В дълбоките води на модифицираните пластмаси и строителни материали името на въглеродните нанотръби отдавна е гръмотевично. Въпреки това, много инженери на формули се провалят веднага щом започнат: изхвърлянето на купчина черен прах не само не успява да подсили, но всъщност причинява крехкост на матрицата и разрушаване на течливостта. Това ни отвежда до днешния-въпрос: какво подобрение на производителността могат да донесат въглеродните нанотръби за подсилени пластмаси/каучук/бетон? Каква е добавената сума? Някои казват, че добавянето на 0,5% удвоява силата, други казват, че добавянето му няма никаква разлика. Това в никакъв случай не е данък върху интелигентността, плащан на самия материал, а по-скоро брутална игра между-едномерната нано-мрежа и интерфейсната съвместимост на макроскопичната матрица. Днес ще разкъсаме маркетинговото наметало и ще използваме твърдо измерени данни, за да разкрием напълно истинската бойна мощ на CNT в тези три матрични системи.
1. Пластмасова армировка: Колко е необходимо, за да стане пластмасата едновременно здрава и проводяща?
При подсилване на пластмаси с въглеродни нанотръби е необходимо само изключително ниско количество от 1-3wt% за увеличаване на якостта на опън с 40%-80% и за придаване на постоянни антистатични и топлопроводими функции на матрицата.
Традиционните стъклени влакна или пластмаси с минерален-пълнеж обикновено изискват над 20% добавяне, което не само сериозно жертва течливостта на материала, но също така прави частите,-формовани под налягане, грапави на повърхността. Подсилените с въглеродни нанотръби пластмаси обаче разчитат на "наномащабна арматура". Много малко количество CNTs се преплита в мрежа в пластмасовата стопилка, като единият край се заключва върху сегментите на полимерната верига, а другият край провежда напрежение. Когато външната сила дърпа, тръбите консумират големи количества енергия чрез изтеглящи-навън и мостови механизми. По-важното е, че добавката от 1-2% надвишава прага на проводимо просмукване, директно превръщайки изолационната пластмаса в анти{10}}статичен материал – нещо, за което традиционните пълнители могат само да мечтаят.
| Пластмасов индикатор за ефективност (PA66 като пример) | Чиста смола | CNT подсилена пластмаса (добавка от 2 тегл.%) | Подобряване на производителността | |
|---|---|---|---|---|
| Якост на опън | 80 MPa | 115 - 145 MPa | +40% - 80% | Композити Част Б |
| Повърхностно съпротивление | >10¹⁵ Ω/кв | 10³ - 10⁵ Ω/кв | Постигната постоянна анти{0}}статичност | Лаборатория за приложения Shandong Tanfeng |
| Температура на топлинна деформация (HDT) | 75 градуса | 105 градуса | +30 степен | Вестник за полимерни материали |
| Индекс на потока на стопилката (MFI) | Базово ниво | Леко намаля, но все още може да се инжектира | Далеч превъзхожда добавката от 20% стъклени влакна | Измерено сравнение на процеса на леене под налягане |
2. Гумена армировка: Защо може да замени половината от саждите?
Добавянето на 2-5% тегловни въглеродни нанотръби към гумените системи не само подобрява устойчивостта на износване с повече от 50%, но също така изгражда топлопроводима мрежа, решавайки фаталната болезнена точка на хистерезисното генериране на топлина в гумените продукти.
В продължение на един век безспорният крал на каучуковата промишленост са въглеродните сажди, често добавяни на 40-50 части. Но саждите са не само тежки; неговата топлопроводимост е изключително лоша, което води до вътрешно прегряване на гумите при високи скорости и спукване. Подсиленият с въглеродни нанотръби каучук действа едновременно като механична "микро-пружина" и като "магистрала" за топлопроводимост. Използването на 2-5 части CNT за замяна на 10-20 части сажди поддържа същата твърдост, като същевременно драстично подобрява якостта на разкъсване и устойчивостта на износване и удвоява топлопроводимостта, което значително удължава живота на динамичните гумени уплътнения и гуми.
| Индикатор за ефективност на каучук (NBR като пример) | Чиста система за сажди (50 phr) | Черен въглерод 40 phr + CNT 3 phr | Подобряване на производителността | Обяснение на механизма |
|---|---|---|---|---|
| Загуба от износване на Акрон | Основна линия (0,15 cm³) | 0.07 - 0.08 cm³ | Устойчивостта на износване е подобрена с 50%+ | Едно-измерната мрежа потиска разпространението на пукнатини |
| Топлопроводимост | 0.2 W/m·K | 0.45 W/m·K | Топлопроводимостта се удвоява | CNT фононната магистрала разсейва топлината |
| Сила на разкъсване | 35 kN/m | 50 kN/m | +42% | Издърпване-навън и преодоляване разсейва енергията на стреса |
| Вискозитет по Муни | Сравнително високо | Значително намалена | Подобрена течливост на обработка | Намалено общо съдържание на пълнител |
3. Бетонна армировка: Могат ли няколко капки черна течност да предотвратят напукване?
Прагът за стоманобетон с въглеродни нанотръби е изключително нисък. Необходима е само следа от 0,05-0,1% тегловни, за да се увеличи якостта на натиск с 20%-30% и значително да се потисне разпространението на микропукнатини.
