Karbon Nanotüp Tozundan Karbon Nanotüp Masterbatch Yapımı

Karbon nanotüp tozundan karbon nanotüp masterbatch yapmak, yüksek performanslı CNT nanomateryallerini plastik işleme sistemine gerçekten dahil etmenin önemli bir yoludur. PP, PE, PA, ABS ve PC gibi polimerlere karbon nanotüp tozunun doğrudan eklenmesiyle karşılaştırıldığında, karbon nanotüp ana partisi tipik olarak önce yüksek konsantrasyonlu karbon nanotüpleri eriyik harmanlama ve ekstrüzyon yoluyla bir reçine taşıyıcıya eşit şekilde dağıtır, ardından hedef ekleme miktarına göre nihai ürüne kadar seyreltilir.

Bu sürecin özü, basitçe "karbon nanotüpleri ve plastiği birbirine karıştırmak" değil, üç pratik problemi çözmektir: CNT'lerin polimer eriyiğine nasıl sokulacağı, sınırlı termo-mekanik enerji altında etkili dispersiyonun nasıl elde edileceği ve son masterbatch'in stabil seyreltme ve sürekli bir iletken ağ oluşturma kapasitesine sahip hale getirilmesi.

I. Neden Doğrudan Plastiğe Eklemek Yerine Karbon Nanotüp Tozundan Masterbatch Yapalım?

Temel neden şudur: Karbon nanotüp masterbatch, kontrol edilmesi en zor CNT dispersiyon adımını yüksek konsantrasyonlu ön dispersiyon aşamasında konsantre edebilir, ardından sonraki seyreltme yoluyla son eklemeyi tamamlayabilir.

CNT tozunun ilave miktarı tipik olarak yüksek olmasa da nano ölçekli, yüksek en-boy oranı ve topaklaşmış yapılar oluşturma eğilimi, doğrudan polimer eriyiğine girdikten sonra hızlı ve düzgün bir şekilde dağılamayacağı anlamına gelir.

Özellikle endüstriyel üretim için doğrudan ekleme şunları da beraberinde getirir:

Toz tozu;

İz CNT'lerin doğru şekilde ölçülmesindeki zorluk;

Düzensiz beslenme;

Artan dağılım süresi;

Güçlendirilmiş parti farklılıkları;

Üretim ortamı yönetiminde artan zorluk.

Karşılaştırıldığında, masterbatch, CNT'leri önceden bir polimer taşıyıcıya "koymaya" eşdeğerdir.

Tipik yol şu şekilde anlaşılabilir: CNT tozu → Yüksek konsantrasyonlu CNT masterbatch → Baz reçineyle seyreltme → Nihai iletken/antistatik plastik ürünler.

CNT masterbatch tipik olarak daha yüksek CNT yüklemesi kullanır, ardından masterbatch seyreltme yoluyla nihai kompozit malzemeyi hazırlar; Bu yöntem, operasyonel rahatlığı ve CNT ölçümünü geliştirirken, CNT'leri doğrudan eklemenin dağılım zorluğunu azaltmaya yardımcı olur.

II. Karbon Nanotüp Masterbatch Nedir?

Karbon nanotüp masterbatch, esasen "yüksek konsantrasyonlu CNT + polimer taşıyıcı"nın önceden dağıtılmış konsantre bir malzemesidir.

Tipik olarak taşıyıcı olarak termoplastik reçine kullanır, örneğin:

PP;

PE;

Pensilvanya;

ABS;

bilgisayar;

PBT;

TPU;

EVA;

Nihai reçineyle eşleşen diğer termoplastik malzemeler.

Sıradan plastik renkli masterbatch'e benzer şekilde, karbon nanotüp masterbatch'in de granüler ürünler oluşturmak için ekstrüzyon, soğutma ve peletleme gibi adımlardan geçmesi gerekir.

Ancak CNT masterbatch'in teknik odağı sıradan renkli masterbatch'ten farklıdır.

Sıradan renkli masterbatch esas olarak aşağıdakileri çözer: Pigmentin eşit şekilde dağılıp dağılamayacağı.

