Er agglomeration den største vanskelighed ved kulstofnanorørspulver?

En af de største procesvanskeligheder ved carbon nanorørpulver i praktiske applikationer er faktisk agglomeration, og almindelig tørpulveromrøring kan typisk kun forbedre makroskopisk blanding. Det er meget vanskeligt fuldstændigt at adskille stabile CNT-bundter ved lav-tørblanding alene.

Kulstofnanorør har høje billedformater, relativt store specifikke overfladearealer og stærke inter-rørinteraktioner, hvilket gør dem tilbøjelige til at danne bundtlignende- eller agglomererede strukturer under forberedelse, opbevaring og transport. Forskning viser, at van der Waals interaktioner mellem CNT'er fremmer dannelsen af ​​bundter og aggregater, hvilket også er en-langvarig spredningsudfordring, da kulstofnanorør flyttes fra laboratoriematerialer til industrielle applikationer. Men der er et problem her, som let overses: "Rør det sorte pulver jævnt" ≠ "Virkelig at sprede kulstofnanorørene." For fabrikker er det, der virkelig skal bedømmes:

Kan tørpulver-omrøring bryde CNT-agglomerater ned til målstørrelsen?

Kan CNT'er ensartet komme ind i matrixen?

Vil de re-agglomere under efterfølgende behandling?

Vil CNT-længden blive forkortet under dispergering?

Disse spørgsmål afgør, om kulstof nanorørpulver i sidste ende kan udføre sine behørige ledende, forstærkende eller elektromagnetiske afskærmningsfunktioner.

I. Hvorfor er kulstof nanorørspulver særlig tilbøjelig til agglomerering?

Den grundlæggende årsag til, at kulstofnanorør er tilbøjelige til at agglomerere, er den kombinerede effekt af højt specifikt overfladeareal og stærke inter-rør-interaktioner, som gør individuelle CNT'er uvillige til at forblive adskilt fra hinanden på lang sigt.

Carbon nanorør er ikke almindelige sfæriske partikler.

De har meget specielle egenskaber:

Nanoskala diameter;

Mikron-skala eller endnu længere længde;

Højt billedformat;

grafitiseret overflade;

Relativt stort effektivt kontaktareal.

Når et stort antal CNT'er kommer i kontakt, dannes der let bundtlignende strukturer mellem rørene. CNT'er danner krystallinske bundter på grund af stærk van der Waals-tiltrækning, og denne selv-aggregeringsadfærd er en vigtig hindring, der påvirker CNT-behandling og praktiske applikationer. Det høje specifikke overfladeareal, hydrofobe overflade, van der Waals-kræfter og π-π-vekselvirkninger af CNT'er får dem til at danne aggregater eller bundter-lignende strukturer af varierende størrelse i mange polymerer og almindelige opløsningsmidler. Derfor betyder forekomsten af ​​agglomeration i kulstofnanorørpulver ikke nødvendigvis, at produktkvaliteten er dårlig.

En vis grad af agglomeration er i sig selv en af ​​materialets egenskaber ved CNT-pulver.

Det, der virkelig skal kontrolleres, er: Hvor store agglomeraterne er, hvor tæt bundet de er, og om de effektivt kan de-deagglomereres efter indtræden i det endelige system.

II. Hvad er "Agglomerationen" i kulstofnanorørspulver helt præcist?

Agglomerering i CNT-pulver er ikke blot nogle få partikler, der klæber sammen, men kan være en kompleks struktur dannet trin for trin af individuelle rør, bundtlignende strukturer og større sekundære agglomerater.

Det kan simpelthen forstås som tre niveauer:

Første niveau: Individuel CNT

Dette er den ideelle enkelt-rørtilstand.

Andet niveau: CNT-pakke

Flere kulstofnanorør flugter med hinanden i en bestemt retning og danner et bundt.

Tredje niveau: Makroskopisk agglomerat

Et stort antal CNT-bundter vikler sig yderligere ind og komprimerer og danner synlige eller mikron-skala pulveragglomerater.

Forskning har observeret, at CNT'er i ustabile dispersionssystemer først kan danne tilnærmelsesvis parallelle bundter indeholdende omkring 2-6 rør, og derefter yderligere danne tredimensionelle netværksagglomeratstrukturer.

