Каковы преимущества использования превосходного наполнителя сульфата бария при модификации нейлона?
Сульфат бария, также известный как барит, представляет собой бесцветное, не имеющее запаха, нетоксичное неорганическое соединение с химической формулой BaSO4. Он известен своей высокой плотностью, высокой белизной, хорошей химической стабильностью и устойчивостью к кислотам и щелочам, а также нерастворим в воде и большинстве кислот. Эти характеристики делают сульфат бария широко используемым во многих промышленных областях, особенно в области модификации пластика, особенно в модификации нейлона (PA), где сульфат бария демонстрирует уникальные преимущества.
Нейлон, как полимерный материал с превосходными механическими свойствами, износостойкостью, устойчивостью к кислотам и щелочам и самосмазыванием, широко используется во многих промышленных областях. Однако недостатки нейлона, такие как высокое водопоглощение и плохая размерная стабильность, ограничивают область его применения. Поэтому особенно важно модифицировать нейлон для улучшения его характеристик. Как нейтральный наполнитель, сульфат бария играет несколько ролей в модификации нейлона, таких как укрепление, упрочнение и улучшение блеска.
Эффект армирования
Как неорганический наполнитель, добавление сульфата бария может значительно улучшить жесткость (модуль) и твердость нейлона и подходит для промышленных деталей, требующих высокого модуля (например, шестеренок и подшипников). Соответствующие экспериментальные результаты показывают, что с увеличением содержания наносульфата бария модуль изгиба и модуль растяжения нейлона улучшаются. В частности, когда массовая доля наносульфата бария составляет определенное значение (например, 3%), механические свойства нейлона достигают наилучших значений. Этот эффект армирования в основном обусловлен жесткостью сульфата бария и его хорошим сцеплением интерфейса с нейлоновой матрицей.
Стабильность размеров: уменьшение усадки и коробления нейлона во время обработки или использования и повышение точности размеров.
Температура тепловой деформации (HDT): ограничение движения полимерных цепей, улучшение термической стабильности материалов и расширение применения нейлона в высокотемпературных средах (например, детали автомобильных двигателей).
Эффект упрочнения
Помимо эффекта армирования, сульфат бария также может оказывать упрочняющее действие на нейлон. Взаимодействие между наночастицами сульфата бария и нейлоновой матрицей образует эластичный переходный слой, который может эффективно передавать и ослаблять напряжение на границе раздела, тем самым поглощая и рассеивая внешнюю энергию удара и улучшая прочность материала. Однако стоит отметить, что при увеличении содержания сульфата бария до определенной степени эксплуатационные характеристики материала будут снижаться из-за возникновения агломерации.
Улучшенный блеск
Сульфат бария обладает сильной светоотражающей способностью в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах длин волн, что позволяет ему демонстрировать высокую яркость в формулах для окрашивания пластика. Когда для заполнения нейлона выбирается сульфат бария с соответствующим размером частиц, поверхностный блеск обработанных изделий может быть значительно улучшен. Кроме того, показатель преломления сульфата бария аналогичен показателю преломления полимеров, таких как нейлон, поэтому он может сохранять яркость и оттенок красящего пигмента.
Практическое применение
В практических применениях сульфат бария обычно равномерно диспергируется в матрице нейлона в форме нанометров путем смешивания расплава. Этот метод использует эффект размера, большую удельную площадь поверхности и сильную силу на границе раздела наносульфата бария и идеально сочетает жесткость, размерную стабильность и термическую стабильность сульфата бария с прочностью, технологичностью и диэлектрическими свойствами нейлона, тем самым получая превосходные комплексные характеристики.
Сульфат бария показал значительное улучшение, упрочнение и улучшение блеска при модификации нейлона. Рационально контролируя содержание и распределение размеров частиц сульфата бария, можно оптимизировать механические свойства нейлона, улучшить долговечность и эстетику продукта, сбалансировать производительность и стоимость, оптимизировать разработку формулы для конкретных сценариев и, таким образом, расширить область применения нейлона.
Как сбалансировать прочность и стоимость талька при модификации пластмасс?
В современной индустрии пластмасс модифицированные пластмассы привлекли большое внимание своими превосходными характеристиками и широкими областями применения. Тальк, как важный неорганический минеральный наполнитель, играет жизненно важную роль в модификации пластмасс.
Тальк может не только эффективно улучшить физические свойства пластмассовых изделий, но и в определенной степени снизить их производственные затраты. Однако, как разумно контролировать затраты, обеспечивая прочность, стало важным вопросом при модификации пластмасс. Когда тальк используется при модификации пластмасс, как можно сбалансировать соотношение между модулем упругости при изгибе, ударной вязкостью и т. д. и стоимостью, регулируя количество добавляемого талька и его характеристики?
Тальк — это природный магниевый силикатный минерал с хлопьевидной структурой. При модификации пластмасс тальк может значительно улучшить жесткость, твердость поверхности, термическую стойкость к ползучести, электроизоляцию и размерную стабильность пластмассовых изделий. В то же время он также может повысить ударную вязкость пластмасс и улучшить текучесть и технологические свойства пластмасс. Этот эффект усиления в основном обусловлен микрочешуйчатой структурой талька, которая может образовывать эффективные физические точки сшивки в пластиковой матрице, тем самым улучшая общие характеристики пластика.
