Er agglomerasjon den største vanskeligheten med karbon nanorørpulver?

En av de største prosessvanskene med karbon nanorørpulver i praktiske applikasjoner er faktisk agglomerering, og vanlig tørrpulverrøring kan vanligvis bare forbedre makroskopisk blanding. Det er veldig vanskelig å fullstendig dissosiere stabile CNT-bunter ved lav-tørrblanding alene.

Karbonnanorør har høye sideforhold, relativt store spesifikke overflatearealer og sterke inter-rørinteraksjoner, noe som gjør dem utsatt for å danne buntlignende- eller agglomererte strukturer under klargjøring, lagring og transport. Forskning viser at van der Waals-interaksjoner mellom CNT-er fremmer dannelsen av bunter og aggregater, noe som også er en-langvarig spredningsutfordring ettersom karbon-nanorør beveger seg fra laboratoriematerialer til industrielle applikasjoner. Men det er et problem her som lett overses: "Rør det svarte pulveret jevnt" ≠ "Skriver virkelig karbon-nanorørene." For fabrikker er det som virkelig må bedømmes:

Kan tørrpulverrøring bryte CNT-agglomerater ned til målstørrelsen?

Kan CNT-er jevnt inn i matrisen?

Vil de re-agglomere seg under påfølgende behandling?

Vil CNT-lengden bli forkortet under dispergering?

Disse spørsmålene avgjør om karbon nanorørpulver til slutt kan utføre sine ledende, forsterkende eller elektromagnetiske skjermingsfunksjoner.

I. Hvorfor er karbon nanorørpulver spesielt utsatt for agglomerering?

Den grunnleggende årsaken til at nanorør av karbon er utsatt for agglomerering er den kombinerte effekten av høyt spesifikt overflateareal og sterke inter-rørinteraksjoner, som gjør at individuelle CNT-er ikke vil forbli atskilt fra hverandre på lang sikt.

Karbonnanorør er ikke vanlige sfæriske partikler.

De har veldig spesielle egenskaper:

Nanoskala diameter;

Mikron-skala eller enda lengre lengde;

Høyt sideforhold;

grafitisert overflate;

Relativt stor effektiv kontaktflate.

Når et stort antall CNT-er kommer i kontakt, dannes det lett-buntlignende strukturer mellom rørene. CNT-er danner krystallinske bunter på grunn av sterk van der Waals-tiltrekning, og denne selv-aggregeringsatferden er en viktig hindring som påvirker CNT-behandling og praktiske applikasjoner. Det høye spesifikke overflatearealet, den hydrofobe overflaten, van der Waals-kreftene og π-π-interaksjonene til CNT-er fører til at de danner aggregater eller bunter -lignende strukturer av varierende størrelse i mange polymerer og vanlige løsningsmidler. Utseendet til agglomerering i karbon nanorørpulver betyr derfor ikke nødvendigvis at produktkvaliteten er dårlig.

En viss grad av agglomerering er i seg selv en av materialegenskapene til CNT-pulver.

Det som virkelig må kontrolleres er: Hvor store agglomeratene er, hvor tett bundet de er, og om de effektivt kan de-agglomereres etter å ha kommet inn i det endelige systemet.

II. Hva er egentlig "Agglomerasjonen" i karbon nanorørpulver?

Agglomerasjon i CNT-pulver er ikke bare noen få partikler som fester seg sammen, men kan være en kompleks struktur dannet trinnvis fra individuelle rør, buntlignende strukturer og større sekundære agglomerater.

Det kan enkelt forstås som tre nivåer:

Første nivå: Individuell CNT

Dette er den ideelle enkelt-rørtilstanden.

Andre nivå: CNT-pakke

Flere karbon-nanorør justeres med hverandre i en bestemt retning, og danner en bunt.

Tredje nivå: Makroskopisk agglomerat

Et stort antall CNT-bunter vikler seg ytterligere inn og kompakterer, og danner synlige pulveragglomerater eller mikron-skala.

Forskning har observert at CNT-er i ustabile dispersjonssystemer først kan danne omtrent parallelle bunter som inneholder omtrent 2-6 rør, og deretter danne tredimensjonale nettverksagglomeratstrukturer.

Derfor: En liten svart partikkel sett av fabrikken er kanskje ikke en "partikkel" internt, men en stor masse sammenflettede karbon-nanorør.