Derfor: En lille sort partikel set af fabrikken er måske ikke en "partikel" indvendigt, men en stor masse af sammenflettede kulstofnanorør.

III. Kan almindelig tørpulveromrøring direkte bryde kulstofnanorør op?

Det kan forbedre makroskopisk ensartethed, men kan typisk ikke fuldstændigt dissociere stabile CNT-bundter til ideelle individuelle rør eller fine bundtlignende strukturer-.

Dette er nøglen til at forstå "tørpulverdispersion af kulstof nanorør."

Almindelig tørblandingsudstyr giver hovedsageligt:

omrøring;

Konvektion;

Friktion;

Kompression;

En vis grad af forskydning.

Det kan lave CNT-pulver fra: Store agglomerater → Relativt ensartet pulverblanding. Men det kan ikke nødvendigvis opnå yderligere: Store agglomerater → Små agglomerater → CNT-bundter → Individuelt rør-dispersion.

Eksisterende forskning har specifikt sammenlignet CNT tør-state mekanisk de-agglomerering med våd forarbejdning og påpeget, at traditionel mekanisk blanding kan bruge kræfter som forskydning, kompression og friktion til at bryde agglomerater op, men for tæt agglomererede MWCNT'er er den de{2}mekaniske metode for konventionel metode ofte begrænset.

Så hvis en fabrik siger: "Vi rørte CNT'erne og harpikspulveret sammen i 30 minutter, og det ser allerede ensartet ud."

Denne konklusion kan kun indikere: Makroskopisk blanding er relativt ensartet. Det kan endnu ikke bevises: CNT'er er blevet fuldstændigt spredt i mikroskopisk skala.

IV. Hvorfor kan tørpulveromrøring se ensartet ud, men CNT-agglomerater kan stadig eksistere?

Fordi makroskopisk ensartethed og nanoskala ensartethed er to helt forskellige begreber.

For eksempel tilsættes 1 kg kulstof nanorør til en 100 kg batch af harpiks.

Efter tørpulverblanding kan det se meget ensartet ud fra prøvebeholderen, farven og det visuelle udseende.

Men efter forstørrelse kan følgende stadig eksistere:

agglomerater på 10 μm-niveau;

Flere -μm-niveau CNT-bundter;

Lokale regioner med høj-koncentration;

CNT-netværk er ikke fuldt udfoldet.

Dette kan forstås med følgende koncept:

Det egentlige mål er ikke, at alle applikationer skal opnå "fuldstændig spredning af individuelle CNT'er." Det virkelig rimelige mål er at opnå en spredningsskala, der matcher den endelige produktydelse.

V. Hvorfor er dispersion af tørt kulstof nanorør vanskeligere end almindeligt pulver?

Det høje aspektforhold og det høje specifikke overfladeareal af CNT'er giver dem stærkere sammenfiltring og agglomerationstendenser sammenlignet med almindelige sfæriske fyldstoffer.

En sammenligning kan laves:

Derfor kan det ikke blot antages, at: "Nanopulvere kan løses ved blot at øge omrøringshastigheden." CNT-spredning er et problem, der i fællesskab bestemmes af energiinput, interfaciale interaktioner og materialestruktur.

VI. Hvordan bedømmer man, om kulstof nanorørspulver virkelig er spredt?

Du kan ikke bare se på farve og visuel observation. Som minimum bør bedømmelsen kombinere agglomeratstørrelse, mikroskopisk morfologi, viskositet eller endelig ydeevne.

Det anbefales at vælge testmetoder i henhold til applikationen.

Blandt disse er den endelige ydeevnetest ofte mere meningsfuld end at forfølge et bestemt antal partikelstørrelser alene.

For selvom et CNT-system ser godt spredt ud under et mikroskop, kan det ikke betragtes som en sand processucces, hvis den endelige ledningsevne ikke forbedres.

VII. Hvilken spredningsproces skal bruges til kulstofnanorørspulver?

En relativt pålidelig tilgang er at bruge en gradueret proces med "for-blanding af-af-agglomeration-stabilisering-verifikation i stedet for at bruge maksimal mekanisk energi fra starten.

Trin 1: For-blanding

Tillad først CNT'er at etablere ensartet kontakt med hovedmaterialet eller dispersionsmediet.

Trin 2: Forøg gradvist forskydning

Øg gradvist den mekaniske energi i overensstemmelse med graden af ​​agglomeration.

