Κεφάλαιο 1: Πρώτα, κατανοήστε: Γιατί είναι τόσο δύσκολο να φιλτράρεται η πάστα νανοσωλήνων άνθρακα;
Οι φίλοι που έχουν εργαστεί με πολτούς καθόδου μπαταριών λιθίου ή αγώγιμες επιστρώσεις γνωρίζουν ότι τα CNT έχουν πραγματικά εξαιρετική απόδοση - καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, χαμηλή ποσότητα προσθήκης και την ικανότητα να αυξάνουν την ενεργειακή πυκνότητα. Ωστόσο, όταν βρεθείτε στη γραμμή παραγωγής, ειδικά κατά το στάδιο της διήθησης, είναι απλώς πονοκέφαλος.
Τυπικά συμπτώματα: Μια νέα αντικατασταθείσα οθόνη φίλτρου 200 mesh, μετά από φιλτράρισμα λιγότερων από 50 κιλών πάστας, το μανόμετρο ανεβαίνει πάνω από 0,3 MPa. η οθόνη του φίλτρου αντικαθίσταται περισσότερες από δέκα φορές την ημέρα. ή απλά «συνθλίβεται» κατευθείαν, και η πάστα δεν μπορεί να ρέει.
Υπάρχουν τρεις βασικές αιτίες:
Ο λόγος διαστάσεων των CNT είναι εξαιρετικά μεγάλος (συνήθως 100-1000 ή περισσότερο). Είναι σαν ένα σωρό μαλακές ράχες σε επίπεδο μικρομέτρων, που μπλέκονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα σχήμα «φωλιάς πουλιού», που κολλάνε εύκολα στους πόρους της οθόνης φίλτρου.
Τα συσσωματώματα είναι δύσκολο να ανοίξουν εντελώς. Ακόμη και μετά το φρεζάρισμα των σφαιριδίων ή τη διασπορά-με υψηλή διάτμηση, παραμένει ένας μεγάλος αριθμός συσσωματωμένων σωματιδίων CNT δεκάδων μικρομέτρων και αυτά τα σκληρά σβώλους φράζουν απευθείας τους πόρους του φίλτρου.
Το ιξώδες του συστήματος πάστας είναι υψηλό. Ειδικά σε συστήματα που χρησιμοποιούν NMP ως διαλύτη, όταν η περιεκτικότητα σε στερεά είναι 15%-20%, το ιξώδες μπορεί να φτάσει αρκετές χιλιάδες centipoise, η ρευστότητα είναι κακή και ακόμη και η μικρή αντίσταση θα προκαλέσει την κατάρρευση του φιλτραρίσματος.
Κεφάλαιο 2: Τι μπορεί να κάνει η Shandong Tanfeng για να σας βοηθήσει;
Για την επίλυση του προβλήματος της δυσκολίας του φιλτραρίσματος, η τεχνική ικανότητα του κατασκευαστή CNT ανάντη συχνά υποτιμάται. Ένας προμηθευτής με δυνατότητες έρευνας και ανάπτυξης μπορεί να σας βοηθήσει να μειώσετε το φορτίο φιλτραρίσματος από την πηγή. Ακολουθούν ορισμένες αξιοσημείωτες διαστάσεις πλεονεκτημάτων:
Πλεονέκτημα 1: Προϊόντα CNT που διασκορπίζονται ευκολότερα
Η δυσκολία της διασποράς ποικίλλει σημαντικά μεταξύ των CNT που παράγονται από διαφορετικούς κατασκευαστές. Οι καλοί κατασκευαστές θα βελτιστοποιήσουν από την πηγή:
Έλεγχος διαμέτρου σωλήνα και μήκους σωλήνα:Τα CNT πολλαπλών{0}τοιχωμάτων (MWCNT) είναι πιο σκληρά και κοντύτερα από τα CNT μονού-τοιχώματος (SWCNT), καθιστώντας το φιλτράρισμα σχετικά ευκολότερο. Μέσω της βελτιστοποίησης του συστήματος καταλύτη στη διαδικασία CVD (όπως οι διμεταλλικοί καταλύτες σιδήρου/κοβαλτίου), το Shandong Tanfeng μπορεί να ελέγξει με ακρίβεια τη διάμετρο του σωλήνα εντός 1-2 nm και το μήκος του σωλήνα σε ένα συγκεκριμένο εύρος, μειώνοντας την υπερβολική εμπλοκή.
Θεραπεία επιφανειακής λειτουργικότητας:Ορισμένοι κορυφαίοι κατασκευαστές πραγματοποιούν τροποποιήσεις επιφανειών σε CNT για να βελτιώσουν τη συμβατότητα της διεπαφής τους με το διαλύτη, καθιστώντας την πάστα πιο σταθερή μετά τη διασπορά και λιγότερο επιρρεπή σε επανα-συσσωμάτωση.
Προ{0}}διασκορπισμένη Masterbatch:Η επιλογή μιας προ-διασκορπισμένης αγώγιμης πάστας (masterbatch με περιεκτικότητα 8-10% CNT) μειώνει τη δυσκολία φιλτραρίσματος κατά μια τάξη μεγέθους σε σύγκριση με την αγορά σκόνης και τη διασπορά της μόνοι σας.
Πλεονέκτημα 2: Δυνατότητα προσαρμογής των συνθέσεων πάστας
Οι επαγγελματίες κατασκευαστές CNT όχι μόνο πωλούν σκόνη αλλά παρέχουν και υποστηρικτικές λύσεις διασποράς:
Σύστημα διασποράς:Ανάπτυξη-διασκορπιστικών υψηλής απόδοσης (όπως τροποποιητές επιφάνειας με βάση την πολυβινυλοπυρρολιδόνη-) για την επίτευξη ομοιόμορφης εναιώρησης και μακροπρόθεσμης- σταθερότητας των CNT σε οργανικούς διαλύτες μέσω της ρύθμισης του δυναμικού Zeta, αποφεύγοντας τη δευτερογενή συσσωμάτωση κατά την αποθήκευση.
