Í djúpu vatni breytts plasts og byggingarefna hefur nafn kolefnis nanóröra lengi verið þrumandi. Hins vegar mistakast margir lyfjaverkfræðingar um leið og þeir byrja: að henda í hrúgu af svörtu dufti nær ekki aðeins að styrkja heldur veldur það í raun að fylkið verður stökkt og flæðigeta hrynur. Þetta leiðir okkur að sálarleitarspurningu-dagsins: hversu miklar frammistöðubætir geta kolefnisnanórör skilað styrktu plasti/gúmmíi/steypu? Hver er viðbótarupphæðin? Sumir segja að 0,5% viðbót tvöfaldi styrk, aðrir segja að það skipti engu máli að bæta því við. Þetta er engan veginn skattur á upplýsingaöflun sem greiddur er fyrir efnið sjálft, heldur grimmur leikur á milli einvíddar nanó-netsins og samhæfni við hlið stórsæja fylkisins. Í dag munum við rífa af okkur markaðsskikkjuna og nota harðkjarna mæld gögn til að sýna algjörlega raunverulegan bardagakraft CNTs í þessum þremur fylkiskerfum.
1. Plaststyrking: Hversu mikið þarf til að gera plast bæði harðgert og leiðandi?
Þegar plast er styrkt með kolefnisnanorörum, þarf aðeins afar lítið magn í viðbót upp á 1-3wt% til að auka togstyrk um 40%-80% og veita varanlega andstöðueiginleika og varmaleiðandi virkni til fylkisins.
Hefðbundið glertrefja- eða steinefnafyllt plast-þarf yfirleitt meira en 20% viðbót, sem ekki aðeins fórnar flæðihæfni efnisins verulega heldur gerir sprautu-steypta hlutana grófa á yfirborðinu. Kolefni nanórör styrkt plast, hins vegar, treysta á "nanoscale rebar." Mjög lítið magn af CNTs fléttast inn í net innan plastbræðslunnar, þar sem annar endinn læsist á fjölliða keðjuhlutana og hinn endinn leiðir streitu. Þegar ytri kraftur togar, neyta rörin mikið magn af orku í gegnum útdráttar--út og brúarbúnað. Enn mikilvægara er að 1-2% viðbót fer yfir leiðandi gegnsláttarmörk, sem breytir einangrunarplasti beint í and-truflanir - eitthvað sem hefðbundin fylliefni geta aðeins látið sig dreyma um.
| Plast árangursvísir (PA66 sem dæmi) | Hreint plastefni | CNT styrkt plast (2wt% viðbót) | Frammistöðuaukning | Heimildarheimild/gagnatilvísun |
|---|---|---|---|---|
| Togstyrkur | 80 MPa | 115 - 145 MPa | +40% - 80% | Samsett hluti B |
| Yfirborðsviðnám | >10¹⁵ Ω/sq | 10³ - 10⁵ Ω/sq | Varanleg andstæðingur-truflanir náð | Shandong Tanfeng umsóknarstofu |
| Hitabeygjuhitastig (HDT) | 75 gráður | 105 gráður | +30 gráðu | Journal of Polymer Materials |
| Bræðsluflæðisvísitala (MFI) | Grunnlína | Örlítið minnkað en samt hægt að sprauta | Mun betri en 20% glertrefja viðbót | Sprautumótunarferli mældur samanburður |
2. Gúmmístyrking: Af hverju getur það komið í stað helmings kolsvartsins?
Að bæta 2-5wt% kolefnis nanórörum við gúmmíkerfi bætir ekki aðeins slitþol um meira en 50% heldur byggir það einnig upp varmaleiðandi net, sem leysir banvænan sársauka við hitamyndun í gúmmívörum.
