Розділ 1: Спочатку зрозумійте: чому пасту з вуглецевих нанотрубок так важко фільтрувати?
Друзі, які працювали з суспензіями катодів літієвих батарей або провідними покриттями, знають, що ВНТ мають справді чудові характеристики - хорошу електропровідність, низьку кількість додавання та здатність збільшувати щільність енергії. Однак опинившись на виробничій лінії, особливо на етапі фільтрації, це просто головний біль.
Типові симптоми: нещодавно замінена сітка фільтра 200 меш, після фільтрування менше 50 кг пасти, манометр піднімається вище 0,3 МПа; сітка фільтра замінюється більше десяти разів на день; або він просто стає «роздавленим» безпосередньо, і паста не може текти.
Є три основні причини:
Співвідношення сторін CNT надзвичайно велике (зазвичай 100-1000 або більше). Вони схожі на групу мікронних м’яких шипів, які переплітаються один з одним, утворюючи форму «пташиного гнізда», легко застрягаючи в порах сітки фільтра.
Агломерати важко повністю розкрити. Навіть після бісерного помелу або високо-дисперсії зсуву залишається велика кількість агломерованих частинок CNT розміром у десятки мікрометрів, і ці тверді грудки безпосередньо блокують пори фільтра.
В'язкість пастоподібної системи висока. Особливо в системах, що використовують NMP як розчинник, коли вміст твердої речовини становить 15%-20%, в’язкість може досягати кількох тисяч сантипуазів, текучість є поганою, і навіть невеликий опір призведе до руйнування фільтрації.
Розділ 2: Чим Shandong Tanfeng може допомогти вам?
При вирішенні проблеми труднощів фільтрації технічні можливості виробника CNT, що постачає на початку, часто недооцінюють. Постачальник із можливостями досліджень і розробок може допомогти вам зменшити навантаження на фільтрацію з джерела. Ось кілька важливих переваг:
Перевага 1: вироби з CNT, які легше диспергувати
Складність дисперсії сильно відрізняється для ВНТ, вироблених різними виробниками. Хороші виробники оптимізують з джерела:
Контроль діаметра та довжини труби:Багато-стінні ВНТ (MWCNT) твердіші та коротші, ніж одностінні -CNT (SWCNT), що робить фільтрацію відносно легшою. Завдяки оптимізації системи каталізатора в процесі CVD (наприклад, біметалічні каталізатори залізо/кобальт) Shandong Tanfeng може точно контролювати діаметр трубки в межах 1-2 нм і довжину трубки в певному діапазоні, зменшуючи надмірне заплутування.
Поверхнева функціональна обробка:Деякі провідні виробники модифікують поверхню ВНТ, щоб підвищити їх межфазну сумісність із розчинником, роблячи пасту більш стабільною після диспергування та менш схильною до повторної -агломерації.
Попередньо-диспергована маткова суміш:Вибір попередньо-дисперсної електропровідної пасти (маткової суміші з 8-10% вмістом CNT) на порядок зменшує труднощі фільтрації порівняно з придбанням порошку та розпиленням його самостійно.
Перевага 2: Можливість індивідуального налаштування рецептур паст
Професійні виробники CNT не тільки продають порошок, але й надають допоміжні дисперсійні розчини:
Диспергаторна система:Розробка високоефективних-диспергаторів (таких як полівінілпіролідон-модифікатори поверхні) для досягнення однорідної суспензії та довгострокової -стабільності ВНТ в органічних розчинниках завдяки регулюванню дзета-потенціалу, уникаючи вторинної агломерації під час зберігання.
Надійна оптимізація вмісту:Хороший склад може досягти високого вмісту твердої речовини 5%-10% з контрольованою в'язкістю, що дозволяє використовувати його безпосередньо в процесах нанесення покриттів без надмірного розведення перед фільтрацією.
