A les aigües profundes dels plàstics modificats i els materials de construcció, el nom dels nanotubs de carboni fa temps que és tronador. No obstant això, molts enginyers de formulació fracassen tan aviat com comencen: l'abocament en una pila de pols negre no només no es reforça, sinó que fa que la matriu es torni trencadissa i la fluïdesa s'enfonsi. Això ens porta a la-questa pregunta actual: quanta millora de rendiment poden aportar els nanotubs de carboni als plàstics, cautxú o formigó reforçats? Quina és l'import afegit? Alguns diuen que l'addició del 0,5% duplica la força, d'altres diuen que afegir-la no fa cap diferència. No es tracta de cap impost sobre la intel·ligència que es paga al material en si, sinó d'un joc brutal entre la-nano-xarxa unidimensional i la compatibilitat interfacial de la matriu macroscòpica. Avui, arrencarem la capa de màrqueting i utilitzarem dades mesurades per revelar completament el veritable poder de combat dels CNT en aquests tres sistemes de matriu.
1. Reforç de plàstic: quant es necessita per fer plàstics tant resistents com conductors?
Quan es reforcen els plàstics amb nanotubs de carboni, només es necessita una quantitat d'addició extremadament baixa de l'1-3% en pes per augmentar la resistència a la tracció entre un 40% i un 80% i impartir funcions antiestàtiques i conductores tèrmiques permanents a la matriu.
La fibra de vidre tradicional o els plàstics farcits de minerals-normalment requereixen més d'un 20% d'addició, cosa que no només sacrifica greument la fluïdesa del material, sinó que també fa que les peces modelades per injecció-es aspre a la superfície. Els plàstics reforçats amb nanotubs de carboni, però, depenen de "rebars a nanoescala". Una quantitat molt petita de CNT s'entrellaça en una xarxa dins de la fosa de plàstic, amb un extrem bloquejat als segments de la cadena del polímer i l'altre extrem conduint l'estrès. Quan la força externa estira, els tubs consumeixen grans quantitats d'energia mitjançant mecanismes d'extracció-de pont. Més important encara, l'addició de l'1-2% supera el llindar de percolació conductora, convertint directament el plàstic aïllant en un material anti-estàtic, una cosa que els farcits tradicionals només poden somiar.
| Indicador de rendiment de plàstic (PA66 com a exemple) | Resina pura | Plàstic reforçat amb CNT (addició del 2% en pes) | Millora del rendiment | Font autoritzada/Referència de dades |
|---|---|---|---|---|
| Resistència a la tracció | 80 MPa | 115 - 145 MPa | +40% - 80% | Composites Part B |
| Resistivitat superficial | >10¹⁵ Ω/sq | 10³ - 10⁵ Ω/sq | S'ha aconseguit l'anti-estàtica permanent | Laboratori d'aplicacions de Shandong Tanfeng |
| Temperatura de deflexió de calor (HDT) | 75 graus | 105 graus | +30 grau | Revista de materials polimèrics |
| Índex de flux de fusió (MFI) | Línia de base | Lleugerament disminuït però encara injectable | Molt superior a l'addició d'un 20% de fibra de vidre | Comparació mesurada del procés d'emmotllament per injecció |
2. Reforç de goma: per què pot substituir la meitat del negre de carboni?
L'addició de nanotubs de carboni del 2-5% en pes als sistemes de cautxú no només millora la resistència al desgast en més d'un 50%, sinó que també crea una xarxa tèrmicament conductora, solucionant el punt de dolor fatal de la generació de calor d'histèresi en els productes de cautxú.
Durant un segle, el rei indiscutible de la indústria del cautxú ha estat el negre de carboni, sovint afegit a 40-50 parts. Però el negre de carboni no només és pesat; la seva conductivitat tèrmica és extremadament pobra, cosa que fa que els pneumàtics s'escalfin internament a altes velocitats i esclatin. El cautxú reforçat amb nanotubs de carboni actua com a "micro-molla" mecànica i com a "autopista" per a la conducció de calor. L'ús de 2-5 parts de CNT per substituir 10-20 parts de negre de carboni manté la mateixa duresa alhora que millora dràsticament la resistència a l'esquinçament i la resistència al desgast, i duplica la conductivitat tèrmica, allargant molt la vida dels segells i pneumàtics dinàmics de goma.
| Indicador de rendiment del cautxú (NBR com a exemple) | Sistema de negre de carboni pur (50 phr) | Negre carbó 40phr + CNT 3phr | Millora del rendiment | Explicació del mecanisme |
|---|---|---|---|---|
| Pèrdua per abrasió d'Akron | Línia de base (0,15 cm³) | 0.07 - 0.08 cm³ | La resistència al desgast ha millorat un 50% + | La -xarxa unidimensional suprimeix la propagació d'esquerdes |
| Conductivitat tèrmica | 0.2 W/m·K | 0.45 W/m·K | La conductivitat tèrmica es va duplicar | L'autopista de fonons CNT dissipa la calor |
| Força de llàgrima | 35 kN/m | 50 kN/m | +42% | Extraieu-l'energia de l'estrès per dissipar-la |
| Viscositat Mooney | Relativament alt | Reduït significativament | Millora de la fluïdesa del processament | Contingut total de farciment reduït |
3. Reforç del formigó: unes gotes de líquid negre poden evitar l'esquerda?
El llindar per al formigó armat amb nanotubs de carboni és extremadament baix. Només cal afegir una traça del 0,05-0,1% en pes per augmentar la resistència a la compressió entre un 20% i un 30% i suprimir significativament la propagació de microesquerdes.
