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如何實(shí)現(xiàn)碳納米管的分散及所采用的設(shè)備？

IKN 2019-02-26 | 閱讀：1742

如何實(shí)現(xiàn)碳納米管的分散及所采用的設(shè)備？

均勻分散碳納米管要滿足的必要條件主要有打散碳納米管團(tuán)聚體、簡斷長碳納米管、保持碳納米的分散狀態(tài)。具體分散方法有物理方法及化學(xué)方法兩大類，物理分散方法主要有碾磨分散、球磨、超聲波等；化學(xué)分散法主要有添加表面活性劑、強(qiáng)酸強(qiáng)堿洗滌等；另外還可采用原位合成法制備碳納米管復(fù)合材料。

碳納米管，它是一種管狀的碳分子，管上每個(gè)碳原子采取sp2雜化，相互之間以碳-碳σ鍵結(jié)合起來，形成由六邊形組成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)作為碳納米管的骨架。每個(gè)碳原子上未參與雜化的一對p電子相互之間形成跨越整個(gè)碳納米管的共軛π電子云。按照管子的層數(shù)不同，分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。管子的半徑方向非常細(xì)，只有納米尺度，幾萬根碳納米管并起來也只有一根頭發(fā)絲寬，碳納米管的名稱也因此而來。而在軸向則可長達(dá)數(shù)十到數(shù)百微米。

碳納米管溶液分散的難點(diǎn)是:碳納米管除具有一般納米粒子的尺寸效應(yīng)外，還具有力學(xué)強(qiáng)度大、柔韌性好、電導(dǎo)率高等獨(dú)特的性質(zhì)，成為聚合物復(fù)合材料理想的增強(qiáng)體，在化工、機(jī)械、電子、航空、航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但由于碳納米管易聚集成束或纏繞，而且與其他納米粒子相比，其表面是相對“惰性”的，在常見的有機(jī)溶劑或聚合物材料中的分散度低，這極大地制約了其廣泛應(yīng)用。因此，對碳納米管的表面進(jìn)行改性已成為聚合物 /碳納米管復(fù)合材料的研究熱點(diǎn)之一。目前，國內(nèi)外對碳納米管表面改性的研究主要是在其表面引入共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵基團(tuán)，例如采用表面化學(xué)反應(yīng)改性、表面活性劑改性等，或采用聚合物分子對碳納米管進(jìn)行包覆改性等方法.近年來。還提出了紫外線照射、等離子射線改性等處理方法。表面改性的碳納米管用于聚合物復(fù)合材料可以顯著改善材料的力學(xué)性能、電性能和熱性能等。

碳納米管分散技術(shù)三要素：分散介質(zhì)、分散劑和分散設(shè)備

分散介質(zhì)

1、根據(jù)粘度不同，分散介質(zhì)分為高粘度、中粘度和低粘度三種。在低粘度介質(zhì)中，如水合有機(jī)溶劑，碳納米管易于分散。中粘度介質(zhì)如液態(tài)環(huán)氧樹脂、液態(tài)硅橡膠等，高粘度介質(zhì)如溶態(tài)的塑料。

2、此處介紹的碳納米管分散技術(shù)，針對中、低粘度分散介質(zhì)。

分散劑

1、分散劑的選擇，與分散介質(zhì)結(jié)構(gòu)、極性、溶度參數(shù)等密切相關(guān)。

2、分散劑的用量，與碳納米管比表面積和共價(jià)鍵修飾的功能基團(tuán)有關(guān)。

3、水性介質(zhì)中，推薦使用TNWDIS。強(qiáng)極性有機(jī)溶劑中，如醇、DMF、NMP，推薦使用TNADIS,中等極性有機(jī)溶劑如脂類、液態(tài)環(huán)氧樹脂、液態(tài)硅橡膠，推薦使用TNEDIS。

分散設(shè)備

一般采用IKN研磨分散機(jī)，上海IKN（依肯）機(jī)械設(shè)備有限公司專門應(yīng)對碳納米管漿料開發(fā)的高剪切CMD2000系列研磨分散機(jī)適合大規(guī)模地分散碳納米管、中粘度介質(zhì)分散碳納米管。碳納米管漿料工作原理：是由電動機(jī)通過皮帶傳動帶動轉(zhuǎn)齒（或稱為轉(zhuǎn)子）與相配的定齒（或稱為定子）作相對的高速旋轉(zhuǎn)，被加工物料通過本身的重量或外部壓力（可由泵產(chǎn)生）加壓產(chǎn)生向下的螺旋沖擊力，透過膠體磨定、轉(zhuǎn)齒之間的間隙（間隙可調(diào)）時(shí)受到強(qiáng)大的剪切力、摩擦力、高頻振動等物理作用，使物料被有效地乳化、分散和粉碎，達(dá)到物料超細(xì)粉碎及乳化的效果。

研磨分散機(jī)的細(xì)化作用一般來說要弱于均質(zhì)機(jī)，但它對物料的適應(yīng)能力較強(qiáng)（如高粘度、大顆粒），所以在很多場合下，它用于均質(zhì)機(jī)的前道或者用于高粘度的場合。在固態(tài)物質(zhì)較多時(shí)也常常使用膠體磨進(jìn)行細(xì)化。

研磨式分散機(jī)是由錐體磨,分散機(jī)組合而成的高科技產(chǎn)品。

第1級由具有精細(xì)度遞升的三級鋸齒突起和凹槽。定子可以無限制的被調(diào)整到所需要的與轉(zhuǎn)子之間的距離。在增強(qiáng)的流體湍流下，凹槽在每級都可以改變方向。

第二級由轉(zhuǎn)定子組成。分散頭的設(shè)計(jì)也很好地滿足不同粘度的物質(zhì)以及顆粒粒徑的需要。在線式的定子和轉(zhuǎn)子（乳化頭）和批次式機(jī)器的工作頭設(shè)計(jì)的不同主要是因?yàn)?在對輸送性的要求方面，特別要引起注意的是：在粗精度、中等精度、細(xì)精度和其他一些工作頭類型之間的區(qū)別不光是指定轉(zhuǎn)子齒的排列，還有一個(gè)很重要的區(qū)別是不同工作頭的幾何學(xué)特征不一樣。狹槽數(shù)、狹槽寬度以及其他幾何學(xué)特征都能改變定子和轉(zhuǎn)子工作頭的不同功能。根據(jù)以往的慣例，依據(jù)以前的經(jīng)驗(yàn)指定工作頭來滿足一個(gè)具體的應(yīng)用。在大多數(shù)情況下，機(jī)器的構(gòu)造是和具體應(yīng)用相匹配的，因而它對制造出zui終產(chǎn)品是很重要。當(dāng)不確定一種工作頭的構(gòu)造是否滿足預(yù)期的應(yīng)用。

上海依肯機(jī)械設(shè)備有限公司是一家中德合作經(jīng)營企業(yè)，依肯通過引進(jìn)德國IKN技術(shù)和科學(xué)管理模式，形成了完整的研發(fā)、制造及營銷體系。她保持與全球的混合乳化技術(shù)同步，同時(shí)擁有一流的技術(shù)研究人才和生產(chǎn)能力，為中國及全球提供多元化的產(chǎn)品及技術(shù)服務(wù)。