Глава 1: Първо, разберете: Защо пастата от въглеродни нанотръби е толкова трудна за филтриране?
Приятели, които са работили с катодни суспензии или проводящи покрития от литиеви батерии, знаят, че CNT са наистина отлични като производителност - добра електрическа проводимост, ниско количество на добавяне и способност за увеличаване на енергийната плътност. Въпреки това, веднъж на производствената линия, особено по време на етапа на филтриране, това е просто главоболие.
Типични симптоми: Новоподменена филтърна решетка от 200 меша, след филтриране на по-малко от 50 kg паста, манометърът скочи до над 0,3 MPa; филтърната мрежа се сменя повече от десет пъти на ден; или просто се "смачква" директно и пастата не може да тече.
Има три основни причини:
Съотношението на страните на CNT е изключително голямо (обикновено 100-1000 или повече). Те са като куп меки бодли на микронно ниво, които се преплитат един в друг, за да образуват форма на "птиче гнездо", лесно забиващи се в порите на филтърната мрежа.
Агломератите трудно се отварят напълно. Дори след смилане на перли или дисперсия с високо-срязване остават голям брой CNT агломерирани частици с размери десетки микрометри и тези твърди бучки директно блокират порите на филтъра.
Вискозитетът на пастообразната система е висок. Особено в системи, използващи NMP като разтворител, когато съдържанието на твърдо вещество е 15%-20%, вискозитетът може да достигне няколко хиляди сантипоаза, течливостта е лоша и дори малкото съпротивление ще доведе до срив на филтрацията.
Глава 2: Какво може да направи Shandong Tanfeng, за да ви помогне?
При решаването на проблема с трудността на филтрирането техническите възможности на производителя на CNT нагоре по веригата често се подценяват. Доставчик с възможности за изследване и развитие може да ви помогне да намалите тежестта на филтриране от източника. Ето няколко забележителни предимства:
Предимство 1: CNT продукти, които се разпръскват по-лесно
Трудността на дисперсията варира значително между CNT, произведени от различни производители. Добрите производители ще оптимизират от източника:
Контрол на диаметъра и дължината на тръбата:Много{0}}стенните CNT (MWCNT) са по-твърди и по-къси от едно-стенните CNT (SWCNT), което прави филтрирането относително по-лесно. Чрез оптимизиране на каталитична система в CVD процеса (като биметални катализатори желязо/кобалт), Shandong Tanfeng може прецизно да контролира диаметъра на тръбата в рамките на 1-2 nm и дължината на тръбата в определен диапазон, намалявайки прекомерното заплитане.
Обработка на повърхностна функционализация:Някои водещи производители извършват модификация на повърхността на CNT, за да подобрят тяхната междинна съвместимост с разтворителя, което прави пастата по-стабилна след дисперсия и по-малко податлива на повторна -агломерация.
Предварително-диспергирана мастербач:Изборът на предварително-диспергирана проводяща паста (мастербач с 8-10% съдържание на CNT) намалява трудността при филтриране с порядък в сравнение със закупуването на прах и неговото диспергиране сами.
Предимство 2: Възможност за персонализиране на формулировките на пасти
Професионалните производители на CNT не само продават прах, но също така предоставят поддържащи дисперсионни решения:
Диспергираща система:Разработване на високо{0}}ефективни дисперсанти (като повърхностни модификатори на базата на поливинилпиролидон-) за постигане на равномерна суспензия и дългосрочна-стабилност на CNT в органични разтворители чрез регулиране на Zeta потенциала, като се избягва вторична агломерация по време на съхранение.
Солидна оптимизация на съдържанието:Добрата формула може да постигне високо съдържание на твърдо вещество от 5%-10% с контролируем вискозитет, което позволява директна употреба в процесите на нанасяне на покритие без прекомерно разреждане преди филтриране.