Í heila öld hefur óumdeildur konungur gúmmíiðnaðarins verið kolsvartur, oft bætt við í 40-50 hlutum. En kolsvart er ekki aðeins þungt; hitaleiðni þess er afar léleg, sem veldur því að dekk ofhitna að innan á miklum hraða og springa. Kolefnis nanórör styrkt gúmmí virkar bæði sem vélrænn "ör-fjöður" og sem "hraðbraut" fyrir hitaleiðni. Notkun 2-5 hluta af CNT til að skipta um 10-20 hluta kolsvarts viðheldur sömu hörku en bætir verulega rifstyrk og slitþol og tvöfaldar varmaleiðni, sem lengir endingu kraftmikilla gúmmíþéttinga og dekkja til muna.
| Gúmmíárangursvísir (NBR sem dæmi) | Pure Carbon Black System (50phr) | Kolsvartur 40phr + CNT 3phr | Frammistöðuaukning | Skipulagsskýring |
|---|---|---|---|---|
| Akron slitstap | Grunnlína (0,15 cm³) | 0.07 - 0.08 cm³ | Slitþol batnað um 50%+ | Ein-vídd netkerfi bælir sprunguútbreiðslu |
| Varmaleiðni | 0.2 W/m·K | 0.45 W/m·K | Varmaleiðni tvöfaldaðist | CNT phonon hraðbraut dreifir hita |
| Tárastyrkur | 35 kN/m | 50 kN/m | +42% | Dragðu-út og brúaðu streituorku |
| Mooney seigja | Tiltölulega hátt | Verulega minnkað | Bætt vinnsluflæði | Heildarfyllingarinnihald minnkað |
3. Steinsteypa styrking: Geta nokkrir dropar af svörtum vökva komið í veg fyrir sprungur?
Þröskuldurinn fyrir járnbentri steypu úr nanórörum er afar lágur. Aðeins þarf að bæta við snefilefni upp á 0,05-0,1wt% til að auka þrýstistyrk um 20%-30% og bæla verulega útbreiðslu örsprungna.
Steinsteypa er stórsæpið brothætt efni, fyllt að innan með háræðaholum í míkron-kvarða og ör-sprungum. Meginreglan um járnbentri járnbentri steinsteypu er "ör-saumur." Meðan á vökvunarviðbrögðunum stendur ná vel-dreifð CNT yfir þessar upprunalegu ör-sprungur eins og saumar, sem kemur í veg fyrir frekari útbreiðslu sprungna. Mjög lítið magn í viðbót (aðeins nokkrir tugir til hundrað grömm á hvern rúmmetra af steypu) þéttir smásæjar svitaholur, og eykur ekki aðeins þrýsti- og sveigjustyrk til muna heldur bætir einnig verulega ógegndræpi og frost-þíðingarþol.
| Steyptur árangursvísir (C30 viðmið) | Slétt steypa | CNT Steinsteypa (0,08wt% viðbót) | Frammistöðuaukning | Heimildarheimild/gagnatilvísun |
|---|---|---|---|---|
| 28 daga þrýstistyrkur | 30 MPa | 37 - 39 MPa | +20% - 30% | Byggingar- og byggingarefni |
| Beygjustyrkur | 4,0 MPa | 5.2 - 5.5 MPa | +30% | Seigja aukin, sprungur brúaðar |
| Slump (vinnuhæfni) | Grunnlína | Örlítið minnkað (þarfnast vatnsrennslis) | Uppfyllir kröfur um dælu | Raunveruleg hönnunarprófun á verkfræðiblöndu |
| 28 daga þurrkun | Grunnlína | Lækkað um 25% | Verulegar sprunguvarnir | Shandong Tanfeng vatnsdreifingarprófun |
4. Hinn harki veruleiki: Hvers vegna breytir það að bæta við CNT efninu þínu í úrgang?
Grundvallarástæðan fyrir takmörkuðum afköstum kolefnis nanóröra í plasti, gúmmíi og steypu er mikil þétting sem stafar af sterkum samskiptum á nanóskala og afar léleg samhæfni við milliflöt við fylkið.
