W głębokich wodach modyfikowanych tworzyw sztucznych i materiałów budowlanych nazwa nanorurek węglowych od dawna grzmi. Jednak wielu inżynierów zajmujących się recepturami zawodzi już na samym początku: wsypanie sterty czarnego proszku nie tylko nie wzmacnia, ale w rzeczywistości powoduje, że matryca staje się krucha i zapada się w płynność. To prowadzi nas do dzisiejszego-dręczącego pytania: jak dużą poprawę wydajności mogą wnieść nanorurki węglowe do wzmocnionych tworzyw sztucznych/gumy/betonu? Jaka jest kwota dodatku? Niektórzy twierdzą, że dodatek 0,5% podwaja siłę, inni twierdzą, że dodanie go nie robi żadnej różnicy. W żadnym wypadku nie jest to podatek od inteligencji płacony za sam materiał, ale raczej brutalna gra pomiędzy jedno-wymiarową nanosiecią-a międzyfazową kompatybilnością makroskopowej matrycy. Dzisiaj zerwiemy płaszcz marketingowy i wykorzystamy hardkorowe dane pomiarowe, aby całkowicie ujawnić prawdziwą siłę bojową nanorurek CNT w tych trzech systemach matrycowych.
1. Wzmocnienie tworzyw sztucznych: ile potrzeba, aby tworzywa sztuczne były jednocześnie wytrzymałe i przewodzące?
Podczas wzmacniania tworzyw sztucznych nanorurkami węglowymi wystarczy bardzo mała ilość dodatku 1-3% wag., aby zwiększyć wytrzymałość na rozciąganie o 40–80% i nadać matrycy trwałe właściwości antystatyczne i przewodzące ciepło.
Tradycyjne tworzywa sztuczne wypełnione włóknem szklanym lub-mineralnym zazwyczaj wymagają dodatku w ilości ponad 20%, co nie tylko poważnie pogarsza sypkość materiału, ale także powoduje, że-części formowane wtryskowo są szorstkie na powierzchni. Jednakże tworzywa sztuczne wzmocnione nanorurkami węglowymi opierają się na „prętach zbrojeniowych w skali nano”. Bardzo mała ilość nanorurek splata się w sieć w stopionym tworzywie sztucznym, przy czym jeden koniec jest przyczepiony do segmentów łańcucha polimeru, a drugi koniec przewodzi naprężenie. Kiedy siła zewnętrzna ciągnie, rury zużywają duże ilości energii poprzez-mechanizmy wyciągania i mostkowania. Co ważniejsze, dodatek 1-2% przekracza próg przenikania przewodzącego, bezpośrednio zamieniając tworzywo izolacyjne w materiał-antystatyczny – o czym tradycyjne wypełniacze mogą tylko marzyć.
| Wskaźnik wydajności tworzywa sztucznego (na przykład PA66) | Czysta żywica | Tworzywo sztuczne wzmocnione CNT (dodatek 2% wag.) | Poprawa wydajności | Autorytatywne źródło/odniesienie do danych |
|---|---|---|---|---|
| Wytrzymałość na rozciąganie | 80 MPa | 115 - 145 MPa | +40% - 80% | Kompozyty Część B |
| Oporność powierzchniowa | >10¹⁵ Ω/kw | 10³ - 10⁵ Ω/kw | Uzyskano trwały-antystatyczny efekt | Laboratorium Aplikacyjne Shandong Tanfeng |
| Temperatura ugięcia pod wpływem ciepła (HDT) | 75 stopni | 105 stopni | +30 stopień | Journal of Polymer Materials |
| Wskaźnik szybkości płynięcia (MFI) | Linia bazowa | Nieznacznie zmniejszone, ale nadal można wstrzykiwać | Znacznie lepszy od 20% dodatku włókna szklanego | Porównanie pomiaru procesu formowania wtryskowego |
2. Wzmocnienie gumy: dlaczego może zastąpić połowę sadzy?
Dodanie 2–5% wag. nanorurek węglowych do systemów gumowych nie tylko poprawia odporność na zużycie o ponad 50%, ale także tworzy sieć przewodzącą ciepło, rozwiązując fatalny problem wytwarzania ciepła w wyniku histerezy w produktach gumowych.
