Capítol 1: Primer, entengueu: per què és tan difícil filtrar la pasta de nanotubs de carboni?
Els amics que han treballat amb purins de càtode de bateries de liti o recobriments conductors saben que els CNT tenen un rendiment realment excel·lent - bona conductivitat elèctrica, poca quantitat d'addició i la capacitat d'augmentar la densitat d'energia. Tanmateix, un cop a la línia de producció, sobretot durant l'etapa de filtració, és simplement un mal de cap.
Símptomes típics: una pantalla de filtre de 200 malles recentment substituïda, després de filtrar menys de 50 kg de pasta, el manòmetre puja per sobre de 0,3 MPa; la pantalla del filtre es substitueix més de deu vegades al dia; o simplement es "aixafa" directament i la pasta no pot fluir.
Hi ha tres causes arrels:
La relació d'aspecte dels CNT és extremadament gran (normalment 100-1000 o més). Són com un munt d'espines suaus a nivell de micres, que s'entrellacen entre si per formar una forma de "niu d'ocell", que s'enganxen fàcilment als porus de la pantalla del filtre.
Els aglomerats són difícils de trencar completament. Fins i tot després de la mòlta de perles o la dispersió d'alta-cisalla, queden un gran nombre de partícules aglomerades de CNT de desenes de micròmetres, i aquests grumolls durs bloquegen directament els porus del filtre.
La viscositat del sistema de pasta és alta. Especialment en sistemes que utilitzen NMP com a dissolvent, quan el contingut sòlid és del 15% al 20%, la viscositat pot arribar a diversos milers de centipoises, la fluïdesa és deficient i fins i tot una petita resistència farà que la filtració es col·lapse.
Capítol 2: Què pot fer Shandong Tanfeng per ajudar-vos?
En resoldre el problema de la dificultat de filtració, sovint es subestima la capacitat tècnica del fabricant de CNT aigües amunt. Un proveïdor amb capacitats d'investigació i desenvolupament us pot ajudar a reduir la càrrega de filtració de la font. Aquí hi ha diverses dimensions d'avantatges destacables:
Avantatge 1: Productes CNT que són més fàcils de dispersar
La dificultat de dispersió varia molt entre els CNT produïts per diferents fabricants. Els bons fabricants optimitzaran des de la font:
Control de diàmetre i longitud del tub:Els CNT de paret múltiple (MWCNT) són més durs i curts que els CNT de paret simple-(SWCNT), cosa que fa que la filtració sigui relativament més fàcil. Mitjançant l'optimització del sistema de catalitzadors en el procés CVD (com els catalitzadors bimetàl·lics de ferro/cobalt), Shandong Tanfeng pot controlar amb precisió el diàmetre del tub dins d'1-2 nm i la longitud del tub dins d'un rang específic, reduint l'enredament excessiu.
Tractament de funcionalització superficial:Alguns fabricants líders realitzen modificacions de superfície en CNT per millorar la seva compatibilitat interfacial amb el dissolvent, fent que la pasta sigui més estable després de la dispersió i menys propensa a la re-aglomeració.
Masterbatch pre-dispersat:L'elecció d'una pasta conductora pre-dispersa (masterbatch amb un 8-10% de contingut de CNT) redueix la dificultat de filtració en un ordre de magnitud en comparació amb comprar pols i dispersar-la tu mateix.
Avantatge 2: Capacitat de personalització de les formulacions de pasta
Els fabricants professionals de CNT no només venen pols, sinó que també proporcionen solucions de dispersió de suport:
Sistema dispersant:Desenvolupament de dispersants d'alt rendiment (com ara modificadors de superfície basats en polivinilpirrolidona{{1}) per aconseguir una suspensió uniforme i una estabilitat-a llarg termini dels CNT en dissolvents orgànics mitjançant la regulació del potencial Zeta, evitant l'aglomeració secundària durant l'emmagatzematge.
Optimització de contingut sòlid:Una bona formulació pot aconseguir un alt contingut sòlid del 5%-10% amb una viscositat controlable, permetent l'ús directe en processos de recobriment sense una dilució excessiva abans de la filtració.
