високому співвідношенні площа/об'єм поверхні (S/V) досягаються кращі структурні та армуючі ефекти, що підвищує міцність на розрив і твердість гумових виробів.
Ультразвукова дисперсія наночастинок кремнезему дозволяє точно контролювати параметри процесу, щоб отримати сферичну морфологію, точно скоригований розмір частинок і дуже вузький розподіл за розмірами.
Ультразвуково дисперсний кремнезем забезпечує найвищі характеристики матеріалу - армованої гуми.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукове диспергування SiO2!
Ультразвукова дисперсія армуючих добавок
Доведено, що ультразвук диспергує багато інших наночастинкових матеріалів для покращення модуля, міцності на розрив і втомних властивостей гумових композитів. Оскільки розмір частинок, форма, площа поверхні та поверхнева активність наповнювачів та армуючих добавок мають вирішальне значення для їх роботи, потужні та надійні ультразвукові диспергатори є одним із найбільш часто використовуваних методів перетворення мікро- та нанорозмірних частинок у гумові вироби.
Типовими добавками та наповнювачами, які вводяться шляхом ультразвуку у вигляді рівномірно розподілених або монодисперсних частинок у гумових матрицях, є карбонат кальцію, каолінова глина, димчастий кремнезем, осаджений кремнезем, оксид графіту, графен, слюда, тальк, барит, волластоніт, осаджені силікати, димчастий кремнезем та діатоміт.
При функціональному TiO олеїнової кислоти2 Наночастинки ультразвуково диспергуються в бутадієн-стирольному каучуку, навіть дуже невелика кількість олеїнового-SiO2 призводить до значного покращення модульних властивостей, міцності на розрив та втоми та виконує функції захисного агента від фото- та термодеградації.
- Тригідрат оксиду алюмінію (Al2O3) додається як антипірен, для покращення теплопровідності, а також для відстеження та стійкості до ерозії.
- Наповнювачі з оксиду цинку (ZnO) збільшують відносну діелектричну проникність, а також теплопровідність.
- Діоксид титану (TiO2) покращує тепло- і електропровідність.
- Карбонат кальцію (CaCO3) використовується як присадка завдяки своїм механічним, реологічним і вогнезатримуючим властивостям.
- Титанат барію (BaTiO3) підвищує термічну стабільність.
- графен і оксид графену (GO) забезпечують чудові механічні, електричні, термічні та оптичні характеристики матеріалу.
- Вуглецеві нанотрубки (ВНТ) значно покращують механічні властивості, такі як міцність на розрив, електро- та теплопровідність.
- Багатостінні вуглецеві нанотрубки (MWNT) покращують модуль Янга та межу плинності. Наприклад, всього 1 мас.% MWNT в епоксидній смолі призводить до збільшення модуля Юнга і межі текучості відповідно, на 100% і 200%, в порівнянні з чистою матрицею.
- Одностінні вуглецеві нанотрубки (УХНТ) покращують механічні властивості та теплопровідність.
- Вуглецеві нановолокна (CNF) додають міцності, термостійкості та довговічності.
- Металеві наночастинки, такі як нікель, залізо, мідь, цинк, алюміній та Срібло додаються для поліпшення електро- і теплопровідності.
- Органічні наноматеріали, такі як Монтморилоніт покращують механічні та вогнезахисні властивості.
Ультразвукові дисперсійні системи
Компанія Hielscher Ultrasonics пропонує широкий асортимент ультразвукового обладнання – Від невеликих настільних систем для перевірки техніко-економічного обґрунтування до важких Промислові ультразвукові установки з до 16 кВт на одиницю. Потужність, надійність, точна керованість, а також їх надійність роблять ультразвукові диспергаційні системи Hielscher “Робоча конячка” в лінії виробництва мікрон- і нанотвердих складів. Наші ультразвукові апарати здатні обробляти водні дисперсії та дисперсії на основі розчинників до висока в'язкість (до 10 000 cp) Легко. Різноманітні сонотроди (ультразвукові ріжки), підсилювачі (підсилювач/зменшувач), геометрія проточних комірок та інші аксесуари дозволяють оптимально адаптувати ультразвуковий диспергатор до продукту та вимог до його процесу.
