Chế tạo cao su gia cường bằng siêu âm

• Cao su gia cường có độ bền kéo, độ giãn dài, khả năng chống mài mòn cao hơn và độ ổn định chống lão hóa tốt hơn.
• Các chất độn như muội than (ví dụ: CNTs, MWNTs), graphene hoặc silica phải được phân tán đồng nhất trong nền vật liệu để tạo ra các tính chất vật liệu mong muốn.
• Siêu âm công suất cao mang lại chất lượng phân bố vượt trội cho các hạt nano đơn phân tán có khả năng gia cường cao.

Phân tán bằng 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 cải thiện đáng kể khả năng tách rời và chức năng hóa các hạt và ống.
Thiết bị phân tán bằng siêu âm tạo ra hiện tượng xâm thực và lực cắt lớn để phá vỡ, phá kết 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 bằng siêu âm được điều chỉnh phù hợp hoàn toàn, có tính đến nồng độ, sự kết tụ và sự định hướng/đan rối của vật liệu nano. Nhờ đó, vật liệu nano có thể được xử lý tối ưu theo các yêu cầu riêng của từng vật liệu. Điều kiện phân tán tối ưu nhờ các thông số quy trình siêu âm được điều chỉnh riêng biệt tạo ra sản phẩm nanocomposite cao su cuối cùng có chất lượng cao, với đặc tính gia cường vượt trội của các phụ gia nano và chất độn nano.
Nhờ chất lượng phân tán vượt trội của siêu âm và sự phân tán đồng đều đạt được từ đó, chỉ cần hàm lượng chất độn rất thấp cũng đủ để đạt được các đặc tính vật liệu ưu việt.

Cao su gia cường bằng muội than nhờ siêu âm

Muội than là một trong những chất độn quan trọng nhất trong cao su, đặc biệt là cao su dùng cho lốp xe, giúp vật liệu cao su có khả năng chống mài mòn và độ bền kéo. Các hạt muội than rất dễ tạo thành các tập hợp hạt khó phân tán đồng nhất. Muội than thường được sử dụng trong sơn, sơn men, mực in, chất tạo màu cho nylon và nhựa, hỗn hợp latex, hỗn hợp sáp, lớp phủ ảnh và nhiều ứng dụng khác.
Phân tán bằng siêu âm cho phép phá kết tụ và phối trộn đồng đều với mức độ đơn phân tán rất cao của các hạt.
Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về phân tán bằng siêu âm cho vật liệu composite gia cường!

Cao su gia cường bằng CNT / MWCNT nhờ siêu âm

Thiết bị đồng nhất hóa bằng siêu âm là các hệ thống phân tán mạnh mẽ, có thể được kiểm soát 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 đặc biệt quan trọng khi phân tán các ống nano như MWNTs hoặc SWNTs, vì các ống nano phải được gỡ rối thành từng ống riêng lẻ mà không bị hư hại (ví dụ: đứt gãy). Các ống nano nguyên vẹn có tỷ lệ chiều dài trên đường kính cao (lên đến 132.000.000:1), nhờ đó mang lại độ bền và độ cứng vượt trội khi được phối vào vật liệu composite. Quá trình xử lý bằng siêu âm mạnh mẽ, được điều chỉnh chính xác, khắc phục lực Van der Waals, đồng thời phân tán và gỡ rối các ống nano, tạo ra vật liệu cao su hiệu năng cao với độ bền kéo và mô đun đàn hồi vượt trội.
Ngoài ra, chức năng hóa bằng siêu âm được sử dụng để biến tính các ống nano carbon nhằm đạt được các tính chất mong muốn có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Cao su gia cường bằng nano silica nhờ siêu âm

Thiết bị phân tán bằng siêu âm tạo ra sự phân bố rất đồng đều của các hạt nano silica (SiO₂) trong dung dịch polyme cao su. Các hạt nano silica (SiO₂) phải được phân bố đồng nhất dưới dạng các hạt đơn phân tán trong styrene-butadiene đã được polyme hóa và các loại cao su khác. Nano-SiO₂ đóng vai trò là chất gia cường, giúp cải thiện đáng kể độ dai, độ bền, độ giãn dài, khả năng chịu uốn và khả năng chống lão hóa. Đối với các hạt nano: Kích thước hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt riêng của hạt càng lớn. Tỷ lệ diện tích bề mặt/thể tích (S/V) cao hơn mang lại hiệu quả cải thiện cấu trúc và gia cường tốt hơn, làm tăng độ bền kéo và độ cứng của các sản phẩm cao su.
Phân tán các hạt nano silica bằng siêu âm 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 được phân tán bằng siêu âm mang lại tính năng vật liệu cao nhất cho cao su được gia cường bằng silica đó.
Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về việc phân tán bằng siêu âm đối với SiO₂!