Avantatge 3: Acumulació de patents en tecnologia d'eliminació d'impureses
Una raó oculta de la dificultat de filtració és la presència d'impureses magnètiques barrejades a la pasta, que acceleren l'obstrucció de la pantalla del filtre. Els fabricants tècnicament capaços controlaran les impureses al mínim abans de sortir de la fàbrica:
Shandong Tanfeng ha desenvolupat un dispositiu d'eliminació d'impureses "adsorció magnètica + filtració" integrat, utilitzant barres magnètiques per adsorbir impureses magnètiques (com ara ferro, cobalt i altres residus de catalitzador) i després utilitzant components de filtre per interceptar impureses de partícules, reduint la càrrega de filtració aigües avall de la font.
També ha desenvolupat una estructura de disc de filtre amb un electroimant, que utilitza la naturalesa no-magnètica dels CNT per adsorbir i eliminar partícules metàl·liques residuals.
Avantatge 4: Control de qualitat i tecnologia de prova
Posseir una tecnologia patentada per a la identificació de la mida de partícules in-situ pot determinar ràpidament si la dispersió de la pasta CNT compleix l'estàndard, garantint la consistència dels productes que surten de la fàbrica. Això vol dir que el rendiment de filtració de cada lot de pasta que rebeu és més estable i no fluctuarà entre bo i dolent.
En una frase:L'elecció d'un proveïdor de CNT amb experiència tècnica resol de manera efectiva la meitat del problema de filtració. Consideren la processabilitat posterior en l'etapa de disseny del producte, que pot reduir significativament la freqüència d'obstrucció de la pantalla a la vostra línia de producció.
Capítol 3: 7 Mètodes efectius per resoldre les dificultats de filtració
Mètode 1: "Des-aglomeració" forçada una vegada abans de la filtració
Molts fabricants separen completament la dispersió i la filtració. De fet, instal·lar un emulsionador en línia d'alt-cisalla o un processador d'ultrasons (potència 2-3 kW, freqüència 20 kHz) en sèrie abans que el filtre pugui reobrir els CNT que s'han tornat a aglomerar durant l'emmagatzematge. Després d'afegir aquest pas, una fàbrica de material de càtode ternari va ampliar la vida útil de la pantalla del filtre de 2 hores a 8 hores.
Mètode 2: filtració per etapes, no intenteu fer-ho en un sol pas
No comenceu directament amb una pantalla de 200 malles. L'enfocament correcte és:
Primera etapa:Filtració gruixuda d'acer inoxidable de 30 malles per interceptar grans impureses i aglomerats evidents.
Segona etapa:Filtració intermèdia de 100 malles.
Tercera etapa:Filtració fina de 150-200 malles.
Deixeu que la pasta tingui un amortidor i un alliberament de pressió estàtica entre cada etapa. Si el producte requereix una neteja extremadament alta, utilitzeu 250 malles a l'etapa final, però el Mètode 3 s'ha de coordinar en aquest punt.
Mètode 3: apliqueu calefacció i remeneu junts
Temperatura:Escalfeu la pasta a 40-45 graus (el sistema NMP no té cap problema a causa del seu alt punt d'ebullició; el sistema a base d'aigua no ha de superar els 50 graus). La viscositat disminuirà entre un 30% i un 40% i la velocitat de pas a través de la pantalla del filtre augmentarà significativament.
Remenar:Mantingueu l'agitació a baixa -velocitat (30-60 rpm) a l'extrem frontal de l'entrada del filtre per evitar que els CNT s'instal·lin al fang dur. Si utilitzeu un dipòsit de pressió segellat, afegiu un agitador acoblat magnèticament a la part inferior.
Mètode 4: Canviar a un altre tipus d'equip de filtració
Els filtres de bossa convencionals o els filtres de cartutxos són intrínsecament "pocs amigables" amb la pasta CNT. Les alternatives recomanades inclouen:
Filtre de tambor de buit:Es basa en la succió al buit. Després de formar-se a la superfície del tambor, el pastís de filtre es raspa automàticament, de manera que no s'obstrueix contínuament. Adequat per a la producció contínua a gran-escala.
Filtre d'auto{0}neteja:Té un rascador intern o un dispositiu de rentat a contracors que neteja automàticament la superfície de la pantalla del filtre cada 10 minuts. La inversió inicial és elevada, però el cost es pot recuperar de la mà d'obra i dels mitjans de filtre en sis mesos.