Предимство 3: Натрупване на патенти в технологията за отстраняване на примеси
Скрита причина за трудности при филтриране е наличието на магнитни примеси, смесени в пастата, които ускоряват запушването на филтърната мрежа. Технически способните производители ще контролират примесите до минимум, преди да напуснат завода:
Shandong Tanfeng разработи интегрирано устройство за отстраняване на примеси с „магнитна адсорбция + филтриране“, като използва магнитни пръти за адсорбиране на магнитни примеси (като желязо, кобалт и други остатъци от катализатор) и след това използва филтърни компоненти за улавяне на примеси от частици, намалявайки тежестта на филтриране надолу по веригата от източника.
Освен това е разработила структура на филтърен диск с електромагнит, използвайки не-магнитната природа на CNT за адсорбиране и отстраняване на остатъчни метални частици.
Предимство 4: Технология за контрол на качеството и тестване
Притежаването на патентована технология за-на място идентифициране на размера на частиците може бързо да определи дали дисперсията на CNT пастата отговаря на стандарта, като гарантира консистенцията на продуктите, напускащи фабриката. Това означава, че ефективността на филтриране на всяка партида паста, която получавате, е по-стабилна и няма да варира между добра и лоша.
В едно изречение:Изборът на доставчик на CNT с технически опит ефективно решава половината от проблема с филтрирането. Те вземат предвид възможността за последваща обработка на етапа на проектиране на продукта, което може значително да намали честотата на запушване на екрана на вашата производствена линия.
Глава 3: 7 ефективни метода за решаване на трудностите с филтрирането
Метод 1: Принудителна „де-агломерация“ Веднъж преди филтриране
Много производители напълно отделят дисперсията и филтрацията. Всъщност инсталирането на онлайн високо-емулгатор или ултразвуков процесор (мощност 2-3 kW, честота 20 kHz) последователно преди филтърът може да отвори отново CNTs, които са се агломерирали повторно по време на съхранение. След добавянето на тази стъпка, фабрика за троен катоден материал удължи живота на екрана на филтъра от 2 часа на 8 часа.
Метод 2: Поетапно филтриране, не се опитвайте да го направите в една стъпка
Не започвайте директно със сито с 200 меша. Правилният подход е:
Първи етап:Груба филтрация от неръждаема стомана с 30 меша за улавяне на големи примеси и очевидни агломерати.
Втори етап:100 меша междинна филтрация.
Трети етап:150-200 меша фина филтрация.
Оставете пастата да има буфер и освобождаване на статично налягане между всеки етап. Ако продуктът изисква изключително висока чистота, използвайте 250 меша на последния етап, но метод 3 трябва да бъде координиран на този етап.
Метод 3: Приложете нагряване и разбъркване заедно
температура:Загрейте пастата до 40-45 градуса (системата NMP няма проблем поради високата си точка на кипене; системата на водна основа не трябва да надвишава 50 градуса). Вискозитетът ще намалее с 30%-40%, а скоростта на преминаване през филтърното сито значително ще се увеличи.
Разбъркване:Поддържайте ниска-скорост на разбъркване (30-60 об./мин.) в предния край на входа на филтъра, за да предотвратите утаяването на CNT в твърдата кал. Ако използвате запечатан резервоар под налягане, добавете магнитно свързана бъркалка на дъното.
Метод 4: Преминете към различен тип филтриращо оборудване
Конвенционалните ръкавни филтри или патронни филтри по своята същност са „недружелюбни“ към CNT пастата. Препоръчителните алтернативи включват:
Вакуумен барабанен филтър:Разчита на вакуумно засмукване. След като се оформи върху повърхността на барабана, филтърната утайка се изстъргва автоматично, така че да не се запушва непрекъснато. Подходящо за непрекъснато широко-производство.
Самопочистващ се-филтър:Има вътрешен скрепер или устройство за обратно промиване, което автоматично почиства повърхността на филтърната мрежа на всеки 10 минути. Първоначалната инвестиция е висока, но разходите могат да бъдат възстановени от труд и филтърна среда в рамките на шест месеца.
Филтър за вибриращ екран:Прилага вертикална или хоризонтална вибрация към филтърното сито, карайки CNTs, заседнали в отворите на мрежата, да се „разклатят“ обратно в пастата.