Модуль изгиба является важным показателем для измерения способности пластика противостоять изгибной деформации. Добавление талька в пластик может значительно улучшить модуль изгиба. Это связано с тем, что жесткая структура талька может улучшить способность пластика поддерживать скелет, делая его менее склонным к изгибу и деформации при воздействии внешних сил. Однако следует отметить, что по мере увеличения количества добавляемого талька вязкость системы также будет увеличиваться, что может повлиять на производительность обработки пластика. Поэтому в практических приложениях необходимо всесторонне рассмотреть улучшение модуля изгиба и баланс производительности обработки.
Ударная вязкость является важным показателем для измерения способности пластика противостоять ударным нагрузкам. Добавление соответствующего количества талька в пластик может в определенной степени улучшить ударную прочность. Однако, если количество добавленного талька слишком велико, это может привести к снижению силы гравитационного сцепления между молекулами пластика, что повлияет на ударную вязкость. Поэтому, стремясь к высокой прочности, необходимо разумно контролировать количество добавленного талька, чтобы избежать негативного влияния на ударную вязкость.
При модификации пластика ключ к балансу прочности и стоимости заключается в разумном выборе разновидностей талька, размера частиц и количества добавления. Вот несколько конкретных стратегий:
1. Выбирайте высококачественный тальк
Высококачественный тальк имеет более высокую чистоту и более полную структуру хлопьев, что может более эффективно улучшить эксплуатационные характеристики пластика. Хотя цена высококачественного талька относительно высока, улучшение эксплуатационных характеристик, которое он приносит, часто может компенсировать рост стоимости и даже принести более высокую добавленную стоимость.
2. Оптимизируйте распределение размеров частиц талька
Соответствующее распределение размеров частиц может улучшить однородность дисперсии талька в пластиковой матрице, тем самым более эффективно выполняя армирующую роль. В то же время разумное распределение размера частиц может также снизить вязкость системы и улучшить производительность обработки.
3. Точно контролируйте количество добавляемого вещества
Точно контролируя количество добавляемого вещества талька, можно обеспечить прочность, избежав при этом отрицательного влияния на такие свойства, как ударная вязкость. Кроме того, разумное количество добавляемого вещества может также снизить производственные затраты и улучшить экономические выгоды.
4. Используйте модифицированный тальк
Модифицированный тальк имеет более сильное сродство к интерфейсу и лучшую диспергируемость, что может более эффективно улучшить производительность пластиков. Хотя цена модифицированного талька относительно высока, улучшение производительности и улучшение производительности обработки, которые он приносит, часто могут компенсировать увеличение стоимости.
14 методов нанесения покрытия на поверхность ультрадисперсного порошка
Ультратонкие порошки обычно относятся к частицам с размером частиц в микрометры или нанометры. По сравнению с обычными объемными материалами они имеют большую удельную площадь поверхности, поверхностную активность и более высокую поверхностную энергию, тем самым демонстрируя превосходные оптические, тепловые, электрические, магнитные, каталитические и другие свойства. Ультратонкие порошки широко изучались в качестве функционального материала в последние годы и все более широко использовались в различных областях народнохозяйственного развития.
Однако из-за уникальных проблем агломерации и дисперсии ультратонких порошков они утратили многие превосходные свойства, что серьезно ограничивает промышленное применение ультратонких порошков.
Методы нанесения покрытия на поверхность ультратонких порошков
1. Метод механического смешивания. Используйте механические силы, такие как экструзия, удар, сдвиг и трение, чтобы равномерно распределить модификатор на внешней поверхности частиц порошка, чтобы различные компоненты могли проникать и диффундировать друг в друга, образуя покрытие. Основными методами, используемыми в настоящее время, являются шаровое измельчение, перемешивающее измельчение и высокоскоростное воздействие воздушного потока.
2. Метод твердофазной реакции. Смешайте и измельчите несколько солей металлов или оксидов металлов в соответствии с формулой, а затем прокалите их, чтобы напрямую получить сверхтонкие покрытые порошки посредством твердофазной реакции.
3. Гидротермальный метод. В закрытой системе высокой температуры и высокого давления вода используется в качестве среды для получения особой физической и химической среды, которую невозможно получить в условиях обычного давления, так что предшественник реакции полностью растворяется и достигает определенной степени пересыщения, тем самым образуя единицу роста, а затем зародышеобразование и кристаллизация для получения композитного порошка.
4. Золь-гель метод. Сначала предшественник модификатора растворяется в воде (или органическом растворителе) для образования однородного раствора, а растворенное вещество и растворитель гидролизуются или алкоголизируются для получения золя модификатора (или его предшественника); затем предварительно обработанные покрытые частицы равномерно смешиваются с золем, чтобы сделать частицы равномерно диспергированными в золе, и золь обрабатывается, чтобы превратиться в гель, и прокаливается при высокой температуре, чтобы получить порошок, покрытый модификатором на поверхности, тем самым достигая модификации поверхности порошка.
5. Метод осаждения. Добавьте осадитель в раствор, содержащий частицы порошка, или добавьте вещество, которое может инициировать образование осадителя в реакционной системе, так что модифицированные ионы подвергаются реакции осаждения и осаждаться на поверхности частиц, тем самым покрывая частицы.
