Създаване на мастербач от въглеродни нанотръби от прах от въглеродни нанотръби

Създаването на мастербач от въглеродни нанотръби от прах от въглеродни нанотръби е важен начин за наистина въвеждане на високопроизводителни CNT наноматериали в системата за обработка на пластмаса. В сравнение с директното добавяне на прах от въглеродни нанотръби в полимери като PP, PE, PA, ABS и PC, мастербачът от въглеродни нанотръби обикновено първо равномерно диспергира въглеродни нанотръби с по-висока концентрация в носител на смола чрез смесване на стопилка и екструзия, след което се разрежда до крайния продукт според целевото добавено количество.

Ядрото на този процес не е просто „смесване на въглеродни нанотръби и пластмаса заедно“, а решаването на три практически проблема: как да вкараме CNT в полимерната стопилка, как да постигнем ефективна дисперсия при ограничена термомеханична енергия и как да направим крайната мастербач, способна на стабилно разреждане и образуване на непрекъсната проводима мрежа.

I. Защо да правите Masterbatch от прах от въглеродни нанотръби, вместо директно да го добавяте към пластмаса?

Основната причина е: Masterbatch от въглеродни нанотръби може да концентрира най-трудния за контролиране етап на дисперсия на CNT в етапа на предварителна дисперсия с висока концентрация, след което да завърши окончателното добавяне чрез последващо разреждане.

Въпреки че добавеното количество CNT прах обикновено не е високо, неговият наномащаб, високо аспектно съотношение и склонността да образува агломерирани структури означават, че той може да не е в състояние да се диспергира бързо и равномерно след директно навлизане в полимерната стопилка.

Специално за индустриалното производство, директното добавяне също така носи:

Прахообразен прах;

Трудност при точното измерване на следите от CNT;

Неравномерно хранене;

Увеличено време на дисперсия;

Увеличени партидни разлики;

Повишена трудност при управлението на производствената среда.

За сравнение, мастербачът е еквивалентен на предварително „поставяне“ на CNT в полимерен носител.

Типичният път може да се разбира като: CNT прах → CNT мастербач с висока концентрация → Разреждане с основна смола → Крайни проводими/антистатични пластмасови продукти.

CNT мастербач обикновено използва по-високо CNT натоварване, след което подготвя крайния композитен материал чрез разреждане на мастербач; този метод помага за намаляване на трудността на дисперсията при директно добавяне на CNT, като същевременно подобрява оперативното удобство и измерването на CNT.

II. Какво представлява Masterbatch от въглеродни нанотръби?

Матърбачът от въглеродни нанотръби е по същество предварително диспергиран концентриран материал от "CNT с висока концентрация + полимерен носител".

Обикновено използва термопластична смола като носител, като например:

PP;

PE;

PA;

ABS;

PC;

PBT;

TPU;

EVA;

Други термопластични материали, съответстващи на крайната смола.

Подобно на обикновената пластмасова цветна мастербач, мастърбач от въглеродни нанотръби също трябва да премине през стъпки като екструзия, охлаждане и пелетизиране, за да образува гранулирани продукти.

Но техническият фокус на CNT мастербач се различава от обикновения цветен мастербач.

Обикновеният цветен мастербач решава главно: дали пигментът може да бъде равномерно диспергиран.

CNT masterbatch се фокусира повече върху: Дали CNTs могат да образуват стабилна, непрекъсната наноразмерна проводяща мрежа, подходяща за крайна обработка.

Следователно ефективността на мастърбач от въглеродни нанотръби не може да се прецени само по това „дали е черен“.

III. Какъв е основният производствен процес за мастербач от въглеродни нанотръби?

Типичният начин за приготвяне на мастърбач от промишлени въглеродни нанотръби е "предварително смесване-топене-срязване дисперсия-екструзия-охлаждане-пелетизиране-тестване."