Filtre de pantalla vibrant:Aplica vibracions verticals o horitzontals a la pantalla del filtre, fent que els CNTs enganxats a les obertures de la malla "s'estimin" de nou a la pasta.
Mètode 5: Ajustar la morfologia dels mateixos CNT
Si s'han provat tots els mètodes anteriors i encara fallen, el problema pot estar en la matèria primera. En aquest punt, heu de parlar amb el vostre proveïdor de CNT - per veure si podeu canviar a un lot amb una longitud de tub més curta i una relació d'aspecte més petita, o comprar directament pasta pre-dispersada.
Mètode 6: canvieu de "Filtració a pressió positiva" a "Filtració a pressió negativa"
Sota pressió positiva, com més gran sigui la pressió diferencial, més fortament es pressionen els CNT i més s'incrusten a la pantalla del filtre. Passant a la filtració al buit (grau de buit -0,06 a -0,08 MPa), la pasta s'aspira a través de la pantalla del filtre amb una força de cisalla més baixa i la velocitat d'obstrucció s'alenteix. El desavantatge és el cabal limitat, adequat per a lots petits i mitjans.
Mètode 7: Accepteu la "filtració incompleta" i optimitzeu el corrent avall
Alguns processos de recobriment no són sensibles als aglomerats suaus de desenes de micròmetres en pasta CNT (perquè la bretxa de recobriment és normalment superior als 100 micròmetres). Podeu relaxar adequadament la precisió de filtració a 120 malles, alhora que augmenta l'eliminació en línia d'impureses metàl·liques abans del recobriment (utilitzant barres magnètiques o filtres electromagnètics). D'aquesta manera, s'assegura que el capçal de recobriment no s'obstrueixi mentre es resol el problema de l'encallament de la filtració.
Capítol 4: Un cas real: de canviar els filtres 15 vegades al dia a 3 vegades
L'any passat, vam ajudar un fabricant de contracte de pasta conductora del sud de la Xina a realitzar un diagnòstic. La seva pasta CNT (multi-paret, contingut sòlid 12%, sistema NMP) utilitzava un cartutx de filtre de 200 malles i l'havien de canviar de 15 a 18 vegades per torn, cosa que va fer gairebé impossible la producció contínua.
Hem fet tres canvis:
S'ha afegit un emulsionant-alta-de cisalla a la sortida del dipòsit de dispersió (passar una vegada abans d'entrar al filtre).
S'ha canviat la-etapa única de 200 malles a la filtració gruixuda de 50 malles → 120 malles → 200 malles.
Escalfeu la pasta des de la temperatura ambient a 42 graus i manteniu l'entrada agitada.
Tres dies després, la freqüència de canvi de filtre va baixar a 3 vegades per torn i el temps de filtració-per lot únic es va reduir de 4 hores a 1,5 hores. El cost total va ser inferior a 20.000 RMB.
Nota addicional:Més tard, aquesta fàbrica va fer una cosa més - es van canviar a un proveïdor de CNT diferent i ens van escollir. Després del tractament de modificació de la superfície, l'estat de dispersió inicial va ser millor i la pressió de filtració va baixar aproximadament un 30%. Això confirma un principi: l'optimització dels processos i l'actualització de la cadena de subministrament s'han de perseguir simultàniament.
Capítol 5: Resum en una frase
La dificultat per filtrar la pasta conductora CNT és essencialment el resultat de la superposició de tres factors: "fibres llargues + aglomeració + alta viscositat". No esperis que una sola pantalla de filtre ultra-resolgui tots els problemes. En lloc d'això, utilitzeu una estratègia combinada de "pretractament per obrir aglomerats, filtració per etapes per compartir la càrrega, control de temperatura i agitació per reduir la viscositat i canviar el tipus d'equip si cal".
Al mateix temps, no oblideu que escollir el proveïdor adequat és la millor optimització del procés. Un fabricant de CNT tècnicament capaç us pot estalviar un 80% dels problemes de filtració posteriors en l'etapa de disseny del producte. Si la vostra línia de producció pateix obstrucció de la pantalla, proveu de triar primer 2-3 dels 7 mètodes anteriors i, al mateix temps, parleu amb el vostre proveïdor sobre la selecció de productes. Normalment hauríeu de veure una millora significativa en una setmana.