CNT masterbatch daha çok şu konulara odaklanır: CNT'lerin son işleme için uygun, kararlı, sürekli bir nano ölçekli iletken ağ oluşturup oluşturamayacağı.

Bu nedenle, karbon nanotüp masterbatch'in performansı yalnızca "siyah olup olmadığına" göre değerlendirilemez.

III. Karbon Nanotüp Masterbatch'in Temel Üretim Süreci Nedir?

Tipik endüstriyel karbon nanotüp masterbatch hazırlama rotası "ön karıştırma-eritme-kesme dispersiyonu-ekstrüzyon-soğutma-peletleme-testidir."

Temel süreç şu şekilde temsil edilebilir:

CNT toz seçimi

↓

Taşıyıcı reçine kurutma

↓

CNT ve reçine ön karıştırma

↓

Çift vidalı ekstruder beslemesi

↓

Polimer eritme

↓

CNT yüksek kesme dispersiyonu

↓

Düzgün taşıma ve ekstrüzyon

↓

Soğutma

↓

Peletleme

↓

Masterbatch testi

↓

Ambalajlama

Ürün performansını gerçekten belirleyen şey "topaklar halinde kesme" adımı değil, önceki eriyik dispersiyonu ve arayüzey eşleştirmesidir.

IV. Çift Vidalı Ekstruder Karbon Nanotüp Masterbatch Yapımında Neden Çok Önemli?

Çift vidalı ekstruder aynı anda eritme, taşıma, dağıtıcı karıştırma ve dağıtıcı karıştırma işlemlerini gerçekleştirebilir ve CNT termoplastik masterbatch'in endüstriyel üretiminde yaygın olarak kullanılan temel ekipmandır.

CNT tozu ekstrudere girdikten sonra, ilk olarak polimerin eritilmesi gerekir, ardından vida konfigürasyonu yoluyla kesme ve uzama etkileri oluşturulur ve bu da CNT topaklarının yavaş yavaş ayrışarak reçine sistemine girmesine neden olur.

Temel odak alanları şunları içerir:

Vida konfigürasyonu;

L/D;

Vida hızı;

Besleme hızı;

Erime sıcaklığı;

İkamet süresi;

Kesme mukavemeti;

Tork;

Spesifik mekanik enerji (SME).

Araştırmalar, çift vidalı ekstrüzyondaki vida konfigürasyonu, hızı, çıkışı ve kalış süresinin tamamının, masterbatch'teki CNT'lerin dağılım durumunu etkilediğini göstermektedir. PCL/MWNT sistemi için, artan mekanik enerji girişi CNT dağılımını iyileştirebilir ve farklı vida uzunlukları ve karıştırma elemanı konfigürasyonları da nihai dağılım etkisini değiştirebilir.

V. Karbon Nanotüp Masterbatch'te Daha Yüksek CNT İçeriği Her Zaman Daha mı İyidir?

CNT masterbatch sonsuz derecede yüksek karbon nanotüp içeriği peşinde koşmaz, ancak "konsantrasyon, dağılım zorluğu, işleme akışkanlığı ve son seyreltme verimliliği" arasında bir denge bulur.

CNT masterbatch konsantrasyonları tamamen aynı değildir. Örneğin, termal iletkenlikle ilgili bir inceleme, endüstriyel CNT masterbatch'te daha yüksek CNT yüklemelerinin yaygın olduğuna ve tipik aralıkların ağırlıkça yaklaşık %15-20'ye ulaştığına işaret etmektedir; farklı polimer sistemleri üzerine yapılan araştırmalarda ağırlıkça %7,5 ve ağırlıkça %10 gibi farklı konsantrasyonlar da kullanılmıştır.

Bu nedenle belirli bir konsantrasyon, birleşik bir endüstri standardı olarak anlaşılmamalıdır.

Yukarıdakiler tüm CNT masterbatch'leri için evrensel standartlar değil, örnek aralıklardır.

