A módosított műanyagok és építőanyagok mély vizében a szén nanocsövek neve régóta dörgött. Sok formulázó mérnök azonban kudarcot vall, amint elkezdi: egy halom fekete porba dobás nemcsak hogy nem erősíti meg, hanem a mátrix törékennyé válik, és a folyóképesség összeomlik. Ezzel elérkeztünk a mai lélekkutató kérdéshez:{2} mennyit javíthatnak a szén nanocsövek a megerősített műanyagok/gumi/beton teljesítményén? Mennyi a kiegészítés összege? Egyesek szerint 0,5%-os adagolás megduplázza az erőt, mások azt mondják, hogy a hozzáadás egyáltalán nem változtat. Ez semmi esetre sem magára az anyagra fizetett intelligenciaadó, hanem brutális játék az egydimenziós nano-hálózat és a makroszkopikus mátrix felületi kompatibilitása között. Ma letépjük a marketingköpenyt, és kemény mérési adatokat használunk, hogy teljesen felfedjük a CNT-k valódi harci erejét ebben a három mátrixrendszerben.
1. Műanyag megerősítés: Mennyire van szükség ahhoz, hogy a műanyagok szívóssá és vezetőképessé váljanak?
A műanyagok szén nanocsövekkel történő megerősítésekor csak rendkívül alacsony, 1-3 tömeg%-os hozzáadott mennyiség szükséges ahhoz, hogy a szakítószilárdság 40%-80%-kal növekedjen, és tartós antisztatikus és hővezető funkciókat biztosítson a mátrixnak.
A hagyományos üvegszállal vagy ásványi anyaggal{0}}töltött műanyagok általában több mint 20%-ot igényelnek, ami nemcsak az anyag folyóképességét súlyosan feláldozza, hanem a fröccsöntött{2}}részek felületét is érdessé teszi. A szén nanocsővel megerősített műanyagok azonban "nano léptékű betonacél"-ra támaszkodnak. Nagyon kis mennyiségű CNT fonódik össze hálózatba a műanyag olvadékon belül, az egyik vége a polimerlánc szegmenseihez rögzül, a másik vége pedig feszültséget vezet. Amikor külső erő húzza, a csövek nagy mennyiségű energiát fogyasztanak a kihúzási és áthidaló mechanizmusokon keresztül. Ennél is fontosabb, hogy 1-2%-os hozzáadott mennyiség meghaladja a vezetőképes átszivárgási küszöböt, és a szigetelő műanyagot közvetlenül antisztatikus anyaggá alakítja – amiről a hagyományos töltőanyagok csak álmodhatnak.
| Műanyag teljesítményjelző (PA66 példa) | Tiszta gyanta | CNT-vel megerősített műanyag (2 tömeg% hozzáadással) | Teljesítményfejlesztés | Hiteles forrás/adathivatkozás |
|---|---|---|---|---|
| Szakítószilárdság | 80 MPa | 115 - 145 MPa | +40% - 80% | Kompozitok B rész |
| Felületi ellenállás | >10¹⁵ Ω/nm | 10³ - 10⁵ Ω/nm | Tartós antisztatikus -megvalósítás | Shandong Tanfeng Alkalmazási Laboratórium |
| Hőeltérítési hőmérséklet (HDT) | 75 fok | 105 fok | +30 fok | Journal of Polymer Materials |
| Olvadékáramlási index (MFI) | Alapvonal | Kissé csökkent, de még mindig beadható | Sokkal jobb, mint 20%-os üvegszál-adalék | Fröccsöntési folyamat mért összehasonlítása |
2. Gumierősítés: Miért helyettesítheti a korom felét?
2-5 tömeg% szén nanocsövek hozzáadása a gumirendszerekhez nemcsak több mint 50%-kal javítja a kopásállóságot, hanem egy hővezető hálózatot is kiépít, ami megoldja a gumitermékekben a hiszterézis hőtermelésének végzetes fájdalmát.