III. Kan vanlig tørt pulverrøring bryte opp karbonnanorør direkte?

Det kan forbedre makroskopisk ensartethet, men kan vanligvis ikke fullstendig dissosiere stabile CNT-bunter til ideelle individuelle rør eller finbuntlignende strukturer-.

Dette er nøkkelen til å forstå "tørrpulverdispersjon av karbon nanorør."

Vanlig tørrblandingsutstyr gir hovedsakelig:

røring;

konveksjon;

Friksjon;

Kompresjon;

En viss grad av skjæring.

Det kan gjøre CNT-pulver fra: Store agglomerater → Relativt jevn pulverblanding. Men det trenger ikke nødvendigvis å oppnå ytterligere: Store agglomerater → Små agglomerater → CNT-bunter → Individuelle rør-nivådispersjon.

Eksisterende forskning har spesifikt sammenlignet CNT tørr-statsmekanisk de-agglomerasjon med våt prosessering, og påpeker at tradisjonell mekanisk blanding kan bruke krefter som skjærkraft, kompresjon og friksjon for å bryte opp agglomerater, men for tett agglomererte MWCNT-er er de{2}mekaniske metodene ofte begrenset til konvensjonell mekanisk kapasitet.

Så hvis en fabrikk sier: "Vi rørte CNT-ene og harpikspulveret sammen i 30 minutter, og det ser allerede ensartet ut."

Denne konklusjonen kan bare indikere: Makroskopisk blanding er relativt jevn. Det kan ennå ikke bevise: CNT-er har blitt fullstendig spredt i mikroskopisk skala.

IV. Hvorfor kan tørrpulverrøring se enhetlig ut, men CNT-agglomerater kan fortsatt eksistere?

Fordi makroskopisk uniformitet og nanoskala uniformitet er to helt forskjellige konsepter.

For eksempel tilsettes 1 kg karbon nanorør til en 100 kg batch med harpiks.

Etter tørrpulverblanding kan det se veldig jevnt ut fra prøvetakingsbeholderen, fargen og det visuelle utseendet.

Men etter forstørrelse kan følgende fortsatt eksistere:

agglomerater på 10 μm-nivå;

Flere -μm-nivå CNT-bunter;

Lokale regioner med høy-konsentrasjon;

CNT-nettverk er ikke helt utfoldet.

Dette kan forstås med følgende konsept:

Det faktiske målet er ikke at alle søknader må oppnå "fullstendig spredning av individuelle CNTer." Det virkelig fornuftige målet er å oppnå en spredningsskala som samsvarer med den endelige produktytelsen.

V. Hvorfor er karbon nanorør tørr pulverdispersjon vanskeligere enn vanlig pulver?

Det høye sideforholdet og det høye spesifikke overflatearealet til CNT-er gir dem sterkere sammenfiltring og agglomereringstendenser sammenlignet med vanlige sfæriske fyllstoffer.

En sammenligning kan gjøres:

Derfor kan det ikke bare antas at: "Nanopulver kan løses ved å bare øke rørehastigheten." CNT-spredning er et problem som i fellesskap bestemmes av energitilførsel, interfacial interaksjoner og materialstruktur.

VI. Hvordan bedømme om karbon nanorørpulver virkelig er spredt?

Du kan ikke bare se på farger og visuell observasjon. Som et minimum bør vurdering kombinere agglomeratstørrelse, mikroskopisk morfologi, viskositet eller endelig ytelse.

Det anbefales å velge testmetoder i henhold til applikasjonen.

Blant disse er endelig ytelsestesting ofte mer meningsfylt enn å forfølge en viss partikkelstørrelse alene.

For selv om et CNT-system ser godt spredt ut under et mikroskop, hvis den endelige ledningsevnen ikke forbedres, kan det ikke betraktes som en sann prosessuksess.

VII. Hvilken spredningsprosess bør brukes for karbon nanorørpulver?

En relativt pålitelig tilnærming er å bruke en gradert prosess med «pre-miksing-de-agglomerasjon-stabilisering-verifisering, i stedet for å bruke maksimal mekanisk energi fra starten.

Trinn 1: For-miksing

La først CNT-er etablere jevn kontakt med hovedmaterialet eller dispersjonsmediet.

Trinn 2: Øk skjæringen gradvis

Øk gradvis mekanisk energi i henhold til graden av agglomerasjon.

