Chuẩn bị siêu âm cao su gia cố
- Cao su gia cố cho thấy độ bền kéo cao hơn, độ giãn dài, khả năng chống mài mòn và độ ổn định lão hóa tốt hơn.
- Các chất độn như muội than (ví dụ: CNT, MWNT), graphene hoặc silica phải được phân tán đồng nhất trong ma trận để cung cấp các đặc tính vật liệu mong muốn.
- Siêu âm công suất mang lại chất lượng phân phối vượt trội của các hạt nano đơn phân tán với các đặc tính gia cố cao.
phân tán siêu âm
Siêu âm được sử dụng rộng rãi để phân tán các vật liệu nano như hạt nano đơn phân tán và ống nano, vì siêu âm tăng cường sự tách biệt và chức năng hóa của các hạt và ống.
Thiết bị phân tán siêu âm tạo ra Cavitation và lực cắt cao để phá vỡ, giải tụ tụ, gỡ rối và phân tán các hạt nano và ống nano. Cường độ siêu âm có thể được điều chỉnh và kiểm soát chính xác để các thông số xử lý siêu âm được điều chỉnh hoàn hảo, có tính đến nồng độ, kết tụ và căn chỉnh / vướng víu của vật liệu nano. Qua đó, vật liệu nano có thể được xử lý tối ưu theo yêu cầu vật liệu cụ thể của chúng. Các điều kiện phân tán tối ưu do các thông số quy trình siêu âm được điều chỉnh riêng lẻ dẫn đến một nanocomposite cao su cuối cùng chất lượng cao với các đặc tính gia cố vượt trội của các chất phụ gia và chất độn nano.
Do chất lượng phân tán vượt trội của siêu âm và do đó đạt được độ phân tán đồng đều, tải chất độn rất thấp là đủ để có được các đặc tính vật liệu tuyệt vời.
Hệ thống siêu âm công nghiệp
Cao su gia cố Carbon đen siêu âm
Đen than là một trong những chất độn quan trọng nhất trong cao su, đặc biệt là đối với lốp xe, để cung cấp cho vật liệu cao su khả năng chống mài mòn và độ bền kéo. Các hạt muội than dễ tạo thành các cốt liệu khó phân tán đồng nhất. Carbon đen thường được sử dụng trong sơn, men, mực in, màu nylon và nhựa, hỗn hợp mủ, hỗn hợp sáp, lớp phủ ảnh, v.v.
Phân tán siêu âm cho phép phân tụ và pha trộn đồng đều với độ đơn phân tán rất cao của các hạt.
Bấm vào đây để tìm hiểu thêm về phân tán siêu âm cho vật liệu tổng hợp gia cố!
Cao su gia cố CNT / MWCNT siêu âm
Máy đồng nhất siêu âm là hệ thống phân tán mạnh mẽ có thể được điều khiển và điều chỉnh chính xác theo yêu cầu của quy trình và vật liệu. Việc kiểm soát chính xác các thông số quy trình siêu âm là đặc biệt quan trọng đối với việc phân tán các ống nano như MWNT hoặc SWNT vì các ống nano phải được gỡ rối thành các ống đơn lẻ mà không bị hư hỏng (ví dụ: cắt). Các ống nano không bị hư hại cung cấp tỷ lệ khung hình cao (lên đến 132.000.000: 1) để chúng mang lại độ bền và độ cứng đặc biệt khi được pha chế thành vật liệu tổng hợp. Siêu âm mạnh mẽ, được điều chỉnh chính xác vượt qua lực Van der Waals và phân tán và gỡ rối các ống nano tạo ra vật liệu cao su hiệu suất cao với độ bền kéo và mô đun đàn hồi đặc biệt.
Hơn nữa chức năng siêu âm được sử dụng để sửa đổi ống nano carbon nhằm đạt được các đặc tính mong muốn có thể được sử dụng trong các ứng dụng đa dạng.
Máy siêu âm để phân tán liên tục các vật liệu nano, muội than hoặc than hoạt tính.
Cao su gia cố nano-silica siêu âm
Máy phân tán siêu âm cung cấp sự phân bố hạt silica (SiO2) các hạt nano trong dung dịch polyme cao su. Silica (SiO2) các hạt nano phải được phân bố đồng nhất dưới dạng các hạt đơn phân tán trong styrene-butadiene trùng hợp và các loại cao su khác. Nano-SiO đơn phân tán2 Hoạt động như các chất gia cố, giúp cải thiện đáng kể độ dẻo dai, độ bền, độ giãn dài, uốn cong và chống lão hóa. Đối với các hạt nano áp dụng: Kích thước hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt riêng của các hạt càng lớn. Với tỷ lệ diện tích bề mặt / thể tích (S / V) cao hơn, thu được hiệu ứng cấu trúc và gia cố tốt hơn, giúp tăng độ bền kéo và độ cứng của các sản phẩm cao su.