Egy évszázada a gumiipar vitathatatlan királya a korom, amelyet gyakran 40-50 alkatrészben adnak hozzá. De a korom nemcsak nehéz; hővezető képessége rendkívül rossz, ami miatt a gumiabroncsok belülről nagy sebességnél túlmelegednek és szétrepednek. A szén nanocsővel megerősített gumi mechanikus "mikrorugóként" és hővezetési "autóútként" is működik. Ha 2-5 rész CNT-t használnak 10-20 rész korom cseréjére, akkor ugyanaz a keménység megmarad, miközben drámaian javítja a szakítószilárdságot és a kopásállóságot, valamint megduplázza a hővezető képességet, ami jelentősen meghosszabbítja a dinamikus gumitömítések és abroncsok élettartamát.
| Gumi teljesítményjelző (NBR példa) | Pure Carbon Black System (50phr) | Carbon Black 40phr + CNT 3phr | Teljesítményfejlesztés | Mechanizmus magyarázata |
|---|---|---|---|---|
| Akron kopásvesztés | Alapvonal (0,15 cm³) | 0.07 - 0.08 cm³ | A kopásállóság 50%-kal+ javult | Az egydimenziós hálózat megakadályozza a repedés terjedését |
| Hővezetőképesség | 0.2 W/m·K | 0.45 W/m·K | A hővezető képesség megduplázódott | A CNT fonon autópálya elvezeti a hőt |
| Szakadási Erő | 35 kN/m | 50 kN/m | +42% | Kihúzás-és áthidalás eloszlatja a stresszenergiát |
| Mooney viszkozitás | Viszonylag magas | Jelentősen csökkent | Jobb feldolgozási folyékonyság | A teljes töltőanyag-tartalom csökkentve |
3. Betonerősítés: Megakadályozhatja-e néhány csepp fekete folyadék a repedést?
A szén nanocső vasbeton küszöbértéke rendkívül alacsony. Csupán 0,05-0,1 tömeg%-os nyomnyi hozzáadásra van szükség a nyomószilárdság 20-30%-os növeléséhez és a mikrorepedés terjedésének jelentős visszaszorításához.
A beton makroszkopikus méretű rideg anyag, belül mikron{0}}méretű kapilláris pórusokkal és mikro{1}}repedésekkel van feltöltve. A szén nanocső vasbeton elve a "mikro-varratok". A hidratációs reakció során jól-diszpergált CNT-k nyúlnak át ezeken a natív mikro-repedéseken, például varratokon, megakadályozva a repedések további terjedését. A rendkívül alacsony hozzáadott mennyiség (csak néhány tíz-száz gramm beton köbméterenként) sűríti a mikroszkopikus pórusokat, nemcsak nagymértékben növeli a nyomó- és hajlítószilárdságot, hanem jelentősen javítja az áteresztőképességet és a fagyállóságot és a fagyállóságot is.
| Beton teljesítményjelző (C30 benchmark) | Sima beton | CNT beton (0,08 tömeg% hozzáadással) | Teljesítményfejlesztés | Hiteles forrás/adathivatkozás |
|---|---|---|---|---|
| 28 napos nyomószilárdság | 30 MPa | 37 - 39 MPa | +20% - 30% | Építőipari és építőanyagok |
| Hajlító szilárdság | 4,0 MPa | 5.2 - 5.5 MPa | +30% | Fokozott szívósság, áthidalható a repedés |
| Visszaesés (dolgozhatóság) | Alapvonal | Kissé csökkent (vízcsökkentő szükséges) | Megfelel a szivattyúzási követelményeknek | A tényleges mérnöki keverék tervezési ellenőrzése |
| 28 napos száradási zsugorodás | Alapvonal | 25%-kal csökkentve | Jelentős repedésmegelőzés | Shandong Tanfeng vizes diszperziós vizsgálat |
4. A durva valóság: Miért válik az anyagából hulladékká a CNT hozzáadása?
A műanyagban, gumiban és betonban használt szén nanocsövek korlátozott teljesítményének alapvető oka a nanoméretű erős kölcsönhatások által okozott súlyos agglomeráció és a mátrixszal való rendkívül rossz határfelületi kompatibilitás.