Бетонът е макроскопичен чуплив материал, вътрешно изпълнен с капилярни пори с микрон-размер и микро-пукнатини. Принципът на стоманобетона с въглеродни нанотръби е „микро-конци“. По време на реакцията на хидратация, добре-разпръснатите CNTs се простират през тези естествени микро-пукнатини като конци, предотвратявайки по-нататъшното разпространение на пукнатини. Изключително малко количество на добавка (само няколко десетки до сто грама на кубичен метър бетон) уплътнява микроскопичните пори, като не само значително увеличава якостта на натиск и огъване, но също така значително подобрява непропускливостта и устойчивостта на замръзване-размразяване.
| Индикатор за ефективност на бетона (референтен показател C30) | Обикновен бетон | CNT бетон (добавка 0,08% тегловни) | Подобряване на производителността | Доверен източник/препратка към данни |
|---|---|---|---|---|
| 28-дневна якост на натиск | 30 MPa | 37 - 39 MPa | +20% - 30% | Строителство и строителни материали |
| Якост на огъване | 4,0 MPa | 5.2 - 5.5 MPa | +30% | Повишена здравина, преодоляни пукнатини |
| Спад (работоспособност) | Базово ниво | Леко намален (изисква воден редуктор) | Отговаря на изискванията за изпомпване | Действителна проверка на дизайна на инженерния микс |
| 28-дневно свиване при сушене | Базово ниво | Намалена с 25% | Значително предотвратяване на пукнатини | Shandong Tanfeng тестване на водна дисперсия |
4. Суровата реалност: Защо добавянето на CNTs превръща вашия материал в отпадък?
Основната причина за ограниченото подобряване на производителността на въглеродните нанотръби в пластмаси, каучук и бетон е силната агломерация, причинена от силни взаимодействия на наномащаб и изключително лошата междинна съвместимост с матрицата.
Без значение колко впечатляващи са теоретичните данни, ако не могат да бъдат разпръснати, това е загуба. Въглеродните нанотръби са изключително леки с масивни ван дер ваалсови сили между-тръбите. Ако сухият прах се хвърли директно в дву-шнеков екструдер или миксер за цимент, той просто не може да бъде разбит. Недиспергираните агломерати не само не успяват да подсилят, но всъщност образуват огромни точки на концентрация на напрежение в матрицата. Когато се приложи външна сила, пластмасата се счупва директно от агломератите; силата на бетона вместо това рязко пада. Освен това повърхността на въглеродните тръби е инертна. Без целенасочена модификация на повърхността на матрицата, тръбите не могат да се свържат с пластмасата/каучука и междуфазовото разлепване възниква веднага щом се приложи сила.
5. Упълномощаване на производителя: Как Shandong Tanfeng излиза от задънената улица на интерфейсната съвместимост?
Изборът на производител на източник като Shandong Tanfeng, който владее основните технологии за персонализирана повърхностна модификация и пред-дисперсия, е единственият пряк път за преодоляване на празнината междуфазна съвместимост и наистина подсилване на пластмаса/каучук/бетон с въглеродни нанотръби.
Тъй като първопричините се крият в дисперсията и интерфейса, решенията са „истинско де{0}}заплитане и силно свързване“. Като професионален производител на CNT, Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. отключва истинската бойна сила на CNT за вас от източника на синтез:
Свръх{0}}висока чистота премахва източниците на концентрация на стрес:Металните остатъци са виновниците, причиняващи локално крехкост на пластмасите и бетона. Shandong Tanfeng използва специализирани процеси на пречистване за здраво пресоване на метални остатъци под 20 ppm, като гарантира, че самият пълнител няма да се превърне в структурен дефект в матрицата.
Персонализираното съотношение съответства на матрицата:Пластмасите се нуждаят от дълги тръби за изграждане на мрежи; бетонът се нуждае от къси тръби за предотвратяване на заплитане. Чрез своята собствено-разработена каталитична система, Shandong Tanfeng може да предостави персонализирани CNTs с аспектни съотношения, вариращи от 100 до 1500 според нуждите, отговарящи точно на реологичните и механични изисквания на различни матрици.
Готови-за-използване мастербачи/пасти за носители:Насочвайки се към болезнената точка на агломерирането на сух прах, Shandong Tanfeng предоставя модифицирани мастърбачи за пластмаси, EPDM/NBR предварително-диспергирани мастербачи за каучук и високо-ефективни водни дисперсии за бетон. Чрез собствена модификация на повърхността и процеси на де-агломерация под високо-налягане се постига истинско разделяне на единични-тръби и функционални групи, съвместими с матрицата, се присаждат върху стените на тръбите, позволявайки на-едноизмерната мрежа да се разпространява перфектно в пластмаси, каучук и цимент, като наистина осигурява обещаните 30%+ механични укрепване.
Заключение
Връщайки се към основния въпрос: колко подобрения на производителността могат да донесат въглеродните нанотръби за подсилена пластмаса/каучук/бетон? Каква е добавената сума? Добавянето на 1-3% към пластмасата увеличава якостта наполовина; добавянето на 2% към гумата удвоява устойчивостта на износване; добавянето на 0,08% към бетона увеличава якостта на натиск с 30% - това са доказани практически данни. Но всичко това се основава на предпоставката за елиминиране на агломерацията и свързване на интерфейса. Разчитането на висока чистота, персонализирани пропорции и много-технологии за предварителна дисперсия на носители на производител на източници като Shandong Tanfeng за преодоляване на празнината в процеса от нано към макро е единственият начин въглеродните нанотръби наистина да се превърнат в убийствен инструмент за традиционна модификация на матрица, а не отпадък на производствената линия.