Lage Carbon Nanotube Masterbatch fra Carbon Nanotube Powder

Å lage karbon nanorør masterbatch fra karbon nanorør pulver er en viktig måte å virkelig introdusere høyytelses CNT nanomaterialer i plastbehandlingssystemet. Sammenlignet med direkte tilsetning av karbon-nanorørpulver i polymerer som PP, PE, PA, ABS og PC, sprer karbon-nanorør-masterbatch vanligvis først jevnt karbon-nanorør med høyere konsentrasjon inn i en harpiksbærer gjennom smelteblanding og ekstrudering, og fortynnes deretter til sluttproduktet i henhold til måltilsetningsmengden.

Kjernen i denne prosessen er ikke bare å "blande karbon-nanorør og plast sammen", men å løse tre praktiske problemer: Hvordan få CNT-er inn i polymersmelten, hvordan man oppnår effektiv dispersjon under begrenset termomekanisk energi, og hvordan man gjør den endelige masterbatchen i stand til stabil fortynning og danner et kontinuerlig ledende nettverk.

I. Hvorfor lage masterbatch av karbon nanorørspulver i stedet for å legge det direkte til plast?

Hovedårsaken er: Karbon nanorør masterbatch kan konsentrere det vanskeligste å kontrollere CNT-dispersjonstrinnet i høykonsentrasjons-predispersjonstrinnet, og deretter fullføre den endelige tilsetningen gjennom påfølgende fortynning.

Selv om tilsetningsmengden av CNT-pulver vanligvis ikke er høy, betyr dets nanoskala, høye sideforhold og tendens til å danne agglomererte strukturer at det kanskje ikke er i stand til å spre seg raskt og jevnt etter direkte inn i polymersmelten.

Spesielt for industriell produksjon gir direkte tillegg også:

pulver støv;

Vanskeligheter med å måle spor CNT-er nøyaktig;

Ujevn fôring;

Økt spredningstid;

Forsterkede batchforskjeller;

Økte problemer med produksjonsmiljøstyring.

Til sammenligning tilsvarer masterbatch å "sette" CNT-er i en polymerbærer på forhånd.

Den typiske ruten kan forstås som: CNT-pulver → Høykonsentrasjon CNT-masterbatch → Fortynning med basisharpiks → Endelige ledende/antistatiske plastprodukter.

CNT masterbatch bruker vanligvis høyere CNT-belastning, og forbereder deretter det endelige komposittmaterialet gjennom masterbatch-fortynning; denne metoden bidrar til å redusere spredningsvanskeligheten ved å legge til CNT-er direkte, samtidig som den forbedrer driftskomforten og CNT-måling.

II. Hva er Carbon Nanotube Masterbatch?

Karbon nanorør masterbatch er i hovedsak et forhåndsdispergert konsentrert materiale av "høykonsentrasjon CNT + polymerbærer."

Den bruker vanligvis termoplastisk harpiks som bærer, for eksempel:

PP;

PE;

PA;

ABS;

PC;

PBT;

TPU;

EVA;

Andre termoplastiske materialer som matcher den endelige harpiksen.

I likhet med vanlig plastfargemasterbatch, må karbon nanorør masterbatch også gjennomgå trinn som ekstrudering, avkjøling og pelletisering for å danne granulære produkter.

Men det tekniske fokuset til CNT masterbatch skiller seg fra vanlig farge masterbatch.

Vanlig farge masterbatch løser hovedsakelig: Om pigmentet kan fordeles jevnt.

CNT masterbatch fokuserer mer på: Hvorvidt CNT kan danne et stabilt, kontinuerlig nanoskala ledende nettverk egnet for sluttbehandling.

Derfor kan ytelsen til karbon nanorør masterbatch ikke bare bedømmes etter "om den er svart."

III. Hva er den grunnleggende produksjonsprosessen for Carbon Nanotube Masterbatch?

Den typiske industrielle karbon nanorør masterbatch forberedelse ruten er "forblanding-smelte-skjær dispersjon-ekstrudering-kjøling-pelletisering-testing."

