Công thức keo dán hiệu năng cao – Được cải thiện bằng phương pháp phân tán siêu âm

Keo dán hiệu năng cao được tạo thành từ các hệ epoxy, silicone, polyurethane, polysulfide hoặc acrylic chứa nhiều loại chất độn (nano) và phụ gia, mang lại cho keo những đặc tính chuyên biệt như độ bền liên kết, khối lượng nhẹ, độ bền lâu dài, khả năng chịu nhiệt và tính bền vững. Quá trình phối trộn hiệu quả và đáng tin cậy là yêu cầu cần thiết để tạo công thức keo dán hiệu năng cao. Phương pháp phân tán và nhũ hóa bằng siêu âm được sử dụng để kết hợp đồng đều các thành phần khác nhau thành hỗn hợp keo đồng nhất. Xử lý siêu âm trực tiếp trên dòng phối trộn một cách đáng tin cậy và hiệu quả ngay cả các vật liệu có độ nhớt cao và hỗn hợp có hàm lượng chất độn nano cao, tạo ra keo dán vượt trội.

Lực cắt lớn do siêu âm để phân tán keo dán hiệu năng cao

Keo dán hiệu năng cao mang lại độ bền liên kết vượt trội, độ bền lâu dài và khối lượng nhẹ. Tùy thuộc vào ứng dụng cuối cùng, polyme, copolyme và nhiều loại phụ gia được phối chế theo các công thức được xây dựng kỹ lưỡng.

Các hệ epoxy, silicone, polyurethane và acrylic dùng cho keo dán và hồ dán được sản xuất bởi các nhà phát triển công thức, những người điều chỉnh nền keo bằng cách bổ sung chất tăng độ dính, chất độn khoáng (talc, silica, alumina, v.v.), chất tăng độ mềm dẻo, chất giảm độ nhớt, chất tạo màu, chất làm đặc, chất xúc tiến, chất tăng bám dính, v.v. Những điều chỉnh này phục vụ nhiều mục đích như cải thiện hiệu năng và/hoặc giúp quá trình gia công thuận tiện hơn hoặc giảm chi phí. Thiết bị phân tán siêu âm có lực cắt lớn là lựa chọn lý tưởng để phối chế các hệ epoxy khác nhau trực tiếp trên dòng và cho phép sản xuất linh hoạt các loại keo dán được thiết kế phù hợp với yêu cầu của từng ứng dụng cụ thể.

Máy trộn siêu âm có lực cắt lớn cho các ứng dụng phân tán và nhũ hóa có yêu cầu khắt khe

Thiết bị xử lý siêu âm hiệu năng cao hoạt động như máy trộn có lực cắt lớn. Các lực cắt cực lớn được tạo ra bởi hiện tượng xâm thực siêu âm / âm học và lý tưởng cho các ứng dụng nhũ hóa, phân tán, nghiền, phá kết tụ và đồng nhất hóa theo mẻ cũng như trực tiếp trên dòng. Thiết bị phân tán siêu âm trực tiếp trên dòng có thể dễ dàng xử lý các hỗn hợp có nồng độ chất rắn và độ nhớt từ thấp đến cao.

Phối trộn vật liệu nano trong keo dán bằng siêu âm có lực cắt lớn

Các vật liệu nano như ống nano carbon (CNTs), hạt nano kim loại, silica nano, đất sét nano, sợi nano và nhiều loại hạt có kích thước nano khác được sử dụng để sản xuất polyme gia cường nano (nanocomposite). Các hạt nano được biết đến rộng rãi nhờ khả năng thay đổi các tính chất cơ học (ví dụ: độ cứng, độ đàn hồi), tính chất điện (ví dụ: độ dẫn điện), tính chất chức năng (ví dụ: độ thấm, nhiệt độ chuyển thủy tinh, mô đun) và đặc tính phá hủy của keo dán polyme nhiệt rắn. Vật liệu nano không chỉ mang lại những đặc tính hiệu năng cao chuyên biệt như độ bền liên kết, độ bền lâu dài, tính dẫn điện, độ đàn hồi hoặc khả năng chịu nhiệt; việc bổ sung các hạt có cấu trúc nano còn có thể cải thiện tính chất ngăn thấm của polyme.
Các lực cắt lớn của hiện tượng xâm thực âm học do siêu âm tạo ra được biết đến rộng rãi nhờ khả năng phá kết tụ và phân tán các hạt nano, thậm chí phá vỡ cả các hạt sơ cấp (tức là nghiền bằng siêu âm). Khi các lực siêu âm này được áp dụng cho các hệ polyme chứa hạt nano và các chất độn khác, hỗn hợp phối chế thu được có độ đồng đều rất cao. Phân tán bằng siêu âm là phương pháp tiết kiệm năng lượng, tiêu thụ ít năng lượng hơn so với các phương pháp phối trộn bằng lực cắt thông thường như máy trộn lưỡi dao có lực cắt lớn, máy trộn cánh khuấy hoặc máy nghiền.

