فصل 1: ابتدا، درک کنید: چرا فیلتر کردن خمیر نانولوله کربنی بسیار دشوار است؟
دوستانی که با دوغاب کاتد باتری لیتیومی یا پوششهای رسانا کار کردهاند، میدانند که CNTها واقعاً از نظر عملکرد عالی هستند - هدایت الکتریکی خوب، مقدار اضافه کم و توانایی افزایش چگالی انرژی. با این حال، یک بار در خط تولید، به خصوص در مرحله فیلتراسیون، به سادگی یک سردرد است.
علائم معمولی: صفحه فیلتر 200 مش تازه تعویض شده، پس از فیلتر کردن کمتر از 50 کیلوگرم خمیر، فشار سنج به بالای 0.3 مگاپاسکال می رسد. صفحه فیلتر بیش از ده بار در روز تعویض می شود. یا به سادگی مستقیماً "له می شود" و خمیر نمی تواند جاری شود.
سه علت اصلی وجود دارد:
نسبت ابعاد CNT ها بسیار زیاد است (معمولاً 100-1000 یا بیشتر). آنها مانند یک دسته خارهای نرم در سطح میکرون هستند که با یکدیگر در هم تنیده شده و شکل "لانه پرنده" را تشکیل می دهند و به راحتی در منافذ صفحه فیلتر گیر می کنند.
آگلومره ها به سختی به طور کامل باز می شوند. حتی پس از آسیاب مهرهها یا پراکندگی{1}}برشی زیاد، تعداد زیادی ذرات تجمع یافته CNT دهها میکرومتر باقی میمانند و این تودههای سخت مستقیماً منافذ فیلتر را مسدود میکنند.
ویسکوزیته سیستم خمیر بالا است. به خصوص در سیستم هایی که از NMP به عنوان حلال استفاده می کنند، زمانی که محتوای جامد 15٪ - 20٪ باشد، ویسکوزیته می تواند به چندین هزار سانتی پویز برسد، سیالیت ضعیف است و حتی مقاومت کوچک باعث فروپاشی فیلتر می شود.
فصل 2: شاندونگ تانفنگ برای کمک به شما چه کاری می تواند انجام دهد؟
در حل مشکل سختی فیلتراسیون، توانایی فنی سازنده CNT بالادست اغلب دست کم گرفته می شود. یک تامین کننده با قابلیت تحقیق و توسعه می تواند به شما در کاهش بار فیلتراسیون از منبع کمک کند. در اینجا چندین بعد مزیت قابل توجه وجود دارد:
مزیت 1: محصولات CNT که به راحتی پراکنده می شوند
دشواری پراکندگی در بین CNT های تولید شده توسط سازندگان مختلف بسیار متفاوت است. تولید کنندگان خوب از منبع بهینه سازی می کنند:
کنترل قطر لوله و طول لوله:CNTهای چند دیواره (MWCNT) سختتر و کوتاهتر از CNTهای تکجداره (SWCNT) هستند و فیلتراسیون را نسبتاً آسانتر میکنند. از طریق بهینه سازی سیستم کاتالیست در فرآیند CVD (مانند کاتالیزورهای دو فلزی آهن/کبالت)، شاندونگ تانفنگ می تواند قطر لوله را در 1-2 نانومتر و طول لوله را در محدوده خاصی کنترل کند و درهم تنیدگی بیش از حد را کاهش دهد.
درمان عملکردی سطحی:برخی از تولیدکنندگان برجسته، اصلاح سطح روی نانولولههای کربنی را انجام میدهند تا سازگاری سطحی آنها با حلال را افزایش دهند، و باعث میشود خمیر پس از پراکندگی پایدارتر شود و کمتر مستعد تجمع مجدد شود.
مستربچ پیش-پراکنده:انتخاب یک خمیر رسانا از قبل پراکنده (مستربچ با محتوای 8-10٪ CNT) در مقایسه با خرید پودر و پراکنده کردن آن توسط خودتان، دشواری فیلتراسیون را تا حدی کاهش میدهد.
