Прављење Мастербатцх угљеничних наноцеви од угљеничних наноцеви у праху

Прављење мастербатцх угљеничних наноцеви од праха угљеничних наноцеви је важан начин да се истински уведу ЦНТ наноматеријали високих перформанси у систем за обраду пластике. У поређењу са директним додавањем праха угљеничних наноцеви у полимере као што су ПП, ПЕ, ПА, АБС и ПЦ, мастербатцх угљеничних наноцеви обично прво равномерно диспергује угљеничне наноцеви веће концентрације у смолни носач мешањем и екструзијом, а затим се разблажује до коначног производа у складу са циљном количином додавања.

Срж овог процеса није једноставно „мешање угљеничних наноцеви и пластике заједно“, већ решавање три практична проблема: како увести ЦНТ у растопљени полимер, како постићи ефикасну дисперзију под ограниченом термо-механичком енергијом и како направити коначну мастербатцх способну за стабилно разблаживање и формирање континуиране проводне мреже.

И. Зашто правити мастербатцх од угљеничних наноцеви у праху уместо директног додавања у пластику?

Основни разлог је: Мастербатцх угљеничних наноцеви може концентрисати корак дисперзије ЦНТ који је најтеже контролисати у фази пре-дисперзије високе концентрације, а затим завршити коначно додавање кроз накнадно разблаживање.

Иако додана количина ЦНТ праха обично није висока, његова наноскала, висок однос ширине и висине и склоност формирању агломерираних структура значе да можда неће моћи да се брзо и равномерно диспергује након директног уласка у растопљени полимер.

Посебно за индустријску производњу, директно додавање такође доноси:

Прашина у праху;

Потешкоће у прецизном мерењу трагова ЦНТ-а;

Неравномерно храњење;

Повећано време дисперзије;

Појачане разлике у серијама;

Повећане потешкоће у управљању производним окружењем.

За поређење, мастербатцх је еквивалентан унапред "стављању" ЦНТ-а у полимерни носач.

Типичан пут се може разумети као: ЦНТ прах → ЦНТ мастербатцх високе концентрације → Разблаживање базном смолом → Коначни проводљиви/антистатички пластични производи.

ЦНТ мастербатцх обично користи веће ЦНТ пуњење, а затим припрема финални композитни материјал кроз разблаживање мастербатцх; овај метод помаже у смањењу потешкоће у дисперзији директног додавања ЦНТ-а, уз побољшање оперативне погодности и ЦНТ мерења.

ИИ. Шта је Мастербатцх од угљеничних наноцеви?

Мастербатцх угљеничних наноцеви је у суштини унапред дисперговани концентровани материјал „високе концентрације ЦНТ + полимерни носач“.

Обично користи термопластичну смолу као носач, као што су:

ПП;

ПЕ;

ПА;

АБС;

ПЦ;

ПБТ;

ТПУ;

ЕВА;

Остали термопластични материјали који одговарају финалној смоли.

Слично обичној пластичној боји мастербатцх, мастербатцх угљеничних наноцеви такође треба да прође кроз кораке као што су екструзија, хлађење и пелетизирање да би се формирали гранулирани производи.

Али технички фокус ЦНТ мастербатцх-а се разликује од обичног мастербатцх-а у боји.

Обична мастербатцх боја углавном решава: да ли се пигмент може равномерно дисперговати.

ЦНТ мастербатцх се више фокусира на: Да ли ЦНТ могу да формирају стабилну, континуирану проводну мрежу на наносмеру погодну за финалну обраду.

Због тога се учинак мастербатцх угљеничних наноцеви не може проценити само по томе „да ли је црна“.

ИИИ. Шта је основни производни процес за Мастербатцх угљеничних наноцеви?

Типична индустријска рута припреме матичне мешавине угљеничних наноцеви је „пре-мешање-топљење-смицање дисперзија-екструзија-хлађење-пелетизација-тестирање”.