Перевага 3: Накопичення патентів у технології видалення домішок
Прихованою причиною труднощів фільтрації є наявність магнітних домішок, змішаних з пастою, які прискорюють засмічення сітки фільтра. Технічно підготовлені виробники зведуть до мінімуму домішки перед тим, як залишити фабрику:
Компанія Shandong Tanfeng розробила інтегрований пристрій для видалення домішок «магнітна адсорбція + фільтрація», використовуючи магнітні стрижні для адсорбції магнітних домішок (таких як залізо, кобальт та інші залишки каталізатора), а потім використовуючи компоненти фільтра для перехоплення твердих домішок, зменшуючи навантаження на фільтрацію після джерела.
Він також розробив дискову структуру фільтра з електромагнітом, використовуючи не-магнітну природу ВНТ для адсорбції та видалення залишкових частинок металу.
Перевага 4: Технологія контролю якості та тестування
Володіючи запатентованою технологією-ідентифікації розміру частинок на місці, можна швидко визначити, чи відповідає дисперсія пасти CNT стандарту, забезпечуючи консистенцію продуктів, що залишають фабрику. Це означає, що продуктивність фільтрації кожної партії пасти, яку ви отримуєте, є більш стабільною та не буде коливатися між хорошою та поганою.
Одним реченням:Вибір постачальника CNT з технічними знаннями ефективно вирішує половину проблеми фільтрації. Вони розглядають подальшу технологічність на етапі проектування продукту, що може значно зменшити частоту засмічення екрану на вашій виробничій лінії.
Розділ 3: 7 ефективних методів вирішення проблем із фільтрацією
Спосіб 1: примусова «де-агломерація» перед фільтрацією
Багато виробників повністю розділяють дисперсію та фільтрацію. Насправді послідовне встановлення онлайн-емульгатора з високим -зсувом або ультразвукового процесора (потужність 2-3 кВт, частота 20 кГц) перед фільтром може знову відкрити ВНТ, які повторно агломерували під час зберігання. Після додавання цього етапу фабрика з виготовлення матеріалу для потрійного катода збільшила термін служби фільтруючого екрана з 2 до 8 годин.
Спосіб 2: поетапна фільтрація, не намагайтеся зробити це за один крок
Не починайте безпосередньо з сита 200 меш. Правильний підхід:
Перший етап:Груба фільтрація з нержавіючої сталі 30 меш для перехоплення великих домішок і явних агломератів.
Другий етап:Проміжна фільтрація 100 меш.
третій етап:Тонка фільтрація 150-200 меш.
Дозвольте пасті мати буфер і статичний тиск між кожним етапом. Якщо виріб потребує надзвичайно високої чистоти, використовуйте 250-меш на завершальному етапі, але на цьому етапі слід скоординувати метод 3.
Спосіб 3: Нагрівання та перемішування разом
температура:Нагрійте пасту до 40-45 градусів (система NMP не має проблем через високу температуру кипіння; система на водній основі не повинна перевищувати 50 градусів). В'язкість зменшиться на 30%-40%, а швидкість проходження через сітку фільтра значно збільшиться.
Перемішування:Підтримуйте низьку-швидкість перемішування (30-60 об/хв) на передньому кінці входу фільтра, щоб запобігти осіданню ВНТ у твердому мулі. Якщо використовується герметичний резервуар під тиском, додайте магнітну мішалку внизу.
Спосіб 4: Перейдіть на інший тип фільтруючого обладнання
Звичайні рукавні фільтри або картриджні фільтри за своєю суттю «недружні» до пасти CNT. Рекомендовані альтернативи:
Вакуумний барабанний фільтр:Покладається на вакуумне всмоктування. Після формування на поверхні барабана фільтраційний осад автоматично зіскрібається, тому він не забивається постійно. Підходить для безперервного велико-виробництва.
Самоочисний-фільтр:Має внутрішній скребок або пристрій для зворотного промивання, який автоматично очищає поверхню сітки фільтра кожні 10 хвилин. Початкові інвестиції високі, але витрати можуть бути відшкодовані за рахунок праці та фільтруючого матеріалу протягом шести місяців.
Вібраційний фільтр:Застосовує вертикальну або горизонтальну вібрацію до сітки фільтра, змушуючи ВНТ, що застрягли в отворах сітки, «струшувати» назад у пасту.