6. Метод гетерогенной коагуляции (также известный как «метод гетерофлокуляции»). Метод, предложенный на основе принципа, что частицы с противоположными зарядами на поверхности могут притягиваться друг к другу и коагулировать.
7. Метод покрытия микроэмульсией. Сначала сверхтонкий порошок для покрытия готовится с помощью крошечного водного ядра, обеспечиваемого микроэмульсией типа W/O (вода в масле), а затем порошок покрывается и модифицируется с помощью микроэмульсионной полимеризации.
8. Метод неравномерного зародышеобразования. Согласно теории процесса кристаллизации LAMER, слой покрытия формируется неравномерным зародышеобразованием и ростом частиц модификатора на матрице покрытых частиц.
9. Метод химического осаждения. Он относится к процессу осаждения металла химическим методом без приложения внешнего тока. Существует три метода: метод замещения, метод контактного осаждения и метод восстановления.
10. Метод сверхкритической жидкости. Это новая технология, которая все еще находится в стадии исследования. В сверхкритических условиях снижение давления может привести к пересыщению и может достичь высокой скорости пересыщения, так что твердое растворенное вещество кристаллизуется из сверхкритического раствора.
11. Химическое осаждение из паровой фазы. При относительно высокой температуре смешанный газ взаимодействует с поверхностью подложки, в результате чего некоторые компоненты смешанного газа разлагаются и образуют покрытие из металла или соединения на подложке.
12. Высокоэнергетический метод. Метод покрытия наночастиц с использованием инфракрасных, ультрафиолетовых, гамма-лучей, коронного разряда, плазмы и т. д. в совокупности называется высокоэнергетическим методом. Высокоэнергетический метод часто использует некоторые вещества с активными функциональными группами для достижения поверхностного покрытия наночастиц под действием высокоэнергетических частиц.
13. Метод распылительного термического разложения. Принцип процесса заключается в распылении смешанного раствора нескольких солей, содержащего требуемые положительные ионы, в туман, отправке его в реакционную камеру, нагретую до заданной температуры, и получении мелкодисперсных композитных порошковых частиц посредством реакции.
14. Метод микрокапсулирования. Метод модификации поверхности, при котором на поверхности порошка образуется однородная пленка определенной толщины. Размер частиц обычно изготавливаемых микрокапсул составляет от 2 до 1000 мкм, а толщина материала стенки — от 0,2 до 10 мкм.
Сверхтонкий никелевый порошок: малый размер, большой эффект!
Сверхтонкий никелевый порошок обычно относится к никелю с размером частиц менее 1 мкм. В зависимости от размера частиц сверхтонкий никелевый порошок часто делится на микронный никелевый порошок (средний размер частиц ≥ 1 мкм), субмикронный никелевый порошок (средний размер частиц 0,1-1,0 мкм) и нано-никелевый порошок (средний размер частиц 0,001-0,100 мкм). Сверхтонкий никелевый порошок имеет характеристики малого размера, высокой поверхностной активности, хорошей проводимости и превосходной магнитной проводимости. Он широко используется в цементированном карбиде, чиповых многослойных керамических конденсаторах, магнитных материалах, высокоэффективных катализаторах, проводящих суспензиях, поглощающих материалах, материалах электромагнитного экранирования и других областях. Во многих областях предъявляются высокие требования к чистоте, дисперсности и сферичности никелевого порошка, поэтому получение сферического сверхтонкого никелевого порошка с хорошей сферичностью, высокой чистотой и высокой дисперсностью стало текущим направлением исследований в области получения никелевого порошка.
Сверхтонкий никелевый порошок широко используется во многих высокотехнологичных и промышленных областях благодаря своей высокой удельной площади поверхности, превосходной проводимости, каталитической активности и магнитным свойствам.
Электроника и полупроводниковые области
Многослойные керамические конденсаторы (MLCC): сверхтонкий никелевый порошок является ключевым материалом для внутренних электродов MLCC, заменяя традиционный сплав драгоценных металлов палладия и серебра, значительно снижая производственные затраты, при этом удовлетворяя потребности высокочастотных и миниатюрных электронных компонентов.
Проводящая паста и упаковка: благодаря своей высокой проводимости и дисперсности он используется в электронных пастах и проводящих покрытиях печатных плат (PCB) для улучшения проводимости и теплоотводящих характеристик электронных устройств.
Полупроводниковые материалы: как проводящий наполнитель в корпусе микросхем он повышает теплопроводность и механическую стабильность материала.
Хранение и преобразование энергии
Литий-ионные аккумуляторы: как материал положительного электрода (например, LiNiO2), он значительно улучшает плотность энергии аккумулятора и срок службы цикла, особенно для новых энергетических транспортных средств и систем хранения энергии.
Топливные элементы: используются в качестве катализатора (например, катализатора реакции водорода с кислородом) для повышения эффективности реакции, сокращения использования драгоценного металла платины и снижения затрат.
Суперконденсаторы: повышают емкость хранения заряда электродных материалов за счет оптимизации наноструктуры.