Video minh họa quá trình trộn và phân tán graphit trong 250mL nhựa epoxy (Toolcraft L) bằng máy đồng nhất siêu âm (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics sản xuất thiết bị để phân tán graphit, graphene, ống nano cacbon, dây nano hoặc chất độn trong phòng thí nghiệm hay trong các quy trình sản xuất quy mô lớn. Các ứng dụng điển hình là phân tán vật liệu nano và vật liệu vi mô trong quá trình chức năng hóa hoặc phân tán vào nhựa hay polyme.

Kaboori và cộng sự (2013) đã chứng minh rằng xử lý siêu âm là một phương pháp hiệu quả để phân tán các cấu trúc dạng lớp của montmorillonit (MMT) và phát triển keo PVA được gia cường bằng MMT. Xử lý siêu âm đã được chứng minh là đáng tin cậy và hiệu quả trong việc phân tán đất sét nano trong PVA ở hàm lượng thấp (1% và 2%) và cao (4%).
Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng “kỹ thuật siêu âm rất hiệu quả trong việc phân tán đất sét nano, đặc biệt ở hàm lượng cao, trái ngược với máy trộn tốc độ cao tạo lực cắt lớn. Trộn tốc độ cao chỉ có thể phân tán đất sét nano trong PVA ở hàm lượng thấp và làm tăng độ bền liên kết của PVA trong các điều kiện khác nhau. Trộn tốc độ cao có một số nhược điểm: có thể làm hỏng nhũ tương PVA (do lực cắt mạnh được sử dụng trong quá trình trộn), chi phí cao và tiêu thụ nhiều năng lượng. Ngược lại, kỹ thuật xử lý siêu âm có tác động tiêu cực tối thiểu đến nhũ tương PVA. Hơn nữa, kỹ thuật xử lý siêu âm có tính kinh tế vì có thể thực hiện trộn siêu âm trước khi sản xuất PVA và có thể thêm dung dịch chứa đất sét nano vào PVA trong quá trình sản xuất. Xét các kết quả thu được từ bài báo này và công trình trước đây của chúng tôi, đồng thời xét các ưu điểm của kỹ thuật xử lý siêu âm so với trộn tốc độ cao, việc bổ sung đất sét nano vào PVA ở quy mô công nghiệp có vẻ khả thi và có thể được khuyến nghị cho các nhà sản xuất keo dán gỗ.” (Kaboori và cộng sự, 2013)

Tác dụng khử khí bằng siêu âm trong sản xuất keo

Một ưu điểm bổ sung của xử lý siêu âm, giúp cải thiện đáng kể kết quả phối chế, là tác dụng khử khí của quá trình xử lý siêu âm. Khuấy cơ học tốc độ cao (ví dụ: máy trộn cánh tạo lực cắt lớn) tạo ra một lượng lớn bọt khí trong hỗn hợp; trong một số trường hợp, thậm chí có thể nhận thấy hiện tượng này qua màu sắc sáng hơn của hỗn hợp. Trộn siêu âm tạo lực cắt lớn có ưu điểm rất lớn là kỹ thuật xử lý siêu âm không đưa khí vào công thức keo; thay vào đó, sóng siêu âm buộc các bọt khí có sẵn hợp lại và nổi lên bề mặt chất lỏng, từ đó có thể dễ dàng loại bỏ khí. Nhờ vậy, xử lý siêu âm thúc đẩy quá trình khử khí và loại bỏ không khí khỏi chất lỏng và các công thức keo. (đối chiếu Shadlou và cộng sự, 2014)

