Capitolul 1: În primul rând, înțelegeți: De ce este pasta de nanotuburi de carbon atât de dificil de filtrat?
Prietenii care au lucrat cu șlamuri catodice de baterii cu litiu sau acoperiri conductoare știu că CNT-urile sunt cu adevărat excelente în performanță - conductivitate electrică bună, cantitate redusă de adaos și capacitatea de a crește densitatea energiei. Cu toate acestea, odată ajuns pe linia de producție, mai ales în timpul etapei de filtrare, este pur și simplu o durere de cap.
Simptome tipice: O sită de filtru de 200 de ochiuri nou înlocuită, după filtrarea a mai puțin de 50 kg de pastă, manometrul crește la peste 0,3 MPa; ecranul filtrului este înlocuit de mai mult de zece ori pe zi; sau pur și simplu devine „zdrobit” direct, iar pasta nu poate curge.
Există trei cauze fundamentale:
Raportul de aspect al CNT-urilor este extrem de mare (de obicei 100-1000 sau mai mult). Sunt ca o grămadă de țepi moi la nivel de microni, care se împletesc unul cu celălalt pentru a forma o formă de „cuib de pasăre”, rămânând ușor blocat în porii ecranului de filtrare.
Aglomeratele sunt greu de deschis complet. Chiar și după măcinarea granulelor sau dispersia cu forfecare mare-, rămân un număr mare de particule aglomerate de CNT de zeci de micrometri, iar aceste bulgări tari blochează direct porii filtrului.
Vâscozitatea sistemului de pastă este mare. În special în sistemele care utilizează NMP ca solvent, când conținutul de solid este de 15%-20%, vâscozitatea poate ajunge la câteva mii de centipoise, fluiditatea este slabă și chiar și rezistența mică va provoca colapsul filtrării.
Capitolul 2: Ce poate face Shandong Tanfeng pentru a vă ajuta?
În rezolvarea problemei dificultății de filtrare, capacitatea tehnică a producătorului CNT din amonte este adesea subestimată. Un furnizor cu capacități de cercetare și dezvoltare vă poate ajuta să reduceți sarcina de filtrare de la sursă. Iată câteva dimensiuni avantajoase demne de remarcat:
Avantajul 1: Produse CNT care sunt mai ușor de dispersat
Dificultatea de dispersie variază foarte mult între CNT-urile produse de diferiți producători. Producătorii buni vor optimiza de la sursă:
Controlul diametrului și lungimii tubului:CNT-urile multi-perete (MWCNT) sunt mai dure și mai scurte decât CNT-urile cu un-perete (SWCNT), ceea ce face filtrarea relativ mai ușoară. Prin optimizarea sistemului de catalizator în procesul CVD (cum ar fi catalizatorii bimetalici de fier/cobalt), Shandong Tanfeng poate controla cu precizie diametrul tubului în 1-2 nm și lungimea tubului într-un interval specific, reducând încurcarea excesivă.
Tratament de funcționalizare a suprafeței:Unii producători de top efectuează modificări ale suprafeței CNT-urilor pentru a le îmbunătăți compatibilitatea interfațală cu solventul, făcând pasta mai stabilă după dispersie și mai puțin predispusă la re-aglomerare.
Masterbatch pre-dispersat:Alegerea unei paste conductoare pre-dispersate (masterbatch cu 8-10% conținut de CNT) reduce dificultatea de filtrare cu un ordin de mărime în comparație cu cumpărarea de pulbere și dispersarea ei singur.
Avantajul 2: Capacitatea de personalizare a formulărilor de pastă
Producătorii profesioniști de CNT nu numai că vând pulbere, ci oferă și soluții de dispersie de sprijin:
Sistem dispersant:Dezvoltarea de-dispersanți de înaltă performanță (cum ar fi modificatorii de suprafață pe bază de polivinilpirolidonă-) pentru a obține suspensie uniformă și stabilitatea pe termen lung-a CNT-urilor în solvenți organici prin reglarea potențialului Zeta, evitând aglomerarea secundară în timpul depozitării.
Optimizarea conținutului solid:O formulare bună poate obține un conținut ridicat de solide de 5%-10% cu vâscozitate controlabilă, permițând utilizarea directă în procesele de acoperire fără diluare excesivă înainte de filtrare.
