Bölüm 1: Öncelikle şunu anlayın: Karbon Nanotüp Macunu Filtrelemek Neden Bu Kadar Zor?
Lityum pil katot çamurları veya iletken kaplamalarla çalışan arkadaşlar, CNT'lerin performans ({0}} iyi elektrik iletkenliği, düşük ekleme miktarı ve enerji yoğunluğunu artırma yeteneği açısından gerçekten mükemmel olduğunu biliyorlar. Ancak üretim hattına girdikten sonra, özellikle de filtreleme aşamasında bu tam bir baş ağrısıdır.
Tipik belirtiler: Yeni değiştirilen 200 gözenekli filtre eleği, 50 kg'dan az macunu filtreledikten sonra basınç göstergesi 0,3 MPa'nın üzerine çıkar; filtre süzgeci günde on kereden fazla değiştiriliyor; veya doğrudan "ezilir" ve macun akamaz.
Üç temel neden vardır:
CNT'lerin en boy oranı son derece büyüktür (genellikle 100-1000 veya daha fazla). Birbirleriyle iç içe geçerek "kuş yuvası" şeklini oluşturan, filtre ekranının gözeneklerine kolayca sıkışan bir grup mikron düzeyindeki yumuşak dikenlere benzerler.
Aglomeraların tamamen kırılması zordur. Boncuk frezeleme veya yüksek-kesme dispersiyonundan sonra bile, onlarca mikrometrelik çok sayıda CNT topaklanmış parçacık kalır ve bu sert topaklar doğrudan filtre gözeneklerini tıkar.
Macun sisteminin viskozitesi yüksektir. Özellikle solvent olarak NMP kullanılan sistemlerde katı içeriği %15-%20 olduğunda viskozite birkaç bin santipuaz'a ulaşabilir, akışkanlık zayıftır ve en küçük direnç bile filtrasyonun çökmesine neden olur.
Bölüm 2: Shandong Tanfeng Size Yardımcı Olmak İçin Ne Yapabilir?
Filtrasyon zorluğu probleminin çözümünde, CNT imalatçısının teknik kapasitesi çoğu zaman hafife alınmaktadır. Araştırma ve geliştirme yeteneklerine sahip bir tedarikçi, kaynaktan kaynaklanan filtreleme yükünü azaltmanıza yardımcı olabilir. İşte birkaç dikkate değer avantaj boyutu:
Avantaj 1: Dağıtılması Daha Kolay CNT Ürünleri
Dispersiyonun zorluğu, farklı üreticiler tarafından üretilen CNT'ler arasında büyük farklılıklar gösterir. İyi üreticiler kaynaktan optimizasyon yapacaktır:
Boru Çapı ve Boru Uzunluğu Kontrolü:Çok-duvarlı CNT'ler (MWCNT'ler), tek-duvarlı CNT'lerden (SWCNT'ler) daha sert ve daha kısadır, bu da filtrelemeyi nispeten kolaylaştırır. Shandong Tanfeng, CVD prosesindeki (demir/kobalt bimetalik katalizörler gibi) katalizör sistemi optimizasyonu sayesinde tüp çapını 1-2 nm dahilinde ve tüp uzunluğunu belirli bir aralıkta hassas bir şekilde kontrol ederek aşırı dolaşmayı azaltabilir.
Yüzey İşlevselleştirme Tedavisi:Önde gelen bazı üreticiler, solventle arayüzey uyumluluğunu artırmak için CNT'ler üzerinde yüzey modifikasyonu gerçekleştirerek macunun dağılmadan sonra daha kararlı olmasını ve yeniden topaklaşmaya daha az eğilimli olmasını- sağlar.
Önceden-dağıtılmış Masterbatch:Önceden dağıtılmış bir iletken macun (%8-10 CNT içerikli masterbatch) seçmek, tozu satın alıp kendiniz dağıtmaya kıyasla filtreleme zorluğunu büyük ölçüde azaltır.
Avantaj 2: Macun Formülasyonlarının Kişiselleştirme Yeteneği
Profesyonel CNT üreticileri yalnızca toz satmakla kalmaz, aynı zamanda destekleyici dispersiyon çözümleri de sağlar:
Dağıtıcı Sistemi:Depolama sırasında ikincil topaklanmayı önleyerek, Zeta potansiyeli düzenlemesi yoluyla CNT'lerin organik çözücüler içinde tek biçimli süspansiyonunu ve uzun-dönemli stabilitesini elde etmek için yüksek-performanslı dağıtıcıların (polivinilpirolidon-bazlı yüzey değiştiriciler gibi) geliştirilmesi.
Sağlam İçerik Optimizasyonu:İyi bir formülasyon, kontrol edilebilir viskoziteyle %5 - %10 arasında yüksek bir katı içeriği elde edebilir ve filtrelemeden önce aşırı seyreltme olmadan kaplama işlemlerinde doğrudan kullanıma izin verebilir.