Trinn 3: Bruk ultralyd eller sliping når det er nødvendig

For flytende-fasesystemer kan agglomeratstørrelsen reduseres ytterligere gjennom ultralyd, høy skjærkraft eller sliping.

Trinn 4: Stabilisering

Bruk dispergeringsmidler eller overflatemodifikasjonsmetoder som er egnet for systemet for å redusere sannsynligheten for re-agglomerasjon.

Trinn 5: Verifisering

Test minst:

Agglomerat størrelse;

Viskositet;

Sedimentering;

CNT lengde;

Endelig ledende ytelse.

Denne tilnærmingen er i samsvar med den vanlige ruten for "miksing-ultralyd-stabilisering-ytelsesverifisering" i CNT-spredningsforskning. Relaterte anmeldelser behandler også mekanisk blanding, ultralyd og stabilisering som hovedtrinnene i CNT-væske-fase-/komposittdispersjonsdesign.

VIII. Er spredningsvanskeligheten den samme for forskjellige nanorørpulver i karbon?

Nei. Rørdiameter, lengde, renhet, overflatetilstand og agglomerasjonsgrad påvirker alle den endelige dispersjonsprosessen.

Derfor kan man ikke direkte kopiere andres: "500 W + 30 minutter," og deretter anta at deres egne CNT-er nødvendigvis vil oppnå samme effekt.

CNT-spredningsparametere må bestemmes i kombinasjon med: Materialspesifikasjoner + Faststoffinnhold + Medium + Dispergeringsmiddel + Utstyr.

IX. Hvordan hjelper Shandong Tanfeng kundene med å løse agglomerasjonsproblemer som produsent av karbon nanorørpulver?

En virkelig verdifull CNT-leverandør bør ikke bare gi en pulverspesifikasjonstabell, men bør også hjelpe kundene med å korrelere materialparametere med faktiske spredningsprosesser.

Som produsent av karbon nanorørpulver kan Shandong Tanfeng matche kundens endelige søknad:

CNT type;

Rør diameter;

Lengde;

Renhet;

Spesifikt overflateareal;

Overflatetilstand;

Søknadssystem;

Anbefalt spredningsretning.

For eksempel, hvis kunden har å gjøre med:

Ledende plast:Hovedfokus på rørdiameter + lengde + sideforhold + ekstruderingsskjærforhold

Vannholdig slurry:Hovedfokus på fukting + dispergeringsmiddel + skjær/ultralyd + stabilitet

NMP-system:Hovedfokus på løsningsmiddelkompatibilitet + dispersjonstilstand + fast innhold + viskositet

Gummiblanding:Hovedfokus på sideforhold + grensesnittbinding + blandingsprosess

Derfor kan Shandong Tanfengs produktutvalgslogikk skifte ytterligere fra: "Hvilken modell skal selges," til: "Hvilket spredningsproblem må kunden løse."

X. Er agglomerering i karbon nanorørpulver et tegn på dårlig kvalitet?

Det kan ikke bare bedømmes på denne måten, fordi en viss grad av agglomerering i tørr pulvertilstand er en vanlig oppførsel av selve materialet.

Det som virkelig må skilles er:

Normal pulveragglomereringkan gjen-spres gjennom rimelige prosesser.

Over-komprimert agglomerasjonkrever betydelig høyere energi for å åpne.

Agglomerasjon forårsaket av materialets overflatetilstandkan kreve endring av dispersjonssystemet.

Irreversibel agglomerasjon forårsaket av prosessbehandlingkan allerede ha påvirket sluttproduktytelsen.

Derfor, under anskaffelse, ikke bare kreve: "Pudret må ha absolutt ingen agglomerering."

Et mer rimelig krav er: "Under mitt målsystem og prosessforhold, hvilket spredningsnivå kan pulveret oppnå?"

XI. FAQ

Er agglomerasjon den største vanskeligheten med karbon nanorørpulver?

Agglomerasjon er faktisk en av kjerneprosessvanskelighetene i CNT industrielle applikasjoner, men det er ikke den eneste vanskeligheten. I tillegg til agglomerering, må fukting, dispersjonsstabilitet, sideforholdsbevaring, viskositet, grenseflatebinding og batchstabilitet også vurderes.

Kan tørrpulverrøring direkte bryte opp karbonnanorør?

