Modificētās plastmasas un būvmateriālu dziļajos ūdeņos oglekļa nanocauruļu nosaukums jau sen ir bijis pērkons. Tomēr daudzi formulēšanas inženieri neizdodas, tiklīdz viņi sāk: iegremdēšana melnā pulvera kaudzē ne tikai nepastiprina, bet faktiski izraisa matricas trauslumu un plūstamības sabrukumu. Tas mūs noved pie šodienas dvēseles-meklēšanas jautājuma: cik daudz oglekļa nanocaurules var uzlabot armētās plastmasas/gumijas/betona veiktspēju? Kāda ir papildinājuma summa? Daži saka, ka 0,5% pievienošana divkāršo spēku, citi saka, ka pievienošana neko neietekmē. Tas nekādā gadījumā nav nodoklis par intelektu, ko maksā pašam materiālam, bet gan brutāla spēle starp viendimensionālo nano-tīklu un makroskopiskās matricas saskarnes savietojamību. Šodien mēs norausim mārketinga apmetni un izmantosim stingri izmērītos datus, lai pilnībā atklātu CNT patieso kaujas spēku šajās trīs matricu sistēmās.
1. Plastmasas pastiprināšana: cik daudz ir nepieciešams, lai plastmasa būtu gan izturīga, gan vadoša?
Pastiprinot plastmasu ar oglekļa nanocaurulēm, ir nepieciešams tikai ārkārtīgi mazs pievienošanas daudzums 1-3 masas%, lai palielinātu stiepes izturību par 40–80% un matricai piešķirtu pastāvīgas antistatiskas un siltumvadošas funkcijas.
Tradicionālajai stikla šķiedras vai minerālu{0}}pildījuma plastmasai parasti ir nepieciešams vairāk nekā 20 % piedevas, kas ne tikai ievērojami samazina materiāla plūstamību, bet arī padara iesmidzināšanas{2}}lietas daļas raupju uz virsmas. Tomēr ar oglekļa nanocaurulēm pastiprināta plastmasa ir atkarīga no "nanomēroga armatūras". Ļoti neliels daudzums CNT sapinās tīklā plastmasas kausējumā, vienam galam nofiksējoties uz polimēra ķēdes segmentiem, bet otram galam radot spriegumu. Kad velk ārējs spēks, caurules patērē lielu daudzumu enerģijas, izmantojot izvilkšanas un savienošanas mehānismus. Vēl svarīgāk ir tas, ka 1-2% pievienošana pārsniedz vadošās perkolācijas slieksni, tieši pārvēršot izolācijas plastmasu anti-statiskā materiālā — par ko tradicionālās pildvielas var tikai sapņot.
| Plastmasas veiktspējas indikators (piemēram, PA66) | Tīri sveķi | CNT pastiprināta plastmasa (2 masas %) | Veiktspējas uzlabošana | Autoritatīvs avots/datu atsauce |
|---|---|---|---|---|
| Stiepes izturība | 80 MPa | 115 - 145 MPa | +40% - 80% | Kompozīti B daļa |
| Virsmas pretestība | >10¹⁵ Ω/kv | 10³ - 10⁵ Ω/kv | Panākta pastāvīga anti-statistika | Shandong Tanfeng aplikāciju laboratorija |
| Siltuma novirzes temperatūra (HDT) | 75 grādi | 105 grādi | +30 grāds | Polimēru materiālu žurnāls |
| Kušanas plūsmas indekss (MFI) | Pamatlīnija | Nedaudz samazinājies, bet joprojām ir injicējams | Daudz pārāka par 20% stikla šķiedras pievienošanu | Iesmidzināšanas formēšanas procesa mērīts salīdzinājums |
2. Gumijas pastiprinājums: kāpēc tas var aizstāt pusi no melnā ogles?
2–5 masu% oglekļa nanocauruļu pievienošana gumijas sistēmām ne tikai uzlabo nodilumizturību par vairāk nekā 50%, bet arī veido siltumvadošu tīklu, atrisinot nāvējošo sāpju punktu, ko rada histerēzes siltuma ģenerēšana gumijas izstrādājumos.
