Är agglomeration den största svårigheten för kolnanorörspulver?

En av de största processsvårigheterna med kolnanorörspulver i praktiska tillämpningar är verkligen agglomerering, och vanlig torrpulveromrörning kan vanligtvis bara förbättra makroskopisk blandning. Det är mycket svårt att helt dissociera stabila CNT-buntar genom enbart torrblandning med låg-intensitet.

Kolnanorör har höga bildförhållanden, relativt stora specifika ytareor och starka inter-rörinteraktioner, vilket gör dem benägna att bilda buntliknande- eller agglomererade strukturer under förberedelse, lagring och transport. Forskning visar att van der Waals interaktioner mellan CNT främjar bildandet av buntar och aggregat, vilket också är en-utmanad spridningsutmaning när kolnanorör flyttas från laboratoriematerial till industriella tillämpningar. Men det finns ett problem här som lätt förbises: "Rör om svartpulvret jämnt" ≠ "Verkligen sprida kolnanorören." För fabriker är det som verkligen behöver bedömas:

Kan torrpulveromrörning bryta CNT-agglomerat ner till målstorleken?

Kan CNTs enhetligt komma in i matrisen?

Kommer de att åter-agglomeras under efterföljande bearbetning?

Kommer CNT-längden att förkortas under dispergering?

Dessa frågor avgör om kolnanorörspulver i slutändan kan utföra sina ledande, förstärkande eller elektromagnetiska skärmningsfunktioner.

I. Varför är kolnanorörspulver särskilt utsatt för agglomerering?

Den grundläggande orsaken till att kolnanorör är benägna att agglomerera är den kombinerade effekten av hög specifik yta och starka inter-rörsinteraktioner, vilket gör att enskilda CNT är ovilliga att förbli separerade från varandra på lång sikt.

Kolnanorör är inte vanliga sfäriska partiklar.

De har mycket speciella egenskaper:

Nanoskala diameter;

Mikron-skala eller till och med längre längd;

Högt bildförhållande;

Grafitiserad yta;

Relativt stor effektiv kontaktyta.

När ett stort antal CNT:er kommer i kontakt bildas-buntliknande strukturer lätt mellan rören. CNT:er bildar kristallina buntar på grund av stark van der Waals attraktion, och detta själv-aggregerande beteende är ett viktigt hinder som påverkar CNT-bearbetning och praktiska tillämpningar. Den höga specifika ytarean, den hydrofoba ytan, van der Waals-krafterna och π-π-interaktionerna hos CNT gör att de bildar aggregat eller buntar -liknande strukturer av varierande storlekar i många polymerer och vanliga lösningsmedel. Därför betyder uppkomsten av agglomeration i kolnanorörspulver inte nödvändigtvis att produktkvaliteten är dålig.

En viss grad av agglomeration är i sig en av materialets egenskaper hos CNT-pulver.

Det som verkligen behöver kontrolleras är: Hur stora agglomeraten är, hur hårt bundna de är och om de effektivt kan de-deagglomereras efter att de kommit in i det slutliga systemet.

II. Vad är "Agglomerationen" i kolnanorörspulver exakt?

Agglomerering i CNT-pulver är inte bara några få partiklar som klibbar ihop, utan kan vara en komplex struktur som bildas steg för steg från individuella rör, buntliknande strukturer och större sekundära agglomerat.

Det kan enkelt förstås som tre nivåer:

Första nivån: Individuell CNT

Detta är det idealiska tillståndet för enstaka-rör.

Andra nivån: CNT-paket

Flera kolnanorör är i linje med varandra i en viss riktning och bildar ett knippe.

Tredje nivån: Makroskopiskt agglomerat

Ett stort antal CNT-buntar trasslar ihop sig ytterligare och kompakterar och bildar synliga pulveragglomerat eller agglomerat i mikron-skala.

Forskning har observerat att CNT i instabila dispersionssystem först kan bilda ungefär parallella buntar innehållande cirka 2-6 rör, och sedan ytterligare bilda tredimensionella nätverksagglomeratstrukturer.

Därför: En liten svart partikel som ses av fabriken kanske inte är en "partikel" internt, utan en stor massa av sammanflätade kolnanorör.