Основният процес може да бъде представен като:

Избор на CNT прах

↓

Сушене на носеща смола

↓

CNT и предварително смесване на смола

↓

Захранване на двушнеков екструдер

↓

Топене на полимер

↓

CNT дисперсия при високо срязване

↓

Равномерно транспортиране и екструдиране

↓

Охлаждане

↓

Пелетизиране

↓

Тестване на мастербач

↓

Опаковка

Това, което наистина определя производителността на продукта, не е стъпката "нарязване на пелети", а предшестващата дисперсия на стопилката и съвпадение на повърхността.

IV. Защо двушнековият екструдер е много важен за производството на мастербач от въглеродни нанотръби?

Двушнековият екструдер може едновременно да осигури топене, транспортиране, разпределително смесване и диспергиращо смесване и е основното оборудване, което обикновено се използва в промишленото производство на CNT термопластична мастербач.

След като прахът от CNT влезе в екструдера, полимерът първо трябва да се разтопи, след което се генерират ефекти на срязване и удължаване чрез конфигурацията на винта, което кара CNT агломератите постепенно да се дисоциират и да навлязат в системата от смола.

Основните фокусни области включват:

Винтова конфигурация;

L/D;

Скорост на шнека;

Скорост на хранене;

Температура на топене;

Време на престой;

Якост на срязване;

въртящ момент;

Специфична механична енергия (SME).

Изследванията показват, че конфигурацията на шнека, скоростта, производителността и времето на престой при двушнекова екструзия влияят на състоянието на дисперсия на CNT в мастербач. За системата PCL/MWNT, увеличаването на входа на механична енергия може да подобри дисперсията на CNT, а различните дължини на винтовете и конфигурациите на смесващи елементи също променят крайния ефект на дисперсия.

V. Винаги ли е по-добро по-високото съдържание на CNT в мастербач от въглеродни нанотръби?

CNT masterbatch не преследва безкрайно високо съдържание на въглеродни нанотръби, но намира баланс между "концентрация, трудност при дисперсия, течливост при обработка и крайна ефективност на разреждане".

Концентрациите на CNT мастербач не са напълно еднакви. Например, преглед, свързан с топлопроводимостта, посочва, че по-високите CNT натоварвания са често срещани в индустриалния CNT мастербач, като типичните диапазони достигат около 15–20 тегл.%; докато изследванията върху различни полимерни системи също са използвали различни концентрации като 7,5 тегл.% и 10 тегл.%.

Следователно определена концентрация не трябва да се разбира като единен индустриален стандарт.

Горното са примерни диапазони, а не универсални стандарти за всички CNT мастербачи.

Наистина разумната концентрация на мастербач трябва да се определи съвместно въз основа на: спецификациите на CNT + вискозитета на стопилката на смолата + оборудването за екструдиране + целевото крайно добавено количество.

VI. Защо диаметърът на тръбата и дължината на праха от въглеродни нанотръби влияят на производството на мастербач?

Геометричната структура на самите CNT пряко влияе върху трудността на дисперсията на стопилката и окончателния метод за образуване на проводима мрежа.

Най-общо казано, CNT имат много високи аспектни съотношения. Тази едномерна структура е както важно предимство за формиране на проводими мрежи, така и увеличава трудностите при заплитане и дисперсия по време на обработката.

Прегледите на изследванията посочват, че фактори като аспектното съотношение, ориентацията, натоварването и повърхностната химия на CNTs влияят на крайното представяне на полимерните композити.

Следователно, дори ако и двете са "MWCNT прах", ако:

Продукт А има по-голяма средна дължина;

Продукт B има по-къса дължина;

Двете могат да се различават в двойния винт по отношение на: трудност при дисперсия, чувствителност на срязване, вискозитет на стопилка и крайна проводяща мрежа. Ето защо професионалните производители на CNT не могат просто да дадат на клиентите параметър за "чистота".