Avantaj 3: Kirlilik Giderme Teknolojisinde Patent Birikimi
Filtrasyon zorluğunun gizli bir nedeni, filtre süzgecinin tıkanmasını hızlandıran, macunun içine karışan manyetik yabancı maddelerin varlığıdır. Teknik açıdan yetenekli üreticiler, fabrikadan çıkmadan önce yabancı maddeleri minimum düzeyde kontrol edeceklerdir:
Shandong Tanfeng, manyetik yabancı maddeleri (demir, kobalt ve diğer katalizör kalıntıları gibi) adsorbe etmek için manyetik çubuklar kullanan ve ardından partikül safsızlıklarını engellemek için filtre bileşenlerini kullanarak, kaynaktan gelen aşağı akış filtrasyon yükünü azaltan entegre bir "manyetik adsorpsiyon + filtreleme" yabancı madde giderme cihazı geliştirdi.
Ayrıca, kalan metal parçacıklarını adsorbe etmek ve çıkarmak için CNT'lerin-manyetik olmayan doğasından yararlanan, elektromıknatıslı bir filtre diski yapısı da geliştirildi.
Avantaj 4: Kalite Kontrol ve Test Teknolojisi
Yerinde parçacık boyutu belirlemeye yönelik patentli teknolojiye sahip olmak,{0}}CNT macununun dağılımının standardı karşılayıp karşılamadığını hızlı bir şekilde belirleyebilir ve fabrikadan çıkan ürünlerin tutarlılığını sağlar. Bu, aldığınız her macun partisinin filtreleme performansının daha istikrarlı olduğu ve iyi ile kötü arasında dalgalanma yapmayacağı anlamına gelir.
Bir cümleyle:Teknik uzmanlığa sahip bir CNT tedarikçisini seçmek, filtreleme sorununun yarısını etkili bir şekilde çözer. Üretim hattınızdaki elek tıkanma sıklığını önemli ölçüde azaltabilecek ürün tasarımı aşamasında sonraki işlenebilirliği dikkate alırlar.
Bölüm 3: Filtrasyon Zorluklarını Çözmek İçin 7 Etkili Yöntem
Yöntem 1: Filtrelemeden Önce Bir Kez Zorunlu "-Aglomerasyon"
Birçok üretici dispersiyon ve filtrelemeyi tamamen ayırmaktadır. Aslında, filtrenin depolama sırasında yeniden toplanmış olan CNT'leri yeniden açabilmesi için çevrimiçi bir yüksek-kesme emülgatörünün veya ultrasonik işlemcinin (güç 2-3 kW, frekans 20 kHz) seri olarak kurulması. Bu adımı ekledikten sonra, üçlü katot malzemesi fabrikası filtre ekranının ömrünü 2 saatten 8 saate çıkardı.
Yöntem 2: Aşamalı Filtrasyon, Tek Adımda Yapmaya Çalışmayın
Doğrudan 200 mesh ekranla başlamayın. Doğru yaklaşım şudur:
İlk aşama:Büyük yabancı maddeleri ve bariz topakları yakalamak için 30 gözenekli paslanmaz çelik kaba filtreleme.
İkinci aşama:100 mesh ara filtrasyon.
Üçüncü aşama:150-200 mesh ince filtreleme.
Her aşama arasında macunun bir tampona sahip olmasına ve statik basınç tahliyesine izin verin. Ürün son derece yüksek temizlik gerektiriyorsa son aşamada 250 mesh kullanın ancak Yöntem 3'ün bu noktada koordine edilmesi gerekir.
Yöntem 3: Isıtma ve Karıştırmayı Birlikte Uygulayın
Sıcaklık:Macunu 40-45 dereceye kadar ısıtın (NMP sisteminde kaynama noktası yüksek olduğundan sorun yoktur; su bazlı sistemde 50 dereceyi geçmemelidir). Viskozite %30-%40 oranında azalacak ve filtre eleğinden geçiş hızı ciddi oranda artacaktır.
Karıştırma:CNT'lerin sert çamura yerleşmesini önlemek için filtre girişinin ön ucunda düşük-hızlı karıştırmayı (30-60 rpm) sürdürün. Kapalı bir basınç tankı kullanıyorsanız, altına manyetik olarak bağlanmış bir karıştırıcı ekleyin.
Yöntem 4: Farklı Türde Bir Filtreleme Ekipmanına Geçiş Yapın
Geleneksel torba filtreler veya kartuş filtreler doğası gereği CNT macununa "dost değildir". Önerilen alternatifler şunları içerir:
Vakum Tambur Filtresi:Vakum emişine dayanır. Filtre keki tambur yüzeyinde oluştuktan sonra otomatik olarak kazınır, böylece sürekli tıkanmaz. Sürekli büyük-ölçekli üretime uygundur.
Kendi-Kendini Temizleyen Filtre:Filtre süzgeci yüzeyini her 10 dakikada bir otomatik olarak temizleyen dahili bir sıyırıcı veya geri yıkama cihazına sahiptir. Başlangıç yatırımı yüksektir ancak işçilik ve filtre ortamından altı ay içerisinde maliyet geri kazanılabilir.
Titreşimli Elek Filtresi:Filtre eleğine dikey veya yatay titreşim uygulayarak ağ açıklıklarına sıkışan CNT'lerin macuna geri "sallanmasına" neden olur.
