Kapitel 1: Först först: Varför är kolnanorörspasta så svårt att filtrera?
Vänner som har arbetat med katoduppslamningar av litiumbatterier eller ledande beläggningar vet att CNT:er är verkligen utmärkta i prestanda - god elektrisk ledningsförmåga, låg tillsatsmängd och förmåga att öka energitätheten. Men en gång på produktionslinjen, särskilt under filtreringssteget, är det helt enkelt en huvudvärk.
Typiska symptom: En nyligen utbytt 200-mesh filtersil, efter att ha filtrerat mindre än 50 kg pasta, stiger tryckmätaren till över 0,3 MPa; filterskärmen byts ut mer än tio gånger om dagen; eller så blir den helt enkelt "krossad" direkt, och pastan kan inte flyta.
Det finns tre grundorsaker:
Bildförhållandet för CNT:er är extremt stort (vanligtvis 100-1000 eller mer). De är som ett gäng mjuka taggar på mikronnivå, som flätas samman för att bilda en "fågelbo"-form, som lätt fastnar i filterskärmens porer.
Agglomerat är svåra att helt bryta upp. Även efter kulfräsning eller hög-skjuvningsdispergering finns ett stort antal CNT-agglomererade partiklar på tiotals mikrometer kvar, och dessa hårda klumpar blockerar direkt filterporerna.
Viskositeten hos pastasystemet är hög. Speciellt i system som använder NMP som lösningsmedel, när den fasta halten är 15%-20%, kan viskositeten nå flera tusen centipoise, fluiditeten är dålig och även liten resistans kommer att få filtreringen att kollapsa.
Kapitel 2: Vad kan Shandong Tanfeng göra för att hjälpa dig?
För att lösa problemet med filtreringssvårigheter underskattas ofta den tekniska förmågan hos CNT-tillverkaren uppströms. En leverantör med forsknings- och utvecklingskapacitet kan hjälpa dig att minska filtreringsbördan från källan. Här är flera anmärkningsvärda fördelsdimensioner:
Fördel 1: CNT-produkter som är lättare att skingra
Svårigheten att sprida sig varierar kraftigt mellan CNT som tillverkas av olika tillverkare. Bra tillverkare kommer att optimera från källan:
Kontroll av rördiameter och rörlängd:Fler-väggiga CNT:er (MWCNT) är hårdare och kortare än enkelväggiga CNT:er (SWCNT), vilket gör filtrering relativt enklare. Genom optimering av katalysatorsystem i CVD-processen (som järn/kobolt bimetallkatalysatorer) kan Shandong Tanfeng exakt kontrollera rördiametern inom 1-2 nm och rörlängden inom ett specifikt område, vilket minskar överdriven intrassling.
Ytfunktionaliseringsbehandling:Vissa ledande tillverkare utför ytmodifiering på CNT för att förbättra deras gränssnittskompatibilitet med lösningsmedlet, vilket gör pastan mer stabil efter dispergering och mindre benägen att åter-agglomeras.
För-spridd masterbatch:Att välja en för-dispergerad ledande pasta (masterbatch med 8-10 % CNT-innehåll) minskar filtreringssvårigheten med en storleksordning jämfört med att köpa pulver och sprida det själv.
Fördel 2: Anpassningsförmåga för pastaformuleringar
Professionella CNT-tillverkare säljer inte bara pulver utan tillhandahåller även stödjande dispersionslösningar:
Dispergeringssystem:Utveckling av hög-dispergeringsmedel (som polyvinylpyrrolidon-baserade ytmodifierare) för att uppnå enhetlig suspension och lång-stabilitet av CNT i organiska lösningsmedel genom Zeta-potentialreglering, vilket undviker sekundär agglomeration under lagring.
Solid innehållsoptimering:En bra formulering kan uppnå en hög fasthalt på 5%-10% med kontrollerbar viskositet, vilket möjliggör direkt användning i beläggningsprocesser utan överdriven utspädning före filtrering.
