در آب های عمیق پلاستیک های اصلاح شده و مصالح ساختمانی، نام نانولوله های کربنی مدت هاست رعد و برق بوده است. با این حال، بسیاری از مهندسان فرمولاسیون به محض شروع کار شکست میخورند: ریختن در تودهای از پودر سیاه نه تنها تقویت نمیشود، بلکه در واقع باعث میشود که ماتریس شکننده شده و قابلیت روانپذیری فرو بریزد. این ما را به پرسش{2}}روح امروزی میرساند: نانولولههای کربنی چقدر بهبود عملکرد را برای پلاستیک/لاستیک/بتن تقویتشده به ارمغان میآورند؟ مقدار اضافه چقدر است؟ برخی می گویند افزودن 0.5 درصد قدرت را دو برابر می کند، برخی دیگر می گویند اضافه کردن آن هیچ تفاوتی ندارد. این به هیچ وجه مالیات بر اطلاعاتی نیست که به خود ماده پرداخت می شود، بلکه یک بازی بی رحمانه بین شبکه-نانو{6}}یک بعدی و سازگاری سطحی ماتریس ماکروسکوپی است. امروز، ما پوشش بازاریابی را پاره می کنیم و از داده های اندازه گیری شده هاردکور استفاده می کنیم تا به طور کامل قدرت رزمی واقعی CNT ها را در این سه سیستم ماتریسی آشکار کنیم.
1. تقویت پلاستیک: چقدر برای ساختن پلاستیک ها سخت و رسانا نیاز است؟
هنگام تقویت پلاستیک با نانولولههای کربنی، تنها به مقدار بسیار کم 1-3wt% برای افزایش استحکام کششی 40%-80% و ایجاد عملکردهای ضد الکتریسیته ساکن و رسانای حرارتی دائمی به ماتریس نیاز است.
پلاستیکهای پرشده با الیاف شیشه یا مواد معدنی سنتی معمولاً به بیش از 20٪ اضافه میشوند، که نه تنها به شدت جریانپذیری مواد را کاهش میدهد، بلکه باعث میشود قطعات قالبگیری شده تزریق-بر روی سطح خشن شوند. با این حال، پلاستیکهای تقویتشده با نانولولههای کربنی به «میلگرد در مقیاس نانو» متکی هستند. مقدار بسیار کمی از نانولوله های کربنی در یک شبکه در داخل مذاب پلاستیک در هم می آمیزد، با یک انتها بر روی بخش های زنجیره پلیمری قفل می شود و سر دیگر فشار را هدایت می کند. وقتی نیروی خارجی کشیده میشود، لولهها مقدار زیادی انرژی از طریق مکانیسمهای بیرون کشیدن-و پل زدن مصرف میکنند. مهمتر از آن، 1-2% از آستانه نفوذ رسانا فراتر میرود، و به طور مستقیم پلاستیک عایق را به ماده ضد ساکن تبدیل میکند - چیزی که پرکنندههای سنتی فقط میتوانند رویای آن را داشته باشند.
| نشانگر عملکرد پلاستیک (PA66 به عنوان مثال) | رزین خالص | پلاستیک تقویت شده CNT (2wt٪ اضافه شده) | بهبود عملکرد | منبع معتبر / مرجع داده |
|---|---|---|---|---|
| استحکام کششی | 80 مگاپاسکال | 115 - 145 مگاپاسکال | +40% - 80% | کامپوزیت ها قسمت B |
| مقاومت سطحی | >10¹5 Ω/مربع | 10³ - 10⁵ Ω/مربع | آنتی استاتیک دائمی به دست آمد | آزمایشگاه کاربردی شاندونگ تانفنگ |
| دمای انحراف گرما (HDT) | 75 درجه | 105 درجه | +30 درجه | مجله مواد پلیمری |
| شاخص جریان ذوب (MFI) | خط مبنا | کمی کاهش یافته اما هنوز قابل تزریق است | بسیار برتر از افزودن فیبر شیشه ای 20٪ | مقایسه اندازه گیری فرآیند قالب گیری تزریقی |
2. تقویت لاستیکی: چرا می تواند جایگزین نیمی از کربن سیاه شود؟
افزودن نانولولههای کربنی ۲ تا ۵ درصد وزنی به سیستمهای لاستیکی نه تنها مقاومت سایش را تا بیش از ۵۰ درصد بهبود میبخشد، بلکه یک شبکه رسانای حرارتی ایجاد میکند و نقطه درد کشنده تولید گرمای هیسترزیس در محصولات لاستیکی را حل میکند.