Trin 3: Brug ultralyd eller slibning, når det er nødvendigt

For flydende-fasesystemer kan agglomeratstørrelsen reduceres yderligere gennem ultralyd, høj forskydning eller slibning.

Trin 4: Stabilisering

Brug dispergeringsmidler eller overflademodifikationsmetoder, der er egnede til systemet for at reducere sandsynligheden for re-agglomering.

Trin 5: Bekræftelse

Prøv som minimum:

Agglomerat størrelse;

Viskositet;

Sedimentation;

CNT længde;

Endelig ledende ydeevne.

Denne tilgang er i overensstemmelse med den almindelige rute for "blanding af-ultralyd-stabilisering-performancebekræftelse" i CNT-spredningsforskning. Relaterede anmeldelser behandler også mekanisk blanding, ultralyd og stabilisering som hovedtrinene i CNT flydende-fase/komposit dispersionsdesign.

VIII. Er spredningsbesværet det samme for forskellige kulstofnanorørspulvere?

Nej. Rørdiameter, længde, renhed, overfladetilstand og agglomerationsgrad påvirker alle den endelige dispergeringsproces.

Derfor kan man ikke direkte kopiere en andens: "500 W + 30 minutter," og så antage, at deres egne CNT'er nødvendigvis vil opnå den samme effekt.

CNT-spredningsparametre skal bestemmes i kombination med: Materialespecifikationer + Faststofindhold + Medium + Dispergeringsmiddel + Udstyr.

IX. Hvordan hjælper Shandong Tanfeng kunder med at løse agglomerationsproblemer som producent af kulstofnanorørspulver?

En virkelig værdifuld CNT-leverandør bør ikke blot levere en pulverspecifikationstabel, men bør også hjælpe kunder med at korrelere materialeparametre med faktiske dispergeringsprocesser.

Som producent af kulstofnanorørpulver kan Shandong Tanfeng matche kundens endelige anvendelse:

CNT type;

Rør diameter;

Længde;

renhed;

Specifikt overfladeareal;

Overfladetilstand;

Ansøgningssystem;

Anbefalet spredningsretning.

For eksempel, hvis kunden har at gøre med:

Ledende plast:Hovedfokus på rørdiameter + længde + aspektforhold + ekstruderingsforskydningsforhold

Vandig opslæmning:Hovedfokus på befugtning + dispergeringsmiddel + forskydning/ultralyd + stabilitet

NMP-system:Nøglefokus på opløsningsmiddelkompatibilitet + dispersionstilstand + faststofindhold + viskositet

Gummiblanding:Hovedfokus på aspektforhold + grænsefladebinding + blandingsproces

Derfor kan Shandong Tanfengs produktudvælgelseslogik yderligere skifte fra: "Hvilken model skal sælges" til: "Hvilket spredningsproblem skal kunden løse."

X. Er agglomeration i kulstofnanorørspulver et tegn på dårlig kvalitet?

Det kan ikke blot bedømmes på denne måde, fordi en vis grad af agglomeration i tør pulvertilstand er en almindelig adfærd for selve materialet.

Hvad der virkelig skal skelnes er:

Normal pulveragglomereringkan gen-spredes gennem rimelige processer.

Over-komprimeret agglomerationkræver væsentlig højere energi for at åbne.

Agglomeration forårsaget af materialets overfladetilstandkan kræve ændring af dispergeringssystemet.

Irreversibel agglomeration forårsaget af procesbehandlingkan allerede have påvirket det endelige produkts ydeevne.

Derfor skal du under indkøb ikke blot kræve: "Pudret må absolut ikke have nogen agglomeration."

Et mere rimeligt krav er: "Hvilket spredningsniveau kan pulveret opnå under mit målsystem og procesbetingelser?"

XI. FAQ

Er agglomeration den største vanskelighed ved kulstofnanorørspulver?

Agglomerering er faktisk en af ​​de vigtigste procesvanskeligheder i CNT industrielle applikationer, men det er ikke den eneste vanskelighed. Ud over agglomeration skal befugtning, dispersionsstabilitet, sideforholdsbevarelse, viskositet, grænsefladebinding og batchstabilitet også tages i betragtning.

Kan tørpulveromrøring direkte bryde kulstofnanorør op?