مزیت 2: قابلیت سفارشی سازی فرمولاسیون خمیر
تولید کنندگان حرفه ای CNT نه تنها پودر را می فروشند بلکه راه حل های پراکندگی پشتیبانی را نیز ارائه می دهند:
سیستم پراکنده:توسعه{0}}پراکندهکنندههای با کارایی بالا (مانند اصلاحکنندههای سطح مبتنی بر پلیوینیل پیرولیدون{{1}) برای دستیابی به تعلیق یکنواخت و پایداری طولانیمدت نانولولههای کربنی در حلالهای آلی از طریق تنظیم پتانسیل زتا، اجتناب از تجمع ثانویه در طول ذخیرهسازی.
بهینه سازی محتوای جامد:یک فرمول خوب می تواند به محتوای جامد بالای 5 تا 10 درصد با ویسکوزیته قابل کنترل دست یابد که امکان استفاده مستقیم در فرآیندهای پوشش بدون رقیق شدن بیش از حد قبل از فیلتراسیون را فراهم می کند.
مزیت 3: انباشت پتنت در فناوری حذف ناخالصی
یک دلیل پنهان برای دشواری فیلتراسیون وجود ناخالصی های مغناطیسی مخلوط شده در خمیر است که باعث تسریع گرفتگی صفحه فیلتر می شود. سازندگان دارای توانایی فنی قبل از خروج از کارخانه ناخالصی ها را به حداقل ممکن کنترل می کنند:
شاندونگ تانفنگ یک دستگاه حذف ناخالصی یکپارچه "جذب مغناطیسی + فیلتراسیون" را توسعه داده است که از میله های مغناطیسی برای جذب ناخالصی های مغناطیسی (مانند آهن، کبالت و سایر باقی مانده های کاتالیزور) استفاده می کند و سپس از اجزای فیلتر برای رهگیری ناخالصی های ذرات استفاده می کند و بار فیلتر پایین دست را از منبع کاهش می دهد.
همچنین یک ساختار دیسک فیلتر با آهنربای الکتریکی ایجاد کرده است که از ماهیت غیر مغناطیسی نانولوله های کربنی برای جذب و حذف ذرات فلزی باقیمانده استفاده می کند.
مزیت 4: فناوری کنترل و تست کیفیت
داشتن فناوری ثبت شده برای شناسایی اندازه ذرات در محل میتواند به سرعت تعیین کند که آیا پراکندگی خمیر CNT با استاندارد مطابقت دارد یا خیر، و از ثبات محصولات خارج شده از کارخانه اطمینان حاصل کند. این بدان معنی است که عملکرد فیلتراسیون هر دسته خمیری که دریافت می کنید پایدارتر است و بین خوب و بد نوسان نخواهد داشت.
در یک جمله:انتخاب یک تامین کننده CNT با تخصص فنی نیمی از مشکل فیلتراسیون را حل می کند. آنها قابلیت پردازش بعدی را در مرحله طراحی محصول در نظر می گیرند که می تواند به طور قابل توجهی دفعات گرفتگی صفحه در خط تولید شما را کاهش دهد.
فصل 3: 7 روش موثر برای حل مشکلات فیلتراسیون
روش 1: اجباری "De-Aglomeration" یک بار قبل از فیلتر کردن
بسیاری از تولید کنندگان پراکندگی و فیلتراسیون را کاملاً جدا می کنند. در واقع، نصب یک امولسیفایر{1}}برشی آنلاین یا پردازشگر اولتراسونیک (قدرت 2-3 کیلووات، فرکانس 20 کیلوهرتز) به صورت سری قبل از فیلتر میتواند CNTهایی را که در طول ذخیرهسازی مجدداً تجمع یافتهاند باز کند. پس از افزودن این مرحله، یک کارخانه مواد کاتد سه تایی عمر صفحه فیلتر را از 2 ساعت به 8 ساعت افزایش داد.
