У глибоких водах модифікованого пластику та будівельних матеріалів ім’я вуглецевих нанотрубок давно було громовим. Однак багато розробників рецептів зазнають невдачі, щойно вони починають: скидання в купу чорного порошку не тільки не зміцнює, але й фактично спричиняє крихкість матриці та руйнування сипучості. Це підводить нас до сьогоднішнього-запитання: наскільки вуглецеві нанотрубки можуть покращити продуктивність армованого пластику/гуми/бетону? Яка сума додавання? Деякі кажуть, що 0,5% додавання подвоює міцність, інші кажуть, що додавання не має жодного значення. Це аж ніяк не податок на інтелект, сплачений самому матеріалу, а скоріше жорстока гра між-вимірною нано-мережею та міжфазною сумісністю макроскопічної матриці. Сьогодні ми скинемо маркетингову маску й використаємо дані жорстких вимірювань, щоб повністю розкрити справжню бойову міць CNT у цих трьох матричних системах.
1. Пластикова арматура: скільки потрібно, щоб зробити пластмасу міцною та електропровідною?
Під час зміцнення пластику вуглецевими нанотрубками необхідна лише надзвичайно низька кількість додавання 1-3% ваги, щоб збільшити міцність на розрив на 40%-80% і надати матриці постійних антистатичних і теплопровідних функцій.
Традиційні пластики зі скловолокном або мінеральним-наповнювачем зазвичай потребують понад 20 % додавання, що не лише серйозно погіршує текучість матеріалу, але й робить поверхню-литих деталей шорсткими. Проте пластик, армований вуглецевими нанотрубками, покладається на «нанорозмірну арматуру». Дуже невелика кількість ВНТ переплітається в мережу в розплаві пластику, причому один кінець замикається на сегментах полімерного ланцюга, а інший кінець створює напругу. Коли зовнішня сила тягне, труби споживають велику кількість енергії за допомогою механізмів висунення й перемикання. Що ще важливіше, 1-2% додавання перевищує поріг провідної перколяції, безпосередньо перетворюючи ізоляційний пластик на анти-статичний матеріал – те, про що традиційні наповнювачі можуть лише мріяти.
| Індикатор ефективності пластику (PA66 як приклад) | Чиста смола | CNT армований пластик (додавання 2 мас.%) | Покращення продуктивності | Авторитетне джерело/посилання на дані |
|---|---|---|---|---|
| Міцність на розрив | 80 МПа | 115 - 145 МПа | +40% - 80% | Композити, частина B |
| Поверхневий питомий опір | >10¹⁵ Ω/кв | 10³ - 10⁵ Ω/кв | Досягнуто постійної анти{0}}статики | Shandong Tanfeng Application Laboratory |
| Температура теплового відхилення (HDT) | 75 градусів | 105 градусів | +30 ступінь | Журнал полімерних матеріалів |
| Індекс текучості розплаву (MFI) | Базовий рівень | Трохи знизився, але все ще придатний для ін’єкцій | Значно перевершує 20% додавання скловолокна | Виміряне порівняння процесу лиття під тиском |
2. Гумове армування: чому воно може замінити половину сажі?
Додавання 2-5 мас.% вуглецевих нанотрубок до гумових систем не тільки покращує зносостійкість більш ніж на 50%, але й створює теплопровідну мережу, вирішуючи фатальну проблему гістерезису теплогенерації в гумових виробах.
Протягом століття беззаперечним королем гумової промисловості є сажа, яку часто додають у кількості 40-50 частин. Але сажа не тільки важка; його теплопровідність надзвичайно низька, через що шини внутрішньо перегріваються на високих швидкостях і лопаються. Гума, армована вуглецевими нанотрубками, діє як механічна «мікропружина» і як «шосе» для теплопровідності. Використання 2-5 частин CNT для заміни 10-20 частин сажі зберігає ту саму твердість, одночасно значно покращуючи міцність на розрив і зносостійкість, а також подвоюючи теплопровідність, що значно подовжує термін служби динамічних гумових ущільнень і шин.
| Індикатор ефективності гуми (наприклад, NBR) | Система чистого вуглецю (50 phr) | Сажа 40 phr + CNT 3 phr | Покращення продуктивності | Пояснення механізму |
|---|---|---|---|---|
| Втрата від стирання Акрон | Базова лінія (0,15 см³) | 0.07 - 0.08 см³ | Зносостійкість покращена на 50%+ | Одно{0}}вимірна мережа пригнічує поширення тріщин |
| Теплопровідність | 0.2 W/m·K | 0.45 W/m·K | Теплопровідність зросла вдвічі | CNT фононна магістраль розсіює тепло |
| Міцність на розрив | 35 кН/м | 50 кН/м | +42% | Витяг{0}} і перемикання розсіюють енергію стресу |
| В'язкість по Муні | Відносно високий | Значно зменшено | Покращена текучість обробки | Знижений загальний вміст наповнювача |
3. Армування бетону: чи можуть кілька крапель чорної рідини запобігти розтріскування?
Поріг для залізобетону з вуглецевих нанотрубок надзвичайно низький. Для збільшення міцності на стиск на 20%-30% і значного придушення поширення мікротріщин необхідне лише слідове додавання 0,05-0,1% ваги.