Den grunnleggende prosessen kan representeres som:

CNT pulver utvalg

↓

Bæreharpiks tørking

↓

CNT og harpiks forblanding

↓

Dobbelskrue ekstrudermating

↓

Polymersmelting

↓

CNT dispersjon med høy skjærkraft

↓

Ensartet transport og ekstrudering

↓

Avkjøling

↓

Pelletisering

↓

Masterbatch testing

↓

Emballasje

Det som virkelig bestemmer produktets ytelse er ikke trinnet "kutte i pellets", men den foregående smeltedispersjonen og grensesnitttilpasningen.

IV. Hvorfor er dobbeltskrueekstruderen veldig viktig for å lage karbon nanorør masterbatch?

Ekstruderen med to skruer kan samtidig gi smelting, transport, distributiv blanding og dispersiv blanding, og er kjerneutstyret som vanligvis brukes i industriell produksjon av CNT termoplastisk masterbatch.

Etter at CNT-pulver kommer inn i ekstruderen, må polymeren først smeltes, deretter genereres skjær- og forlengelseseffekter gjennom skruekonfigurasjonen, noe som får CNT-agglomerater til å gradvis dissosiere og gå inn i harpikssystemet.

Sentrale fokusområder inkluderer:

Skrue konfigurasjon;

L/D;

Skrue hastighet;

Fôringshastighet;

Smeltetemperatur;

Oppholdstid;

Skjærstyrke;

dreiemoment;

Spesifikk mekanisk energi (SME).

Forskning viser at skruekonfigurasjon, hastighet, utgang og oppholdstid i dobbeltskrueekstrudering alle påvirker spredningstilstanden til CNT-er i masterbatch. For PCL/MWNT-systemet kan økende mekanisk energitilførsel forbedre CNT-spredningen, og forskjellige skruelengder og blandeelementkonfigurasjoner endrer også den endelige dispersjonseffekten.

V. Er høyere CNT-innhold i Carbon Nanotube Masterbatch alltid bedre?

CNT masterbatch forfølger ikke uendelig høyt innhold av karbon nanorør, men finner en balanse mellom "konsentrasjon, dispersjonsvansker, prosesseringsflytbarhet og endelig fortynningseffektivitet."

CNT masterbatch-konsentrasjoner er ikke helt ensartede. For eksempel påpeker en gjennomgang relatert til termisk ledningsevne at høyere CNT-belastninger er vanlige i industriell CNT-masterbatch, med typiske områder som når omtrent 15–20 vekt%; mens forskning på forskjellige polymersystemer også har brukt forskjellige konsentrasjoner som 7,5 vekt% og 10 vekt%.

Derfor bør en viss konsentrasjon ikke forstås som en enhetlig industristandard.

Ovennevnte er eksempelområder, ikke universelle standarder for alle CNT masterbatch.

Den virkelig rimelige masterbatch-konsentrasjonen bør bestemmes i fellesskap basert på: CNT-spesifikasjoner + Harpikssmelteviskositet + Ekstruderingsutstyr + Mål for endelig tilsetningsmengde.

VI. Hvorfor påvirker rørdiameteren og lengden på karbon-nanorør-pulver produksjonen av masterbatch?

Den geometriske strukturen til CNT-er i seg selv påvirker direkte smeltespredningsvansker og den endelige ledende nettverksdannelsesmetoden.

Generelt sett har CNT-er svært høye sideforhold. Denne endimensjonale strukturen er både en viktig fordel for å danne ledende nettverk og øker sammenfiltrings- og spredningsvansker under prosessering.

Forskningsanmeldelser påpeker at faktorer som sideforhold, orientering, belastning og overflatekjemi til CNT-er alle påvirker den endelige ytelsen til polymerkompositter.

Derfor, selv om begge er "MWCNT-pulver", hvis:

Produkt A har en lengre gjennomsnittlig lengde;

Produkt B har en kortere lengde;

De to kan være forskjellige i tvillingskruen når det gjelder: spredningsvansker, skjærfølsomhet, smelteviskositet og endelig ledende nettverk. Dette er også grunnen til at profesjonelle CNT-produsenter ikke bare kan gi kundene en «renhet»-parameter.