Sama hversu áhrifamikil fræðileg gögn eru, ef ekki er hægt að dreifa þeim, þá er það sóun. Kolefni nanórör eru afar létt með gríðarmiklum van der Waals kröftum á milli-röra. Ef þurrdufti er hent beint í tvískrúfuútpressu eða sementhrærivél er einfaldlega ekki hægt að brjóta það í sundur. Ódreifðar þyrpingar ná ekki aðeins að styrkjast heldur mynda í raun risastóra streituþéttnipunkta innan fylkisins. Þegar ytri krafti er beitt brotnar plastið beint úr þyrpingunum; steypustyrkur lækkar í staðinn. Að auki er yfirborð kolefnisröra óvirkt. Án markvissar yfirborðsbreytinga fyrir fylkið geta rörin ekki tengst plastinu/gúmmíinu og losun á milliflata á sér stað um leið og krafti er beitt.
5. Framleiðendastyrkur: Hvernig rjúfur Shandong Tanfeng stöðvunaráhrif samhæfni viðmóta?
Að velja upprunaframleiðanda eins og Shandong Tanfeng sem hefur vald á kjarnatækni sérsniðinna yfirborðsbreytinga og fordreifingar- er eina flýtileiðin til að komast yfir milliflatasamhæfisbilið og sannarlega styrkja plast/gúmmí/steypu með kolefnisnanorörum.
Þar sem undirrótin liggur í dreifingu og viðmóti eru lausnirnar „sönn af-flækju og sterk tengsl“. Sem faglegur CNT framleiðandi opnar Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. raunverulegan bardagakraft CNTs fyrir þig frá nýmyndunaruppsprettunni:
Ofur-mikill hreinleiki fjarlægir streitustyrk:Málmleifar eru sökudólgarnir sem valda staðbundnum stökkbreytingum í plasti og steypu. Shandong Tanfeng notar sérhæfða hreinsunarferla til að þrýsta þétt á málmleifar undir 20 ppm, sem tryggir að fylliefnið sjálft verði ekki að byggingargalla í fylkinu.
Sérsniðið stærðarhlutfall passar við fylkið:Plast þarf langar rör til að byggja upp net; steinsteypa þarf stutt rör til að koma í veg fyrir flækju. Með sjálfþróuðu hvarfakerfi sínu, getur Shandong Tanfeng útvegað sérsniðnar CNTs með stærðarhlutföllum á bilinu 100 til 1500 eftir þörfum, sem passa nákvæmlega við rheological og vélrænni kröfur mismunandi fylkja.
Tilbúið-til-nota Masterbatches/Pastes:Shandong Tanfeng miðar að sársaukamarki þurrduftsþéttingar og útvegar breyttar plastefnisblöndur fyrir plast, EPDM/NBR for-dreifðar masterlotur fyrir gúmmí og há-vatnsdreifingu fyrir steypu. Með sérsniðnum yfirborðsbreytingum og-háþrýstingshreinsunarferlum-þéttingarferlum næst raunverulegur einur-röraskilnaður og virkir hópar sem eru samhæfðir við fylkið eru græddir á rörveggina, sem gerir einvíddarnetinu kleift að dreifa sér fullkomlega í plasti, gúmmíi og sementi, sem raunverulega skilar 30% styrkingunni.
Niðurstaða
Snúum okkur aftur að kjarnaspurningunni: hversu miklar frammistöðubætir geta kolefnis nanórör fært styrktu plasti/gúmmíi/steypu? Hver er viðbótarupphæðin? Að bæta 1-3% við plast eykur styrkinn um helming; að bæta 2% við gúmmí tvöfaldar slitþol; að bæta 0,08% við steypu eykur þrýstistyrkinn um 30% - þetta eru sannreynd hagnýt gögn. En allt er þetta byggt á þeirri forsendu að útrýma þéttbýli og brúa viðmótið. Að treysta á háan hreinleika, sérsniðin stærðarhlutföll og fjöl-fordreifingartækni frá upprunaframleiðanda eins og Shandong Tanfeng til að fara yfir ferlisbilið frá nanó yfir í makró er eina leiðin fyrir kolefnis nanórör til að verða raunverulega afdrifaríkt tæki fyrir hefðbundna fylkisbreytingu, frekar en sóun á framleiðslulínunni.