Gerçekten makul masterbatch konsantrasyonu aşağıdakilere dayalı olarak ortaklaşa belirlenmelidir: CNT spesifikasyonları + Reçine eriyik viskozitesi + Ekstrüzyon ekipmanı + Hedef son ekleme miktarı.

VI. Karbon Nanotüp Tozunun Boru Çapı ve Uzunluğu Masterbatch Üretimini Neden Etkiler?

CNT'lerin geometrik yapısı, eriyik dağılım zorluğunu ve nihai iletken ağ oluşturma yöntemini doğrudan etkiler.

Genel olarak konuşursak, CNT'ler çok yüksek en boy oranlarına sahiptir. Bu tek boyutlu yapı hem iletken ağların oluşturulmasında önemli bir avantajdır hem de işlem sırasında dolaşma ve dağılma zorluğunu arttırır.

Araştırma incelemeleri, CNT'lerin en boy oranı, oryantasyon, yükleme ve yüzey kimyası gibi faktörlerin hepsinin polimer kompozitlerin nihai performansını etkilediğine işaret etmektedir.

Bu nedenle, her ikisi de "MWCNT tozu" olsa bile:

Ürün A'nın ortalama uzunluğu daha uzundur;

Ürün B'nin uzunluğu daha kısadır;

İkisi çift vidada şu açılardan farklılık gösterebilir: dağılım zorluğu, kayma hassasiyeti, erime viskozitesi ve son iletken ağ. Profesyonel CNT üreticilerinin müşterilere sadece "saflık" parametresini verememelerinin nedeni de budur.

VII. Doğrudan Karbon Nanotüp Tozu Eklemekle Karbon Nanotüp Masterbatch Kullanmak Arasındaki Fark Nedir?

Büyük ölçekli plastik işleme için masterbatch genellikle istikrarlı ölçüm ve üretim operasyonlarına ulaşmayı kolaylaştırır, ancak toz daha yüksek formülasyon özgürlüğü sunar.

Bu, masterbatch'in mutlaka tozdan daha iyi olduğu anlamına gelmez. Müşterinin kendisi olgun nanomateryal dispersiyon kapasitesine sahipse ve CNT, reçine ve katkı maddesi formülasyonlarını serbestçe ayarlaması gerekiyorsa, doğrudan toz kullanmak daha esnek olabilir.

VIII. Karbon Nanotüp Masterbatch Hangi Plastikler İçin Uygundur?

CNT masterbatch, esas olarak iletken, antistatik, EMI koruyucu ve fonksiyonel kompozit malzemeler için kullanılan farklı termoplastik reçinelere göre taşıyıcıyla eşleştirilebilir.

Ortak matrisler şunları içerir:

PP;

PE;

PA6;

PA66;

ABS;

bilgisayar;

PBT;

TPU;

PET;

POM, vb.

Uygulama talimatları şunları içerir:

1. Antistatik Plastikler

İletken ağlar oluşturmak için CNT'lerin kullanılması, malzemelerin yüzey yükü birikimini azaltır.

2. İletken Plastikler

Sabit hacim/yüzey iletkenliği gerektiren malzeme sistemleri için kullanılır.

3. EMI Elektromanyetik Koruyucu Malzemeler

İletken ağlar ve malzeme yapıları aracılığıyla elektromanyetik dalga zayıflamasının sağlanması.

4. İletken Filmler

Ambalajlama, elektronik malzemeler ve fonksiyonel filmler için kullanılır.

5. 3D Baskı Malzemeleri

Ekstrüzyon kalıplama ve katmanlı imalat için CNT/polimer kompozitler üzerinde de çalışılmaktadır.

6. Mühendislik Plastik Modifikasyonu

PA, PC ve PBT gibi mühendislik plastiklerine CNT'lerin eklenmesi, mekanik ve iletken işlevleri birleştiren kompozit malzemeler geliştirmek için kullanılabilir.

IX. Farklı Reçinelerle Karbon Nanotüp Masterbatch Yapımında İşlem Aynı mı?

Masterbatch'in temel mantığı aynıdır ancak farklı reçineler taşıyıcının, işlem sıcaklığının, vida konfigürasyonunun ve CNT ekleme oranının yeniden eşleştirilmesini gerektirir.