VII. Hva er forskjellen mellom direkte tilsetning av karbon nanorørpulver og å bruke karbon nanorør masterbatch?

For storskala plastbehandling gjør masterbatch det vanligvis lettere å oppnå stabile måling og produksjonsoperasjoner, men pulver gir høyere formuleringsfrihet.

Dette betyr ikke at masterbatch nødvendigvis er bedre enn pulver. Hvis kunden selv har evne til å dispergere modent nanomateriale og trenger å justere CNT-, harpiks- og tilsetningsformuleringer fritt, kan direkte bruk av pulver være mer fleksibelt.

VIII. Hvilken plast passer Carbon Nanotube Masterbatch for?

CNT masterbatch kan være bærertilpasset i henhold til forskjellige termoplastiske harpikser, hovedsakelig brukt til ledende, antistatiske, EMI-skjerming og funksjonelle komposittmaterialer.

Vanlige matriser inkluderer:

PP;

PE;

PA6;

PA66;

ABS;

PC;

PBT;

TPU;

KJÆLEDYR;

POM osv.

Søknadsanvisninger inkluderer:

1. Antistatisk plast

Bruk av CNT-er for å danne ledende nettverk, reduserer overflateladningsakkumulering av materialer.

2. Ledende plast

Brukes for materialsystemer som krever stabilt volum/overflateledningsevne.

3. EMI elektromagnetiske skjermingsmaterialer

Oppnå elektromagnetisk bølgedempning gjennom ledende nettverk og materialstrukturer.

4. Ledende filmer

Brukes til emballasje, elektroniske materialer og funksjonelle filmer.

5. 3D Utskriftsmateriale

CNT/polymer-kompositter blir også studert for ekstruderingsstøping og additiv produksjon.

6. Engineering Plastic Modification

Å legge til CNT-er til ingeniørplast som PA, PC og PBT kan brukes til å utvikle komposittmaterialer som kombinerer mekaniske og ledende funksjoner.

IX. Er prosessen den samme for å lage karbon nanorør masterbatch med forskjellige harpikser?

Den grunnleggende logikken til masterbatch er den samme, men forskjellige harpikser krever gjentilpasning av bærer, prosesseringstemperatur, skruekonfigurasjon og CNT-tilsetningsforhold.

Spesielt for materialer med åpenbar hygroskopisitet som PA, PET og PBT, kan harpikstørketilstanden direkte påvirke ekstruderingsstabiliteten og den endelige ytelsen.

X. Hvorfor trenger Carbon Nanotube Masterbatch å vurdere "Carrier Resin"?

Masterbatch-bæreren er ikke hvilken som helst plast som er valgt tilfeldig, men bør opprettholde god kompatibilitet og prosessmatching med den endelige prosesseringsharpiksen så mye som mulig.

For eksempel, hvis sluttproduktet bruker PP, er PP-basert CNT masterbatch vanligvis lettere å formulere enn å bruke en helt annen harpiks som bærer.

Årsaken er at etter at masterbatchen går inn i den endelige smelten, må den gå gjennom: Masterbatch-smelting → CNT-omfordeling → Blanding med baseresin → Endelig nettverksdannelse.

Hvis bæreren og den endelige harpiksen ikke har tilstrekkelig kompatibilitet, kan det føre til:

Ujevn CNT-migrering;

Lokal berikelse;

Forringet spredning;

Reduserte mekaniske egenskaper;

Motstandssvingninger.

Eksisterende forskning understreker også at grenseflateinteraksjonene mellom CNT-er og polymerer og matrisetilpasning påvirker den endelige komposittmaterialytelsen.

XI. Hvorfor bestemmes ikke den ledende ytelsen til Carbon Nanotube Masterbatch bare av CNT-innhold?

Den endelige ledende ytelsen avhenger av det ledende nettverket som i fellesskap dannes av CNT-innhold, dispersjonstilstand, CNT-geometrisk struktur, orientering og polymermatrisen.

Et veldig typisk fenomen er: Å legge til flere CNTer betyr ikke nødvendigvis at det endelige materialets ledende ytelse øker i samme proporsjon.