Катализ и защита окружающей среды
Нефтехимия: используется в качестве эффективного катализатора в гидрогенизации, дегидрогенизации и других реакциях для повышения выхода и чистоты продукта, например, гидрогенизации толуола для получения метилциклогексана.
Защита окружающей среды: используется для очистки отработанных газов и сточных вод, каталитического разложения загрязняющих веществ и сокращения выбросов вредных веществ.
Новый энергетический катализ: в производстве водородной энергии эффективное производство водорода посредством реакции парового риформинга (SMR) способствует развитию чистой энергии.
Магнитные материалы и технология поглощения волн
Магнитная жидкость и среда хранения: диспергируется в жидкости-носителе для образования магнитной жидкости или используется в магнитных запоминающих устройствах высокой плотности (например, квантовых дисках).
Материалы для электромагнитного экранирования и поглощения волн: сверхтонкий никелевый порошок обладает превосходными электрическими и магнитными свойствами. Материалы для экранирования электромагнитных волн могут быть получены путем смешивания сверхтонкого никелевого порошка с полимерными матричными материалами. Многокомпонентные композитные материалы, такие как медь и никель, обладают хорошими свойствами поглощения и экранирования волн в области высоких частот и могут использоваться в качестве материалов скрытности в области высоких частот. Основанное на сверхтонком никелевом порошке проводящее покрытие широко используется в военной технологии скрытности и гражданском электронном оборудовании.
Аэрокосмическая промышленность и производство высокотехнологичных изделий
Высокотемпературные сплавы: в качестве добавок для улучшения высокотемпературной стойкости и коррозионной стойкости сплавов, подходит для деталей авиационных двигателей.
Цементированный карбид: заменяет кобальт в качестве связующего металла, используется в режущих инструментах и износостойких деталях, снижая затраты и улучшая производительность.
Биомедицина и новые материалы
Носители лекарств, диагностика и лечение: используйте его магнитную чувствительность и биосовместимость для целевой доставки лекарств и обнаружения магнитных маркеров.
3D-печать и композитные материалы: в качестве наполнителя для литья металлов под давлением (MIM) он улучшает механические свойства и точность формования сложных деталей.
Преимущество сверхтонкого никелевого порошка заключается в том, что он заменяет более дорогие драгоценные металлические материалы, значительно снижая производственные затраты. Однако эти области применения требуют, чтобы используемый наноникелевый порошок имел правильную сферическую структуру, малый размер и равномерное распределение размеров частиц, хорошую диспергируемость, высокую плотность утряски, сильную антиоксидантную способность и другие свойства, что также создает проблему для процесса приготовления наноникелевого порошка.
Преимущества углеродных материалов по теплопроводности и теплоотдаче
В современных отраслях электроники и оптоэлектроники, поскольку электронные устройства и их продукты развиваются в направлении высокой интеграции и высокой вычислительной мощности, рассеиваемая мощность удвоилась. Рассеивание тепла постепенно стало ключевым фактором, ограничивающим устойчивое развитие электронной промышленности. Поиск материалов для управления теплом с превосходной теплопроводностью имеет решающее значение для следующего поколения интегральных схем и трехмерных электронных конструкций продуктов.
Теплопроводность традиционных керамических материалов (таких как нитрид бора, нитрид алюминия) и металлических материалов (таких как медь, алюминий) составляет всего несколько сотен Вт/(м·К) максимум. Для сравнения, теплопроводность углеродных материалов, таких как алмаз, графит, графен, углеродные нанотрубки и углеродное волокно, еще более удивительна. Например, графит имеет теоретическую теплопроводность до 4180 Вт/мК в направлении, параллельном кристаллическому слою, что почти в 10 раз больше, чем у традиционных металлических материалов, таких как медь, серебро и алюминий. Кроме того, углеродные материалы также обладают превосходными свойствами, такими как низкая плотность, низкий коэффициент теплового расширения и хорошие механические свойства при высоких температурах.
Графен
Графен — это однослойный поверхностный материал атомов углерода, отслаивающийся от графита. Он имеет двумерную плоскую структуру в форме сот, состоящую из однослойных атомов углерода, плотно расположенных в правильных шестиугольниках. Структура очень стабильна. Связь между атомами углерода внутри графена очень гибкая. Когда к графену прикладывается внешняя сила, поверхность атомов углерода изгибается и деформируется, так что атомам углерода не приходится перестраиваться, чтобы приспособиться к внешней силе, тем самым сохраняя структурную стабильность. Эта стабильная структура решетки придает графену превосходную теплопроводность.
Углеродные нанотрубки
С момента открытия углеродных нанотрубок в 1991 году они стали объектом внимания многих ученых, изучающих теплопроводность углеродных нанотрубок. Углеродные нанотрубки состоят из однослойных или многослойных графитовых листов, скрученных в спираль, и делятся на три типа: однослойные, двухслойные и многослойные.
Специальная структура придает углеродным нанотрубкам чрезвычайно высокую теплопроводность. Некоторые исследователи подсчитали, что теплопроводность однослойных углеродных нанотрубок при комнатной температуре составляет 3980 Вт/(м·К), теплопроводность двухслойных углеродных нанотрубок — 3580 Вт/(м·К), а теплопроводность многослойных углеродных нанотрубок — 2860 Вт/(м·К).