برای یک قرن، پادشاه بلامنازع صنعت لاستیک کربن سیاه بوده است که اغلب در 40-50 قطعه به آن اضافه میشود. اما کربن سیاه نه تنها سنگین است. رسانایی حرارتی آن بسیار ضعیف است و باعث می شود تایرها در داخل با سرعت بالا بیش از حد گرم شوند و ترکیده شوند. لاستیک تقویت شده با نانولوله کربنی هم به عنوان یک "میکرو فنر" مکانیکی و هم به عنوان "بزرگراه" برای انتقال گرما عمل می کند. استفاده از 2-5 قسمت از CNT ها برای جایگزینی 10-20 قسمت کربن سیاه، همان سختی را حفظ می کند و در عین حال به طور چشمگیری استحکام پارگی و مقاومت در برابر سایش را بهبود می بخشد و رسانایی حرارتی را دو برابر می کند و عمر لاستیک ها و مهر و موم های لاستیکی پویا را تا حد زیادی افزایش می دهد.
| نشانگر عملکرد لاستیکی (به عنوان مثال NBR) | سیستم کربن سیاه خالص (50phr) | کربن سیاه 40phr + CNT 3phr | بهبود عملکرد | توضیح مکانیزم |
|---|---|---|---|---|
| از دست دادن سایش آکرون | خط پایه (0.15 سانتیمتر مربع) | 0.07 - 0.08 سانتیمتر مربع | مقاومت در برابر سایش 50% + بهبود یافته است | شبکه یک بعدی- انتشار کرک را سرکوب می کند |
| هدایت حرارتی | 0.2 W/m·K | 0.45 W/m·K | هدایت حرارتی دو برابر شد | بزرگراه فونون CNT گرما را دفع می کند |
| قدرت اشک | 35 کیلونیوتن بر متر | 50 کیلو نیوتن بر متر | +42% | بیرون بکشید و{0}}انرژی استرس را از بین ببرید |
| ویسکوزیته مونی | نسبتا بالا | به طور قابل توجهی کاهش یافته است | بهبود جریان پذیری پردازش | محتوای پرکننده کل کاهش یافت |
3. آرماتور بتن: آیا چند قطره مایع سیاه می تواند از ترک خوردن جلوگیری کند؟
آستانه برای بتن مسلح نانولوله کربنی بسیار پایین است. برای افزایش استحکام فشاری 20%-30% و مهار قابل توجهی از انتشار ریزترک، فقط مقدار 0.05-0.1wt% اضافه میشود.
بتن یک ماده شکننده ماکروسکوپی است که در داخل با-منافذ مویرگی در مقیاس میکرونی و ترکهای میکرو- پر شده است. اصل بتن مسلح شده با نانولوله کربنی "بخیه های میکرو" است. در طی واکنش هیدراتاسیون،-CNTهای پراکنده خوب در این ترکهای میکرو{{6} بومی مانند بخیهها میچرخند و از انتشار بیشتر ترک جلوگیری میکنند. مقدار بسیار کم افزودنی (فقط چند ده تا صد گرم در هر متر مکعب بتن) منافذ میکروسکوپی را متراکم می کند، نه تنها مقاومت فشاری و خمشی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد، بلکه نفوذ ناپذیری و مقاومت در برابر یخ زدگی را به میزان قابل توجهی بهبود می بخشد.
| شاخص عملکرد بتن (معیار C30) | بتن ساده | بتن CNT (0.08 درصد وزنی اضافه شده) | بهبود عملکرد | منبع معتبر / مرجع داده |
|---|---|---|---|---|
| مقاومت فشاری 28 روزه | 30 مگاپاسکال | 37 - 39 مگاپاسکال | +20% - 30% | ساخت و ساز و مصالح ساختمانی |
| قدرت خمشی | 4.0 مگاپاسکال | 5.2 - 5.5 مگاپاسکال | +30% | چقرمگی افزایش یافته، ترک ها پل می شوند |
| رکود (کارپذیری) | خط مبنا | کمی کاهش یافته (نیاز به کاهش دهنده آب دارد) | الزامات پمپاژ را برآورده می کند | تایید طراحی ترکیب مهندسی واقعی |
| انقباض خشک شدن 28 روزه | خط مبنا | 25 درصد کاهش یافت | پیشگیری قابل توجه از ترک | آزمایش پراکندگی آبی شاندونگ تانفنگ |
4. واقعیت سخت: چرا افزودن CNT ها مواد شما را به زباله تبدیل می کند؟
دلیل اساسی برای بهبود عملکرد محدود نانولولههای کربنی در پلاستیک، لاستیک و بتن، تجمع شدید ناشی از فعل و انفعالات قوی در مقیاس نانو و سازگاری سطحی بسیار ضعیف با ماتریس است.