VII. Каква е разликата между директното добавяне на прах от въглеродни нанотръби и използването на мастербач от въглеродни нанотръби?

За широкомащабна обработка на пластмаса, мастербачът обикновено улеснява постигането на стабилно измерване и производствени операции, но прахът предлага по-голяма свобода на формулиране.

Това не означава, че мастербачът е непременно по-добър от праха. Ако самият клиент има зряла способност за дисперсия на наноматериали и трябва свободно да регулира CNT, смола и добавки, тогава директното използване на прах може да бъде по-гъвкаво.

VIII. За какви пластмаси е подходяща Masterbatch от въглеродни нанотръби?

CNT мастербачът може да бъде съгласуван с носител според различни термопластични смоли, използвани главно за проводими, антистатични, EMI екраниращи и функционални композитни материали.

Общите матрици включват:

PP;

PE;

PA6;

PA66;

ABS;

PC;

PBT;

TPU;

PET;

POM и др.

Указанията за прилагане включват:

1. Антистатични пластмаси

Използване на CNT за образуване на проводими мрежи, намаляване на натрупването на повърхностен заряд на материалите.

2. Проводими пластмаси

Използва се за материални системи, изискващи стабилна обемна/повърхностна проводимост.

3. EMI електромагнитни екраниращи материали

Постигане на затихване на електромагнитните вълни чрез проводими мрежи и материални структури.

4. Проводими филми

Използва се за опаковки, електронни материали и функционални филми.

5. 3D Материали за печат

CNT/полимерни композити също се проучват за екструзионно формоване и производство на добавки.

6. Инженерна пластична модификация

Добавянето на CNT към инженерни пластмаси като PA, PC и PBT може да се използва за разработване на композитни материали, съчетаващи механични и проводими функции.

IX. Един и същ ли е процесът за производство на мастербач от въглеродни нанотръби с различни смоли?

Основната логика на мастербач е същата, но различните смоли изискват повторно съпоставяне на носителя, температурата на обработка, конфигурацията на винта и коефициента на добавяне на CNT.

Особено за материали с очевидна хигроскопичност, като PA, PET и PBT, състоянието на изсъхване на смолата може пряко да повлияе на стабилността при екструдиране и крайната производителност.

X. Защо Masterbatch от въглеродни нанотръби трябва да се счита за "носеща смола"?

Носителят на мастербач не е просто пластмаса, избрана на случаен принцип, но трябва да поддържа добра съвместимост и съвпадение на обработката със смолата за крайна обработка, доколкото е възможно.

Например, ако крайният продукт използва PP, тогава базираната на PP CNT мастербач обикновено е по-лесна за формулиране, отколкото използването на напълно различна смола като носител.

Причината е, че след като мастербачът навлезе в крайната стопилка, той трябва да премине през: топене на мастербач → преразпределение на CNT → смесване с основна смола → окончателно образуване на мрежа.

Ако носителят и крайната смола нямат достатъчна съвместимост, това може да доведе до:

Неравномерна миграция на CNT;

Местно обогатяване;

Влошена дисперсия;

Намалени механични свойства;

Колебания на съпротивлението.

Съществуващите изследвания също така подчертават, че междуфазните взаимодействия между CNTs и полимерите и съвпадението на матрицата влияят върху крайните характеристики на композитния материал.

XI. Защо проводимостта на мастербач от въглеродни нанотръби не се определя само от съдържанието на CNT?

Крайното проводящо представяне зависи от проводящата мрежа, образувана съвместно от съдържанието на CNT, състоянието на дисперсията, геометричната структура на CNT, ориентацията и полимерната матрица.

Много типично явление е: Добавянето на повече CNTs не означава непременно, че проводимостта на крайния материал се увеличава в същата пропорция.

Защото това, което наистина има значение, е дали се формира ефективна перколационна мрежа.