Hielscher Ultrasonics’ Промислові ультразвукові процесори можуть забезпечити дуже Високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна швидко безперервно працювати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє 24/7 Експлуатація при Важкі вантажі і в складних умовах. Ультразвукові диспергатори Hielscher встановлюються по всьому світу для великомасштабного комерційного виробництва.
Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої |
---|---|---|
Від 10 до 2000 мл | Від 20 до 400 мл/хв | UP200Ht, UP400St |
0від 1 до 20 л | 0від .2 до 4 л/хв | UIP2000HDT |
Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л/хв | UIP4000 |
Н.А. | Від 10 до 100 л/хв | UIP16000 |
Н.А. | Більше | кластер UIP16000 |
Література / Список літератури
- 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.
Факти, які варто знати
синтетичний каучук
Синтетичний каучук - це будь-який штучний еластомер. Синтетичні каучуки в основному є полімерами, синтезованими з побічних продуктів нафти і виготовляються, як і інші полімери, з різних мономерів на основі нафти. Найбільш поширеним синтетичним каучуком є бутадієновий стирол (SBR), отриманий шляхом спільної полімеризації стиролу та 1,3-бутадієну. Інші синтетичні каучуки готують з ізопрену (2-метил-1,3-бутадієн), хлоропрену (2-хлор-1,3-бутадієну) та ізобутилену (метилпропену) з невеликим відсотком ізопрену для зшивання. Ці та інші мономери можна змішувати в різних пропорціях для спільнополімеризації для отримання продуктів з цілим рядом фізичних, механічних і хімічних властивостей. Мономери можна виробляти в чистому вигляді, а додавання домішок або добавок може контролюватися за допомогою конструкції для надання оптимальних властивостей. Полімеризацію чистих мономерів можна краще контролювати, щоб отримати бажану частку цис- і транс-подвійних зв'язків.
Синтетичний каучук, як і натуральний, широко використовується в автомобілебудуванні для шин, дверних і віконних профілів, шлангів, ременів, рогожок і підлогових покриттів.
натуральний каучук
Натуральний каучук також відомий як індійський каучук або каучук. Натуральний каучук класифікується як еластомер і складається в основному з полімерів органічної сполуки полі-цис-ізопрену і води. Він містить сліди домішок, таких як білок, бруд тощо. Натуральний каучук, який отримують у вигляді латексу з каучукового дерева Hevea Brasiliensis, проявляє відмінні механічні властивості. Однак у порівнянні з синтетичними каучуками, натуральний каучук має нижчі характеристики матеріалу, особливо щодо його термічної стабільності та сумісності з нафтопродуктами. Натуральний каучук має широкий спектр застосування, як окремо, так і в поєднанні з іншими матеріалами. В основному він використовується через великий коефіцієнт розтягування, високу пружність і надзвичайно високу водонепроникність. Температура плавлення гуми становить приблизно 180 ° C (356 ° F).