Phân tán siêu âm của các hạt silica nano cho phép kiểm soát chính xác các thông số quy trình để thu được hình thái hình cầu, kích thước hạt được điều chỉnh chính xác và phân bố kích thước rất hẹp.
Silica phân tán siêu âm dẫn đến hiệu suất vật liệu cao nhất của cao su gia cố.
Bấm vào đây để tìm hiểu thêm về phân tán siêu âm của SiO2!
Phân tán siêu âm của các chất phụ gia gia cố
Siêu âm đã được chứng minh là phân tán nhiều vật liệu hạt nano khác để cải thiện mô đun, độ bền kéo và đặc tính mỏi của vật liệu tổng hợp cao su. Vì kích thước hạt, hình dạng, diện tích bề mặt và hoạt động bề mặt của chất độn và phụ gia gia cố là rất quan trọng đối với hiệu suất của chúng, nên máy phân tán siêu âm mạnh mẽ và đáng tin cậy là một trong những phương pháp được sử dụng thường xuyên nhất để tạo ra các hạt có kích thước vi mô và nano thành các sản phẩm cao su.
Các chất phụ gia và chất độn điển hình, được kết hợp bằng cách siêu âm dưới dạng các hạt phân bố đồng đều hoặc đơn phân tán trong ma trận cao su, là canxi cacbonat, đất sét cao lanh, silica bốc khói, silica kết tủa, oxit than chì, graphene, mica, talc, barit, wollastonite, silicat kết tủa, silica bốc khói và tảo cát.
Khi TiO chức năng axit oleic2 các hạt nano được phân tán siêu âm trong cao su styrene-butadiene, thậm chí một lượng rất nhỏ oleic-SiO2 dẫn đến mô đun được cải thiện đáng kể, độ bền kéo và các đặc tính mỏi và chức năng như chất bảo vệ chống lại sự suy thoái của quang và nhiệt.
- Alumina trihydrate (Al2O3) được thêm vào làm chất chống cháy, để cải thiện độ dẫn nhiệt, và để theo dõi và chống xói mòn.
- Chất độn oxit kẽm (ZnO) làm tăng độ cho phép tương đối cũng như độ dẫn nhiệt.
- Titanium dioxide (TiO2) cải thiện độ dẫn nhiệt và dẫn điện.
- Canxi cacbonat (CaCO3) được sử dụng làm phụ gia do đặc tính cơ học, lưu biến và chống cháy của nó.
- Bari titanat (BaTiO3) tăng độ ổn định nhiệt.
- Graphene và graphene oxide (GO) cho các đặc tính vật liệu cơ học, điện, nhiệt và quang học vượt trội.
- Ống nano carbon (CNT) cải thiện đáng kể các tính chất cơ học như độ bền kéo, dẫn điện và dẫn nhiệt.
- Các ống nano carbon nhiều thành (MWNT) cải thiện mô đun và cường độ năng suất của Young. Ví dụ, chỉ cần 1% trọng lượng MWNT thành epoxy dẫn đến mô đun Young và cường độ năng suất tăng tương ứng, 100% và 200%, so với ma trận thuần túy.
- Ống nano carbon một vách (SWNT) cải thiện tính chất cơ học và độ dẫn nhiệt.
- Sợi nano carbon (CNF) tăng thêm sức mạnh, khả năng chịu nhiệt và độ bền.
- Các hạt nano kim loại như niken, sắt, đồng, kẽm, nhôm và Bạc được thêm vào để cải thiện độ dẫn điện và nhiệt.
- Vật liệu nano hữu cơ như Montmorillonite cải thiện các đặc tính cơ học và chống cháy.
Hệ thống phân tán siêu âm
Hielscher Ultrasonics cung cấp một loạt các sản phẩm thiết bị siêu âm – từ các hệ thống để bàn nhỏ hơn để kiểm tra tính khả thi cho đến hạng nặng Đơn vị siêu âm công nghiệp với tối đa 16kW mỗi đơn vị. Sức mạnh, độ tin cậy, khả năng điều khiển chính xác cũng như độ bền của chúng làm cho hệ thống phân tán siêu âm của Hielscher “ngựa làm việc” trong dây chuyền sản xuất các công thức hạt micron và nano. Máy siêu âm của chúng tôi có khả năng xử lý các chất phân tán dựa trên nước và dung môi lên đến Độ nhớt cao (lên đến 10.000CP) dễ dàng. Các sonotrodes khác nhau (còi siêu âm), bộ tăng áp (tăng cường / giảm tốc), hình dạng tế bào dòng chảy và các phụ kiện khác cho phép bộ phân tán siêu âm thích ứng tối ưu với sản phẩm và các yêu cầu quy trình của nó.