Özellikle PA, PET ve PBT gibi belirgin higroskopisiteye sahip malzemeler için reçinenin kuruma durumu, ekstrüzyon stabilitesini ve nihai performansı doğrudan etkileyebilir.

X. Karbon Nanotüp Masterbatch'in Neden "Taşıyıcı Reçine"yi Düşünmesi Gerekiyor?

Masterbatch taşıyıcısı rastgele seçilen herhangi bir plastik değildir, aynı zamanda son işlem reçinesi ile mümkün olduğunca iyi uyumluluk ve işlem uyumu sağlamalıdır.

Örneğin, nihai ürün PP kullanıyorsa, PP bazlı CNT masterbatch'in formüle edilmesi, taşıyıcı olarak tamamen farklı bir reçine kullanmaktan genellikle daha kolaydır.

Bunun nedeni, masterbatch'in son ergimeye girdikten sonra şu aşamalardan geçmesi gerektiğidir: Masterbatch eritme → CNT yeniden dağıtımı → Baz reçineyle karıştırma → Son ağ oluşumu.

Taşıyıcı ve son reçinenin uyumluluğu yetersizse aşağıdakilere yol açabilir:

Düzensiz CNT geçişi;

Yerel zenginleştirme;

Bozulmuş dağılım;

Azalan mekanik özellikler;

Direnç dalgalanmaları.

Mevcut araştırmalar ayrıca CNT'ler ve polimerler arasındaki arayüzey etkileşimlerinin ve matris eşleşmesinin nihai kompozit malzeme performansını etkilediğini vurgulamaktadır.

XI. Karbon Nanotüp Masterbatch'in İletkenlik Performansı Neden Sadece CNT İçeriğine Göre Belirlenmiyor?

Nihai iletkenlik performansı, CNT içeriği, dağılım durumu, CNT geometrik yapısı, yönelimi ve polimer matrisinin ortaklaşa oluşturduğu iletken ağa bağlıdır.

Çok tipik bir olay şudur: Daha fazla CNT eklemek, nihai malzemenin iletken performansının mutlaka aynı oranda arttığı anlamına gelmez.

Çünkü asıl önemli olan etkili bir süzme ağının oluşup oluşmadığıdır.

XII. Karbon Nanotüp Masterbatch Dispersiyonunun Nitelikli Olup Olmadığına Nasıl Karar Verilir?

Masterbatch peletlerinin sadece görünümüne bakamazsınız. Makroskopik topaklanma, mikroskobik dağılım ve nihai elektriksel performans aynı anda kontrol edilmelidir.

En az üç düzeyde test yapılması tavsiye edilir.

Birinci Seviye: Masterbatch Görünümü

Gözlemlemek:

Pelet rengi;

Boyut;

Belirgin siyah noktaların olup olmadığı;

Erimemiş peletlerin olup olmadığı;

Yanmış maddelerin olup olmadığı.

İkinci Seviye: Mikroskobik Dağılım

Aşağıdakiler kullanılabilir:

Optik mikroskop;

SEM;

TEM.

Önemli gözlem: Büyük CNT topaklarının mevcut olup olmadığı, CNT'lerin polimer içinde eşit şekilde dağılıp dağılmadığı.

Üçüncü Seviye: Son Performans

Daha da önemlisi, test edin:

Yüzey direnci;

Hacim direnci;

Çekme mukavemeti;

Eğilme mukavemeti;

Etki performansı;

Erime indeksi;

Termal kararlılık.

Ancak bu şekilde gerçek anlamda yargıya varabilirsiniz: CNT dispersiyonunun sonuçta tekrarlanabilir malzeme performansına dönüşüp dönüşmediği.

XIII. Karbon Nanotüp Toz Kalitesi Neden Masterbatch Kalitesini Doğrudan Etkiler?

Masterbatch toz farklılıklarını tamamen gizleyebilecek bir ürün değildir. CNT tozunun yapısı ve parti stabilitesi doğrudan sonraki masterbatch'e aktarılır.