Алмаз
Кристаллическая структура алмаза представляет собой тесное расположение атомов углерода в тетраэдрах, и все электроны участвуют в связывании. Поэтому его теплопроводность при комнатной температуре достигает 2000~2100 Вт/(м·К), что является одним из материалов с лучшей теплопроводностью в природе. Эта особенность делает его незаменимым в области высококачественного рассеивания тепла.
Углеродное волокно
Углеродное волокно обрабатывается высокотемпературной карбонизацией для формирования турбостратной графитовой структуры. Если его аксиальная графитовая решетка высокоориентирована, оно может достичь сверхвысокой теплопроводности. Например, теплопроводность мезофазного пека на основе углеродного волокна составляет 1100 Вт/(м·К), а теплопроводность выращенного в паровой фазе углеродного волокна может достигать 1950 Вт/(м·К).
Графит
Графит имеет гексагональную кристаллическую структуру, состоящую из шести граней и двух плотноупакованных базальных плоскостей. Первый слой гексагональной сетки атомов углерода смещен на 1/2 гексагональной диагональной линии и перекрывается параллельно со вторым слоем. Третий слой и первый слой повторяются в положении, образуя последовательность ABAB... Теплопроводность природного графита вдоль кристаллической плоскости (002) составляет 2200 Вт/(м·К), а теплопроводность в плоскости высокоориентированного пиролитического графита также может достигать 2000 Вт/(м·К).
Все вышеперечисленные углеродные материалы обладают чрезвычайно высокой теплопроводностью, поэтому они привлекли большое внимание в области высоких требований к рассеиванию тепла. Далее рассмотрим несколько классических углеродных проводящих/теплорассеивающих материалов.
Углеродные материалы с их уникальной кристаллической структурой и физико-химическими свойствами продемонстрировали незаменимые преимущества в области теплопроводности и теплоотвода. С развитием технологий подготовки и расширением сфер применения ожидается, что углеродные материалы, такие как графен и алмаз, будут продвигать решения по теплоотводу в таких отраслях, как электроника и аэрокосмическая промышленность, на более высокий уровень.
Применение порошковой подготовки на основе технологии термической плазмы в терморегулирующих материалах
Миниатюризация и интеграция электронных устройств предъявляют более высокие требования к рассеиванию тепла для полимерных терморегулирующих материалов. Разработка новых наполнителей с высокой теплопроводностью для создания эффективных путей теплопроводности является ключом к достижению высокопроизводительных терморегулирующих материалов.
Технология термической плазмы имеет большие преимущества при получении нано- и микронных сферических порошков, таких как сферический порошок кремния и порошок оксида алюминия, благодаря своей высокой температуре, контролируемой реакционной среде, высокой плотности энергии и низкому уровню загрязнения.
Технология термической плазмы
Плазма является четвертым состоянием вещества в дополнение к твердому, жидкому и газообразному. Это в целом электрически нейтральный агрегат, состоящий из электронов, катионов и нейтральных частиц. В зависимости от температуры тяжелых частиц в плазме плазму можно разделить на две категории: горячая плазма и холодная плазма.
Температура тяжелых ионов в горячей плазме может достигать 3×103–3×104К, что в основном достигает состояния локального термодинамического равновесия. В этом состоянии термическая плазма имеет следующее соотношение: температура электронов Te = температура плазмы Th = температура возбуждения Tex = температура реакции ионизации Treac, поэтому термическая плазма имеет равномерную термодинамическую температуру.
Плазменное получение сферических порошков
Основываясь на характеристиках высокой температуры и быстрой скорости охлаждения высокочастотной термической плазмы, для получения нанопорошков используется технология физического осаждения из паровой фазы.
Существует два основных способа получения сферических порошков с помощью плазмы.
Один из них заключается в пропускании исходных порошков неправильной формы и большого размера в высокотемпературную дугу термической плазмы и использовании высокотемпературной среды, создаваемой термической плазмой, для быстрого нагрева и расплавления частиц исходного материала (или расплавления поверхности). Благодаря поверхностному натяжению расплавленный порошок образует сферу и затвердевает с подходящей скоростью охлаждения для получения сферического порошка. Второй способ заключается в использовании нерегулярных порошков или прекурсоров в качестве сырья и термической плазмы в качестве высокотемпературного источника тепла. Исходные материалы реагируют с активными частицами в них и быстро охлаждаются и осаждаются для получения идеальных порошковых материалов.
Используя преимущества характеристик высокой температуры, высокой энергии, контролируемой атмосферы и отсутствия загрязнения термической плазмы, можно получать высокочистые, высокосферичные и сферические порошки разного размера, контролируя параметры в процессе приготовления, такие как подача, скорость охлаждения и мощность плазмы. Поэтому использование плазменной технологии для получения сферических порошков все более широко используется в энергетике, аэрокосмической, химической промышленности и других областях.
Основные области применения и характеристики микропорошка кремния
Кремниевый порошок — это неорганический неметаллический материал с диоксидом кремния в качестве основного компонента. Он изготавливается из кристаллического кварца, плавленого кварца и т. д. в качестве сырья и обрабатывается путем шлифования, точной сортировки, удаления примесей и других процессов. Он имеет превосходные диэлектрические свойства, низкий коэффициент теплового расширения и высокую теплопроводность. Он широко используется в медных плакированных ламинатах, эпоксидных формовочных компаундах, изоляционных материалах, клеях, покрытиях, керамике и других областях.