У наведеній нижче таблиці наведено огляд різних типів гуми:
ISO | Технічна назва | Загальна назва |
---|---|---|
АКМ | Поліакрилатний каучук | |
АЕМ | Етилен-акрилатний каучук | |
Авт | Поліефірний уретан | |
БІІР | Бромо ізобутилен ізопрен | Бромбутил |
БР | Полібутадієн | Буна КБ |
CIIR | Хлорізобутиленізопрен | Хлорбутил, Бутил |
Чехія | Поліхлоропрен | Хлоропрен, Неопрен |
КСМ | Хлорсульфонізований поліетилен | Гіпалон |
ЕКО | Епіхлоргідрин | ЕКО, Епіхлоргідрин, Епіхлор, Епіхлоридрин, Герклор, Гідрин |
ЄП | Етиленпропілен | |
EPDM | Етиленпропілендієновий мономер | EPDM, Нордель |
ЄС | Поліефірний уретан | |
ФФКМ | Перфторкарбонова гума | Калрез, Чемраз |
ФКМ | Фторовані вуглеводні | Вітон, Флюорел |
FMQ | Фторсилікон | FMQ, силіконова гума |
ФПМ | Флюорокарбонова гума | |
HNBR | Гідрогенізований нітрил-бутадієн | HNBR |
ІЧ | Поліізопрен | (Синтетичні) Натуральний каучук |
ІМВ | Ізобутиленізопрен бутил | Буті |
НБР | Акрилонітрил-бутадієн | НБР, Нітрил, Пербунан, Буна-Н |
ПУ | Поліуретанові | PU, поліуретан |
СБР | Бутадієн стиролу | СБР, Буна-С, ГРС, Буна ВСЛ, Буна ДП |
СЕБС | Сополімер стиролу етиленбутілену стиролу | SEBS Гума |
Сі | Полісилоксан | силіконова гума |
VMQ | Вінілметилсилікон | силіконова гума |
XNBR | Акрилонітрил-бутадієнкарбокси-мономер | XNBR, карбоксильований нітрил |
Технологія XSBR | Бутадієн-мономер стиролу | |
YBPO | Термопластичний поліефірний ефір | |
YSBR | Сополімер блоку бутадієну стиролу | |
YXSBR | Сополімер блоку бутадієн-карбокси-стиролу |
СБР
Бутадієн-стирол або бутадієн-стирол-бутадієновий каучук (SBR) описує синтетичні каучуки, які отримують зі стиролу та бутадієну. Армований бутадієн-стирол характеризується високою стійкістю до стирання і хорошими омолоджуючими властивостями. Співвідношення між стиролом і бутадієном визначає властивості полімеру: завдяки високому вмісту стиролу гума стає більш твердою і менш гумовою.
Обмеження неармованого SBR викликані його низькою міцністю без армування, низькою пружністю, низькою міцністю на розрив (особливо при високих температурах) і поганою липкістю. Тому для поліпшення властивостей SBR потрібні армуючі речовини і наповнювачі. Наприклад, наповнювачі з технічного вуглецю використовуються для міцності та стійкості до стирання.
стирол
Стирол (C8H8) відомий під різними термінами, такими як етенілбензол, вінілбензол, фенілетен, фенілетилен, циннамен, стирол, діарекс HF 77, стирол і стиропол. Це органічна сполука з хімічною формулою С6H5СН=СН2. Стирол є попередником полістиролу і ряду сополімерів.
Він є похідним бензолу і виглядає як безбарвна масляниста рідина, яка легко випаровується. Стирол має солодкуватий запах, який при високих концентраціях переходить в менш приємний запах.
У присутності вінілової групи стирол утворює полімер. Полімери на основі стиролу комерційно виробляються для отримання таких продуктів, як полістирол, ABS, стирол-бутадієновий (SBR) каучук, стирол-бутадієновий латекс, SIS (стирол-ізопрен-стирол), S-EB-S (стирол-етилен/бутилен-стирол), стирол-дивінілбензол (S-DVB), стирол-акрилонітрильна смола (SAN) і ненасичені поліефіри, які використовуються в смолах і термореактивних сполуках. Ці матеріали є важливими компонентами для виробництва гуми, пластику, ізоляції, скловолокна, труб, деталей автомобілів і човнів, харчових контейнерів і килимової основи.
Застосування гуми
Гума має багато характеристик матеріалу, таких як міцність, довговічність, водонепроникність і термостійкість. Ці властивості роблять гуму дуже універсальною, тому вона використовується в багатьох галузях промисловості. Основне застосування гуми - в автомобілебудуванні, в основному для виробництва шин. Додаткові характеристики, такі як його нековзкість, м'якість, довговічність і пружність, роблять гуму дуже часто відвідуваним композитом, який використовується для виробництва взуття, підлогових покриттів, медичних та медичних товарів, побутових товарів, іграшок, спортивних виробів та багатьох інших гумових виробів.