III. Kan vanlig torrpulveromrörning direkt bryta upp kolnanorör?

Det kan förbättra makroskopisk enhetlighet, men kan vanligtvis inte helt dissociera stabila CNT-buntar till idealiska individuella rör eller fina buntar-liknande strukturer.

Detta är nyckeln till att förstå "dispersion av torrt pulver i kolnanorör."

Vanlig torrblandningsutrustning tillhandahåller huvudsakligen:

Omrörning;

Konvektion;

Friktion;

Kompression;

En viss grad av skjuvning.

Det kan göra CNT-pulver från: Stora agglomerat → Relativt jämn pulverblandning. Men det behöver inte nödvändigtvis uppnå ytterligare: Stora agglomerat → Små agglomerat → CNT-buntar → Enskilda rör-nivåspridning.

Befintlig forskning har specifikt jämfört CNT torr-tillståndsmekanisk de-agglomerering med våtbearbetning, och påpekat att traditionell mekanisk blandning kan använda krafter som skjuvning, kompression och friktion för att bryta upp agglomerat, men för tätt agglomererade MWCNTs är den de{2}mekaniska metoden ofta begränsad av konglomerationsmetoden.

Så, om en fabrik säger: "Vi rörde ihop CNT och hartspulvret i 30 minuter, och det ser redan enhetligt ut."

Denna slutsats kan bara indikera: Makroskopisk blandning är relativt enhetlig. Det kan ännu inte bevisa: CNT:er har spridits helt i mikroskopisk skala.

IV. Varför kan torrpulveromrörning se enhetligt ut men CNT-agglomerat kan fortfarande existera?

Eftersom makroskopisk enhetlighet och nanoskala enhetlighet är två helt olika begrepp.

Till exempel läggs 1 kg kolnanorör till en 100 kg sats harts.

Efter torr pulverblandning kan det se mycket enhetligt ut från provtagningsbehållaren, färgen och det visuella utseendet.

Men efter förstoring kan följande fortfarande finnas:

Agglomerat på 10 μm-nivå;

Flera -μm-nivå CNT-paket;

Lokala regioner med hög-koncentration;

CNT-nätverk är inte helt utvecklade.

Detta kan förstås med följande koncept:

Det faktiska målet är inte att alla applikationer måste uppnå "fullständig spridning av individuella CNTs." Det verkligt rimliga målet är att uppnå en spridningsskala som matchar den slutliga produktens prestanda.

V. Varför är det svårare att sprida torrt pulver i kolnanorör än vanligt pulver?

Det höga sidoförhållandet och höga specifika ytarean hos CNT ger dem starkare intrassling och agglomerationstendenser jämfört med vanliga sfäriska fyllmedel.

En jämförelse kan göras:

Därför kan det inte helt enkelt antas att: "Nanopulver kan lösas genom att bara öka omrörningshastigheten." CNT-spridning är ett problem som gemensamt bestäms av energitillförsel, gränssnittsinteraktioner och materialstruktur.

VI. Hur man bedömer om kolnanorörspulver verkligen är dispergerat?

Du kan inte bara titta på färg och visuell observation. Åtminstone bör bedömningen kombinera agglomeratstorlek, mikroskopisk morfologi, viskositet eller slutlig prestanda.

Det rekommenderas att välja testmetoder enligt applikationen.

Bland dessa är slutlig prestandatestning ofta mer meningsfull än att enbart eftersträva ett visst antal partikelstorlekar.

För även om ett CNT-system ser väl dispergerat ut under ett mikroskop, om den slutliga konduktiviteten inte förbättras, kan det inte betraktas som en verklig processframgång.

VII. Vilken spridningsprocess bör användas för kolnanorörspulver?

Ett relativt tillförlitligt tillvägagångssätt är att använda en graderad process av "pre-mixing-de-agglomeration-stabilization-verification" snarare än att använda maximal mekanisk energi från början.

Steg 1: För-blandning

Låt först CNT etablera enhetlig kontakt med huvudmaterialet eller dispersionsmediet.

Steg 2: Öka skjuvningen gradvis

Öka gradvis den mekaniska energin beroende på graden av agglomeration.