1. Медный плакированный ламинат
Медный плакированный ламинат является важной подложкой для изготовления печатных плат со структурой «медная фольга + диэлектрический изоляционный слой (смола и армирующий материал) + медная фольга». Это базовый материал для различных схемных систем.
Выбор наполнителей для медных плакированных ламинатов включает в себя микропорошок кремния, гидроксид алюминия, гидроксид магния, тальк, порошок слюды и другие материалы. Среди них кремниевый микропорошок имеет относительные преимущества в термостойкости, механических свойствах, электрических свойствах и диспергируемости в системах смол. Его можно использовать для улучшения термостойкости и влагостойкости, повышения жесткости тонких медных плакированных ламинатов, снижения коэффициента теплового расширения, улучшения размерной стабильности, повышения точности позиционирования сверления и гладкости внутренних стенок, улучшения адгезии между слоями или между изоляционными слоями и медной фольгой и т. д., поэтому его предпочитают в наполнителях медных плакированных ламинатов.
Сферический кремниевый микропорошок имеет наилучшие характеристики, но высокую стоимость и используется только в области высококачественных медных плакированных ламинатов. С точки зрения теплопроводности, заполнения, теплового расширения и диэлектрических свойств сферический кремниевый микропорошок лучше, но с точки зрения цены угловой кремниевый микропорошок ниже. Таким образом, учитывая комплексные характеристики и стоимость, сферический кремниевый микропорошок в настоящее время в основном используется в области высококачественных медных плакированных ламинатов, таких как высокочастотные и высокоскоростные медные плакированные ламинаты, носители ИС и т. д., и чем выше сценарий применения, тем выше соотношение добавления.
2. Эпоксидный формовочный компаунд
Эпоксидный формовочный компаунд представляет собой порошкообразный формовочный компаунд, изготовленный из эпоксидной смолы в качестве базовой смолы, высокоэффективной фенольной смолы в качестве отвердителя, кремниевого порошка в качестве наполнителя и различных добавок. Это важный материал для упаковки полупроводников, таких как интегральные схемы (более 97% упаковки полупроводников используют эпоксидный формовочный компаунд).
3. Электроизоляционный материал
Кремниевый порошок, используемый в электроизоляционных изделиях, может эффективно снизить коэффициент линейного расширения отвержденного продукта и скорость усадки в процессе отверждения, уменьшить внутреннее напряжение и улучшить механическую прочность изоляционного материала, тем самым эффективно улучшая и улучшая механические и электрические свойства изоляционного материала. Таким образом, функциональные требования клиентов в этой области к кремниевому микропорошку в большей степени отражаются в низком коэффициенте линейного расширения, высокой изоляции и высокой механической прочности, в то время как требования к его диэлектрическим свойствам и теплопроводности относительно низкие.
В области электроизоляционных материалов обычно выбираются однотипные кремниевые микропорошки со средним размером частиц 5-25 мкм в соответствии с характеристиками электроизоляционных изделий и требованиями их производственного процесса, а высокие требования предъявляются к белизне продукта, распределению размеров частиц и т. д.
4. Клеи
Кремниевый микропорошок, наполненный в адгезивную смолу, может эффективно снизить коэффициент линейного расширения отвержденного продукта и скорость усадки во время отверждения, улучшить механическую прочность клея, улучшить термостойкость, непроницаемость и теплоотдачу, тем самым улучшая эффект склеивания и герметизации.
Распределение размеров частиц кремниевого микропорошка будет влиять на вязкость и седиментацию клея, тем самым влияя на технологичность клея и коэффициент линейного расширения после отверждения.
5. Сотовая керамика
Сотовые керамические носители для очистки выхлопных газов автомобилей и автомобильный фильтр выхлопных газов DPF из кордиерита для очистки выхлопных газов дизельных двигателей изготавливаются из оксида алюминия, кремниевого микропорошка и других материалов путем смешивания, экструзионного формования, сушки, спекания и других процессов. Сферический кремниевый микропорошок может улучшить скорость формования и стабильность сотовых керамических изделий.
Модификация покрытия диоксидом титана
Модификация покрытия диоксидом титана (диоксид титана) является важным средством улучшения его характеристик (таких как диспергируемость, устойчивость к атмосферным воздействиям, блеск, химическая стабильность и т. д.). Распространенные методы модификации покрытия в основном включают три категории: неорганическое покрытие, органическое покрытие и композитное покрытие. Ниже приведена конкретная классификация и краткое введение:
Модификация неорганического покрытия
Посредством нанесения слоя неорганических оксидов или солей на поверхность частиц диоксида титана формируется физический барьер для улучшения его химической стабильности и оптических свойств.
1. Оксидное покрытие
Принцип: используйте гидрат оксидов металлов (таких как SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ и т. д.) для осаждения на поверхности диоксида титана с целью формирования однородного слоя покрытия.
Процесс: Обычно методом осаждения в жидкой фазе соли металлов (такие как силикат натрия, сульфат алюминия) добавляются в суспензию диоксида титана, а значение pH регулируется для осаждения и покрытия гидрата оксида металла.