Бетон — це макроскопічний крихкий матеріал, який всередині заповнений мікро-капілярними порами та мікро-тріщинами. Принцип залізобетону з вуглецевих нанотрубок — це "мікро-шви". Під час реакції гідратації добре-дисперговані ВНТ проходять через ці внутрішні мікро-тріщини, як шви, запобігаючи подальшому поширенню тріщин. Надзвичайно низька кількість додавання (лише від кількох десятків до сотень грамів на кубічний метр бетону) ущільнює мікроскопічні пори, не лише значно підвищуючи міцність на стиск і вигин, але й значно покращуючи водонепроникність і стійкість до замерзання-відтавання.
| Індикатор ефективності бетону (еталон C30) | Звичайний бетон | CNT Бетон (0,08 мас.% додавання) | Покращення продуктивності | Авторитетне джерело/посилання на дані |
|---|---|---|---|---|
| 28-денна міцність на стиск | 30 МПа | 37 - 39 МПа | +20% - 30% | Будівництво та будівельні матеріали |
| Міцність на згин | 4,0 МПа | 5.2 - 5.5 МПа | +30% | Міцність підвищена, тріщини перекриті |
| Спад (працездатність) | Базовий рівень | Трохи зменшено (потрібен редуктор води) | Відповідає вимогам до накачування | Перевірка фактичної інженерної суміші |
| 28-денна усадка при висиханні | Базовий рівень | Знижено на 25% | Значна профілактика тріщин | Тестування водної дисперсії Shandong Tanfeng |
4. Сувора реальність: чому додавання ВНТ перетворює ваш матеріал на відходи?
Фундаментальною причиною обмеженого покращення продуктивності вуглецевих нанотрубок у пластмасі, гумі та бетоні є сильна агломерація, спричинена сильними взаємодіями нанорозміру, і надзвичайно погана межфазна сумісність із матрицею.
Якими б вражаючими не були теоретичні дані, якщо їх неможливо розсіяти, то це марнотратство. Вуглецеві нанотрубки надзвичайно легкі з величезними між-силами Ван-дер-Ваальса. Якщо сухий порошок кинути безпосередньо в двошнековий екструдер або змішувач цементу, його просто неможливо розколоти. Недисперговані агломерати не тільки не зміцнюють, але фактично утворюють величезні точки концентрації напруги всередині матриці. При застосуванні зовнішньої сили пластик руйнується безпосередньо від агломератів; замість цього міцність бетону різко падає. Крім того, поверхня вуглецевих труб є інертною. Без цілеспрямованої модифікації поверхні для матриці труби не можуть з’єднатися з пластиком/гумою, і міжфазне роз’єднання відбувається, як тільки прикладається сила.
5. Розширення можливостей виробника: як Shandong Tanfeng виходить із глухого кута сумісності між інтерфейсами?
Вибір виробника джерела, як-от Shandong Tanfeng, який володіє основними технологіями індивідуальної модифікації поверхні та попереднього-диспергування, — це єдиний шлях до подолання розриву міжфазної сумісності та справжнього зміцнення пластику/гуми/бетону за допомогою вуглецевих нанотрубок.
Оскільки першопричини криються в дисперсії та інтерфейсі, рішенням є «справжнє роз-заплутування та міцне зв’язування». Як професійний виробник ВНТ, Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. розкриває для вас справжню бойову міць ВНТ із джерела синтезу:
Над-висока чистота усуває джерела концентрації напруги:Залишки металу є причиною локального окрихчення пластмас і бетону. Shandong Tanfeng використовує спеціалізовані процеси очищення для міцного пресування металевих залишків нижче 20 ppm, гарантуючи, що сам наповнювач не стане структурним дефектом у матриці.
Спеціальне співвідношення сторін відповідає матриці:Пластмасі потрібні довгі труби для побудови мереж; для бетону потрібні короткі труби, щоб запобігти заплутуванню. Завдяки каталітичній системі-власної розробки Shandong Tanfeng може надати індивідуальні CNT із співвідношенням сторін від 100 до 1500 за потреби, точно відповідаючи реологічним і механічним вимогам різних матриць.
Готові-до-використання маткових концентратів/паст Carrier:Націлюючись на болючу точку агломерації сухого порошку, Shandong Tanfeng пропонує модифіковані маткові суміші смол для пластмас, попередньо-дисперговані маткові суміші EPDM/NBR для гуми та високо-ефективні водні дисперсії для бетону. Завдяки фірмовій модифікації поверхні та процесам де-де-агломерації під високим{3}}тиском досягається справжнє відокремлення-труб, а функціональні групи, сумісні з матрицею, прищеплюються до стінок труб, що дозволяє-одновимірній мережі ідеально поширюватися в пластмасах, гумі та цементі, справді забезпечуючи обіцяні 30%+ механічних армування.
Висновок
Повертаючись до основного питання: наскільки вуглецеві нанотрубки можуть підвищити продуктивність армованого пластику/гуми/бетону? Яка сума додавання? Додавання 1-3% до пластику збільшує міцність вдвічі; додавання 2% до гуми подвоює зносостійкість; додавання 0,08% до бетону збільшує міцність на стиск на 30% - це перевірені практичні дані. Але все це ґрунтується на передумові усунення агломерації та поєднання інтерфейсу. Покладаючись на високу чистоту, індивідуальне співвідношення сторін і багато-технології попередньої дисперсії носіїв такого виробника джерел, як Shandong Tanfeng, щоб подолати розрив у процесі від нанодо макро — це єдиний спосіб для вуглецевих нанотрубок справді стати вбивчим інструментом для традиційної модифікації матриці, а не відходами на виробничій лінії.