Jau gadsimtu neapšaubāms gumijas rūpniecības karalis ir bijis ogle, ko bieži pievieno 40{3}}50 daļās. Bet ogleklis ir ne tikai smags; tā siltumvadītspēja ir ārkārtīgi slikta, izraisot riepu iekšpusi pārkaršanu lielā ātrumā un pārsprāgt. Oglekļa nanocaurules pastiprināta gumija darbojas gan kā mehāniska "mikroatspere", gan kā "maģistrāle" siltuma vadīšanai. Izmantojot 2–5 daļas CNT, lai aizstātu 10–20 daļas ogļu, tiek saglabāta tāda pati cietība, vienlaikus ievērojami uzlabojot izturību un nodilumizturību, kā arī dubultojot siltumvadītspēju, ievērojami pagarinot dinamisko gumijas blīvējumu un riepu kalpošanas laiku.
| Gumijas veiktspējas indikators (NBR kā piemērs) | Pure Carbon Black System (50phr) | Oglekļa melns 40phr + CNT 3phr | Veiktspējas uzlabošana | Mehānisma skaidrojums |
|---|---|---|---|---|
| Akronas nobrāzuma zudums | Bāzes līnija (0,15 cm³) | 0.07 - 0.08 cm³ | Nodilumizturība uzlabojusies par 50%+ | Viendimensijas tīkls nomāc plaisu izplatīšanos |
| Siltumvadītspēja | 0.2 W/m·K | 0.45 W/m·K | Siltumvadītspēja dubultojās | CNT fononu šoseja izkliedē siltumu |
| Asaru spēks | 35 kN/m | 50 kN/m | +42% | Izvelciet-un salikšanu izkliedē stresa enerģiju |
| Mooney viskozitāte | Salīdzinoši augsts | Ievērojami samazināts | Uzlabota apstrādes plūstamība | Kopējais pildvielu saturs samazināts |
3. Betona stiegrojums: vai daži pilieni melnā šķidruma var novērst plaisāšanu?
Oglekļa nanocauruļu dzelzsbetona slieksnis ir ārkārtīgi zems. Lai palielinātu spiedes izturību par 20–30% un ievērojami samazinātu mikroplaisu izplatīšanos, ir nepieciešams tikai neliels daudzums 0,05-0,1 masas %.
Betons ir makroskopisks trausls materiāls, kura iekšpuse ir piepildīta ar mikronu-kapilāru porām un mikro{1}}plaisām. Oglekļa nanocauruļu dzelzsbetona princips ir "mikro-šuves". Hidratācijas reakcijas laikā labi-izkliedēti CNT pārklāj šīs dabiskās mikro-plaisas, piemēram, šuves, novēršot turpmāku plaisu izplatīšanos. Ļoti mazs pievienošanas daudzums (tikai daži desmiti līdz simts gramu uz kubikmetru betona) sablīvē mikroskopiskās poras, ne tikai ievērojami palielinot spiedes un lieces izturību, bet arī ievērojami uzlabojot necaurlaidību un sasalšanas{8}}atkausēšanas izturību.
| Betona veiktspējas indikators (C30 etalons) | Vienkāršs betons | CNT betons (0,08 masas% papildinājums) | Veiktspējas uzlabošana | Autoritatīvs avots/datu atsauce |
|---|---|---|---|---|
| 28 dienu spiedes spēks | 30 MPa | 37 - 39 MPa | +20% - 30% | Būvmateriāli un celtniecības materiāli |
| Fleksālais spēks | 4,0 MPa | 5.2 - 5.5 MPa | +30% | Uzlabota stingrība, novērstas plaisas |
| Kritums (darbspēja) | Pamatlīnija | Nedaudz samazināts (nepieciešams ūdens reduktors) | Atbilst sūknēšanas prasībām | Faktiskā inženiertehniskā maisījuma projekta pārbaude |
| 28 dienu žāvēšanas saraušanās | Pamatlīnija | Samazināts par 25% | Būtiska plaisu novēršana | Shandong Tanfeng ūdens dispersijas pārbaude |
4. Skarbā realitāte: kāpēc CNT pievienošana pārvērš jūsu materiālu par atkritumiem?
Galvenais iemesls oglekļa nanocauruļu ierobežotajai veiktspējas uzlabošanai plastmasā, gumijā un betonā ir nopietnā aglomerācija, ko izraisa nanomēroga spēcīga mijiedarbība, un ārkārtīgi slikta saskarnes savietojamība ar matricu.