XII. Как да преценим дали дисперсията на мастербач от въглеродни нанотръби е квалифицирана?

Не можете просто да гледате външния вид на пелетите мастербач. Макроскопичната агломерация, микроскопичната дисперсия и крайната електрическа ефективност трябва да се проверяват едновременно.

Препоръчително е да се установят поне три нива на тестване.

Първо ниво: Външен вид на Masterbatch

Спазвайте:

Цвят на пелети;

размер;

Дали има очевидни черни петна;

Дали има неразтопени пелети;

Дали има изгорели вещества.

Второ ниво: Микроскопска дисперсия

Може да се използва следното:

Оптичен микроскоп;

SEM;

ТЕМ.

Ключово наблюдение: дали съществуват големи CNT агломерати, дали CNT са равномерно разпределени в полимера.

Трето ниво: Крайно изпълнение

По-важното, тествайте:

Повърхностно съпротивление;

Обемно съпротивление;

Якост на опън;

Якост на огъване;

Изпълнение на въздействието;

Индекс на топене;

Термична стабилност.

Само по този начин можете наистина да прецените: дали CNT дисперсията в крайна сметка се е превърнала в повторяема производителност на материала.

XIII. Защо качеството на праха от въглеродни нанотръби влияе пряко върху качеството на мастербач?

Masterbatch не е продукт, който може напълно да прикрие разликите в праха. Структурата и стабилността на партидата на самия CNT прах се предават директно на последваща мастербач.

Ако праховите партиди CNT имат:

Разлики в диаметъра на тръбата;

Разлики в дължината;

Разлики в чистотата;

Разлики в металните остатъци;

Разлики в степента на графитизация;

Разлики в състоянието на агломерацията;

След това дори използвайки абсолютно същото: смола + винт + температура + скорост

Все още могат да бъдат получени различни резултати: въртящ момент, вискозитет, състояние на дисперсия и съпротивление.

Ето защо за CNT мастербач е най-добре да се установи качествен контрол, като се започне от източника на CNT, вместо само да се тества мастербачът в края.

XIV. Защо интегрирането на „CNT Powder Manufacturer + Masterbatch Manufacturer“ е по-ценно?

Когато CNT прахът и мастербачът се разработват от една и съща система за доставка, структурата на суровината и процесът на екструдиране надолу по веригата могат да бъдат оптимизирани във връзка.

Например, ако клиент установи: Дисперсията на Masterbatch не е достатъчно стабилна.

Традиционният подход може да коригира само: Скорост на шнека → Температура → Време на престой.

Но интегрираната доставка може допълнително да проследи: CNT дължина → Диаметър на тръбата → Състояние на агломерация на прах → Състояние на повърхността → Носител на смола → Конфигурация на винт → Краен мастербач.

По този начин пътят към решаването на проблема е по-пълен.

XV. Като производител на въглеродни нанотръби, какви са предимствата на Shandong Tanfeng в бизнеса с Masterbatch?

Основното предимство на Shandong Tanfeng е способността му да свързва научноизследователска и развойна дейност на CNT прах с приложения за мастербачи на въглеродни нанотръби надолу по веригата, като предоставя на клиентите поддържащи решения от суровини до функционален мастербач.

Бизнесът на Shandong Tanfeng обхваща прах от въглеродни нанотръби, проводима суспензия от въглеродни нанотръби и проводими мастербач продукти и притежава CNT R&D, производство и възможности за разработка на приложения.

За предприятията за модификация на пластмаса, изискващи дългосрочно масово производство, дали доставчикът може едновременно да разбере CNT материалите и обработката на полимери, често е по-практически значимо от простото предоставяне на оферта за прах.

XVI. Каква е разликата между мастербач от въглеродни нанотръби и обикновена проводяща мастърбач от сажди?

И двете могат да се използват за изграждане на проводими мрежи, но CNTs имат едномерна структура с високо аспектно съотношение и техният механизъм за формиране на проводяща мрежа и необходимото количество на добавяне може да се различават от системите със сажди.