Hielscher Siêu âm’ Bộ xử lý siêu âm công nghiệp có thể cung cấp rất biên độ cao. Biên độ lên đến 200μm có thể được chạy liên tục trong hoạt động 24/7 ngay lập tức. Đối với biên độ cao hơn nữa, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Tính mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép 24/7 hoạt động tại Nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường khắt khe. Máy phân tán siêu âm của Hielscher được lắp đặt trên toàn thế giới để sản xuất thương mại quy mô lớn.
Thiết lập siêu âm tùy chỉnh cho phân tán nano
| Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
|---|---|---|
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400ml / phút | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 đến 20L | 0.2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000 |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
| N.A. | Lớn | Cụm UIP16000 |
Văn học / Tài liệu tham khảo
- 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.
Sự thật đáng biết
cao su tổng hợp
Cao su tổng hợp là bất kỳ chất đàn hồi nhân tạo nào. Cao su tổng hợp chủ yếu là polyme được tổng hợp từ các sản phẩm phụ của dầu mỏ và được tạo ra, giống như các polyme khác, từ các monome gốc dầu mỏ khác nhau. Cao su tổng hợp phổ biến nhất là cao su styrene-butadiene (SBR) có nguồn gốc từ quá trình đồng trùng hợp của styrene và 1,3-butadiene. Các loại cao su tổng hợp khác được điều chế từ isoprene (2-methyl-1,3-butadiene), chloroprene (2-chloro-1,3-butadiene) và isobutylene (methylpropene) với một tỷ lệ nhỏ isoprene để liên kết ngang. Những monome này và các monome khác có thể được trộn theo nhiều tỷ lệ khác nhau để đồng trùng hợp để tạo ra các sản phẩm có nhiều tính chất vật lý, cơ học và hóa học. Các monome có thể được sản xuất tinh khiết và việc bổ sung tạp chất hoặc phụ gia có thể được kiểm soát bằng thiết kế để mang lại các đặc tính tối ưu. Quá trình trùng hợp các monome tinh khiết có thể được kiểm soát tốt hơn để tạo ra tỷ lệ liên kết đôi cis và trans mong muốn.
Cao su tổng hợp, giống như cao su tự nhiên, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô cho lốp xe, cấu hình cửa ra vào và cửa sổ, ống mềm, dây đai, thảm và sàn.
cao su tự nhiên
Cao su tự nhiên còn được gọi là cao su Ấn Độ hoặc caoutchouc. Cao su tự nhiên được phân loại là chất đàn hồi và bao gồm chủ yếu là polyme của hợp chất hữu cơ poly-cis-isoprene và nước. Nó chứa dấu vết của các tạp chất như protein, bụi bẩn, v.v. Cao su tự nhiên, có nguồn gốc từ mủ cao su từ cây cao su Hevea Brasiliensis, cho thấy các tính chất cơ học tuyệt vời. Tuy nhiên, so với cao su tổng hợp, cao su tự nhiên có hiệu suất vật liệu thấp hơn, đặc biệt là về độ ổn định nhiệt và khả năng tương thích với các sản phẩm dầu mỏ. Cao su tự nhiên có nhiều ứng dụng, đơn lẻ hoặc kết hợp với các vật liệu khác. Hầu hết, nó được sử dụng do tỷ lệ co giãn lớn, khả năng đàn hồi cao và độ kín nước cực cao. Điểm nóng chảy của cao su là khoảng 180 ° C (356 ° F).