Det kan forbedre makroskopisk blanding, men almindelig tørpulver-omrøring kan typisk ikke garantere fuldstændig dissociation af tætbundne CNT-bundter. Hvis slutproduktet har høje krav til mikroskopisk dispersion, er yderligere høj forskydning, smelteblanding eller våd dispersion typisk nødvendig.

Hvorfor er kulstofnanorør tilbøjelige til at danne agglomerater?

Hovedsageligt relateret til stærke inter-tube van der Waals-interaktioner, højt specifikt overfladeareal og en-dimensionel struktur med højt billedformat.

Kan ultralyd fuldstændig løse CNT agglomeration?

Det kan ikke garanteres. Ultralyd kan forbedre spredningen i flydende-fase markant, men effekten afhænger af CNT-specifikationer, medium, dispergeringsmiddel, koncentration og energiinput, og overdreven ultralyd kan forårsage reduktion af CNT-længde.

Er finere spredning af kulstofnanorør altid bedre?

Nej. Der skal findes en balance mellem agglomeratreduktion, spredningsstabilitet, ledende netværk og CNT-længdebevarelse.

Hvilke anvendelser er CNT-tørblanding egnet til?

Tørblanding er relativt velegnet til pulverfor-blanding, tørblanding af polymerer, masterbatch og nogle pulverbearbejdningsruter. Hvis slutproduktet er vandigt eller NMP-opslæmning, er der typisk stadig behov for dispergeringsprocesser i flydende-fase.

Hvordan bedømmer man, om CNT-pulver er let at sprede?

Du kan ikke bare se på renhed. Det anbefales samtidig at sammenligne rørdiameter, længde, specifikt overfladeareal, pulveragglomereringstilstand og kræve, at leverandører leverer TEM/SEM og dispersionstestdata for målsystemet.

Kan Shandong Tanfeng give spredningsanbefalinger?

Ja. Tilsvarende produkttilpasnings- og dispergeringsprocesanbefalinger kan leveres baseret på rørdiameteren, længden, renheden af ​​CNT-pulveret og kundens vandige, NMP-, harpiks- eller andre påføringssystemer.

Carbon nanorør er ikke "svære at omrøre jævnt"-Snarere, hvad ægte spredning betyder, skal forstås korrekt

Agglomerering af kulstofnanorørpulver er en typisk forarbejdningsudfordring forårsaget af dets nanostruktur, og almindelig tørpulveromrøring løser hovedsageligt makroskopisk ensartethed, som ikke automatisk kan svare til nanoskala--agglomerering.

For nogle ledende plastmaterialer, pulverkompositmaterialer og masterbatch-processer: Tørblanding → Høj forskydning/ekstrudering → Slutbehandling kan helt blive en rimelig rute.

For vandige, NMP og andre væskesystemer: For-befugtning → Høj forskydning → Ultralyd/slibning → Stabilisering → Ydelsesverifikation er typisk mere egnet.

Og en virkelig fremragende CNT-spredningsproces er ikke: "At bryde CNT'er så fint som muligt." Men snarere: "Brug af tilstrækkelig energi til at åbne uønskede agglomerater og samtidig bevare den effektive længde og struktur af CNT'er så meget som muligt."

Dette er også det mest bemærkelsesværdige punkt ved køb af kulstof nanorørspulver-materialeparametre bestemmer udgangspunktet, og spredningsprocessen bestemmer, om materialets ydeevne virkelig kan frigives.

Som producent af kulstofnanorørpulver kan Shandong Tanfeng, udover at levere kulstofnanorørpulver med forskellige specifikationer, også matche materialer fra dimensioner som rørdiameter, længde, renhed, specifikt overfladeareal og målspredningssystem i henhold til kundens endelige anvendelse. For kunder, der har brug for vandig, NMP, harpiksblanding eller ledende plastapplikationer, i stedet for blot at sammenligne "hvilken virksomheds pulver er billigere", anbefales det mere direkte at sammenligne agglomerationstilstanden, tilsætningsmængden, ledende ydeevne og batchstabilitet under den samme dispergeringsproces.

Den sande værdi af kulstof nanorørspulver ligger ikke i, hvor ensartet selve pulveret ser ud, men i om det kan danne et effektivt funktionelt netværk med passende struktur efter at være kommet ind i det endelige produkt.