Основни процес се може представити као:

Избор ЦНТ праха

↓

Сушење смоле носача

↓

Претходно мешање ЦНТ-а и смоле

↓

Додавање екструдера са два пужа

↓

Топљење полимера

↓

ЦНТ дисперзија високог смицања

↓

Уједначено преношење и екструзија

↓

Хлађење

↓

Пелетирање

↓

Мастербатцх тестирање

↓

Паковање

Оно што заиста одређује перформансе производа није корак „резања у пелете“, већ претходна дисперзија растопа и међусобно усклађивање.

ИВ. Зашто је екструдер са два вијка веома важан за прављење мастербатцх угљеничних наноцеви?

Екструдер са два пужа може истовремено да обезбеди топљење, транспорт, дистрибутивно мешање и дисперзивно мешање, и представља језгро опреме која се обично користи у индустријској производњи ЦНТ термопластичне мастербатцх.

Након што ЦНТ прах уђе у екструдер, полимер прво треба да се растопи, а затим се генеришу ефекти смицања и издужења кроз конфигурацију завртња, што доводи до тога да се ЦНТ агломерати постепено одвајају и улазе у систем смоле.

Кључне области фокуса укључују:

Конфигурација завртња;

L/D;

Брзина завртња;

Стопа храњења;

Температура топљења;

Време боравка;

Снага на смицање;

Торкуе;

Специфична механичка енергија (СМЕ).

Истраживања показују да конфигурација завртња, брзина, излаз и време задржавања у екструзији са два вијка утичу на стање дисперзије ЦНТ-а у матичној мешавини. За ПЦЛ/МВНТ систем, повећање уноса механичке енергије може побољшати ЦНТ дисперзију, а различите дужине шрафова и конфигурације елемената за мешање такође мењају коначни ефекат дисперзије.

В. Да ли је већи садржај ЦНТ у мастербатцху од угљеничних наноцеви увек бољи?

ЦНТ мастербатцх не тежи бесконачно високом садржају угљеничних наноцеви, већ проналази равнотежу између „концентрације, тежине дисперзије, проточности обраде и коначног разблаживања“.

Концентрације ЦНТ мастербатцх нису потпуно уједначене. На пример, преглед који се односи на топлотну проводљивост истиче да су већа оптерећења ЦНТ-а уобичајена у индустријској ЦНТ мастербатцх-у, са типичним опсегом који достиже око 15–20 теж.%; док су истраживања на различитим системима полимера такође користила различите концентрације као што су 7,5 теж% и 10 теж%.

Стога, одређену концентрацију не треба схватити као јединствени индустријски стандард.

Горе наведени су примери опсега, а не универзални стандарди за све ЦНТ мастербатцх.

Заиста разумна концентрација мастербатцх-а треба да се одреди заједно на основу: ЦНТ спецификација + вискозитета растаљене смоле + Опрема за екструзију + Циљна коначна количина додавања.

ВИ. Зашто пречник цеви и дужина праха угљеничних наноцеви утичу на производњу мастербатцха?

Геометријска структура самих ЦНТ директно утиче на потешкоћу дисперзије растопа и коначну методу формирања проводне мреже.

Уопштено говорећи, ЦНТ имају веома високе размере. Ова једнодимензионална структура је и важна предност за формирање проводних мрежа и повећава потешкоће заплетања и дисперзије током обраде.

Прегледи истраживања истичу да фактори као што су однос страница, оријентација, оптерећење и хемија површине ЦНТ-а утичу на коначне перформансе полимерних композита.

Стога, чак и ако су оба „МВЦНТ прах“, ако:

Производ А има дужу просечну дужину;

Производ Б има краћу дужину;

Ова два се могу разликовати у двоструком завртњу у смислу: тежине дисперзије, осетљивости на смицање, вискозитета растопа и коначне проводљиве мреже. Ово је такође разлог зашто професионални произвођачи ЦНТ-а не могу само да дају купцима параметар "чистоће".

