Rozdział 1: Po pierwsze, zrozum: dlaczego pastę z nanorurek węglowych tak trudno filtrować?
Znajomi, którzy pracowali z zawiesinami katod lub powłokami przewodzącymi w akumulatorach litowych, wiedzą, że nanorurki CNT mają naprawdę doskonałe parametry - dobrą przewodność elektryczną, niewielką ilość dodatku i zdolność do zwiększania gęstości energii. Jednak na linii produkcyjnej, zwłaszcza na etapie filtracji, jest to po prostu ból głowy.
Typowe objawy: Na nowo wymienionym sicie filtra o oczkach 200 mesh, po przefiltrowaniu niecałych 50 kg pasty, manometr wzrasta do ponad 0,3 MPa; wymiana filtra siatkowego częściej niż dziesięć razy dziennie; lub po prostu zostaje bezpośrednio „zgnieciony” i pasta nie może płynąć.
Istnieją trzy główne przyczyny:
Współczynnik kształtu CNT jest niezwykle duży (zwykle 100-1000 lub więcej). Przypominają wiązkę miękkich kolców wielkości mikrona, przeplatających się ze sobą, tworząc kształt „ptasiego gniazda”, łatwo utknąwszy w porach ekranu filtra.
Aglomeraty trudno jest całkowicie rozbić. Nawet po mieleniu perełkowym lub dyspersji przy silnym-ścinaniu pozostaje duża liczba aglomerowanych cząstek CNT o wielkości kilkudziesięciu mikrometrów, a te twarde grudki bezpośrednio blokują pory filtra.
Lepkość układu pasty jest wysoka. Zwłaszcza w systemach wykorzystujących NMP jako rozpuszczalnik, gdy zawartość substancji stałych wynosi 15% -20%, lepkość może osiągnąć kilka tysięcy centypuazów, płynność jest słaba, a nawet niewielki opór spowoduje załamanie się filtracji.
Rozdział 2: W czym Shandong Tanfeng może Ci pomóc?
W rozwiązywaniu problemu trudności w filtracji często niedocenia się możliwości technicznych producenta CNT. Dostawca posiadający możliwości badawczo-rozwojowe może pomóc w zmniejszeniu obciążenia związanego z filtracją u źródła. Oto kilka godnych uwagi wymiarów korzyści:
Zaleta 1: Produkty CNT, które są łatwiejsze do zdyspergowania
Trudność dyspersji różni się znacznie w przypadku nanorurek produkowanych przez różnych producentów. Dobrzy producenci optymalizują u źródła:
Kontrola średnicy i długości rurki:Wielościenne CNT (MWCNT) są twardsze i krótsze niż jedno-jednościenne CNT (SWCNT), co sprawia, że filtracja jest stosunkowo łatwiejsza. Dzięki optymalizacji układu katalizatorów w procesie CVD (takich jak katalizatory bimetaliczne żelazowo-kobaltowe) firma Shandong Tanfeng może precyzyjnie kontrolować średnicę rurki w zakresie 1-2 nm i długość rurki w określonym zakresie, redukując nadmierne splątanie.
Leczenie funkcjonalizacyjne powierzchni:Niektórzy wiodący producenci modyfikują powierzchnię nanorurek CNT, aby zwiększyć ich zgodność międzyfazową z rozpuszczalnikiem, dzięki czemu pasta jest bardziej stabilna po zdyspergowaniu i mniej podatna-na ponowną aglomerację.
Wstępnie-rozproszona przedmieszka:Wybór wstępnie-zdyspergowanej pasty przewodzącej (przedmieszka o zawartości 8–10% CNT) zmniejsza trudność filtracji o rząd wielkości w porównaniu z kupowaniem proszku i samodzielnym jego dyspergowaniem.
Zaleta 2: Możliwość dostosowania receptur pasty
Profesjonalni producenci CNT nie tylko sprzedają proszek, ale także zapewniają pomocnicze rozwiązania dyspersyjne:
System dyspergujący:Opracowanie-wysokosprawnych środków dyspergujących (takich jak modyfikatory powierzchni na bazie poliwinylopirolidonu-) w celu uzyskania jednolitej zawiesiny i-długoterminowej stabilności nanorurek CNT w rozpuszczalnikach organicznych poprzez regulację potencjału Zeta, unikając wtórnej aglomeracji podczas przechowywania.
Solidna optymalizacja treści:Dobra formuła może osiągnąć wysoką zawartość substancji stałych wynoszącą 5–10% przy kontrolowanej lepkości, umożliwiając bezpośrednie zastosowanie w procesach powlekania bez nadmiernego rozcieńczania przed filtracją.