Трябва да се отбележи, че това не е просто "CNT са непременно по-добри от саждите."

Това, което наистина трябва да се сравнява, е: Целева устойчивост + Добавено количество + Механични свойства + Цена + Метод на обработка + Изисквания за външен вид.

Често задавани въпроси: Често срещани въпроси относно направата на въглеродни нанотръби Masterbatch от въглеродни нанотръби на прах

1. Може ли прах от въглеродни нанотръби да се добавя директно към PP?

Да, но проблемът с дисперсията на CNT трябва да бъде решен чрез подходящи процеси на смесване на стопилка. За широкомащабно производство, предварителното приготвяне на CNT мастербач и след това разреждане е обичаен начин.

2. Колко CNT обикновено съдържа мастербачът от въглеродни нанотръби?

Няма унифицирана фиксирана стойност. В литературата могат да се видят различни дизайни на мастербачи като около 7,5 wt%, 10 wt% и 15–20 wt%. Действителната концентрация трябва да се определи въз основа на типа CNT, смолата и оборудването за екструдиране.

3. CNT мастербачът изисква ли непременно двоен винт?

Не е задължително, но двушнековият екструдер е много подходящ за термопластична CNT мастербач, изискваща по-силна дисперсия и непрекъснато производство. Действителното оборудване трябва да се определи въз основа на капацитета и материалната система.

4. По-добро ли е по-високото съдържание на CNT за мастербач?

Не. По-високото съдържание на CNT може да подобри ефективността на концентрацията, но може едновременно да увеличи вискозитета на стопилката и трудността на дисперсията. Трябва да се намери процесен прозорец, подходящ за оборудването.

5. Може ли мастербач от въглеродни нанотръби да се използва за PA?

да CNT мастербач може да се разработи за инженерни пластмаси като PA6 и PA66, но е необходим ключов контрол за изсушаване на смола, температура на обработка, съвпадение на носителя и крайната проводимост.

6. Може ли мастербачът от въглеродни нанотръби да се използва за антистатични пластмаси?

да CNT могат да образуват проводящи мрежи в полимери, така че могат да се използват в някои антистатични, проводими и EMI екраниращи материални системи.

7. Кое е по-подходящо за пластмасови фабрики, CNT мастербач или CNT прах?

Зависи от собствените възможности на фабриката за разработване на материали. Предприятията със зряла способност за дисперсия на наноматериали могат да избират прах; предприятия, които се надяват да намалят трудностите при работа с прах и дисперсия, могат да обмислят мастербач.

8. Може ли Shandong Tanfeng да осигури прах от въглеродни нанотръби и мастербач?

да Обществената продуктова система на Shandong Tanfeng обхваща както прах от въглеродни нанотръби, така и Conductive Masterbatch и притежава CNT R&D, производство и възможности за разработка на приложения и може да извършва съвпадение на материали и персонализиране около различни приложения.

Shandong Tanfeng внедри прах от въглеродни нанотръби, суспензия от въглеродни нанотръби и мастербач от въглеродни нанотръби, способни да се разширят от края на CNT суровината до края на приложението надолу по веригата, осигурявайки съвпадение на материалите и персонализирани идеи за развитие на полимерни системи като PP, PE, PA, ABS и PC. Дейността на компанията обхваща CNT R&D, производство, разработване на приложения и проводими мастербач продукти.

За клиенти, които се надяват наистина да въведат CNT от лабораторни материали в масовото производство на пластмаса, вместо да закупят партида CNT прах самостоятелно и да проучват сами, по-добре е директно да установят цялостно материално решение около спецификациите на CNT прах, носеща смола, концентрация на мастербач, процес на екструзия и крайни индикатори за устойчивост.

Това също е ключова стъпка за въглеродните нанотръби, преминаващи от "нано прах" към "функционални материали, които могат да бъдат обработвани в голям мащаб".