ВИИ. Која је разлика између директног додавања праха угљеничних наноцеви и употребе мастербатцх угљеничних наноцеви?

За прераду пластике великих размера, мастербатцх обично олакшава постизање стабилног дозирања и производних операција, али прах нуди већу слободу формулације.

То не значи да је мастербатцх нужно боља од праха. Ако сам купац има способност зреле дисперзије наноматеријала и треба да слободно прилагођава формулације ЦНТ-а, смоле и адитива, онда директно коришћење праха може бити флексибилније.

ВИИИ. За коју пластику је погодна мастербатцх угљеничних наноцеви?

ЦНТ мастербатцх се може ускладити са носиоцима према различитим термопластичним смолама, које се углавном користе за проводне, антистатичке, ЕМИ заштиту и функционалне композитне материјале.

Уобичајене матрице укључују:

ПП;

ПЕ;

ПА6;

ПА66;

АБС;

ПЦ;

ПБТ;

ТПУ;

ПЕТ;

ПОМ итд.

Упутства за апликацију укључују:

1. Антистатична пластика

Коришћење ЦНТ-а за формирање проводних мрежа, смањујући акумулацију површинског наелектрисања материјала.

2. Проводне пластике

Користи се за системе материјала који захтевају стабилну запреминску/површинску проводљивост.

3. ЕМИ електромагнетни заштитни материјали

Постизање слабљења електромагнетних таласа кроз проводне мреже и материјалне структуре.

4. Проводни филмови

Користи се за паковање, електронске материјале и функционалне филмове.

5. 3Д штампарски материјали

ЦНТ/полимер композити се такође проучавају за екструзионо пресовање и производњу адитива.

6. Инжењерска пластична модификација

Додавање ЦНТ-а у инжењерску пластику као што су ПА, ПЦ и ПБТ може се користити за развој композитних материјала који комбинују механичке и проводне функције.

ИКС. Да ли је процес исти за прављење мастербатцх угљеничних наноцеви са различитим смолама?

Основна логика мастербатцха је иста, али различите смоле захтевају поновно усклађивање носача, температуре обраде, конфигурације завртња и односа додавања ЦНТ-а.

Посебно за материјале са очигледном хигроскопношћу као што су ПА, ПЕТ и ПБТ, стање сушења смоле може директно утицати на стабилност екструзије и коначне перформансе.

Кс. Зашто мастербатцх угљеничних наноцеви треба да узме у обзир „носаћу смолу“?

Носач мастербатцха није било која пластика одабрана насумично, већ треба да одржава добру компатибилност и усклађивање обраде са смолом за завршну обраду што је више могуће.

На пример, ако коначни производ користи ПП, онда је ЦНТ мастербатцх базиран на ПП обично лакше формулисати него користити потпуно другу смолу као носач.

Разлог је у томе што након што мастербатцх уђе у финални топљење, треба да прође кроз: топљење мастербатцх → прерасподела ЦНТ → мешање са базном смолом → коначно формирање мреже.

Ако носач и завршна смола нису довољно компатибилни, то може довести до:

Неуједначена миграција ЦНТ;

Локално обогаћивање;

Погоршана дисперзија;

Смањена механичка својства;

Флуктуације отпора.

Постојећа истраживања такође наглашавају да међуфазне интеракције између ЦНТ-а и полимера и подударање матрице утичу на коначни учинак композитног материјала.

КСИ. Зашто проводне перформансе матичне мешавине угљеничних наноцеви нису детерминисане само ЦНТ садржајем?

Коначне проводне перформансе зависе од проводне мреже коју заједно формирају садржај ЦНТ, стање дисперзије, геометријска структура ЦНТ, оријентација и полимерна матрица.

Веома типичан феномен је: додавање више ЦНТ-а не значи нужно да се проводне перформансе коначног материјала повећавају у истој пропорцији.

Јер оно што је заиста важно је да ли је формирана ефикасна мрежа перколације.