Fördel 3: Patentansamling i teknik för borttagning av föroreningar
En dold orsak till filtreringssvårigheter är närvaron av magnetiska föroreningar som blandas in i pastan, vilket påskyndar igensättning av filterskärmen. Tekniskt kapabla tillverkare kommer att kontrollera föroreningar till ett minimum innan de lämnar fabriken:
Shandong Tanfeng har utvecklat en integrerad "magnetisk adsorption + filtrering" för borttagning av föroreningar, med hjälp av magnetiska stavar för att adsorbera magnetiska föroreningar (som järn, kobolt och andra katalysatorrester), och sedan använda filterkomponenter för att fånga upp partikelformiga föroreningar, vilket minskar nedströms filtreringsbördan från källan.
Den har också utvecklat en filterskivastruktur med en elektromagnet, som utnyttjar den icke-magnetiska naturen hos CNT för att adsorbera och ta bort kvarvarande metallpartiklar.
Fördel 4: Kvalitetskontroll och testteknik
Att ha patenterad teknik för partikelstorleksidentifiering på plats-kan snabbt avgöra om dispersionen av CNT-pasta uppfyller standarden, vilket säkerställer konsistensen hos produkter som lämnar fabriken. Detta innebär att filtreringsprestandan för varje batch pasta du får är mer stabil och inte kommer att fluktuera mellan bra och dåligt.
I en mening:Att välja en CNT-leverantör med teknisk expertis löser effektivt hälften av filtreringsproblemet. De överväger efterföljande bearbetbarhet i produktdesignstadiet, vilket avsevärt kan minska frekvensen av igensättning av skärmen på din produktionslinje.
Kapitel 3: 7 Effektiva metoder för att lösa filtreringssvårigheter
Metod 1: Tvingad "de-agglomerering" en gång före filtrering
Många tillverkare separerar dispersion och filtrering helt. Faktum är att installation av en online-hög-emulgator eller ultraljudsprocessor (effekt 2-3 kW, frekvens 20 kHz) i serie innan filtret kan återöppna de CNT som har agglomererats igen under lagring. Efter att ha lagt till detta steg förlängde en fabrik för ternärt katodmaterial filterskärmens livslängd från 2 timmar till 8 timmar.
Metod 2: Etappvis filtrering, försök inte göra det i ett steg
Börja inte direkt med en 200-mesh skärm. Rätt tillvägagångssätt är:
Första steget:30-mesh grovfiltrering av rostfritt stål för att fånga upp stora föroreningar och uppenbara agglomerat.
Andra etappen:100-mesh mellanfiltrering.
Tredje etappen:150-200 mesh finfiltrering.
Låt pastan ha en buffert och statisk tryckavlastning mellan varje steg. Om produkten kräver extremt hög renhet, använd 250-mesh i slutskedet, men metod 3 måste koordineras vid denna punkt.
Metod 3: Applicera uppvärmning och omrörning tillsammans
Temperatur:Värm pastan till 40-45 grader (NMP-systemet har inga problem på grund av sin höga kokpunkt; det vattenbaserade systemet bör inte överstiga 50 grader). Viskositeten kommer att minska med 30%-40%, och passagehastigheten genom filtersilen kommer att öka avsevärt.
Omrörning:Upprätthåll låg-omrörning (30–60 rpm) vid den främre änden av filterinloppet för att förhindra att CNT lägger sig i hård lera. Om du använder en förseglad trycktank, lägg till en magnetiskt kopplad omrörare i botten.
Metod 4: Byt till en annan typ av filtreringsutrustning
Konventionella påsfilter eller patronfilter är i sig "ovänliga" mot CNT-pasta. Rekommenderade alternativ inkluderar:
Vakuumtrumfilter:Förlitar sig på vakuumsug. Efter formning på trumytan skrapas filterkakan automatiskt bort, så att den inte täpps till kontinuerligt. Lämplig för kontinuerlig stor-produktion.
Självrengörande-filter:Har en invändig skrapa eller backspolningsanordning som automatiskt rengör filtersilens yta var 10:e minut. Den initiala investeringen är hög, men kostnaden kan återvinnas från arbete och filtermedia inom sex månader.