Steg 3: Använd ultraljud eller slipning vid behov

För vätskefassystem kan agglomeratstorleken minskas ytterligare genom ultraljud, högskjuvning eller slipning.

Steg 4: Stabilisering

Använd dispergeringsmedel eller ytmodifieringsmetoder som är lämpliga för systemet för att minska sannolikheten för åter-agglomerering.

Steg 5: Verifiering

Testa åtminstone:

Agglomeratstorlek;

Viskositet;

Sedimentering;

CNT längd;

Slutlig ledande prestanda.

Detta tillvägagångssätt stämmer överens med den vanliga "mixing-ultrasound-stabilization-performance verification-rutten i CNT-spridningsforskning. Relaterade recensioner behandlar också mekanisk blandning, ultraljud och stabilisering som huvudstegen i CNT-vätskefas/kompositdispersionsdesign.

VIII. Är dispersionssvårigheten densamma för olika kolnanorörspulver?

Nej. Rörets diameter, längd, renhet, yttillstånd och agglomerationsgrad påverkar alla den slutliga dispergeringsprocessen.

Därför kan man inte direkt kopiera någon annans: "500 W + 30 minuter" och sedan anta att deras egna CNT nödvändigtvis kommer att uppnå samma effekt.

CNT-spridningsparametrar måste bestämmas i kombination med: Materialspecifikationer + Fast innehåll + Medium + Dispergeringsmedel + Utrustning.

IX. Som tillverkare av kolnanorörspulver, hur hjälper Shandong Tanfeng kunder att lösa agglomerationsproblem?

En verkligt värdefull CNT-leverantör bör inte bara tillhandahålla en pulverspecifikationstabell, utan bör också hjälpa kunder att korrelera materialparametrar med faktiska spridningsprocesser.

Som tillverkare av kolnanorörspulver kan Shandong Tanfeng matcha kundens slutliga applikation:

CNT-typ;

Rörets diameter;

Längd;

Renhet;

Specifik yta;

Yttillstånd;

Applikationssystem;

Rekommenderad spridningsriktning.

Till exempel, om kunden har att göra med:

Konduktiv plast:Huvudfokus på rördiameter + längd + bildförhållande + extruderingsskjuvningsförhållanden

Vattenhaltig uppslamning:Nyckelfokus på vätning + dispergeringsmedel + skjuvning/ultraljud + stabilitet

NMP-system:Nyckelfokus på lösningsmedelskompatibilitet + dispersionstillstånd + fast innehåll + viskositet

Gummiblandning:Huvudfokus på bildförhållande + gränssnittsbindning + blandningsprocess

Därför kan Shandong Tanfengs produktvalslogik skifta ytterligare från: "Vilken modell att sälja" till: "Vilket spridningsproblem behöver kunden lösa."

X. Är agglomerering i kolnanorörspulver ett tecken på dålig kvalitet?

Det kan inte helt enkelt bedömas på detta sätt, eftersom en viss grad av agglomeration i torrt pulvertillstånd är ett vanligt beteende hos själva materialet.

Vad som verkligen behöver särskiljas är:

Normal pulveragglomereringkan åter-spridas genom rimliga processer.

Över-komprimerad agglomerationkräver betydligt högre energi för att öppna.

Agglomerering orsakad av materialets yttillståndkan kräva byte av spridningssystemet.

Irreversibel agglomeration orsakad av processbehandlingkan redan ha påverkat slutproduktens prestanda.

Därför, under upphandling, kräver inte bara: "Pulvret får absolut inte ha någon agglomeration."

Ett mer rimligt krav är: "Under mina målsystem och processförhållanden, vilken spridningsnivå kan pulvret uppnå?"

XI. FAQ

Är agglomeration den största svårigheten med kolnanorörspulver?

Agglomerering är verkligen en av kärnprocesssvårigheterna i CNT-industritillämpningar, men det är inte den enda svårigheten. Förutom agglomerering måste vätning, dispersionsstabilitet, bibehållande av bildförhållande, viskositet, gränsytebindning och batchstabilitet också beaktas.

Kan torrpulveromrörning direkt bryta upp kolnanorör?