For det som virkelig betyr noe er om det dannes et effektivt perkolasjonsnettverk.

XII. Hvordan bedømme om spredningen av Carbon Nanotube Masterbatch er kvalifisert?

Du kan ikke bare se på utseendet til masterbatch-pellets. Makroskopisk agglomerering, mikroskopisk spredning og endelig elektrisk ytelse bør kontrolleres samtidig.

Det anbefales å etablere minst tre testnivåer.

Første nivå: Masterbatch-utseende

Observere:

Pellet farge;

Størrelse;

Om det er åpenbare svarte flekker;

Om det er usmeltede pellets;

Om det er brente stoffer.

Andre nivå: Mikroskopisk dispersjon

Følgende kan brukes:

Optisk mikroskop;

SEM;

TEM.

Nøkkelobservasjon: Om det eksisterer store CNT-agglomerater, om CNT-er er jevnt fordelt i polymeren.

Tredje nivå: Endelig ytelse

Enda viktigere, test:

Overflatemotstand;

Volumresistivitet;

Strekkstyrke;

Bøyestyrke;

Effektytelse;

Smelteindeks;

Termisk stabilitet.

Bare på denne måten kan du virkelig bedømme: Hvorvidt CNT-spredning til slutt har konvertert til repeterbar materialytelse.

XIII. Hvorfor påvirker karbon nanorørspulverkvalitet direkte masterbatchkvalitet?

Masterbatch er ikke et produkt som fullstendig kan skjule pudderforskjeller. Strukturen og batchstabiliteten til selve CNT-pulveret overføres direkte til påfølgende masterbatch.

Hvis CNT-pulverpartier har:

Rørdiameterforskjeller;

Lengdeforskjeller;

Renhetsforskjeller;

Metallrester forskjeller;

Gradforskjeller i grafitisering;

Agglomerasjonstilstandsforskjeller;

Da bruker du til og med nøyaktig det samme: Resin + Screw + Temperature + Speed

Ulike resultater kan fortsatt oppnås: Moment, viskositet, dispersjonstilstand og motstand.

Dette er også grunnen til at for CNT masterbatch er det best å etablere kvalitetskontroll fra CNT-kilden, i stedet for å bare teste masterbatch på slutten.

XIV. Hvorfor er integrering av "CNT Powder Manufacturer + Masterbatch Manufacturer" mer verdifull?

Når CNT-pulver og masterbatch er utviklet av samme forsyningssystem, kan råvarestrukturen og nedstrøms ekstruderingsprosessen optimaliseres i forbindelse.

For eksempel hvis en kunde finner: Masterbatch-spredning er ikke stabil nok.

Den tradisjonelle tilnærmingen kan bare justere: Skruehastighet → Temperatur → Oppholdstid.

Men integrert forsyning kan ytterligere spore: CNT-lengde → Rørdiameter → Pulveragglomerasjonstilstand → Overflatetilstand → Harpiksbærer → Skruekonfigurasjon → Endelig masterbatch.

På denne måten er veien til å løse problemet mer fullstendig.

XV. Hva er fordelene til Shandong Tanfeng i Masterbatch-bransjen som produsent av karbon nanorør?

Shandong Tanfengs kjernefordel er dens evne til å koble CNT-pulver FoU og produksjon med nedstrøms karbon nanorør masterbatch-applikasjoner, og gir kundene støtteløsninger fra råvarer til funksjonelle masterbatch.

Shandong Tanfengs virksomhet dekker karbon-nanorørpulver, ledende karbon-nanorørslurry og ledende masterbatch-produkter, og har CNT FoU-, produksjons- og applikasjonsutviklingsevner.

For plastmodifikasjonsbedrifter som krever langsiktig masseproduksjon, er det ofte mer praktisk meningsfylt om leverandøren samtidig kan forstå CNT-materialer og polymerbehandling enn bare å gi et pulvertilbud.

XVI. Hva er forskjellen mellom Carbon Nanotube Masterbatch og vanlig ledende Carbon Black Masterbatch?

Begge kan brukes til å bygge ledende nettverk, men CNT-er har en endimensjonal struktur med høyt sideforhold, og deres ledende nettverksdannelsesmekanisme og nødvendige tilsetningsmengde kan avvike fra carbon black-systemer.