Vibrerande skärmfilter:Tillför vertikal eller horisontell vibration på filtersilen, vilket gör att CNTs som fastnat i nätöppningarna "skakar av" tillbaka in i pastan.
Metod 5: Justera morfologin för CNTs själva
Om alla ovanstående metoder har prövats och fortfarande misslyckas, kan problemet ligga i råmaterialet. Vid det här laget måste du prata med din CNT-leverantör - och se om du kan byta till en batch med kortare tublängd och ett mindre bildförhållande, eller direkt köpa pre-spridd pasta.
Metod 6: Ändra från "Positive Pressure Filtration" till "Negative Pressure Filtration"
Under positivt tryck, ju större differentialtrycket är, desto hårdare pressas CNT:erna och desto djupare blir de inbäddade i filterskärmen. Vid övergång till vakuumfiltrering (vakuumgrad -0,06 till -0,08 MPa), sugs pastan genom filtersilen med lägre skjuvkraft, och igensättningshastigheten saktar ner. Nackdelen är begränsad flödeshastighet, lämplig för små och medelstora partier.
Metod 7: Acceptera "Ofullständig filtrering" och optimera nedströms
Vissa beläggningsprocesser är inte känsliga för mjuka agglomerat på tiotals mikrometer i CNT-pasta (eftersom beläggningsgapet vanligtvis är över 100 mikrometer). Du kan på lämpligt sätt slappna av filtreringsprecisionen till 120 mesh, samtidigt som du ökar online-avlägsnandet av metallföroreningar före beläggning (med hjälp av magnetiska stavar eller elektromagnetiska filter). Detta säkerställer att beläggningshuvudet inte täpps till samtidigt som problemet med filtreringsstopp löses.
Kapitel 4: Ett riktigt fall: Från att byta filter 15 gånger om dagen till 3 gånger
Förra året hjälpte vi en kontraktstillverkare av konduktiv pasta i södra Kina att göra en diagnos. Deras CNT-pasta (fler-väggar, fast innehåll 12 %, NMP-system) använde en 200-mesh filterpatron, och de var tvungna att byta den 15-18 gånger per skift, vilket gjorde kontinuerlig produktion nästan omöjlig.
Vi gjorde tre ändringar:
Lade till en in-linje hög-emulgeringsmedel vid utloppet av dispersionstanken (pass igenom en gång innan du går in i filtret).
Ändrade enstegs 200-mesh till 50-mesh grovfiltrering → 120-mesh → 200-mesh.
Upphettade pastan från rumstemperatur till 42 grader och bibehöll inloppsrörning.
Tre dagar senare sjönk filterbytesfrekvensen till 3 gånger per skift, och den enstaka -batchfiltreringstiden minskade från 4 timmar till 1,5 timmar. Den totala kostnaden var mindre än 20 000 RMB.
Ytterligare anmärkning:Den här fabriken gjorde senare en sak till - de bytte till en annan CNT-leverantör och valde oss. Efter ytmodifieringsbehandling var det initiala dispersionstillståndet bättre och filtreringstrycket sjönk med ytterligare cirka 30 %. Detta bekräftar en princip: processoptimering och uppgradering av försörjningskedjan måste genomföras samtidigt.
Kapitel 5: Sammanfattning i en mening
Svårigheten med att filtrera CNT-ledande pasta är i huvudsak resultatet av överlagringen av tre faktorer: "långa fibrer + agglomeration + hög viskositet." Förvänta dig inte en enda ultra-fin filterskärm för att lösa alla problem. Använd istället en kombinationsstrategi av "förbehandling för att öppna agglomerat, stegvis filtrering för att dela belastningen, temperaturkontroll och omrörning för att minska viskositeten, och byt utrustningstyp vid behov."
Samtidigt, glöm inte att välja rätt uppströmsleverantör är den bästa processoptimeringen. En tekniskt kapabel CNT-tillverkare kan spara dig 80 % av efterföljande filtreringsproblem i produktdesignstadiet. Om din produktionslinje lider av igensättning av skärmen, prova att välja 2-3 av de 7 metoderna ovan först, och prata samtidigt med din leverantör om produktval. Du bör vanligtvis se betydande förbättringar inom en vecka.