Bảng dưới đây cung cấp tổng quan về các loại cao su khác nhau:
| ISO | Tên kỹ thuật | Tên thường gặp |
|---|---|---|
| ACM | Cao su Polyacrylate | |
| AEM | Cao su Ethylene-acrylate | |
| Au | Polyester Urethane | |
| BIIR | Bromo Isobutylene Isoprene | Bromobutyl |
| BR | Polybutadien | Buna CB |
| CIIR | Chloro Isobutylene Isoprene | Chlorobutyl, Butyl |
| CR | Polychloroprene | Chloroprene, Neoprene |
| CSM | Polyetylen chlorosulphonated | Hypalon |
| ECO | Epichlorohydrin | ECO, Epichlorohydrin, Epichlore, Epichloridrine, Herclor, Hydrin |
| EP | Ethylene Propylene | |
| EPDM | Monome Ethylene Propylene Diene | EPDM, Nordel |
| Liên minh Châu Âu | Polyether Urethane | |
| FFKM | Cao su Perfluorocarbon | Kalrez, Chemraz |
| FKM | Hydrocacbon flo hóa | Viton, Fluorel |
| FMQ | Fluoro Silicone | FMQ, Cao su silicone |
| FPM | Cao su fluorocarbon | |
| HNBR | Nitrile Butadiene hydro hóa | HNBR |
| IR | Polyisoprene | (Tổng hợp) Cao su tự nhiên |
| IIR | Isobutylene Isoprene Butyl | Butyl |
| NBR | Acrylonitrile Butadiene | NBR, Nitrile, Perbunan, Buna-N |
| PU | Polyurethane | PU, Polyurethane |
| SBR | Styrene Butadiene | SBR, Buna-S, GRS, Buna VSL, Buna SE |
| SEBS | Styrene Ethylene Butylene Styrene Copolymer | Cao su SEBS |
| Si | Polysiloxane | Cao su silicone |
| VMQ | Vinyl Methyl Silicone | Cao su silicone |
| XNBR | Acrylonitrile Butadiene Carboxy Monomer | XNBR, Nitrile cacboxyl hóa |
| XSBR | Monome Styrene Butadiene Carboxy | |
| YBPO | Polyether-ester nhiệt dẻo | |
| YSBR | Khối Styrene Butadiene Copolyme | |
| YXSBR | Styrene Butadiene Carboxy Block Copolymer |
SBR
Cao su styrene-butadiene hoặc styrene-butadiene (SBR) mô tả cao su tổng hợp, có nguồn gốc từ styrene và butadiene. Styrene-butadiene gia cố được đặc trưng bởi khả năng chống mài mòn cao và đặc tính chống lão hóa tốt. Tỷ lệ giữa styrene và butadiene quyết định các đặc tính polyme: với hàm lượng styrene cao, cao su trở nên cứng hơn và ít cao su hơn.
Những hạn chế của SBR không gia cố là do độ bền thấp mà không cần gia cố, khả năng phục hồi thấp, độ bền xé thấp (đặc biệt là ở nhiệt độ cao) và độ bám dính kém. Do đó, cần có các chất gia cố và chất độn để cải thiện các đặc tính SBR. Ví dụ, chất độn muội than được sử dụng để tăng cường sức mạnh và khả năng chống mài mòn rất nhiều.
Styrene
Styrene (C8H8) được biết đến dưới nhiều thuật ngữ khác nhau như ethenylbenzene, vinylbenzene, phenylethene, phenylethylene, cinnamene, styrol, diarex HF 77, styrolene và styropol. Nó là một hợp chất hữu cơ có công thức hóa học C6H5CH = CH2. Styrene là tiền chất của polystyrene và một số chất đồng trùng hợp.
Nó là một dẫn xuất benzen và xuất hiện dưới dạng một chất lỏng dầu không màu, dễ bay hơi. Styrene có mùi ngọt, chuyển sang nồng độ cao thành mùi kém dễ chịu hơn.
Với sự hiện diện của một nhóm vinyl, styrene tạo thành một polyme. Polyme gốc styrene được sản xuất thương mại để thu được các sản phẩm như polystyrene, ABS, cao su styrene-butadiene (SBR), latex styrene-butadiene, SIS (styrene-isoprene-styrene), S-EB-S (styrene-ethylene/butylene-styrene), styrene-divinylbenzene (S-DVB), nhựa styrene-acrylonitrile (SAN) và polyester không bão hòa được sử dụng trong nhựa và hợp chất nhiệt rắn. Những vật liệu này là thành phần quan trọng để sản xuất cao su, nhựa, vật liệu cách nhiệt, sợi thủy tinh, đường ống, phụ tùng ô tô và thuyền, hộp đựng thực phẩm và tấm lót thảm.