روش 2: فیلتراسیون مرحلهای، سعی نکنید آن را در یک مرحله انجام دهید
مستقیماً با صفحه نمایش 200 مش شروع نکنید. رویکرد صحیح این است:
مرحله اول:فیلتراسیون درشت فولاد ضد زنگ 30 مش برای رهگیری ناخالصی های بزرگ و آگلومره های آشکار.
مرحله دوم:فیلتراسیون میانی 100 مش.
مرحله سوم:فیلتر ریز مش 150-200.
اجازه دهید خمیر بین هر مرحله یک بافر و فشار ساکن آزاد شود. اگر محصول به تمیزی بسیار بالایی نیاز دارد، در مرحله نهایی از مش 250 استفاده کنید، اما روش 3 باید در این مرحله هماهنگ شود.
روش 3: حرارت دادن و هم زدن را با هم اعمال کنید
دما:رب را تا 40-45 درجه حرارت دهید (سیستم NMP به دلیل نقطه جوش بالا مشکلی ندارد، سیستم مبتنی بر آب نباید از 50 درجه بیشتر شود). ویسکوزیته 30٪ -40٪ کاهش می یابد و سرعت عبور از صفحه فیلتر به طور قابل توجهی افزایش می یابد.
هم زدن:همزدن با سرعت پایین (30-60 دور در دقیقه) را در انتهای جلوی ورودی فیلتر حفظ کنید تا از ته نشین شدن CNT ها در گل سخت جلوگیری کنید. اگر از مخزن فشار مهر و موم شده استفاده می کنید، یک همزن جفت شده مغناطیسی را در پایین اضافه کنید.
روش 4: به نوع متفاوتی از تجهیزات فیلتر سوئیچ کنید
فیلترهای کیسه ای معمولی یا فیلترهای کارتریج ذاتاً برای خمیر CNT "غیر دوستانه" هستند. جایگزین های پیشنهادی عبارتند از:
فیلتر درام خلاء:به مکش خلاء متکی است. پس از تشکیل روی سطح درام، کیک فیلتر به طور خودکار خراشیده می شود، بنابراین به طور مداوم مسدود نمی شود. مناسب برای تولید مداوم در مقیاس بزرگ-.
فیلتر{0}خود تمیز کردن:دارای اسکراپر داخلی یا دستگاه شستشوی معکوس است که هر 10 دقیقه به طور خودکار سطح صفحه فیلتر را تمیز می کند. سرمایهگذاری اولیه زیاد است، اما هزینه آن را میتوان از طریق نیروی کار و فیلتر کردن رسانهها ظرف شش ماه جبران کرد.
فیلتر صفحه ارتعاشی:ارتعاش عمودی یا افقی را روی صفحه فیلتر اعمال می کند و باعث می شود که CNT های گیر کرده در منافذ مش "تکان داده شوند" و به خمیر بازگردند.
روش 5: مورفولوژی CNT ها را خود تنظیم کنید
اگر تمام روش های فوق امتحان شده باشند و باز هم شکست بخورند، ممکن است مشکل از مواد اولیه باشد. در این مرحله، باید با تامینکننده CNT خود صحبت کنید - ببینید آیا میتوانید به دستهای با طول لوله کوتاهتر و نسبت ابعاد کوچکتر بروید یا مستقیماً خمیر از قبل پراکنده شده را خریداری کنید.
روش 6: تغییر از "فیلتراسیون با فشار مثبت" به "فیلتراسیون با فشار منفی"
تحت فشار مثبت، هرچه فشار دیفرانسیل بیشتر باشد، CNT ها محکم تر فشرده می شوند و عمیق تر در صفحه فیلتر جاسازی می شوند. با تغییر به فیلتراسیون خلاء (درجه خلاء 0.06- تا 0.08- مگاپاسکال)، خمیر از طریق صفحه فیلتر با نیروی برشی کمتر مکیده می شود و سرعت گرفتگی کاهش می یابد. نقطه ضعف آن سرعت جریان محدود است که برای دسته های کوچک و متوسط مناسب است.