Avantajul 3: Acumularea de brevete în tehnologia de eliminare a impurităților
Un motiv ascuns al dificultății de filtrare este prezența impurităților magnetice amestecate în pastă, care accelerează înfundarea sităi filtrului. Producătorii capabili din punct de vedere tehnic vor controla impuritățile la minimum înainte de a părăsi fabrica:
Shandong Tanfeng a dezvoltat un dispozitiv integrat de îndepărtare a impurităților „adsorbție magnetică + filtrare”, folosind tije magnetice pentru a adsorbi impuritățile magnetice (cum ar fi fier, cobalt și alte reziduuri de catalizator), apoi folosind componente de filtru pentru a intercepta impuritățile de particule, reducând sarcina de filtrare din aval de la sursă.
De asemenea, a dezvoltat o structură de disc filtrant cu un electromagnet, utilizând natura ne-magnetică a CNT-urilor pentru a adsorbi și a îndepărta particulele de metal reziduale.
Avantajul 4: Controlul calității și tehnologia de testare
Deținerea unei tehnologii brevetate pentru identificarea dimensiunii particulelor in-situ poate determina rapid dacă dispersia pastei CNT îndeplinește standardul, asigurând consistența produselor care părăsesc fabrica. Aceasta înseamnă că performanța de filtrare a fiecărui lot de pastă pe care o primiți este mai stabilă și nu va fluctua între bine și rău.
Într-o singură propoziție:Alegerea unui furnizor CNT cu expertiză tehnică rezolvă efectiv jumătate din problema de filtrare. Ei iau în considerare procesabilitatea ulterioară în etapa de proiectare a produsului, ceea ce poate reduce semnificativ frecvența înfundarii ecranului pe linia dvs. de producție.
Capitolul 3: 7 Metode eficiente de rezolvare a dificultăților de filtrare
Metoda 1: „De-aglomerare” forțată o dată înainte de filtrare
Mulți producători separă complet dispersia și filtrarea. De fapt, instalarea unui emulgator online cu forfecare înaltă-sau a unui procesor cu ultrasunete (putere 2-3 kW, frecvență 20 kHz) în serie înainte de filtru poate redeschide CNT-urile care s-au reaglomerat în timpul depozitării. După adăugarea acestui pas, o fabrică de materiale catodice ternare a prelungit durata de viață a ecranului filtrului de la 2 ore la 8 ore.
Metoda 2: Filtrarea în etape, nu încercați să o faceți într-un singur pas
Nu începe direct cu un ecran de 200 de mesh. Abordarea corectă este:
Prima etapă:Filtrare grosieră din oțel inoxidabil cu ochiuri de 30 pentru a intercepta impuritățile mari și aglomeratele evidente.
Etapa a doua:Filtrare intermediară de 100 de ochiuri.
A treia etapă:Filtrare fină 150-200 mesh.
Lăsați pasta să aibă un tampon și eliberare de presiune statică între fiecare etapă. Dacă produsul necesită o curățenie extrem de ridicată, utilizați 250 de ochiuri în etapa finală, dar Metoda 3 trebuie coordonată în acest moment.
Metoda 3: Aplicați încălzirea și amestecarea împreună
Temperatură:Încălziți pasta la 40-45 de grade (sistemul NMP nu are nicio problemă datorită punctului său de fierbere ridicat; sistemul pe bază de apă nu trebuie să depășească 50 de grade ). Vâscozitatea va scădea cu 30%-40%, iar rata de trecere prin sita de filtru va crește semnificativ.
Amestecare:Mențineți agitarea la viteză mică-(30-60 rpm) la capătul frontal al admisiei filtrului pentru a preveni depunerea CNT-urilor în noroi dur. Dacă utilizați un rezervor de presiune etanș, adăugați un agitator cuplat magnetic în partea de jos.
Metoda 4: Treceți la un alt tip de echipament de filtrare
Filtrele cu saci convenționale sau filtrele cu cartuș sunt în mod inerent „neprietenoase” cu pasta CNT. Alternativele recomandate includ:
Filtru de tambur de vid:Se bazează pe aspirarea în vid. După formare pe suprafața tamburului, turta de filtru este îndepărtată automat, astfel încât să nu se înfunde continuu. Potrivit pentru producția continuă la scară mare-.
Filtru de auto{0}curățare:Are un racletor intern sau un dispozitiv de spalare in contra-spalare care curata automat suprafata sita filtrului la fiecare 10 minute. Investiția inițială este mare, dar costul poate fi recuperat din forță de muncă și medii de filtrare în termen de șase luni.
Filtru de ecran vibrator:Aplică vibrații verticale sau orizontale pe ecranul filtrului, determinând ca CNT-urile blocate în deschiderile de plasă să se „scuture” înapoi în pastă.