КСИИ. Како проценити да ли је дисперзија мастербатцх угљеничних наноцеви квалификована?

Не можете само гледати на изглед пелета мастербатцха. Макроскопска агломерација, микроскопска дисперзија и коначне електричне перформансе треба да се провере истовремено.

Препоручује се успостављање најмање три нивоа тестирања.

Први ниво: Изглед Мастербатцх

Посматрајте:

Боја пелета;

Величина;

Да ли постоје очигледне црне тачке;

Да ли има неотопљених пелета;

Да ли има спаљених материја.

Други ниво: микроскопска дисперзија

Следеће се може користити:

Оптички микроскоп;

СЕМ;

ТЕМ.

Кључно запажање: Да ли постоје велики ЦНТ агломерати, да ли су ЦНТ равномерно распоређени у полимеру.

Трећи ниво: Коначна изведба

Што је још важније, тестирајте:

Површинска отпорност;

Волуме ресистивити;

Затезна чврстоћа;

Чврстоћа на савијање;

Перформансе утицаја;

Индекс топљења;

Термичка стабилност.

Само на овај начин можете заиста проценити: да ли се ЦНТ дисперзија на крају претворила у поновљиве перформансе материјала.

КСИИИ. Зашто квалитет угљеничних наноцеви у праху директно утиче на квалитет мастербатцха?

Мастербатцх није производ који у потпуности може прикрити разлике у праху. Структура и стабилност серије самог ЦНТ праха се директно преносе на следећу мастербатцх.

Ако серије ЦНТ праха имају:

Разлике у пречнику цеви;

Разлике у дужини;

Разлике у чистоћи;

Разлике металних остатака;

Разлике у степену графитизације;

Разлике у стању агломерације;

Затим чак и користећи потпуно исто: смола + вијак + температура + брзина

И даље се могу добити различити резултати: обртни момент, вискозитет, стање дисперзије и отпор.

Ово је такође разлог зашто је за ЦНТ мастербатцх најбоље успоставити контролу квалитета почевши од ЦНТ извора, а не само тестирати мастербатцх на крају.

КСИВ. Зашто је интеграција „ЦНТ Повдер Мануфацтурер + Мастербатцх Мануфацтурер“ вреднија?

Када се ЦНТ прах и мастербатцх развијају помоћу истог система снабдевања, структура сировог материјала и процес екструзије низводно се могу оптимизовати у вези.

На пример, ако купац утврди: дисперзија мастербатцха није довољно стабилна.

Традиционални приступ може само да подеси: Брзина завртња → Температура → Време задржавања.

Али интегрисано снабдевање може даље пратити: дужину ЦНТ → пречник цеви → стање агломерације праха → стање површине → носач смоле → конфигурацију завртња → Финални мастербатцх.

На овај начин пут ка решавању проблема је потпунији.

КСВ. Као произвођач угљеничних наноцеви, које су предности компаније Схандонг Танфенг у пословању Мастербатцх?

Основна предност Схандонг Танфенга је његова способност да повеже истраживање и развој ЦНТ праха и производњу са низводним апликацијама мастербатцх угљеничних наноцеви, пружајући купцима помоћна решења од сировина до функционалних мастербатцх-а.

Пословање компаније Схандонг Танфенг покрива прах угљеничних наноцеви, проводљиву суспензију угљеничних наноцеви и проводне мастербатцх производе и поседује ЦНТ могућности истраживања и развоја, производње и развоја апликација.

За предузећа која се баве модификацијом пластике која захтевају дугорочну масовну производњу, да ли добављач може истовремено да разуме ЦНТ материјале и прераду полимера често је практичније од једноставног пружања понуде за прах.

КСВИ. Која је разлика између мастербатцх угљеничних наноцеви и обичне проводљиве чађе?

Оба се могу користити за изградњу проводних мрежа, али ЦНТ имају једнодимензионалну структуру високог односа ширине и висине, а њихов механизам формирања проводне мреже и потребна количина додавања могу се разликовати од система чађе.