روش 7: "فیلترسازی ناقص" را بپذیرید و پاییندستی را بهینه کنید
برخی از فرآیندهای پوشش دهی به آگلومراهای نرم ده ها میکرومتری در خمیر CNT حساس نیستند (زیرا شکاف پوشش معمولاً بالای 100 میکرومتر است). میتوانید دقت فیلتراسیون را تا مش 120 شل کنید، در حالی که حذف آنلاین ناخالصیهای فلزی را قبل از پوشش (با استفاده از میلههای مغناطیسی یا فیلترهای الکترومغناطیسی) افزایش دهید. این تضمین می کند که سر پوشش در حالی که مشکل گیر کردن فیلتراسیون را حل می کند مسدود نمی شود.
فصل 4: یک مورد واقعی: از تغییر فیلترها 15 بار در روز تا 3 بار
سال گذشته، ما به یک سازنده قرارداد خمیر رسانا در جنوب چین کمک کردیم تا تشخیص دهد. خمیر CNT آنها (چند دیواره، محتوای جامد 12٪، سیستم NMP) از یک کارتریج فیلتر 200 مش استفاده می کرد و آنها مجبور بودند آن را 15 تا 18 بار در هر شیفت تعویض کنند، که تولید مداوم را تقریبا غیرممکن می کرد.
ما سه تغییر ایجاد کردیم:
یک امولسیفایر برشی-در خط-در خروجی مخزن پراکندگی اضافه شده است (قبل از ورود به فیلتر یک بار از آن عبور کنید).
فیلتراسیون تک مرحلهای- مش 200 به 50 مش فیلتر درشت → مش 120 → مش 200 تغییر کرد.
رب را از دمای اتاق تا 42 درجه حرارت داده و به هم زدن ورودی ادامه می دهیم.
سه روز بعد، فرکانس تعویض فیلتر به 3 بار در هر شیفت کاهش یافت، و زمان فیلتراسیون دستهای از 4 ساعت به 1.5 ساعت کاهش یافت. هزینه کل کمتر از 20000 RMB بود.
نکته تکمیلی:این کارخانه بعداً یک کار دیگر انجام داد - آنها به یک تامین کننده دیگر CNT تغییر مکان دادند و ما را انتخاب کردند. پس از عملیات اصلاح سطح، حالت پراکندگی اولیه بهتر بود و فشار فیلتراسیون حدود 30٪ دیگر کاهش یافت. این یک اصل را تایید می کند: بهینه سازی فرآیند و ارتقاء زنجیره تامین باید به طور همزمان دنبال شود.
فصل پنجم: خلاصه در یک جمله
مشکل در فیلتر کردن خمیر رسانای CNT اساساً نتیجه برهم نهی سه عامل است: "الیاف بلند + تراکم + ویسکوزیته بالا". انتظار نداشته باشید که یک صفحه فیلتر فوق العاده-خوب همه مشکلات را حل کند. در عوض، از استراتژی ترکیبی «پیش تصفیه برای باز کردن آگلومراها، فیلتراسیون مرحلهای برای تقسیم بار، کنترل دما و هم زدن برای کاهش ویسکوزیته و تغییر نوع تجهیزات در صورت لزوم» استفاده کنید.
در عین حال، فراموش نکنید که انتخاب تامین کننده بالادستی مناسب بهترین بهینه سازی فرآیند است. یک سازنده CNT با توانایی فنی می تواند 80 درصد از مشکلات فیلتراسیون بعدی را در مرحله طراحی محصول از شما نجات دهد. اگر خط تولید شما از گرفتگی صفحهنمایش رنج میبرد، ابتدا 2 تا 3 روش از 7 روش بالا را انتخاب کنید و در همان زمان، در مورد انتخاب محصول با تامینکننده خود صحبت کنید. معمولاً باید در عرض یک هفته شاهد بهبود قابل توجهی باشید.