2. Композитное оксидное покрытие
Принцип: покрытие двух или более оксидов металлов (например, Al₂O₃-SiO₂, ZrO₂-SiO₂ и т. д.), объединяющее преимущества каждого компонента.
Особенности: Лучшая общая производительность, например, покрытие Al₂O₃-SiO₂ может одновременно улучшить диспергируемость и атмосферостойкость, подходит для востребованных автомобильных красок и рулонных покрытий.
3. Солевое покрытие
Принцип: использование солей металлов (например, фосфатов, силикатов, сульфатов и т. д.) для формирования плохо растворимого солевого слоя на поверхности диоксида титана.
Модификация органического покрытия
Благодаря реакции органических соединений с гидроксильными группами на поверхности диоксида титана образуется органический молекулярный слой для улучшения его совместимости с органическими средами.
1. Покрытие связующим агентом
Принцип: Используя амфифильную структуру молекул связующего агента (таких как силаны, титанаты, алюминаты), один конец соединяется с гидроксильной группой на поверхности диоксида титана, а другой конец реагирует с органической матрицей (такой как смола, полимер).
Силановый связующий агент: Улучшает диспергируемость диоксида титана в системах на водной основе, обычно используется в покрытиях и чернилах на водной основе.
Титанат/алюминатный связующий агент: Улучшает совместимость в масляных системах, таких как пластики и резины, и уменьшает агломерацию во время обработки.
2. Покрытие поверхностно-активным веществом
Принцип: Поверхностно-активные вещества (такие как жирные кислоты, сульфонаты, четвертичные аммониевые соли и т. д.) прикрепляются к поверхности диоксида титана посредством физической адсорбции или химической реакции, образуя слой заряда или гидрофобный слой.
Функция:
Анионные поверхностно-активные вещества (например, стеариновая кислота): улучшают диспергируемость в маслянистых средах, обычно используются в пластмассах и резине.
Катионные поверхностно-активные вещества (например, хлорид додецилтриметиламмония): подходят для полярных систем для повышения стабильности.
3. Полимерное покрытие
Принцип: привитые полимеры (например, акрилаты, эпоксидные смолы, силоксаны и т. д.) на поверхности диоксида титана посредством реакций полимеризации.
Функция:
Формируют толстый слой покрытия для дальнейшей изоляции химической эрозии и улучшения атмосферостойкости и механических свойств.
Улучшают совместимость со специфическими смолами, подходят для высокопроизводительных композитных материалов и покрытий.
4. Силиконовое покрытие
Принцип: используют характеристики низкой поверхностной энергии полисилоксана (силиконовое масло, силиконовая смола и т. д.) для покрытия частиц диоксида титана.
Функция: снижают поверхностное натяжение, улучшают диспергируемость и гладкость, обычно используются в чернилах и косметике.
III. Модификация композитного покрытия
Объединяя преимущества неорганических и органических покрытий, двойное покрытие выполняется поэтапно или одновременно для достижения дополнительных характеристик.
1. Сначала неорганическое, а затем органическое покрытие
2. Синхронное неорганико-органическое покрытие
Другие специальные технологии покрытия
1. Нанопокрытие
2. Микрокапсульное покрытие
Принцип: инкапсулировать частицы диоксида титана в полимерные микрокапсулы, высвобождать диоксид титана, контролируя условия разрыва капсулы (такие как температура, значение pH), подходит для интеллектуальных покрытий и систем с медленным высвобождением.
Материалы из магниевого сплава в маловысотной экономике
Как легкий материал, магниевый сплав стал идеальным выбором для маловысотных экономичных самолетов благодаря своей низкой плотности, высокой прочности, амортизации и способности экранировать электромагнитные волны. По сравнению с традиционными материалами магниевый сплав легче, может значительно увеличить время полета и повысить энергоэффективность. Кроме того, амортизация и способность экранировать электромагнитные волны магниевого сплава также могут повысить эксплуатационную безопасность и электромагнитную совместимость самолетов в сложных условиях.
Электрический самолет вертикального взлета и посадки (eVTOL)
Рама предохранителя: плотность магниевого сплава составляет всего 2/3 от плотности алюминиевого сплава и 1/4 от плотности стали. Использование его для каркаса фюзеляжа может значительно снизить вес самолета, улучшить грузоподъемность и дальность полета. Например, 2-тонный грузовой eVTOL компании Fengfei Aviation использует магниевый сплав для изготовления некоторых компонентов каркаса фюзеляжа, что эффективно обеспечивает легкость при обеспечении прочности конструкции.
Конструкция крыла: магниевый сплав обладает высокой удельной прочностью и может поддерживать структурную устойчивость крыла при больших аэродинамических нагрузках, одновременно снижая вес крыла, что способствует улучшению летных характеристик самолета.
Корпус двигателя: магниевый сплав обладает хорошей теплопроводностью и свойствами электромагнитного экранирования, что позволяет эффективно рассеивать тепло, выделяемое при работе генератора, защищать внутреннюю цепь двигателя от электромагнитных помех, продлевать срок службы двигателя и повышать эффективность работы двигателя. Например, корпус двигателя интеллектуального электрического летающего автомобиля Traveler X2 компании Xiaopeng Huitian изготовлен из магниевого сплава.