CNT toz partileri aşağıdaki özelliklere sahipse:

Boru çapı farklılıkları;

Uzunluk farklılıkları;

Saflık farklılıkları;

Metal kalıntı farklılıkları;

Grafitleşme derecesi farklılıkları;

Aglomerasyon durumu farklılıkları;

Daha sonra tamamen aynısını kullanarak bile: Reçine + Vida + Sıcaklık + Hız

Yine de farklı sonuçlar elde edilebilir: Tork, viskozite, dağılım durumu ve direnç.

Bu aynı zamanda CNT masterbatch için, masterbatch'i yalnızca en sonunda test etmek yerine, CNT kaynağından başlayarak kalite kontrolü oluşturmanın en iyi nedenidir.

XIV. "CNT Toz Üreticisi + Masterbatch Üreticisi" Entegrasyonu Neden Daha Değerli?

CNT tozu ve masterbatch aynı tedarik sistemi tarafından geliştirildiğinde, ham madde yapısı ve aşağı yöndeki ekstrüzyon prosesi bağlantı açısından optimize edilebilir.

Örneğin, bir müşteri şunları tespit ederse: Masterbatch dağılımı yeterince kararlı değil.

Geleneksel yaklaşım yalnızca aşağıdakileri ayarlayabilir: Vida hızı → Sıcaklık → Kalma süresi.

Ancak entegre tedarik ayrıca şunları izleyebilir: CNT uzunluğu → Boru çapı → Toz topaklanma durumu → Yüzey durumu → Reçine taşıyıcı → Vida konfigürasyonu → Son masterbatch.

Bu şekilde sorunu çözmenin yolu daha eksiksiz olur.

XV. Karbon Nanotüp Üreticisi Olarak Shandong Tanfeng'in Masterbatch İşindeki Avantajları Nelerdir?

Shandong Tanfeng'in temel avantajı, CNT toz Ar-Ge'sini ve üretimini aşağı yönlü karbon nanotüp masterbatch uygulamalarıyla birleştirme yeteneğidir ve müşterilere hammaddeden fonksiyonel masterbatch'e kadar destekleyici çözümler sunar.

Shandong Tanfeng'in işi karbon nanotüp tozunu, karbon nanotüp iletken bulamacı ve iletken masterbatch ürünlerini kapsamaktadır ve CNT Ar-Ge, üretim ve uygulama geliştirme yeteneklerine sahiptir.

Uzun vadeli seri üretime ihtiyaç duyan plastik modifikasyon işletmeleri için, tedarikçinin aynı anda CNT malzemelerini ve polimer işlemeyi anlayıp anlayamaması, genellikle basit bir toz teklifi vermekten daha pratik olarak anlamlıdır.

XVI. Karbon Nanotüp Masterbatch ile Sıradan İletken Karbon Siyahı Masterbatch Arasındaki Fark Nedir?

Her ikisi de iletken ağlar oluşturmak için kullanılabilir, ancak CNT'ler tek boyutlu yüksek en-boy oranına sahip bir yapıya sahiptir ve iletken ağ oluşturma mekanizmaları ve gerekli ilave miktarları karbon siyahı sistemlerden farklı olabilir.

Bunun sadece "CNT'lerin mutlaka karbon siyahından daha iyi olduğu" anlamına gelmediğine dikkat edilmelidir.

Gerçekte karşılaştırılması gerekenler şunlardır: Hedef direnci + Ekleme miktarı + Mekanik özellikler + Maliyet + İşleme yöntemi + Görünüm gereksinimleri.

SSS: Karbon Nanotüp Tozundan Karbon Nanotüp Masterbatch Yapımı Hakkında Sık Sorulan Sorular

1. Karbon nanotüp tozu doğrudan PP'ye eklenebilir mi?

Evet, ancak CNT dispersiyon sorununun uygun eriyik karıştırma işlemleriyle çözülmesi gerekiyor. Büyük ölçekli üretim için, CNT masterbatch'in önceden hazırlanması ve ardından seyreltilmesi yaygın bir yoldur.