El formigó és un material fràgil macroscòpic, ple interiorment de porus capil·lars a -micres i micro-esquerdes. El principi del formigó armat amb nanotubs de carboni és les "micro-sutures". Durant la reacció d'hidratació, els CNT ben-dispersos s'estenen a través d'aquestes micro-esquerdes natives com les sutures, evitant la propagació de les esquerdes. Una quantitat d'addició extremadament baixa (només unes quantes desenes a cent grams per metre cúbic de formigó) densifica els porus microscòpics, no només augmenta molt la resistència a la compressió i a la flexió, sinó que també millora significativament la impermeabilitat i la resistència al congelació-descongelació.
| Indicador de rendiment concret (punt de referència C30) | Formigó Pla | Formigó CNT (addició del 0,08% en pes) | Millora del rendiment | Font autoritzada/Referència de dades |
|---|---|---|---|---|
| Resistència a la compressió de 28 dies | 30 MPa | 37 - 39 MPa | +20% - 30% | Construcció i Materials de Construcció |
| Força a la flexió | 4,0 MPa | 5.2 - 5.5 MPa | +30% | Tenacitat millorada, esquerdes pontades |
| Caiguda (funcionalitat) | Línia de base | Lleugerament disminuït (requereix reductor d'aigua) | Compleix amb els requisits de bombeig | Verificació real del disseny de la barreja d'enginyeria |
| Reducció d'assecat de 28 dies | Línia de base | Reduït un 25% | Prevenció important d'esquerdes | Prova de dispersió aquosa de Shandong Tanfeng |
4. La dura realitat: per què afegir CNT converteix el vostre material en residus?
La raó fonamental de la millora limitada del rendiment dels nanotubs de carboni en plàstics, cautxú i formigó és la severa aglomeració causada per fortes interaccions a escala nanomètrica i la compatibilitat interfacial extremadament pobra amb la matriu.
Per molt impressionants que siguin les dades teòriques, si no es poden dispersar, són residus. Els nanotubs de carboni són extremadament lleugers amb forces massives de van der Waals entre els-tubs. Si la pols seca es llança directament a una extrusora de doble-cargol o una batedora de ciment, simplement no es pot trencar. Els aglomerats no dispersos no només no es reforcen, sinó que en realitat formen grans punts de concentració d'estrès dins de la matriu. Quan s'aplica una força externa, el plàstic es fractura directament dels aglomerats; la força del formigó, en canvi, cau en picat. A més, la superfície dels tubs de carboni és inert. Sense una modificació de la superfície dirigida per a la matriu, els tubs no poden unir-se amb el plàstic / cautxú, i el desenllaç interfacial es produeix tan bon punt s'aplica la força.
5. Empoderament del fabricant: com trenca Shandong Tanfeng el bloqueig de la compatibilitat interfacial?
Escollir un fabricant d'origen com Shandong Tanfeng que domina les tecnologies bàsiques de modificació de superfícies personalitzades i pre{0}}dispersió és l'única drecera per superar la bretxa de compatibilitat interfacial i reforçar realment els plàstics, el cautxú i el formigó amb nanotubs de carboni.
Com que les causes arrels es troben en la dispersió i la interfície, les solucions són "un veritable des-enredament i un fort enllaç". Com a fabricant professional de CNT, Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. desbloqueja el veritable poder de combat dels CNT per a tu des de la font de síntesi:
La puresa ultra-elimina les fonts de concentració d'estrès:Els residus metàl·lics són els culpables de la fragilitat local dels plàstics i del formigó. Shandong Tanfeng utilitza processos de purificació especialitzats per pressionar fermament els residus metàl·lics per sota de 20 ppm, assegurant que el farciment no es converteixi en un defecte estructural de la matriu.
La relació d'aspecte personalitzada coincideix amb la matriu:Els plàstics necessiten tubs llargs per construir xarxes; El formigó necessita tubs curts per evitar l'embolic. Mitjançant el seu sistema catalític -desenvolupat per si mateix, Shandong Tanfeng pot proporcionar CNT personalitzats amb relacions d'aspecte que van des de 100 a 1500 segons sigui necessari, que coincideixen precisament amb els requisits reològics i mecànics de diferents matrius.
Preparats-per-utilitzar lots mestres/pastes de Carrier:Apuntant al punt de dolor de l'aglomeració de pols seca, Shandong Tanfeng ofereix lots mestres de resina modificats per a plàstics, lots mestres pre-dispersats d'EPDM/NBR per al cautxú i dispersions aquoses d'alta-eficiència per al formigó. Mitjançant la modificació de la superfície patentada i els processos d'aglomeració d'alta-pressió d'-, s'aconsegueix una veritable separació d'un-tub i els grups funcionals compatibles amb la matriu s'empelten a les parets del tub, permetent que la xarxa uni-dimensional s'escampi perfectament en plàstics, cautxú i ciment, proporcionant realment el reforç mecànic promès.
Conclusió
Tornant a la pregunta bàsica: quanta millora de rendiment poden aportar els nanotubs de carboni als plàstics/cautxú/formigó reforçats? Quina és l'import afegit? Afegir un 1-3% als plàstics augmenta la resistència a la meitat; afegir un 2% al cautxú duplica la resistència al desgast; afegir un 0,08% al formigó augmenta la resistència a la compressió en un 30% - aquestes són dades pràctiques provades. Però tot això es basa en la premissa d'eliminar l'aglomeració i connectar la interfície. Confiar en l'alta puresa, les relacions d'aspecte personalitzades i les tecnologies de predispersió de múltiples-portadors d'un fabricant d'origen com Shandong Tanfeng per travessar la bretxa del procés de nano a macro és l'única manera que els nanotubs de carboni es converteixin realment en una eina assassina per a la modificació de la matriu tradicional, en lloc de residir a la línia de producció.