Bármilyen lenyűgözőek is az elméleti adatok, ha nem lehet szétszórni, az pazarlás. A szén nanocsövek rendkívül könnyűek, hatalmas van der Waals-csövek közötti{1}}erőkkel. Ha a száraz port közvetlenül egy ikercsavaros extruderbe vagy{3}}cementkeverőbe dobják, egyszerűen nem lehet széttörni. A nem diszpergált agglomerátumok nemcsak hogy nem erősödnek meg, hanem hatalmas feszültségkoncentrációs pontokat képeznek a mátrixon belül. Külső erő alkalmazásakor a műanyag közvetlenül az agglomerátumokból tör ki; a beton szilárdsága ehelyett zuhan. Ezenkívül a széncsövek felülete inert. A mátrix felületének célzott módosítása nélkül a csövek nem tudnak kötődni a műanyaghoz/gumihoz, és a határfelületi leválás azonnal megtörténik, amint erőt alkalmaznak.
5. A gyártók felhatalmazása: Hogyan oldja meg a Shandong Tanfeng a felületi kompatibilitás holtpontját?
Ha olyan forrásgyártót választunk, mint a Shandong Tanfeng, amely elsajátítja a testreszabott felületmódosítás és az elő{0}}eloszlás alapvető technológiáit, ez az egyetlen lehetőség a határfelületi kompatibilitási rés átlépésére és a műanyagok/gumi/beton szén nanocsövekkel való tényleges megerősítésére.
Mivel a kiváltó okok a szóródásban és az interfészben rejlenek, a megoldások a „valódi de{0}}összefonódás és az erős kötés”. Professzionális CNT-gyártóként a Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. feltárja a CNT-k valódi harci erejét a szintézis forrásból:
Ultra-A nagy tisztaság eltávolítja a stressz-koncentráció forrásait:A fémmaradványok okozzák a műanyagok és betonok helyi ridegségét. A Shandong Tanfeng speciális tisztítási eljárásokat alkalmaz a 20 ppm alatti fémmaradékok szilárdan préselésére, biztosítva, hogy maga a töltőanyag ne váljon szerkezeti hibává a mátrixban.
A testreszabott képarány megfelel a mátrixnak:A műanyagoknak hosszú csövekre van szükségük a hálózatok kiépítéséhez; A betonnak rövid csövekre van szüksége az összegabalyodás elkerülése érdekében. Saját fejlesztésű katalitikus rendszerén keresztül a Shandong Tanfeng igény szerint 100 és 1500 közötti méretarányú testreszabott CNT-ket tud biztosítani, amelyek pontosan megfelelnek a különböző mátrixok reológiai és mechanikai követelményeinek.
Használatra kész--Carrier mesterkeverékek/paszták:A szárazpor-agglomeráció fájdalmas pontját megcélozva a Shandong Tanfeng módosított gyanta mesterkeverékeket kínál műanyagokhoz, EPDM/NBR elő-diszpergált mesterkeverékeket gumihoz és nagy-hatékonyságú vizes diszperziókat betonhoz. A szabadalmaztatott felületmódosítás és a nagynyomású de-agglomerációs folyamatok révén valódi egy-csöves szétválasztás érhető el, és a mátrixszal kompatibilis funkcionális csoportok oltásra kerülnek a cső falaira, lehetővé téve az egydimenziós hálózat tökéletes szétterülését a műanyagban, gumiban és cementben, valóban teljesítve a megígért 30%+ mechanikai megerősítést.
Következtetés
Visszatérve az alapvető kérdéshez: mennyi teljesítménynövekedést tudnak elérni a szén nanocsövek az erősített műanyagok/gumi/betonok esetében? Mennyi a kiegészítés összege? 1-3% műanyag hozzáadása a szilárdság felére növeli; a gumihoz hozzáadott 2% megduplázza a kopásállóságot; 0,08% betonhoz adva 30%-kal nő a nyomószilárdság - ezek bizonyított gyakorlati adatok. De mindez az agglomeráció megszüntetésén és az interfész áthidalásán alapul. Egy olyan forrásgyártó, mint a Shandong Tanfeng nagy tisztaságú, testreszabott méretarányai és több-hordozós elődiszperziós technológiáira támaszkodva a nanotól a makroig terjedő technológiai rés átlépése az egyetlen módja annak, hogy a szén nanocsövek valóban a hagyományos mátrixmódosítás gyilkos eszközeivé váljanak, ahelyett, hogy a gyártósoron hulladékot okoznának.