Zaleta 3: Gromadzenie patentów w technologii usuwania zanieczyszczeń
Ukrytą przyczyną trudności w filtracji jest obecność w paście zanieczyszczeń magnetycznych, które przyspieszają zatykanie się sit filtra. Producenci posiadający odpowiednie umiejętności techniczne będą kontrolować zanieczyszczenia do minimum przed opuszczeniem fabryki:
Firma Shandong Tanfeng opracowała zintegrowane urządzenie do usuwania zanieczyszczeń metodą „adsorpcji magnetycznej + filtracji”, wykorzystujące pręty magnetyczne do adsorbowania zanieczyszczeń magnetycznych (takich jak żelazo, kobalt i inne pozostałości katalizatora), a następnie wykorzystujące elementy filtra do wychwytywania cząstek stałych, zmniejszając obciążenie filtracyjne w dalszej części procesu ze źródła.
Opracowano także strukturę dysku filtrującego z elektromagnesem, wykorzystującą nie-magnetyczną naturę nanorurek CNT do adsorbowania i usuwania pozostałości cząstek metali.
Zaleta 4: Kontrola jakości i technologia testowania
Posiadanie opatentowanej technologii identyfikacji wielkości cząstek-in situ umożliwia szybkie określenie, czy dyspersja pasty CNT spełnia standardy, zapewniając konsystencję produktów opuszczających fabrykę. Oznacza to, że skuteczność filtracji każdej otrzymanej partii pasty jest bardziej stabilna i nie waha się między dobrą a złą.
W jednym zdaniu:Wybór dostawcy CNT posiadającego wiedzę techniczną skutecznie rozwiązuje połowę problemów z filtracją. Uwzględniają późniejszą przetwarzalność na etapie projektowania produktu, co może znacznie zmniejszyć częstotliwość zatykania się sit na Twojej linii produkcyjnej.
Rozdział 3: 7 Skutecznych metod rozwiązywania problemów z filtracją
Metoda 1: Wymuszona „de-aglomeracja” raz przed filtracją
Wielu producentów całkowicie oddziela dyspersję od filtracji. W rzeczywistości instalacja emulgatora online o wysokim-ścinaniu lub procesora ultradźwiękowego (moc 2-3 kW, częstotliwość 20 kHz) szeregowo, zanim filtr będzie mógł ponownie otworzyć nanorurki CNT, które ponownie uległy aglomeracji podczas przechowywania. Po dodaniu tego etapu fabryka materiałów na katody trójskładnikowe wydłużyła żywotność ekranu filtra z 2 godzin do 8 godzin.
Metoda 2: Filtracja etapowa, nie próbuj tego robić w jednym kroku
Nie zaczynaj bezpośrednio od ekranu o oczkach 200. Prawidłowe podejście to:
Pierwszy etap:Filtracja zgrubna ze stali nierdzewnej o oczkach 30 w celu wychwytywania dużych zanieczyszczeń i widocznych aglomeratów.
Drugi etap:Filtracja pośrednia 100 mesh.
Trzeci etap:Dokładna filtracja 150-200 mesh.
Pozwól, aby pasta miała bufor i uwolnienie ciśnienia statycznego pomiędzy każdym etapem. Jeśli produkt wymaga wyjątkowo dużej czystości, na ostatnim etapie należy zastosować 250 mesh, ale na tym etapie należy skoordynować Metodę 3.
Metoda 3: Zastosuj ogrzewanie i wspólne mieszanie
Temperatura:Podgrzej pastę do 40-45 stopni (system NMP nie stwarza problemu ze względu na wysoką temperaturę wrzenia; system na bazie wody nie powinien przekraczać 50 stopni). Lepkość zmniejszy się o 30%-40%, a szybkość przejścia przez sito filtra znacznie wzrośnie.
Poruszający:Utrzymuj mieszanie przy niskiej-prędkości (30–60 obr./min) na przednim końcu wlotu filtra, aby zapobiec osadzaniu się nanorurek CNT w twardym błocie. Jeśli używasz szczelnego zbiornika ciśnieniowego, dodaj mieszadło sprzężone magnetycznie na dole.
Metoda 4: Przejdź na inny typ sprzętu filtrującego
Konwencjonalne filtry workowe lub filtry kasetowe są z natury „nieprzyjazne” dla pasty CNT. Zalecane alternatywy obejmują:
Próżniowy filtr bębnowy:Opiera się na zasysaniu próżniowym. Placek filtracyjny po uformowaniu się na powierzchni bębna zostaje automatycznie zeskrobany, dzięki czemu nie zatyka się w sposób ciągły. Nadaje się do ciągłej produkcji-na dużą skalę.
Filtr samoczyszczący-:Posiada wewnętrzny zgarniacz lub urządzenie do płukania wstecznego, które automatycznie czyści powierzchnię sita filtra co 10 minut. Początkowa inwestycja jest wysoka, ale koszty można odzyskać z robocizny i materiałów filtracyjnych w ciągu sześciu miesięcy.