Метод 5: Коригирайте морфологията на самите CNT
Ако всички горепосочени методи са били изпробвани и все още са неуспешни, проблемът може да е в суровината. На този етап трябва да говорите с вашия доставчик на CNT -, за да видите дали можете да преминете към партида с по-къса дължина на тръбата и по-малко пропорции или директно да закупите предварително-диспергирана паста.
Метод 6: Промяна от „Филтриране с положително налягане“ на „Филтриране с отрицателно налягане“
При положително налягане, колкото по-голямо е диференциалното налягане, толкова по-плътно се притискат CNT и толкова по-дълбоко се вграждат във филтърния екран. Преминавайки към вакуумна филтрация (степен на вакуум -0,06 до -0,08 MPa), пастата се засмуква през филтърното сито с по-ниска сила на срязване и скоростта на запушване се забавя. Недостатъкът е ограничен дебит, подходящ за малки и средни партиди.
Метод 7: Приемете „Непълно филтриране“ и оптимизирайте низходящия поток
Някои процеси на нанасяне на покритие не са чувствителни към меки агломерати от десетки микрометри в CNT паста (тъй като междината на покритието обикновено е над 100 микрометра). Можете по подходящ начин да намалите прецизността на филтриране до 120 меша, като същевременно увеличите онлайн отстраняването на метални примеси преди нанасяне на покритие (използвайки магнитни пръти или електромагнитни филтри). Това гарантира, че покриващата глава няма да се запуши, като същевременно решава проблема със задръстването на филтрацията.
Глава 4: Истински случай: От смяна на филтри 15 пъти на ден до 3 пъти
Миналата година помогнахме на производител на проводима паста в Южен Китай да извърши диагностика. Тяхната CNT паста (много-стенна, твърдо съдържание 12%, NMP система) използва филтърна касета с 200 меша и трябваше да я сменят 15-18 пъти на смяна, което прави непрекъснатото производство почти невъзможно.
Направихме три промени:
Добавен е емулгатор-с високо{1}}срязване в линията на изхода на резервоара за дисперсия (минете веднъж, преди да влезете във филтъра).
Променено е едностепенното-етапно грубо филтриране с 200 меша на 50 меша → 120 меша → 200 меша.
Загрява се пастата от стайна температура до 42 градуса и се поддържа разбъркване на входа.
Три дни по-късно честотата на смяна на филтъра спадна до 3 пъти на смяна, а времето за едно-партидно филтриране беше намалено от 4 часа на 1,5 часа. Общата цена беше по-малко от 20 000 RMB.
Допълнителна забележка:Тази фабрика по-късно направи още нещо - те преминаха към друг доставчик на CNT и избраха нас. След третиране с повърхностна модификация първоначалното състояние на дисперсия беше по-добро и налягането на филтриране спадна с около още 30%. Това потвърждава един принцип: оптимизирането на процеса и надграждането на веригата за доставки трябва да се преследват едновременно.
Глава 5: Резюме в едно изречение
Трудността при филтриране на CNT проводяща паста е по същество резултат от суперпозицията на три фактора: "дълги влакна + агломерация + висок вискозитет." Не очаквайте един ултра-ситен филтър за решаване на всички проблеми. Вместо това използвайте комбинирана стратегия от "предварителна обработка за отваряне на агломерати, поетапно филтриране за споделяне на натоварването, контрол на температурата и разбъркване за намаляване на вискозитета и промяна на типа оборудване, ако е необходимо."
В същото време не забравяйте, че изборът на правилния доставчик нагоре по веригата е най-добрата оптимизация на процеса. Един технически способен производител на CNT може да ви спести 80% от последващите проблеми с филтрирането на етапа на проектиране на продукта. Ако вашата производствена линия страда от запушване на екрана, опитайте първо да изберете 2-3 от 7-те метода по-горе и в същото време говорете с вашия доставчик относно избора на продукт. Обикновено трябва да видите значително подобрение в рамките на една седмица.