Od stulecia niekwestionowanym królem przemysłu gumowego jest sadza, często dodawana w ilości 40-50 części. Ale sadza jest nie tylko ciężka; jego przewodność cieplna jest wyjątkowo słaba, co powoduje wewnętrzne przegrzanie opon przy dużych prędkościach i pęknięcie. Kauczuk wzmocniony nanorurkami węglowymi działa zarówno jako mechaniczna „mikrosprężyna”, jak i „autostrada” do przewodzenia ciepła. Użycie 2–5 części CNT w celu zastąpienia 10–20 części sadzy pozwala zachować tę samą twardość, jednocześnie znacznie poprawiając wytrzymałość na rozdarcie i odporność na zużycie oraz podwajając przewodność cieplną, znacznie wydłużając żywotność dynamicznych uszczelek gumowych i opon.
| Wskaźnik wydajności gumy (na przykład NBR) | System czystej sadzy (50 phr) | Sadza 40 godz. + CNT 3 godz | Poprawa wydajności | Wyjaśnienie mechanizmu |
|---|---|---|---|---|
| Utrata ścierania Akron | Linia bazowa (0,15 cm3) | 0.07 - 0.08 cm³ | Odporność na zużycie zwiększona o 50%+ | Sieć-jednowymiarowa zapobiega rozprzestrzenianiu się pęknięć |
| Przewodność cieplna | 0.2 W/m·K | 0.45 W/m·K | Przewodność cieplna wzrosła dwukrotnie | Autostrada CNT Phonon rozprasza ciepło |
| Siła rozdarcia | 35 kN/m | 50 kN/m | +42% | Wyciąganie-i mostkowanie rozprasza energię stresu |
| Lepkość Mooneya | Stosunkowo wysoki | Znacząco zmniejszone | Poprawiona płynność przetwarzania | Zmniejszona całkowita zawartość wypełniacza |
3. Zbrojenie betonu: czy kilka kropel czarnego płynu może zapobiec pęknięciom?
Próg dla betonu zbrojonego nanorurkami węglowymi jest wyjątkowo niski. Aby zwiększyć wytrzymałość na ściskanie o 20%–30% i znacząco zahamować rozprzestrzenianie się mikropęknięć, potrzebny jest jedynie śladowy dodatek w ilości 0,05-0,1% wag.
Beton to makroskopowy, kruchy materiał, wewnątrz wypełniony mikronowymi-porami kapilarnymi i mikropęknięciami. Zasada działania betonu zbrojonego nanorurkami węglowymi opiera się na „mikro-szwach”. Podczas reakcji hydratacji dobrze-rozproszone CNT rozciągają się przez te natywne mikro-pęknięcia niczym szwy, zapobiegając dalszej propagacji pęknięć. Niezwykle mała ilość dodatku (tylko od kilkudziesięciu do stu gramów na metr sześcienny betonu) zagęszcza mikroskopijne pory, nie tylko znacznie zwiększając wytrzymałość na ściskanie i zginanie, ale także znacznie poprawiając nieprzepuszczalność i odporność na zamrażanie-rozmrażanie.
| Wskaźnik wydajności betonu (punkt odniesienia C30) | Zwykły beton | Beton CNT (dodatek 0,08% wag.) | Poprawa wydajności | Autorytatywne źródło/odniesienie do danych |
|---|---|---|---|---|
| 28-dniowa wytrzymałość na ściskanie | 30 MPa | 37 - 39 MPa | +20% - 30% | Budownictwo i materiały budowlane |
| Wytrzymałość na zginanie | 4,0 MPa | 5.2 - 5.5 MPa | +30% | Zwiększona wytrzymałość, zniwelowane pęknięcia |
| Spadek (Urabialność) | Linia bazowa | Nieznacznie zmniejszony (wymaga reduktora wody) | Spełnia wymagania dotyczące pompowania | Rzeczywista weryfikacja projektu miksu inżynieryjnego |
| Skurcz po 28-dniowym suszeniu | Linia bazowa | Obniżona o 25% | Znaczące zapobieganie pęknięciom | Testowanie dyspersji wodnej Shandong Tanfeng |
4. Surowa rzeczywistość: dlaczego dodanie nanorurek CNT zamienia materiał w odpad?
Podstawową przyczyną ograniczonej poprawy wydajności nanorurek węglowych w tworzywach sztucznych, gumie i betonie jest silna aglomeracja spowodowana silnymi interakcjami w skali nano i wyjątkowo słabą kompatybilnością międzyfazową z matrycą.