Metoda 5: Ajustați morfologia CNT-urilor înșiși
Dacă toate metodele de mai sus au fost încercate și totuși eșuează, problema ar putea fi cu materia primă. În acest moment, trebuie să discutați cu furnizorul dvs. CNT - pentru a vedea dacă puteți trece la un lot cu o lungime mai mică a tubului și un raport de aspect mai mic sau să cumpărați direct pastă pre-dispersată.
Metoda 6: Schimbați de la „Filtrare cu presiune pozitivă” la „Filtrare cu presiune negativă”
Sub presiune pozitivă, cu cât presiunea diferențială este mai mare, cu atât CNT-urile sunt presate mai strâns și cu atât mai adânc devin încorporate în sita filtrului. Trecând la filtrarea în vid (grad de vid -0,06 până la -0,08 MPa), pasta este aspirată prin sita de filtru cu o forță de forfecare mai mică, iar viteza de înfundare încetinește. Dezavantajul este debitul limitat, potrivit pentru loturi mici și medii.
Metoda 7: Acceptați „Filtrarea incompletă” și optimizați fluxul în aval
Unele procese de acoperire nu sunt sensibile la aglomeratele moi de zeci de micrometri în pasta CNT (deoarece intervalul de acoperire este de obicei peste 100 micrometri). Puteți relaxa în mod corespunzător precizia de filtrare la 120 mesh, sporind în același timp eliminarea online a impurităților metalice înainte de acoperire (folosind tije magnetice sau filtre electromagnetice). Acest lucru asigură că capul de acoperire nu se înfundă în timp ce rezolvă problema blocării filtrării.
Capitolul 4: Un caz real: de la schimbarea filtrelor de 15 ori pe zi la de 3 ori
Anul trecut, am ajutat un producător de paste conductive din China de Sud să efectueze un diagnostic. Pasta lor CNT (cu mai mulți pereți, conținut solid 12%, sistem NMP) folosea un cartuș de filtru cu ochiuri de 200 și a trebuit să-l schimbe de 15-18 ori pe schimb, făcând producția continuă aproape imposibilă.
Am făcut trei modificări:
S-a adăugat un emulgator cu forfecare-înaltă-în linie la ieșirea rezervorului de dispersie (treceți o dată înainte de a intra în filtru).
S-a schimbat filtrarea grosieră cu o singură-etapă de 200 de ochiuri în 50 de ochiuri → 120 de ochiuri → 200 de ochiuri.
Se încălzește pasta de la temperatura camerei la 42 de grade și se menține amestecarea la intrare.
Trei zile mai târziu, frecvența de schimbare a filtrului a scăzut la 3 ori pe tură, iar timpul de filtrare-un singur lot a fost redus de la 4 ore la 1,5 ore. Costul total a fost mai mic de 20.000 RMB.
Notă suplimentară:Această fabrică a mai făcut un lucru ulterior - au trecut la un alt furnizor CNT și ne-au ales pe noi. După tratamentul de modificare a suprafeței, starea inițială de dispersie a fost mai bună, iar presiunea de filtrare a scăzut cu aproximativ 30%. Acest lucru confirmă un principiu: optimizarea proceselor și modernizarea lanțului de aprovizionare trebuie urmărite simultan.
Capitolul 5: Rezumat într-o singură propoziție
Dificultatea de filtrare a pastei conductoare CNT este în esență rezultatul suprapunerii a trei factori: „fibre lungi + aglomerare + vâscozitate ridicată”. Nu vă așteptați la un singur filtru ultra-filtru fin pentru a rezolva toate problemele. În schimb, utilizați o strategie combinată de „pretratare pentru deschiderea aglomeratelor, filtrare în etape pentru a împărți sarcina, control al temperaturii și agitare pentru a reduce vâscozitatea și schimbarea tipului de echipament, dacă este necesar”.
În același timp, nu uitați că alegerea furnizorului potrivit din amonte este cea mai bună optimizare a procesului. Un producător de CNT capabil din punct de vedere tehnic vă poate economisi 80% din problemele ulterioare de filtrare în etapa de proiectare a produsului. Dacă linia dvs. de producție suferă de înfundarea ecranului, încercați să alegeți mai întâi 2-3 din cele 7 metode de mai sus și, în același timp, discutați cu furnizorul despre selecția produsului. De obicei, ar trebui să observați o îmbunătățire semnificativă într-o săptămână.