Det kan förbättra makroskopisk blandning, men vanlig torrpulveromrörning kan vanligtvis inte garantera fullständig dissociation av tätt bundna CNT-buntar. Om slutprodukten har höga krav på mikroskopisk dispersion, behövs vanligtvis ytterligare hög skjuvning, smältkompoundering eller våt dispersion.

Varför är kolnanorör benägna att bilda agglomerat?

Främst relaterat till starka inter-tube van der Waals-interaktioner, hög specifik yta och en-endimensionell struktur med högt bildförhållande.

Kan ultraljud helt lösa CNT-agglomeration?

Det kan inte garanteras. Ultraljud kan avsevärt förbättra vätskefasspridningen-, men effekten beror på CNT-specifikationer, medium, dispergeringsmedel, koncentration och energitillförsel, och överdrivet ultraljud kan orsaka minskning av CNT-längden.

Är finare spridning av kolnanorör alltid bättre?

Nej. En balans måste hittas mellan agglomeratreduktion, dispersionsstabilitet, ledande nätverk och bevarande av CNT-längd.

Vilka applikationer är CNT torrblandning lämplig för?

Torrblandning är relativt lämplig för förblandning av pulver-, torrblandning av polymer, masterbatch och vissa pulverbearbetningsvägar. Om slutprodukten är vattenhaltig eller NMP-uppslamning, behövs vanligtvis fortfarande dispersionsprocesser i flytande-fas.

Hur bedömer man om CNT-pulver är lätt att sprida?

Du kan inte bara titta på renheten. Det rekommenderas att samtidigt jämföra rördiameter, längd, specifik ytarea, pulveragglomereringstillstånd och kräver att leverantörer tillhandahåller TEM/SEM- och dispersionstestdata för målsystemet.

Kan Shandong Tanfeng ge spridningsrekommendationer?

Ja. Motsvarande produktmatchnings- och dispersionsprocessrekommendationer kan tillhandahållas baserat på rördiametern, längden, renheten hos CNT-pulvret och kundens vattenhaltiga, NMP-, harts- eller andra applikationssystem.

Kolnanorör är inte "svåra att röra om jämnt"-Snarare måste man förstå vad sann dispersion innebär

Agglomerering av kolnanorörspulver är en typisk bearbetningsutmaning som orsakas av dess nanostruktur, och vanlig torrpulveromrörning löser huvudsakligen makroskopisk enhetlighet, som inte automatiskt kan likställas med de-agglomerering i nanoskala.

För vissa ledande plaster, pulverkompositmaterial och masterbatch-processer: Torrblandning → Hög skjuvning/extrudering → Slutlig bearbetning kan helt bli en rimlig väg.

För vattenhaltiga, NMP och andra vätskesystem: För-vätning → Hög skjuvning → Ultraljud/slipning → Stabilisering → Prestandaverifiering är vanligtvis mer lämpligt.

Och en verkligt utmärkt CNT-spridningsprocess är inte: "Att bryta CNTs så bra som möjligt." Men snarare: "Att använda tillräckligt med energi för att öppna oönskade agglomerat samtidigt som den effektiva längden och strukturen av CNTs bevaras så mycket som möjligt."

Detta är också den mest anmärkningsvärda punkten när du köper kolnanorörspulver-materialparametrar avgör utgångspunkten, och spridningsprocessen avgör om materialets prestanda verkligen kan frigöras.

Som tillverkare av kolnanorörspulver kan Shandong Tanfeng, förutom att tillhandahålla kolnanorörspulver med olika specifikationer, även matcha material från dimensioner som rördiameter, längd, renhet, specifik yta och målspridningssystem enligt kundens slutliga applikation. För kunder som behöver vattenbaserade, NMP-, hartsblandnings- eller ledande plastapplikationer, snarare än att bara jämföra "vilket företags pulver är billigare", är det mer rekommenderat att direkt jämföra agglomerationstillståndet, tillsatsmängden, ledande prestanda och batchstabilitet under samma dispergeringsprocess.

Det verkliga värdet av kolnanorörspulver ligger inte i hur enhetligt själva pulvret ser ut, utan i huruvida det kan bilda ett effektivt funktionellt nätverk med lämplig struktur efter att ha kommit in i slutprodukten.