Ứng dụng cao su
Cao su có nhiều đặc tính vật liệu như độ bền, tuổi thọ cao, chống nước và chịu nhiệt. Những đặc tính đó làm cho cao su rất linh hoạt để nó được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Công dụng chính của cao su là trong ngành công nghiệp ô tô, chủ yếu để sản xuất lốp xe. Các đặc điểm khác như không trơn trượt, mềm mại, bền và khả năng phục hồi làm cho cao su trở thành một vật liệu tổng hợp thường xuyên được sử dụng để sản xuất giày dép, ván sàn, vật tư y tế và chăm sóc sức khỏe, sản phẩm gia dụng, đồ chơi, đồ thể thao và nhiều sản phẩm cao su khác.
Phụ gia và chất độn nano
Chất độn và phụ gia có kích thước nano trong cao su hoạt động như chất gia cố và bảo vệ để cải thiện độ bền kéo, khả năng chống mài mòn, chống rách, độ trễ và chống lại sự xuống cấp do ánh sáng và nhiệt của cao su.
Silica
Silica (SiO2, silicon dioxide) được sử dụng dưới nhiều dạng như silica vô định hình, ví dụ như silica bốc khói, silica khói, silica kết tủa để cải thiện các đặc tính vật liệu liên quan đến tính chất cơ học động, khả năng chống lão hóa nhiệt và hình thái. Các hợp chất chứa đầy silica cho thấy độ nhớt và mật độ liên kết chéo tăng tương ứng với hàm lượng chất độn tăng lên. Độ cứng, mô đun, độ bền kéo và đặc tính mài mòn được cải thiện dần dần bằng cách tăng lượng silica-filler.
Carbon đen
Carbon đen là một dạng cacbon cận tinh thể với các phức hợp oxy hấp thụ hóa học (chẳng hạn như các nhóm carboxylic, quinonic, lactonic, phenolic và các nhóm khác) gắn trên bề mặt của nó. Các nhóm oxy bề mặt này thường được nhóm theo thuật ngữ “phức hợp dễ bay hơi”. Do hàm lượng dễ bay hơi này, muội than là một vật liệu không dẫn điện. Với phức hợp carbon-oxy, các hạt muội than chức năng dễ phân tán hơn.
Tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao của muội than làm cho nó trở thành chất độn gia cố phổ biến. Hầu hết tất cả các sản phẩm cao su, cần có độ bền kéo và khả năng chống mài mòn, đều sử dụng muội than. Silica kết tủa hoặc bốc khói được sử dụng để thay thế cho muội than, khi cần tăng cường cao su nhưng nên tránh màu đen. Tuy nhiên, chất độn gốc silica cũng đang giành được thị phần trong lốp ô tô, vì việc sử dụng chất độn silica dẫn đến tổn thất lăn thấp hơn so với lốp xe chứa đầy muội than.
Bảng dưới đây cung cấp tổng quan về các loại carbonblack được sử dụng trong lốp xe
| Tên | Viết tắt. | Astm | Kích thước hạt nm | Độ bền kéo MPa | Độ mài mòn tương đối trong phòng thí nghiệm | Độ mài mòn đường tương đối |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Lò siêu mài mòn | SAF | N110 | 20–25 | 25.2 | 1.35 | 1.25 |
| SAF trung gian | ISAF | N220 | 24–33 | 23.1 | 1.25 | 1.15 |
| Lò mài mòn cao | HAF | N330 | 28–36 | 22.4 | 1.00 | 1.00 |
| Kênh xử lý dễ dàng | Tổng hợp | N300 | 30–35 | 21.7 | 0.80 | 0.90 |
| Lò đùn nhanh | FEF | N550 | 39–55 | 18.2 | 0.64 | 0.72 |
| Lò mô-đun cao | HMF | N660 | 49–73 | 16.1 | 0.56 | 0.66 |
| Lò nửa gia cố | SRF | N770 | 70–96 | 14.7 | 0.48 | 0.60 |
| Nhiệt tốt | FT | N880 | 180–200 | 12.6 | 0.22 | – |
| Nhiệt trung bình | MT | N990 | 250–350 | 9.8 | 0.18 | – |
Graphene oxit
Graphene oxide phân tán trong SBR dẫn đến độ bền kéo và độ bền xé cao cũng như khả năng chống mài mòn vượt trội và khả năng chống lăn thấp, đây là những đặc tính vật liệu quan trọng để sản xuất lốp xe. SBR gia cố graphene oxide-silica cung cấp một giải pháp thay thế cạnh tranh cho sản xuất lốp xe thân thiện với môi trường cũng như sản xuất vật liệu tổng hợp cao su hiệu suất cao. Graphene và graphene oxide có thể được tẩy tế bào chết thành công, đáng tin cậy và dễ dàng dưới quá trình siêu âm. Bấm vào đây để tìm hiểu thêm về chế tạo graphene siêu âm!