Det kan forbedre makroskopisk blanding, men vanlig tørrpulverrøring kan vanligvis ikke garantere fullstendig dissosiasjon av tettbundne CNT-bunter. Hvis sluttproduktet har høye krav til mikroskopisk dispersjon, er det vanligvis nødvendig med ytterligere høy skjærkraft, smelteblanding eller våtdispersjon.

Hvorfor er karbon nanorør utsatt for å danne agglomerater?

Hovedsakelig relatert til sterke inter-tube van der Waals-interaksjoner, høyt spesifikt overflateareal og en-dimensjonal struktur med høyt sideforhold.

Kan ultralyd fullstendig løse CNT-agglomerasjon?

Det kan ikke garanteres. Ultralyd kan forbedre væskefasespredningen betydelig, men effekten avhenger av CNT-spesifikasjoner, medium, dispergeringsmiddel, konsentrasjon og energitilførsel, og overdreven ultralyd kan forårsake reduksjon av CNT-lengde.

Er finere spredning av karbon nanorør alltid bedre?

Nei. En balanse må finnes mellom agglomeratreduksjon, dispersjonsstabilitet, ledende nettverk og CNT-lengdebevaring.

Hvilke bruksområder er CNT tørrblanding egnet for?

Tørrblanding er relativt egnet for pulverfor-blanding, tørr polymerblanding, masterbatch og noen pulverbehandlingsruter. Hvis sluttproduktet er vandig eller NMP-slurry, er det vanligvis fortsatt behov for flytende-fasedispersjonsprosesser.

Hvordan bedømme om CNT-pulver er lett å spre?

Du kan ikke bare se på renhet. Det anbefales å sammenligne rørdiameter, lengde, spesifikt overflateareal, pulveragglomerasjonstilstand samtidig, og kreve at leverandører oppgir TEM/SEM- og spredningstestdata for målsystemet.

Kan Shandong Tanfeng gi spredningsanbefalinger?

Ja. Tilsvarende produkttilpasnings- og dispersjonsprosessanbefalinger kan gis basert på rørdiameteren, lengden, renheten til CNT-pulveret og kundens vandige, NMP-, harpiks- eller andre påføringssystemer.

Karbonnanorør er ikke "vanskelige å røre jevnt"-Snarere må man forstå hva sann spredning betyr

Agglomerering av nanorørpulver av karbon er en typisk prosesseringsutfordring forårsaket av nanostrukturen, og vanlig tørrpulverrøring løser hovedsakelig makroskopisk ensartethet, som ikke automatisk kan tilsvare nanoskala de-agglomerering.

For noen ledende plaster, pulverkomposittmaterialer og masterbatch-prosesser: Tørrblanding → Høy skjær/ekstrudering → Sluttbehandling kan helt bli en rimelig vei.

For vandige, NMP og andre væskesystemer: For-fukting → Høy skjærkraft → Ultralyd/sliping → Stabilisering → Ytelsesverifisering er vanligvis mer egnet.

Og en virkelig utmerket CNT-spredningsprosess er ikke: "Å bryte CNT-er så fint som mulig." Men snarere: "Bruke tilstrekkelig energi til å åpne uønskede agglomerater samtidig som den effektive lengden og strukturen til CNTs bevares så mye som mulig."

Dette er også det mest bemerkelsesverdige punktet når du kjøper karbon nanorørpulver-materialparametere bestemmer utgangspunktet, og spredningsprosessen avgjør om materialets ytelse virkelig kan frigjøres.

Som en produsent av karbon nanorørpulver kan Shandong Tanfeng, i tillegg til å tilby karbon nanorørpulver med forskjellige spesifikasjoner, også matche materialer fra dimensjoner som rørdiameter, lengde, renhet, spesifikt overflateareal og målspredningssystem i henhold til kundens endelige applikasjon. For kunder som trenger bruk av vandig, NMP, harpiksblanding eller ledende plast, i stedet for bare å sammenligne "hvilket selskaps pulver er billigere", er det mer anbefalt å direkte sammenligne agglomerasjonstilstanden, tilsetningsmengden, ledende ytelse og batchstabilitet under samme dispersjonsprosess.

Den sanne verdien av karbon nanorørpulver ligger ikke i hvor ensartet selve pulveret ser ut, men i om det kan danne et effektivt funksjonelt nettverk med passende struktur etter å ha kommet inn i sluttproduktet.