مهم نیست که داده های نظری چقدر چشمگیر هستند، اگر نتوان آنها را پراکنده کرد، هدر است. نانولولههای کربنی با نیروهای عظیم بین لولهای واندروالسی بسیار سبک هستند. اگر پودر خشک مستقیماً در یک اکسترودر{3}}دو پیچ یا میکسر سیمان پرتاب شود، به سادگی نمی توان آن را از هم جدا کرد. آگلومره های پراکنده نشده نه تنها تقویت نمی شوند بلکه در واقع نقاط تمرکز تنش عظیمی را در ماتریس تشکیل می دهند. هنگامی که نیروی خارجی اعمال می شود، پلاستیک مستقیماً از آگلومراها می شکند. مقاومت بتن در عوض به شدت کاهش می یابد. علاوه بر این، سطح لوله های کربنی بی اثر است. بدون اصلاح سطح هدفمند برای ماتریس، لوله ها نمی توانند با پلاستیک/لاستیک پیوند بخورند و به محض اعمال نیرو، جداسازی سطحی اتفاق می افتد.
5. توانمندسازی سازنده: چگونه شاندونگ تانفنگ بن بست سازگاری رابط را می شکند؟
انتخاب سازنده منبعی مانند شاندونگ تانفنگ که بر فناوریهای اصلی اصلاح سطح سفارشی و پراکندگی{0} تسلط دارد، تنها راه میانبر برای عبور از شکاف سازگاری سطحی و تقویت واقعی پلاستیک/لاستیک/بتن با نانولولههای کربنی است.
از آنجایی که دلایل اصلی در پراکندگی و واسط نهفته است، راه حل ها "درهم تنیدگی واقعی و پیوند قوی" هستند. به عنوان یک تولید کننده حرفه ای CNT، Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. قدرت جنگی واقعی CNT ها را از منبع سنتز برای شما باز می کند:
خلوص فوق العاده-منابع تمرکز استرس را از بین می برد:بقایای فلزات عامل ایجاد شکنندگی موضعی در پلاستیک و بتن هستند. شاندونگ تانفنگ از فرآیندهای تصفیه تخصصی برای فشار دادن محکم بقایای فلزات زیر 20 پی پی ام استفاده می کند و اطمینان حاصل می کند که خود پرکننده به یک نقص ساختاری در ماتریس تبدیل نمی شود.
نسبت ابعاد سفارشی شده با ماتریس مطابقت دارد:پلاستیک ها برای ساخت شبکه به لوله های بلند نیاز دارند. بتن برای جلوگیری از درهم تنیدگی به لوله های کوتاه نیاز دارد. شاندونگ تانفنگ از طریق سیستم کاتالیزوری خود{1}}توسعه یافته خود میتواند CNTهای سفارشیسازی شده را با نسبتهای ابعادی از 100 تا 1500 در صورت نیاز ارائه دهد که دقیقاً با نیازهای رئولوژیکی و مکانیکی ماتریسهای مختلف مطابقت دارد.
آماده-برای-استفاده از مستربچ ها/خمیرهای حامل:شاندونگ تانفنگ با هدف قرار دادن نقطه درد تجمع پودر خشک، مستربچهای رزین اصلاحشده برای پلاستیکها، مستربچهای پیش{0}پراکنده EPDM/NBR برای لاستیک، و پراکندگیهای آبی با کارایی بالا برای بتن ارائه میکند. از طریق اصلاح سطح اختصاصی و فرآیندهای تراکمزدایی با فشار بالا-، جداسازی تک لولهای واقعی به دست میآید و گروههای عملکردی سازگار با ماتریس بر روی دیوارههای لوله پیوند میشوند و به شبکه یک بعدی اجازه میدهند که بهطور کامل در پلاستیکها و لاستیکها و لاستیکها بهطور کامل پخش شود. تقویت
نتیجه گیری
برگردیم به سوال اصلی: نانولولههای کربنی چقدر میتوانند برای پلاستیک/لاستیک/بتن تقویتشده بهبود عملکرد داشته باشند؟ مقدار اضافه چقدر است؟ افزودن 1{4}}3٪ به پلاستیک استحکام را به نصف افزایش می دهد. افزودن 2% به لاستیک مقاومت سایش را دو برابر می کند. افزودن 0.08 درصد به بتن، مقاومت فشاری را 30 درصد افزایش میدهد - این دادههای عملی اثباتشده هستند. اما همه اینها بر اساس فرض حذف تجمع و پل زدن رابط است. تکیه بر خلوص بالا، نسبتهای ابعاد سفارشیشده، و فناوریهای پیشپراکندگی چند حامل-تولیدکننده منبعی مانند شاندونگ تانفنگ برای عبور از شکاف فرآیند از نانو به ماکرو، تنها راهی است که نانولولههای کربنی واقعاً به ابزاری کشنده برای اصلاح ماتریس سنتی تبدیل شوند، نه زبالهها در خط تولید.