Машина для диспергирования углеродных нанотрубок | Без резки трубок, полная проводимость

Дисперсия углеродных нанотрубок — это процесс разрушения спутанных агломератов УНТ и равномерного распределения отдельных трубок по матричному материалу с сохранением структуры трубок.
Углеродные нанотрубки называют королями наноматериалов не случайно: они пропускают плотность тока в тысячу раз выше, чем медь, и формируют трёхмерную проводящую сеть при загрузке всего в одну шестую — одну вторую по сравнению с традиционными проводящими добавками.
Вот почему сейчас углеродные нанотрубки используются в электродах литиевых аккумуляторов, проводящих покрытиях и композитах для электромагнитной экранировки — однако каждое применение зависит от способности разделять трубки, не разрушая их.

Основное противоречие при диспергировании УНТ

УНТ рождаются спутанными: их высокое отношение длины к диаметру и высокая поверхностная энергия заставляют их прилипать друг к другу, обвиваться и образовывать плотные агломераты.
Для разрушения этих агломератов требуется достаточная сила сдвига, однако интенсивная механическая обработка так же легко ломает отдельные трубки, как и расщепляет пучки — укорачивая трубки и разрушая проводящую сеть, которую материал должен был создать.
Измеримыми последствиями являются укорочение трубок, повышение электрического сопротивления и непредсказуемость партий.
Короче говоря, этап диспергирования определяет, какая часть теоретических характеристик УНТ фактически достигает конечного продукта.

Как оценить диспергию УНТ: три проверки

Три проверки охватывают основные критерии:

• Разрушение агломератов.
  Видимые скопления под микроскопом означают, что поле сдвига было недостаточно сильным или неравномерным.
• Сохранение длины трубок.
  Измерьте распределение по длине после смешивания; сильное укорочение означает чрезмерное сдвиговое воздействие — типичный дефект песочных мельниц и роторных систем с высоким сдвигом.
• Стабильность дисперсии.
  Оставьте партию в покое и повторно проверьте; повторное агломерирование и оседание указывают на то, что дисперсия изначально не была по-настоящему стабилизирована.

Сделайте эти три проверки своими критериями приёмки, а не второстепенной процедурой.

Почему планетарный центробежный миксер разрушает агломераты, не повреждая трубки

Ответ заключается в силовом поле, создаваемом планетарным центробежным миксером.
Одновременно действуют два движения: обращение, при котором держатель стаканов вращается вокруг центральной оси машины, и вращение, при котором каждый стакан вращается вокруг собственной оси.
Обращение сжимает партию и растягивает агломераты в трёх измерениях; вращение создаёт равномерное сдвиговое воздействие по всему объёму стакана — без лопастей, без узких зазоров, без чрезмерного сдвига.
Песочное и шаровое помолы, напротив, основаны на интенсивных локальных столкновениях — именно это и приводит к укорочению трубок CNT.
Планетарный центробежный миксер разрушает агломераты за счёт объёмного ускорения, сохраняя при этом длину нанотрубок и обеспечивая требуемое качество дисперсии для формирования проводящей сети.
Герметичные стаканы обеспечивают второе преимущество: дополнительная вакуумная дегазация до 0,2 кПа удаляет воздух, захваченный в процессе диспергирования, в рамках одного и того же цикла — отдельный этап дегазации не требуется.

Практичный процесс для пользователей УНТ

Начните с низкой концентрации и низкой скорости, чтобы определить рабочий диапазон дисперсии, затем постепенно увеличивайте скорость, контролируя длину нанотрубок на каждом уровне — независимое регулирование скорости SMIDA в диапазоне от 200 до 2000 об/мин точно формирует поле сдвига.
После завершения диспергирования измерьте распределение длины нанотрубок и их стабильность, после чего зафиксируйте эти параметры как стандартную операционную процедуру.
При масштабировании до промышленного производства выберите более крупную установку, основанную на том же принципе перемешивания и той же логике управления, чтобы поле сил — и получаемые результаты — оставались неизменными.
Для термочувствительных систем модели TTC от SMIDA поддерживают температуру партии в диапазоне от −15 °C до 25 °C, чтобы окно диспергирования не смещалось во время перемешивания.

Почему SMIDA для диспергирования УНТ

• Одна платформа — от лаборатории до промышленного производства.
  Объём смешивания — от 1 г до 100 кг и более; оборудование — от лабораторных установок на 150 г до промышленных машин на 100 кг и более: один и тот же принцип на всех масштабах.
• Конструкция без лопастей.
  Материал контактирует исключительно с чашей, поэтому отсутствуют металлические частицы, перекрёстное загрязнение и необходимость очистки лопастей между партиями.
• Гибкость процесса.
  Независимое регулирование скорости вращения и скорости оборота, опциональный вакуум до 0,2 кПа, а также контроль температуры в диапазоне от −15 °C до 25 °C в моделях TTC.
• Прямые поставки с завода.
  SMIDA — производитель из Шэньчжэня с более чем 17-летним опытом в обработке материалов; сертифицирован по стандартам CE, ISO 9001, ISO 14001 и ISO 45001; обслуживает более 2000 клиентов в более чем 40 странах.

Часто задаваемые вопросы

Будет ли планетарный центробежный миксер разрезать или укорачивать мои трубки из углеродных нанотрубок (CNT)?

Нет — процесс осуществляется без лопастей, а сдвиговое напряжение равномерно распределяется по всей партии.
Высокоскоростных наконечников или шлифовальных сред нет, поэтому агломераты распадаются, а длина трубок сохраняется.

Какая скорость оптимальна для диспергирования углеродных нанотрубок?

Универсального значения не существует — оно зависит от типа ваших CNT, их концентрации и основного материала.
Начинайте с низкой скорости и постепенно увеличивайте её, проверяя длину трубок на каждом этапе; диапазон регулировки скорости SMIDA от 200 до 2000 об/мин специально предназначен для такой точной настройки.

Может ли миксер также удалить пузырьки воздуха из суспензии CNT?

- Да, я знаю.
Модели с вакуумом создают в камере давление 0,2 кПа, поэтому воздух, захваченный во время диспергирования, удаляется в рамках того же цикла смешивания.

Будут ли те же параметры работать при масштабировании?

Да — все установки SMIDA основаны на одном и том же принципе планетарного центробежного смешивания и используют одинаковую логику управления, поэтому параметры, подобранные на лабораторной установке, переносятся на промышленные машины той же серии с минимальной необходимостью повторной настройки.
Данные сравнения кросс-емкости можно получить в ходе вашего пробного теста.

Итог

Углеродные нанотрубки эффективны лишь настолько, насколько хорошо они диспергированы: необходимо разрушать агломераты и сохранять целостность трубок — именно это требование определяет, обеспечит ли ваша суспензия для аккумуляторов, покрытие или экранирующий состав заявленную электропроводность.
Протестируйте это на собственном материале: отправьте образец CNT в лабораторию SMIDA для бесплатного теста смешивания.
Вы получите микроскопические данные «до» и «после» по разрушению агломератов и сохранению длины трубок, а также чёткие рекомендации по выбору модели — от лабораторных образцов массой 1 г до промышленных установок производительностью 100 кг и выше — ещё до того, как потратите хотя бы один доллар.