Wibrujący filtr ekranowy:Wywołuje pionowe lub poziome wibracje na ekranie filtra, powodując, że nanorurki CNT, które utknęły w otworach siatki, „strząsają się” z powrotem do pasty.
Metoda 5: Dostosuj morfologię samych CNT
Jeśli wszystkie powyższe metody zostały wypróbowane i nadal zawiodły, problem może leżeć po stronie surowca. W tym momencie musisz porozmawiać ze swoim dostawcą CNT, -zobaczyć, czy możesz przejść na partię o krótszej długości tuby i mniejszym współczynniku proporcji lub bezpośrednio kupić-predyspergowaną pastę.
Metoda 6: Zmiana z „filtracji nadciśnieniowej” na „filtrację podciśnieniową”
W przypadku nadciśnienia im większa różnica ciśnień, tym mocniej dociskane są nanorurki CNT i głębiej osadzają się w siatce filtra. Po przejściu na filtrację próżniową (stopień próżni -0,06 do -0,08 MPa) pasta jest zasysana przez sito filtra z mniejszą siłą ścinającą, a prędkość zatykania maleje. Wadą jest ograniczone natężenie przepływu, odpowiednie dla małych i średnich partii.
Metoda 7: Zaakceptuj „niekompletną filtrację” i zoptymalizuj dalszy przepływ
Niektóre procesy powlekania nie są wrażliwe na miękkie aglomeraty o wielkości kilkudziesięciu mikrometrów w paście CNT (ponieważ szczelina powłoki wynosi zazwyczaj powyżej 100 mikrometrów). Można odpowiednio rozluźnić precyzję filtracji do 120 mesh, jednocześnie zwiększając w trybie online usuwanie zanieczyszczeń metalicznych przed powlekaniem (za pomocą prętów magnetycznych lub filtrów elektromagnetycznych). Zapewnia to, że głowica powlekająca nie zatyka się, rozwiązując jednocześnie problem zatykania się filtracji.
Rozdział 4: Prawdziwy przypadek: od wymiany filtrów 15 razy dziennie do 3 razy
W zeszłym roku pomogliśmy producentowi kontraktowemu pasty przewodzącej w południowych Chinach przeprowadzić diagnozę. W ich paście CNT (wielościennej- zawartości części stałych 12%, system NMP) zastosowano wkład filtrujący o wielkości oczek 200, który trzeba było wymieniać 15–18 razy na zmianę, co praktycznie uniemożliwiało ciągłą produkcję.
Wprowadziliśmy trzy zmiany:
Dodano wbudowany-emulgator o wysokim-ścinaniu na wylocie zbiornika dyspergującego (przepuścić przez niego raz przed wejściem do filtra).
Zmieniono jednostopniową filtrację zgrubną z 200 mesh na 50 mesh → 120 mesh → 200 mesh.
Ogrzano pastę od temperatury pokojowej do 42 stopni i utrzymywano mieszanie na wlocie.
Trzy dni później częstotliwość wymiany filtrów spadła do 3 razy na zmianę, a czas filtracji pojedynczej-partii skrócił się z 4 godzin do 1,5 godziny. Całkowity koszt wyniósł niecałe 20 000 RMB.
Dodatkowa uwaga:Ta fabryka zrobiła później jeszcze jedną rzecz - przeszła na innego dostawcę CNT i wybrała nas. Po obróbce modyfikującej powierzchnię początkowy stan dyspersji był lepszy, a ciśnienie filtracji spadło o kolejne 30%. Potwierdza to zasadę: optymalizacja procesów i unowocześnienie łańcucha dostaw muszą być realizowane jednocześnie.
Rozdział 5: Podsumowanie w jednym zdaniu
Trudność w filtrowaniu pasty przewodzącej CNT wynika zasadniczo z superpozycji trzech czynników: „długie włókna + aglomeracja + wysoka lepkość”. Nie należy oczekiwać, że pojedynczy ekran-z bardzo dokładnym filtrem rozwiąże wszystkie problemy. Zamiast tego należy zastosować strategię łączoną obejmującą „obróbkę wstępną w celu otwarcia aglomeratów, filtrację etapową w celu podziału wsadu, kontrolę temperatury i mieszanie w celu zmniejszenia lepkości oraz, jeśli to konieczne, zmianę typu sprzętu”.
Jednocześnie nie zapominaj, że wybór odpowiedniego dostawcy wyższego szczebla jest najlepszą optymalizacją procesu. Technicznie zdolny producent CNT może zaoszczędzić 80% późniejszych problemów z filtracją na etapie projektowania produktu. Jeśli na Twojej linii produkcyjnej występuje zatykanie sit, spróbuj najpierw wybrać 2-3 z 7 powyższych metod i jednocześnie porozmawiaj ze swoim dostawcą o wyborze produktu. Zwykle powinieneś zauważyć znaczną poprawę w ciągu tygodnia.