Спосіб 5: Налаштуйте морфологію самих CNT
Якщо всі вищевказані методи були випробувані, але все одно не дали результату, проблема може бути в сировині. На цьому етапі вам потрібно поговорити зі своїм постачальником CNT -, щоб дізнатися, чи можна перейти на партію з меншою довжиною трубки та меншим співвідношенням сторін або безпосередньо придбати попередньо-дисперсну пасту.
Спосіб 6: зміна "фільтрації за позитивного тиску" на "фільтрацію за негативного тиску"
Під надлишковим тиском, чим більший перепад тиску, тим щільніше притискаються ВНТ і тим глибше вони вбудовуються в сітку фільтра. При переході на вакуумну фільтрацію (ступінь вакууму від -0,06 до -0,08 МПа) паста всмоктується через сітку фільтра з меншим зсувним зусиллям, і швидкість забивання сповільнюється. Недоліком є обмежена витрата, підходить для малих і середніх партій.
Спосіб 7: прийняти «Неповну фільтрацію» та оптимізувати низхідну течію
Деякі процеси нанесення покриттів нечутливі до м’яких агломератів розміром у десятки мікрометрів у пасті CNT (оскільки зазор між покриттями зазвичай перевищує 100 мікрометрів). Ви можете належним чином знизити точність фільтрації до 120 меш, одночасно збільшуючи ефективність видалення металевих домішок перед нанесенням покриття (за допомогою магнітних стрижнів або електромагнітних фільтрів). Це гарантує, що головка покриття не засмічується, вирішуючи проблему заклинювання фільтрації.
Розділ 4: Реальний випадок: від 15-ти до 3-разової заміни фільтрів
Минулого року ми допомогли виробнику електропровідної пасти з Південного Китаю провести діагностику. Їх CNT паста (багато-шарова, твердий вміст 12%, система NMP) використовувала фільтрувальний картридж на 200 меш, і їм доводилося міняти його 15-18 разів за зміну, що робило безперервне виробництво майже неможливим.
Ми внесли три зміни:
Додано лінійний емульгатор-з високим{1}}зсувом на виході з дисперсійного резервуару (пропустіть один раз перед входом у фільтр).
Змінено-ступеневу грубу фільтрацію з 200 меш на 50 меш → 120 меш → 200 меш.
Нагрівали пасту від кімнатної температури до 42 градусів і підтримували перемішування на вході.
Через три дні частота заміни фільтра зменшилася до 3 разів за зміну, а час одноразової-фільтрації зменшився з 4 годин до 1,5 годин. Загальна вартість становила менше 20 000 юанів.
Додаткова примітка:Пізніше ця фабрика зробила ще одну річ - вони перейшли до іншого постачальника CNT і вибрали нас. Після модифікації поверхні вихідний стан дисперсії був кращим, а тиск фільтрації впав ще приблизно на 30%. Це підтверджує принцип: оптимізація процесів і модернізація ланцюга поставок повинні проводитися одночасно.
Розділ 5: Резюме одним реченням
Труднощі з фільтрацією електропровідної пасти CNT є, по суті, результатом суперпозиції трьох факторів: «довгі волокна + агломерація + висока в'язкість». Не очікуйте, що єдиний ультра-сітковий фільтр тонкого очищення вирішить усі проблеми. Натомість використовуйте комбіновану стратегію «попередньої обробки для відкриття агломератів, поетапної фільтрації для розподілу навантаження, контролю температури та перемішування для зменшення в’язкості та зміни типу обладнання, якщо необхідно».
У той же час не забувайте, що вибір правильного постачальника вгору – це найкраща оптимізація процесу. Технічно досвідчений виробник CNT може заощадити вам 80% подальших проблем з фільтрацією на етапі проектування продукту. Якщо ваша виробнича лінія страждає від засмічення екрану, спробуйте спочатку вибрати 2-3 із 7 методів, наведених вище, і водночас поговоріть зі своїм постачальником щодо вибору продукту. Зазвичай ви повинні помітити значне покращення протягом тижня.