Thiết bị phân tán siêu âm hiệu suất cao dùng để phối chế keo công nghiệp

Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và phân phối các thiết bị phân tán siêu âm hiệu suất cao cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng làm việc ở tải nặng như sản xuất keo hiệu suất cao, nhựa có hàm lượng chất độn cao và vật liệu nanocomposite. Các thiết bị siêu âm Hielscher được sử dụng trên toàn thế giới để phân tán vật liệu nano vào polyme, nhựa, lớp phủ và các vật liệu hiệu suất cao khác.
Các thiết bị phân tán siêu âm Hielscher có thể được cấp liệu qua nhiều dòng cấp khác nhau, đưa nhiều loại vật liệu vào vùng trộn xâm thực trong điều kiện dòng chảy được kiểm soát. Các thiết bị phân tán siêu âm xử lý đáng tin cậy và hiệu quả các vật liệu có độ nhớt từ thấp đến cao. Tùy theo nguyên liệu và mục tiêu giảm kích thước, cường độ siêu âm có thể được điều chỉnh chính xác.
Để xử lý các dạng hồ polyme nhớt, vật liệu nano và vật liệu có nồng độ chất rắn cao, thiết bị phân tán siêu âm phải có khả năng liên tục tạo ra biên độ cao. Các thiết bị xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher Ultrasonics có thể cung cấp biên độ rất cao khi vận hành liên tục ở mức đầy tải. Biên độ lên đến 200µm có thể dễ dàng được duy trì khi vận hành 24/7. Khả năng vận hành thiết bị phân tán siêu âm ở biên độ cao và điều chỉnh biên độ chính xác là cần thiết để điều chỉnh các điều kiện của quá trình siêu âm phù hợp với việc phối chế chất kết dính hiệu năng cao, hỗn hợp polyme được gia cường bằng vật liệu nano và vật liệu nanocomposite.
Bên cạnh biên độ siêu âm, áp suất là một thông số quá trình rất quan trọng khác. Ở áp suất cao, cường độ xâm thực siêu âm và các lực cắt của hiện tượng này được tăng cường. Các thiết bị phản ứng siêu âm của Hielscher có thể được tăng áp, nhờ đó tăng cường kết quả xử lý siêu âm.
Giám sát quá trình và ghi dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong việc liên tục chuẩn hóa quá trình và bảo đảm chất lượng sản phẩm. Các cảm biến áp suất và nhiệt độ dạng cắm được nối dây với bộ phát siêu âm để giám sát và điều khiển quá trình phân tán siêu âm. Tất cả các thông số xử lý quan trọng như năng lượng siêu âm (thuần + tổng), nhiệt độ, áp suất và thời gian đều được tự động ghi lại và lưu vào thẻ SD tích hợp. Bằng cách truy cập dữ liệu quá trình được ghi tự động, bạn có thể xem lại các lần xử lý siêu âm trước đó và đánh giá kết quả quá trình.
Một tính năng thân thiện với người dùng khác là khả năng điều khiển từ xa qua trình duyệt của các hệ thống siêu âm kỹ thuật số của chúng tôi. Thông qua chức năng điều khiển từ xa qua trình duyệt, bạn có thể khởi động, dừng, điều chỉnh và giám sát thiết bị xử lý siêu âm từ bất kỳ đâu.
Hãy liên hệ với chúng tôi ngay để tìm hiểu thêm về các thiết bị phân tán siêu âm hiệu năng cao của chúng tôi và các ứng dụng của chúng trong sản xuất chất kết dính và lớp phủ hiệu năng cao!
Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi:

---

Trong video này, chúng tôi giới thiệu hệ thống siêu âm 2 kilowatt vận hành trên đường ống trong tủ có thể thổi khí. Hielscher cung cấp thiết bị siêu âm cho hầu hết các ngành công nghiệp, như hóa chất, dược phẩm, mỹ phẩm, các quy trình hóa dầu cũng như các quy trình chiết xuất bằng dung môi. Tủ thép không gỉ có thể thổi khí này được thiết kế để vận hành tại khu vực nguy hiểm. Để đáp ứng mục đích này, khách hàng có thể thổi nitơ hoặc không khí sạch vào tủ kín nhằm ngăn khí hoặc hơi dễ cháy xâm nhập vào tủ.