2. Karbon nanotüp masterbatch genel olarak ne kadar CNT içerir?

Birleşik bir sabit değer yoktur. Literatürde ağırlıkça yaklaşık %7,5, ağırlıkça %10 ve ağırlıkça %15-20 gibi farklı masterbatch tasarımları görülebilir. Gerçek konsantrasyonun CNT tipine, reçineye ve ekstrüzyon ekipmanına göre belirlenmesi gerekir.

3. CNT masterbatch'in mutlaka çift vidalı olması gerekiyor mu?

Zorunlu değil, ancak çift vidalı ekstruder, daha güçlü dağılım ve sürekli üretim gerektiren termoplastik CNT masterbatch için çok uygundur. Gerçek ekipman kapasite ve malzeme sistemine göre belirlenmelidir.

4. Masterbatch için daha yüksek CNT içeriği daha mı iyi?

Hayır. Daha yüksek CNT içeriği konsantrasyon verimliliğini artırabilir ancak aynı zamanda erime viskozitesini ve dağılım zorluğunu da artırabilir. Ekipmana uygun bir proses penceresinin bulunması gerekmektedir.

5. Karbon nanotüp masterbatch PA için kullanılabilir mi?

Evet. CNT masterbatch, PA6 ve PA66 gibi mühendislik plastikleri için geliştirilebilir, ancak reçine kurutma, işleme sıcaklığı, taşıyıcı eşleştirme ve nihai iletken performans için temel kontrol gereklidir.

6. Antistatik plastikler için karbon nanotüp masterbatch kullanılabilir mi?

Evet. CNT'ler polimerlerde iletken ağlar oluşturabilir, dolayısıyla bazı antistatik, iletken ve EMI koruyucu malzeme sistemlerinde kullanılabilirler.

7. Plastik fabrikaları için hangisi daha uygundur, CNT masterbatch mi yoksa CNT tozu mu?

Fabrikanın kendi malzeme geliştirme yeteneğine bağlıdır. Olgun nanomateryal dağılım kapasitesine sahip işletmeler tozu seçebilir; Toz işleme ve dispersiyon geliştirme zorluklarını azaltmayı uman işletmeler masterbatch'i değerlendirebilir.

8. Shandong Tanfeng karbon nanotüp tozu ve masterbatch sağlayabilir mi?

Evet. Shandong Tanfeng'in halka açık ürün sistemi hem karbon nanotüp tozunu hem de İletken Masterbatch'i kapsıyor ve CNT Ar-Ge, üretim ve uygulama geliştirme yeteneklerine sahip ve farklı uygulamalar etrafında malzeme eşleştirme ve özelleştirme gerçekleştirebiliyor.

Shandong Tanfeng, PP, PE, PA, ABS ve PC gibi polimer sistemleri için malzeme eşleştirme ve özelleştirilmiş geliştirme fikirleri sağlayarak, CNT hammadde ucundan aşağı uygulama ucuna kadar uzanabilen karbon nanotüp tozu, karbon nanotüp bulamacı ve karbon nanotüp ana partisini kullandı. Şirketin faaliyet alanı CNT Ar-Ge, üretim, uygulama geliştirme ve iletken masterbatch ürünlerini kapsamaktadır.

CNT'leri laboratuvar malzemelerinden plastik seri üretime gerçekten dahil etmeyi ümit eden müşteriler için, tek başına bir grup CNT tozu satın almak ve kendi başlarına keşfetmek yerine, CNT tozu spesifikasyonları, taşıyıcı reçine, masterbatch konsantrasyonu, ekstrüzyon işlemi ve nihai direnç göstergeleri etrafında doğrudan eksiksiz bir malzeme çözümü oluşturmak daha iyidir.

Bu aynı zamanda karbon nanotüplerin "nano toz"dan "büyük ölçekte işlenebilen fonksiyonel malzemelere" geçişinde de önemli bir adımdır.