Det skal bemerkes at dette ikke bare er "CNT-er er nødvendigvis bedre enn carbon black."

Det som virkelig bør sammenlignes er: Målmotstand + Tilsetningsmengde + Mekaniske egenskaper + Kostnad + Behandlingsmetode + Utseendekrav.

Vanlige spørsmål: Vanlige spørsmål om å lage Carbon Nanotube Masterbatch fra Carbon Nanotube Powder

1. Kan karbon nanorørpulver tilsettes direkte til PP?

Ja, men CNT-spredningsproblemet må løses gjennom passende smelteblandingsprosesser. For produksjon i stor skala er det vanlig å lage CNT masterbatch og deretter fortynne.

2. Hvor mye CNT inneholder karbon nanorør masterbatch generelt?

Det er ingen enhetlig fast verdi. Ulike masterbatch-design som ca. 7,5 vekt%, 10 vekt% og 15–20 vekt% kan sees i litteraturen. Den faktiske konsentrasjonen må bestemmes basert på CNT-type, harpiks og ekstruderingsutstyr.

3. Krever CNT masterbatch nødvendigvis en dobbeltskrue?

Ikke nødvendigvis, men dobbeltskrueekstruderen er veldig egnet for termoplastisk CNT masterbatch som krever sterkere spredning og kontinuerlig produksjon. Faktisk utstyr bør bestemmes basert på kapasitet og materialsystem.

4. Er høyere CNT-innhold bedre for masterbatch?

Nei. Høyere CNT-innhold kan forbedre konsentrasjonseffektiviteten, men kan samtidig øke smelteviskositeten og dispersjonsvansker. Det må finnes et prosessvindu som passer for utstyret.

5. Kan karbon nanorør masterbatch brukes til PA?

Ja. CNT masterbatch kan utvikles for ingeniørplast som PA6 og PA66, men nøkkelkontroll er nødvendig for harpikstørking, prosesseringstemperatur, bærertilpasning og endelig ledende ytelse.

6. Kan karbon nanorør masterbatch brukes til antistatisk plast?

Ja. CNT-er kan danne ledende nettverk i polymerer, slik at de kan brukes i noen antistatiske, ledende og EMI-skjermingsmaterialsystemer.

7. Hva er mer egnet for plastfabrikker, CNT masterbatch eller CNT-pulver?

Det avhenger av fabrikkens egen materialutviklingsevne. Bedrifter med evne til å spre modne nanomaterialer kan velge pulver; bedrifter som håper å redusere vanskelighetene med pulverhåndtering og spredningsutvikling, kan vurdere masterbatch.

8. Kan Shandong Tanfeng gi karbon nanorørpulver og masterbatch?

Ja. Shandong Tanfengs offentlige produktsystem dekker både karbon nanorørpulver og Conductive Masterbatch, og har CNT FoU-, produksjons- og applikasjonsutviklingsevner, og kan utføre materialtilpasning og tilpasning rundt forskjellige applikasjoner.

Shandong Tanfeng har distribuert karbon nanorørpulver, karbon nanorørslurry og karbon nanorør masterbatch, som er i stand til å strekke seg fra CNT-råvareenden til nedstrømsapplikasjonsenden, og gir materialtilpasning og tilpassede utviklingsideer for polymersystemer som PP, PE, PA, ABS og PC. Selskapets virksomhet dekker CNT R&D, produksjon, applikasjonsutvikling og ledende masterbatch-produkter.

For kunder som håper å virkelig introdusere CNT-er fra laboratoriematerialer i plastmasseproduksjon, i stedet for å kjøpe en batch med CNT-pulver alene og utforske på egenhånd, er det bedre å direkte etablere en komplett materialløsning rundt CNT-pulverspesifikasjoner, bærerharpiks, masterbatchkonsentrasjon, ekstruderingsprosess og endelige motstandsindikatorer.

Dette er også et nøkkeltrinn for karbon-nanorør som beveger seg fra "nanopulver" til "funksjonelle materialer som kan behandles i stor skala."