Yöntem 5: CNT'lerin Morfolojisini Kendilerinin Ayarlaması
Yukarıdaki yöntemlerin tümü denendiyse ve hala başarısız olunuyorsa sorun hammaddede olabilir. Bu noktada, daha kısa tüp uzunluğuna ve daha küçük en boy oranına sahip bir partiye geçip geçemeyeceğinizi veya önceden-dağıtılmış macunu doğrudan satın alıp alamayacağınızı öğrenmek için CNT tedarikçinizle - görüşmeniz gerekir.
Yöntem 6: "Pozitif Basınçlı Filtrasyon"dan "Negatif Basınçlı Filtrasyona" Geçiş
Pozitif basınç altında, diferansiyel basınç ne kadar büyük olursa, CNT'ler o kadar sıkı bastırılır ve filtre eleğinin içine o kadar derin gömülürler. Vakumlu filtrasyona geçildiğinde (vakum derecesi -0,06 ila -0,08 MPa), macun filtre eleğinden daha düşük kesme kuvveti ile emilir ve tıkanma hızı yavaşlar. Dezavantajı ise küçük ve orta ölçekli partiler için uygun olan sınırlı akış hızıdır.
Yöntem 7: "Eksik Filtrelemeyi" Kabul Edin ve Aşağı Akışı Optimize Edin
Bazı kaplama işlemleri, CNT macunundaki onlarca mikrometrelik yumuşak topaklara karşı duyarlı değildir (çünkü kaplama boşluğu tipik olarak 100 mikrometrenin üzerindedir). Kaplamadan önce (manyetik çubuklar veya elektromanyetik filtreler kullanarak) metal yabancı maddelerin çevrimiçi uzaklaştırılmasını arttırırken, filtreleme hassasiyetini 120 mesh'e uygun şekilde gevşetebilirsiniz. Bu, filtrasyon sıkışması problemini çözerken kaplama başlığının tıkanmamasını sağlar.
4. Bölüm: Gerçek Bir Durum: Filtreleri Günde 15 Defa Değiştirmekten 3 Defa Değiştirmeye
Geçen yıl, Güney Çin'deki fason bir iletken macun üreticisinin teşhis koymasına yardımcı olduk. CNT macunlarında (çok-duvarlı, katı içerik %12, NMP sistemi) 200 gözenekli filtre kartuşu kullanılıyordu ve bunu vardiya başına 15-18 kez değiştirmek zorunda kalıyorlardı, bu da sürekli üretimi neredeyse imkansız hale getiriyordu.
Üç değişiklik yaptık:
Dispersiyon tankının çıkışına bir-hat içi yüksek-kesme emülsiyonlaştırıcısı eklendi (filtreye girmeden önce bir kez geçin).
Tek-aşamalı 200-mesh, 50-mesh kaba filtreleme → 120-mesh → 200-mesh olarak değiştirildi.
Macunu oda sıcaklığından 42 dereceye kadar ısıttım ve girişte karıştırmayı sürdürdüm.
Üç gün sonra, filtre değiştirme sıklığı vardiya başına 3 defaya düştü ve tek-toplu filtreleme süresi 4 saatten 1,5 saate düştü. Toplam maliyet 20.000 RMB'den azdı.
Ek not:Bu fabrika daha sonra bir şey daha yaptı - farklı bir CNT tedarikçisine geçerek bizi seçtiler. Yüzey modifikasyon işleminden sonra başlangıçtaki dağılım durumu daha iyi oldu ve filtreleme basıncı yaklaşık %30 daha düştü. Bu bir prensibi doğrulamaktadır: Süreç optimizasyonu ve tedarik zincirinin iyileştirilmesinin eş zamanlı olarak sürdürülmesi gerekmektedir.
Bölüm 5: Bir Cümleyle Özet
CNT iletken macunun filtrelenmesindeki zorluk esas olarak üç faktörün üst üste gelmesinin sonucudur: "uzun lifler + topaklanma + yüksek viskozite." Tek bir ultra-ince filtre ekranının tüm sorunları çözmesini beklemeyin. Bunun yerine, "topakları açmak için ön işlem, yükü paylaşmak için aşamalı filtreleme, viskoziteyi azaltmak için sıcaklık kontrolü ve karıştırma ve gerekirse ekipman tipini değiştirme" kombinasyonundan oluşan bir strateji kullanın.
Aynı zamanda doğru üst tedarikçiyi seçmenin en iyi süreç optimizasyonu olduğunu da unutmayın. Teknik açıdan yeterli bir CNT üreticisi, ürün tasarımı aşamasında sonradan karşılaşacağınız filtreleme sorunlarından %80 oranında tasarruf etmenizi sağlayabilir. Üretim hattınızda elek tıkanması yaşanıyorsa öncelikle yukarıdaki 7 yöntemden 2-3'ünü seçmeyi deneyin ve aynı zamanda ürün seçimi konusunda tedarikçinizle görüşün. Genellikle bir hafta içinde önemli bir iyileşme görmelisiniz.