Аккумуляторный отсек: магниевый сплав может использоваться для изготовления аккумуляторных отсеков. Его низкая плотность помогает снизить общий вес самолета, а его характеристики электромагнитного экранирования могут предотвратить воздействие на аккумулятор внешних электромагнитных помех, обеспечивая безопасность и стабильную работу аккумулятора.
Кронштейн приборной панели: кронштейн приборной панели из магниевого сплава обладает хорошей жесткостью и устойчивостью и может поддерживать различные устройства и устройства отображения приборной панели eVTOL. В то же время его легкие характеристики также помогают снизить общий вес самолета.
БПЛА
Рама фюзеляжа: магниевый сплав имеет низкую плотность, что позволяет значительно снизить вес дрона, увеличить выносливость и грузоподъемность, а высокая удельная прочность может гарантировать, что фюзеляж может выдерживать различные нагрузки во время полета. Например, многороторный дрон «Hybrid Flyer» с рамой из магниевого сплава примерно на 30% легче, чем рама из традиционного материала, а также увеличивается время выносливости.
Крылья и хвосты: могут использоваться для изготовления внутренней опорной конструкции или общей обшивки крыльев и хвостов, обеспечивая при этом прочность конструкции и аэродинамические характеристики, снижая сопротивление полету и энергопотребление дронов, а также повышая эффективность и гибкость полета.
Кронштейн платы управления: обеспечивает устойчивую опору для платы управления. Его легкие характеристики помогают снизить центр тяжести дрона и улучшить устойчивость полета. В то же время характеристики электромагнитного экранирования могут снизить электромагнитные помехи между платами и обеспечить точную передачу сигналов управления.
Корпус датчика: используется для инкапсуляции различных датчиков, таких как камеры, модули GPS и т. д., при этом защищая датчики, уменьшая вес полезной нагрузки дронов, позволяя дронам нести больше оборудования или продлевая время полета, а коррозионная стойкость магниевых сплавов может адаптироваться к рабочим требованиям датчиков в различных средах.
Пропеллеры: магниевые сплавы могут использоваться для изготовления пропеллеров. Низкая плотность и высокая удельная прочность помогают повысить эффективность вращения пропеллера, снизить потребление энергии, уменьшить вес и, таким образом, улучшить общую производительность дронов.
Легкий вес магния, низкая стоимость и высокий запас делают его более выгодным, чем традиционные материалы, и, как ожидается, он решит дилемму высоких затрат на сырье и низкой эксплуатационной эффективности в низковысотном экономичном строительстве. Благодаря постоянному совершенствованию технологии производства магниевых сплавов крупномасштабное производство еще больше снизит затраты, тем самым способствуя его широкомасштабному применению в области низковысотного строительства.
Свойства стекловолокнистого композитного материала
Стекловолокно — это материал, состоящий из множества чрезвычайно тонких стеклянных волокон. Его изготавливают путем продавливания расплавленного стекла через сито, которое скручивает его в нити, а затем объединяет в стекловолокно.
Стекловолоконные композиты — это армированный пластиковый материал, состоящий из стеклянных волокон, встроенных в смоляную матрицу. Стекловолоконные композиты обладают превосходной удельной прочностью, легким весом, но имеют механические свойства, близкие к металлу; они устойчивы к ржавчине и могут долгое время выдерживать воздействие кислот, щелочей, влаги и соляного тумана, а также имеют более длительный срок службы, чем традиционные металлические материалы; производительность можно оптимизировать, регулируя укладку волокон и тип смолы, и их можно обрабатывать в сложные формы; они непроводящие и прозрачные для электромагнитных волн и подходят для специальных функциональных компонентов, таких как электрооборудование и обтекатели; по сравнению с высококачественными композитными материалами, такими как углеродное волокно, стекловолокно дешевле и является экономичным высокопроизводительным выбором материала.
Стекловолоконные композитные материалы, используемые в экономике низких высот
Широко используются в области беспилотных летательных аппаратов
Фюзеляж и структурные компоненты: армированный стекловолокном пластик (GFRP) широко используется в ключевых структурных компонентах, таких как фюзеляж, крылья и хвост дронов, благодаря своей легкости и высокой прочности.
Материалы лопастей: в производстве пропеллеров дронов стекловолокно используется в сочетании с такими материалами, как нейлон, для повышения жесткости и долговечности.
Важные материалы для электрических самолетов вертикального взлета и посадки (eVTOL)
Рама предохранителя и крылья: самолеты eVTOL предъявляют чрезвычайно высокие требования к легкости, а армированные стекловолокном композитные материалы часто используются в сочетании с углеродным волокном для оптимизации конструкции фюзеляжа и снижения затрат.
Функциональные компоненты: стекловолокно также используется в устройствах авионики eVTOL (например, усилителях мощности ВЧ), а его высокая термостойкость и изоляционные свойства делают его идеальным выбором.
Как стратегический базовый материал в экономике низких высот стекловолокно имеет широкие перспективы применения в дронах, eVTOL и других областях. При политической поддержке и технологическом прогрессе рыночный спрос будет продолжать расти и станет важной силой, способствующей развитию экономики низких высот.