Nieważne, jak imponujące są dane teoretyczne, jeśli nie można ich rozproszyć, są one marnotrawstwem. Nanorurki węglowe są niezwykle lekkie i podlegają-masywnym siłom van der Waalsa działającym między rurkami. Jeśli suchy proszek zostanie wrzucony bezpośrednio do wytłaczarki-dwuślimakowej lub betoniarki, po prostu nie da się go rozbić. Nierozproszone aglomeraty nie tylko nie wzmacniają, ale w rzeczywistości tworzą ogromne punkty koncentracji naprężeń w matrycy. Po przyłożeniu siły zewnętrznej tworzywo sztuczne pęka bezpośrednio z aglomeratów; zamiast tego wytrzymałość betonu gwałtownie spada. Dodatkowo powierzchnia rur węglowych jest obojętna. Bez ukierunkowanej modyfikacji powierzchni matrycy rury nie mogą wiązać się z tworzywem sztucznym/gumą, a oddzielenie powierzchni międzyfazowej następuje natychmiast po przyłożeniu siły.
5. Wzmocnienie pozycji producenta: w jaki sposób Shandong Tanfeng przełamuje impas w zakresie kompatybilności międzyfazowej?
Wybór producenta źródłowego, takiego jak Shandong Tanfeng, który opanował podstawowe technologie niestandardowej modyfikacji powierzchni i-wstępnej dyspersji, to jedyny skrót umożliwiający pokonanie luki w kompatybilności międzyfazowej i rzeczywiste wzmocnienie tworzyw sztucznych/gumy/betonu za pomocą nanorurek węglowych.
Ponieważ podstawowe przyczyny leżą w rozproszeniu i granicy faz, rozwiązaniami są „prawdziwe-splątanie i silne wiązanie”. Jako profesjonalny producent CNT, Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. uwalnia dla Ciebie prawdziwą siłę bojową CNT ze źródła syntezy:
Ultra-wysoka czystość usuwa źródła koncentracji stresu:Pozostałości metali są przyczyną miejscowej kruchości tworzyw sztucznych i betonu. Shandong Tanfeng wykorzystuje specjalistyczne procesy oczyszczania, aby mocno docisnąć pozostałości metali poniżej 20 ppm, zapewniając, że sam wypełniacz nie stanie się wadą strukturalną matrycy.
Dostosowany współczynnik proporcji pasuje do matrycy:Tworzywa sztuczne wymagają długich rurek do budowy sieci; beton potrzebuje krótkich rurek, aby zapobiec splątaniu. Dzięki własnemu-systemowi katalitycznemu firma Shandong Tanfeng może dostarczać niestandardowe nanorurki CNT o współczynnikach kształtu w zakresie od 100 do 1500, w zależności od potrzeb, dokładnie dostosowując się do wymagań reologicznych i mechanicznych różnych matryc.
Gotowe-do-przedmieszki/pasty nośnikowe:Wychodząc naprzeciw problemom związanym z aglomeracją suchego proszku, firma Shandong Tanfeng oferuje modyfikowane przedmieszki żywiczne do tworzyw sztucznych, wstępnie zdyspergowane przedmieszki EPDM/NBR do gumy-oraz wysokowydajne-wodne dyspersje do betonu. Dzięki zastrzeżonym modyfikacjom powierzchni i procesom-rozpuszczania-aglomeracji pod wysokim ciśnieniem, osiągana jest prawdziwa separacja pojedynczych-rur, a grupy funkcyjne kompatybilne z matrycą są szczepione na ściankach rur, umożliwiając-jednowymiarowej sieci doskonałe rozprzestrzenianie się w tworzywach sztucznych, gumie i cemencie, naprawdę zapewniając obiecane wzmocnienie mechaniczne wynoszące ponad 30%.
Wniosek
Wracając do podstawowego pytania: jak dużą poprawę wydajności mogą wnieść nanorurki węglowe do wzmocnionych tworzyw sztucznych/gumy/betonu? Jaka jest kwota dodatku? Dodanie 1-3% do tworzyw sztucznych zwiększa wytrzymałość o połowę; dodanie 2% do gumy podwaja odporność na zużycie; dodatek 0,08% do betonu zwiększa wytrzymałość na ściskanie o 30% - to sprawdzone dane praktyczne. Wszystko to jednak opiera się na założeniu wyeliminowania aglomeracji i zbudowania mostu na styku. Poleganie na wysokiej czystości, dostosowanych proporcjach i technologiach wstępnej dyspersji wielu-nośników stosowanej przez producenta źródeł, takiego jak Shandong Tanfeng, w celu pokonania luki technologicznej od nano do makro, to jedyny sposób, w jaki nanorurki węglowe mogą naprawdę stać się zabójczym narzędziem do tradycyjnej modyfikacji matrycy, a nie odpadem na linii produkcyjnej.