Phân tán các phụ gia gia cường bằng siêu âm

Xử lý bằng siêu âm đã được chứng minh là có thể phân tán nhiều vật liệu dạng hạt nano khác nhằm cải thiện mô đun, độ bền kéo và tính chất chịu mỏi của composite cao su. Do kích thước, hình dạng, diện tích bề mặt và hoạt tính bề mặt của các hạt chất độn và phụ gia gia cường có vai trò quyết định đối với hiệu quả của chúng, việc sử dụng các thiết bị phân tán siêu âm mạnh mẽ và đáng tin cậy là một trong những phương pháp được dùng thường xuyên nhất để phối trộn các hạt có kích thước micro và nano vào sản phẩm cao su.
Các phụ gia và chất độn điển hình được đưa vào nền cao su bằng xử lý siêu âm dưới dạng các hạt phân bố đồng đều hoặc đơn phân tán bao gồm canxi cacbonat, đất sét cao lanh, silica nhiệt phân, silica kết tủa, graphit oxit, graphene, mica, talc, barit, wollastonit, silicat kết tủa, silica nhiệt phân và diatomit.
Khi các hạt nano TiO₂ được chức năng hóa bằng axit oleic được phân tán bằng siêu âm trong cao su styren-butadien, ngay cả một lượng rất nhỏ oleic-SiO₂ cũng giúp cải thiện đáng kể mô đun, độ bền kéo và tính chất chịu mỏi, đồng thời đóng vai trò là chất bảo vệ chống phân hủy do ánh sáng và nhiệt.

• Nhôm oxit trihydrat (Al₂O₃) được bổ sung làm chất chống cháy, để cải thiện độ dẫn nhiệt, đồng thời tăng khả năng chống hình thành vết dẫn điện và chống xói mòn.
• Chất độn kẽm oxit (ZnO) làm tăng hằng số điện môi tương đối cũng như độ dẫn nhiệt.
• Titan dioxit (TiO₂) cải thiện độ dẫn nhiệt và độ dẫn điện.
• Canxi cacbonat (CaCO₃) được sử dụng làm phụ gia nhờ các tính chất cơ học, lưu biến và chống cháy.
• Bari titanat (BaTiO₃) làm tăng độ ổn định nhiệt.
• Graphene và graphene oxit (GO) mang lại các đặc tính cơ học, điện, nhiệt và quang học vượt trội cho vật liệu.
• Ống nano cacbon (CNTs) cải thiện đáng kể các tính chất cơ học như độ bền kéo, độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt.
• Ống nano cacbon đa thành (MWNTs) cải thiện mô đun Young và giới hạn chảy. Ví dụ, chỉ cần bổ sung 1 wt.% MWNTs vào epoxy cũng làm tăng mô đun Young và giới hạn chảy lần lượt 100% và 200% so với nền nguyên chất.
• Ống nano cacbon đơn thành (SWNTs) cải thiện các tính chất cơ học và độ dẫn nhiệt.
• Sợi nano cacbon (CNF) làm tăng độ bền cơ học, khả năng chịu nhiệt và độ bền lâu.
• Các hạt nano kim loại như niken, sắt, đồng, kẽm, nhôm và bạc được bổ sung để cải thiện độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt.
• Các vật liệu nano hữu cơ như montmorillonit cải thiện các tính chất cơ học và chống cháy.

Hệ thống phân tán siêu âm

Hielscher Ultrasonics cung cấp nhiều dòng thiết bị siêu âm – từ các hệ thống để bàn nhỏ hơn dùng cho thử nghiệm tính khả thi đến các thiết bị siêu âm công nghiệp chịu tải nặng với công suất lên đến 16kW cho mỗi thiết bị. Công suất, độ tin cậy, khả năng điều khiển chính xác cũng như độ bền vững khiến các hệ thống phân tán siêu âm của Hielscher trở thành những “cỗ máy chủ lực” trong dây chuyền sản xuất các công thức phối liệu chứa hạt kích thước micro và nano. Các thiết bị siêu âm của chúng tôi có khả năng xử lý các hệ phân tán nền nước và nền dung môi có độ nhớt lên đến mức cao (lên đến 10.000cp) một cách dễ dàng. Các loại đầu dò siêu âm (đầu khuếch đại siêu âm), bộ tăng cường (tăng/giảm biên độ), hình dạng buồng dòng chảy và các phụ kiện khác cho phép điều chỉnh tối ưu thiết bị phân tán siêu âm cho phù hợp với sản phẩm và các yêu cầu của quy trình.
Các bộ xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher Ultrasonics có thể tạo ra biên độ rất cao. Có thể vận hành liên tục ngay ở biên độ lên đến 200µm trong chế độ 24/7. Đối với biên độ cao hơn nữa, có sẵn các đầu dò siêu âm được tùy chỉnh. Độ bền của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 ở chế độ tải nặng và trong các môi trường khắc nghiệt. Các thiết bị phân tán siêu âm của Hielscher được lắp đặt trên toàn thế giới để phục vụ sản xuất thương mại quy mô lớn.