Нано-добавки та наповнювачі
Нанорозмірні наповнювачі та добавки в гумах діють як армуючі та захисні агенти для підвищення міцності на розрив, стійкості до стирання, розриву, гістерезису та для захисту від фото- та термічної деградації гуми.
Кремнезему
Діоксид кремнію (SiO2, діоксид кремнію) використовується в багатьох формах, таких як аморфний кремнезем, наприклад, димчастий кремнезем, кремнезем, осаджений кремнезем для покращення характеристик матеріалу щодо динамічних механічних властивостей, стійкості до термічного старіння та морфології. Сполуки, наповнені кремнеземом, демонструють зростаючу в'язкість і щільність зшивання відповідно до збільшення вмісту наповнювача. Твердість, модуль нахилу, міцність на розрив і зносостійкі характеристики поступово покращувалися за рахунок збільшення кількості кремнеземного наповнювача.
технічний вуглець
Технічний вуглець є формою паракристалічного вуглецю з приєднаними до його поверхні хемосорбованими кисневими комплексами (такими як карбоксильні, хінонічні, лактонові, фенольні групи та інші). Ці поверхневі кисневі групи прийнято об'єднувати під цим терміном “леткі комплекси”. Завдяки такому вмісту летких речовин технічний вуглець є непровідним матеріалом. За допомогою вуглець-кисневих комплексів функціоналізовані частинки сажі легше диспергуються.
Високе співвідношення площі поверхні до об'єму технічного вуглецю робить його поширеним армуючим наповнювачем. Практично у всіх гумових виробах, для яких необхідна міцність на розрив і стійкість до стирання, використовується технічний вуглець. Осаджений або димчастий кремнезем використовується як замінник технічного вуглецю, коли потрібне армування гуми, але слід уникати чорного кольору. Однак наповнювачі на основі кремнезему також завойовують частку ринку в автомобільних шинах, оскільки використання кремнеземних наповнювачів призводить до менших втрат при коченні порівняно з шинами, наповненими сажею.
У наведеній нижче таблиці наведено огляд типів технічного вуглецю, що використовуються в шинах
Ім'я | Абрев. | ASTM | Розмір частинок, нм | Міцність на розрив, МПа | Відносне лабораторне стирання | Відносне стирання дорожнього зносу |
---|---|---|---|---|---|---|
Супер абразивна піч | SAF | N110 | 20–25 | 25.2 | 1.35 | 1.25 |
Проміжний SAF | МССБ | N220 | 24–33 | 23.1 | 1.25 | 1.15 |
Піч з високим ступенем стирання | ХАФ | N330 | 28–36 | 22.4 | 1.00 | 1.00 |
Простий канал обробки | ЕРС | N300 | 30–35 | 21.7 | 0.80 | 0.90 |
Піч швидкого екструдування | ФЕФ | N550 | 39–55 | 18.2 | 0.64 | 0.72 |
Піч з високим модулем | HMF | N660 | 49–73 | 16.1 | 0.56 | 0.66 |
Напіварматурна піч | SRF | N770 | 70–96 | 14.7 | 0.48 | 0.60 |
Тонкий термічний | FT | N880 | 180–200 | 12.6 | 0.22 | – |
Середнє термічне | МТ | N990 | 250–350 | 9.8 | 0.18 | – |
оксид графену
Оксид графену, диспергований у SBR, забезпечує високу міцність на розрив і міцність на розрив, а також видатну зносостійкість і низький опір коченню, які є важливими властивостями матеріалу для виробництва шин. Армований оксидом кремнію графеном SBR пропонує конкурентоспроможну альтернативу для екологічно чистого виробництва шин, а також для виробництва високоефективних гумових композитів. Графен і оксид графену можна успішно, надійно і легко відлущувати під ультразвуком. Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукове виробництво графену!