Lai cik iespaidīgi būtu teorētiskie dati, ja tos nevar izkliedēt, tie ir atkritumi. Oglekļa nanocaurules ir ārkārtīgi vieglas ar milzīgiem starp{1}}caurulēm van der Vālsa spēkiem. Ja sauso pulveri tieši iemet divskrūves ekstrūderā- vai cementa maisītājā, to vienkārši nevar sadalīt. Neizkliedēti aglomerāti ne tikai nepastiprina, bet faktiski veido milzīgus stresa koncentrācijas punktus matricā. Pieliekot ārēju spēku, plastmasa saplīst tieši no aglomerātiem; betona stiprums tā vietā krītas. Turklāt oglekļa cauruļu virsma ir inerta. Bez mērķtiecīgas matricas virsmas modifikācijas caurules nevar savienoties ar plastmasu/gumiju, un saskarnes atdalīšanās notiek, tiklīdz tiek pielikts spēks.
5. Ražotāja pilnvaras: kā Shandong Tanfeng izkļūt no saskarnes saderības strupceļa?
Tāda avota ražotāja izvēle kā Shandong Tanfeng, kas pārvalda pielāgotas virsmas modifikācijas un iepriekšējas{0}}izkliedes pamattehnoloģijas, ir vienīgais veids, kā pārvarēt saskarnes saderības plaisu un patiesi nostiprināt plastmasu/gumiju/betonu ar oglekļa nanocaurulēm.
Tā kā galvenie cēloņi slēpjas izkliedē un saskarnē, risinājumi ir "patiesa de{0}}sapīšanās un spēcīga saikne". Kā profesionāls CNT ražotājs Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. atklāj jums patieso CNT kaujas spēku no sintēzes avota:
Ultra-Augstas tīrības pakāpe noņem stresa koncentrācijas avotus:Metāla atlikumi ir vainīgi, kas izraisa lokālu plastmasas un betona trauslumu. Shandong Tanfeng izmanto specializētus attīrīšanas procesus, lai stingri nospiestu metāla atlikumus zem 20 ppm, nodrošinot, ka pati pildviela nekļūst par matricas strukturālu defektu.
Pielāgota malu attiecība atbilst matricai:Plastmasai ir vajadzīgas garas caurules, lai izveidotu tīklus; betonam ir vajadzīgas īsas caurules, lai novērstu sapīšanu. Izmantojot savu-pašizstrādāto katalītisko sistēmu, Shandong Tanfeng var nodrošināt pielāgotus CNT ar malu attiecībām no 100 līdz 1500, ja nepieciešams, precīzi atbilstot dažādu matricu reoloģiskajām un mehāniskajām prasībām.
Gatavs-lietot-Carrier pamatsavienojumus/pastas:Sausā pulvera aglomerācijas sāpju punkts Shandong Tanfeng nodrošina modificētu sveķu pamatsajas plastmasai, EPDM/NBR iepriekš izkliedētas gumijas pamatsajas un augstas-efektivitātes ūdens dispersijas betonam. Izmantojot patentētu virsmas modifikāciju un augsta spiediena -aglomerācijas procesus, tiek panākta patiesa vienas-caurules atdalīšana, un ar matricu saderīgas funkcionālās grupas tiek uzpotētas uz caurules sienām, ļaujot viendimensijas tīklam nevainojami izplatīties plastmasā, gumijā un cementā, patiesi nodrošinot solīto mehānisko stiprinājumu30%+.
Secinājums
Atgriežoties pie pamatjautājuma: cik lielu veiktspējas uzlabošanos oglekļa nanocaurules var dot armētai plastmasai/gumijai/betonam? Kāda ir papildinājuma summa? Pievienojot plastmasai 1-3%, stiprība palielinās uz pusi; pievienojot gumijai 2%, dubultojas nodilumizturība; 0,08% pievienošana betonam palielina spiedes stiprību par 30% - tie ir pārbaudīti praktiski dati. Bet tas viss ir balstīts uz priekšnoteikumu aglomerācijas likvidēšanai un saskarnes savienošanai. Paļaušanās uz tāda avota ražotāja kā Shandong Tanfeng augstas tīrības pakāpes, pielāgotajām malu attiecībām un vairāku nesēju pirmsizkliedes tehnoloģijām, lai pārvarētu procesa plaisu no nano līdz makro, ir vienīgais veids, kā oglekļa nanocaurules patiesi var kļūt par tradicionālās matricas modifikācijas slepkavas rīku, nevis atkritumu ražošanas līnijā.