Треба напоменути да ово није једноставно "ЦНТ-ови су нужно бољи од чађе."

Оно што заиста треба да се упореди је: отпорност на мету + количина додатка + механичка својства + цена + начин обраде + захтеви за изглед.

Честа питања: Уобичајена питања о прављењу Мастербатцх-а од угљеничних наноцеви у праху

1. Може ли се прах угљеничних наноцеви директно додати у ПП?

Да, али проблем дисперзије ЦНТ-а треба да се реши одговарајућим процесима мешања растопа. За производњу великих размера, уобичајени је пут претходно прављење ЦНТ мастербатцх-а и затим разблаживање.

2. Колико ЦНТ генерално садржи мастербатцх угљеничних наноцеви?

Не постоји јединствена фиксна вредност. У литератури се могу видети различити дизајни мастербатцха као што су око 7,5 теж%, 10 теж% и 15-20 теж.%. Стварну концентрацију треба одредити на основу ЦНТ типа, смоле и опреме за екструзију.

3. Да ли ЦНТ мастербатцх обавезно захтева двоструки шраф?

Није неопходно, али екструдер са два пужа је веома погодан за термопластичне ЦНТ мастербатцх који захтева јачу дисперзију и континуирану производњу. Стварну опрему треба одредити на основу капацитета и система материјала.

4. Да ли је већи ЦНТ садржај бољи за мастербатцх?

Не. Већи садржај ЦНТ може побољшати ефикасност концентрације, али истовремено може повећати вискозитет растопа и потешкоће у дисперзији. Потребно је пронаћи процесни прозор погодан за опрему.

5. Може ли се мастербатцх угљеничних наноцеви користити за ПА?

Да. ЦНТ мастербатцх се може развити за инжењерску пластику као што су ПА6 и ПА66, али кључна контрола је потребна за сушење смоле, температуру обраде, усклађивање носача и коначне проводљиве перформансе.

6. Да ли се мастербатцх угљеничних наноцеви може користити за антистатичку пластику?

Да. ЦНТ могу да формирају проводне мреже у полимерима, тако да се могу користити у неким антистатичким, проводним и ЕМИ системима за заштиту материјала.

7. Шта је погодније за фабрике пластике, ЦНТ мастербатцх или ЦНТ прах?

Зависи од могућности развоја материјала саме фабрике. Предузећа са зрелом способношћу дисперзије наноматеријала могу изабрати прах; предузећа која се надају да ће смањити потешкоће у руковању прахом и развоју дисперзије могу размотрити мастербатцх.

8. Да ли Схандонг Танфенг може да обезбеди прах од угљеничних наноцеви и мастербатцх?

Да. Јавни систем производа компаније Схандонг Танфенг покрива и прах угљеничних наноцеви и Цондуцтиве Мастербатцх, и поседује ЦНТ могућности истраживања и развоја, производње и развоја апликација, и може да спроведе упаривање материјала и прилагођавање око различитих апликација.

Схандонг Танфенг је применио прах угљеничних наноцеви, суспензију угљеничних наноцеви и мастербатцх угљеничних наноцеви, способне да се протежу од краја ЦНТ сировог материјала до краја низводне примене, пружајући упаривање материјала и прилагођене развојне идеје за полимерне системе као што су ПП, ПЕ, ПА, АБС и ПЦ. Пословање компаније покрива ЦНТ истраживање и развој, производњу, развој апликација и проводне мастербатцх производе.

За купце који се надају да ће заиста увести ЦНТ из лабораторијских материјала у пластичну масовну производњу, уместо да купују само серију ЦНТ праха и сами истражују, боље је директно успоставити комплетно решење материјала око спецификација ЦНТ праха, смоле носача, концентрације матичне мешавине, процеса екструзије и индикатора коначног отпора.

Ово је такође кључни корак за прелазак угљеничних наноцеви са „нано праха“ на „функционалне материјале који се могу обрадити у великој мери“.