Βελτιστοποίηση στερεού περιεχομένου:Μια καλή σύνθεση μπορεί να επιτύχει υψηλή περιεκτικότητα σε στερεά 5%-10% με ελεγχόμενο ιξώδες, επιτρέποντας την άμεση χρήση σε διαδικασίες επίστρωσης χωρίς υπερβολική αραίωση πριν από τη διήθηση.
Πλεονέκτημα 3: Συσσώρευση διπλώματος ευρεσιτεχνίας στην τεχνολογία αφαίρεσης ακαθαρσιών
Ένας κρυφός λόγος για τη δυσκολία διήθησης είναι η παρουσία μαγνητικών ακαθαρσιών που αναμειγνύονται στην πάστα, οι οποίες επιταχύνουν το φράξιμο της οθόνης του φίλτρου. Οι τεχνικά ικανοί κατασκευαστές θα ελέγχουν τις ακαθαρσίες στο ελάχιστο πριν φύγουν από το εργοστάσιο:
Η Shandong Tanfeng έχει αναπτύξει μια ενσωματωμένη συσκευή αφαίρεσης ακαθαρσιών "μαγνητικής προσρόφησης + φιλτραρίσματος", χρησιμοποιώντας μαγνητικές ράβδους για την προσρόφηση μαγνητικών ακαθαρσιών (όπως σίδηρο, κοβάλτιο και άλλα υπολείμματα καταλύτη) και στη συνέχεια χρησιμοποιώντας εξαρτήματα φίλτρου για την αναχαίτιση σωματιδιακών ακαθαρσιών, μειώνοντας το φορτίο διήθησης από την πηγή.
Έχει επίσης αναπτύξει μια δομή δίσκου φίλτρου με ηλεκτρομαγνήτη, χρησιμοποιώντας τη μη-μαγνητική φύση των CNT για την προσρόφηση και την αφαίρεση υπολειμματικών μεταλλικών σωματιδίων.
Πλεονέκτημα 4: Τεχνολογία ποιοτικού ελέγχου και δοκιμών
Η κατοχή πατενταρισμένης τεχνολογίας για-επιτόπου αναγνώριση μεγέθους σωματιδίων μπορεί γρήγορα να καθορίσει εάν η διασπορά της πάστας CNT πληροί τα πρότυπα, διασφαλίζοντας τη συνοχή των προϊόντων που εξέρχονται από το εργοστάσιο. Αυτό σημαίνει ότι η απόδοση φιλτραρίσματος κάθε παρτίδας πάστας που λαμβάνετε είναι πιο σταθερή και δεν θα κυμαίνεται μεταξύ καλού και κακού.
Με μια φράση:Η επιλογή ενός προμηθευτή CNT με τεχνική εξειδίκευση λύνει αποτελεσματικά το ήμισυ του προβλήματος φιλτραρίσματος. Λαμβάνουν υπόψη την επακόλουθη δυνατότητα επεξεργασίας στο στάδιο του σχεδιασμού του προϊόντος, η οποία μπορεί να μειώσει σημαντικά τη συχνότητα απόφραξης της οθόνης στη γραμμή παραγωγής σας.
Κεφάλαιο 3: 7 Αποτελεσματικές Μέθοδοι Επίλυσης Δυσκολιών Διήθησης
Μέθοδος 1: Αναγκαστική "Απο-συσσωμάτωση" μία φορά πριν από το φιλτράρισμα
Πολλοί κατασκευαστές διαχωρίζουν εντελώς τη διασπορά και τη διήθηση. Στην πραγματικότητα, η εγκατάσταση ενός διαδικτυακού γαλακτωματοποιητή-υψηλής διάτμησης ή επεξεργαστή υπερήχων (ισχύς 2-3 kW, συχνότητα 20 kHz) σε σειρά πριν το φίλτρο μπορεί να ανοίξει ξανά τους CNT που έχουν εκ νέου συσσωματωθεί κατά την αποθήκευση. Μετά την προσθήκη αυτού του βήματος, ένα εργοστάσιο τριαδικού υλικού καθόδου επέκτεινε τη διάρκεια ζωής της οθόνης φίλτρου από 2 ώρες σε 8 ώρες.
Μέθοδος 2: Σταδιακή διήθηση, μην προσπαθήσετε να το κάνετε σε ένα βήμα
Μην ξεκινάτε απευθείας με οθόνη 200 mesh. Η σωστή προσέγγιση είναι:
Πρώτο στάδιο:Χονδρό φιλτράρισμα από ανοξείδωτο χάλυβα 30 ματιών για αναχαίτιση μεγάλων ακαθαρσιών και εμφανών συσσωματωμάτων.
Δεύτερο στάδιο:Ενδιάμεσο φιλτράρισμα 100 mesh.
Τρίτο στάδιο:Λεπτό φιλτράρισμα 150-200 mesh.
Αφήστε την πάστα να έχει ρυθμιστικό διάλυμα και απελευθέρωση στατικής πίεσης μεταξύ κάθε σταδίου. Εάν το προϊόν απαιτεί εξαιρετικά υψηλή καθαριότητα, χρησιμοποιήστε 250-mesh στο τελικό στάδιο, αλλά η Μέθοδος 3 πρέπει να συντονιστεί σε αυτό το σημείο.
Μέθοδος 3: Εφαρμόστε θέρμανση και ανάδευση μαζί
Θερμοκρασία:Ζεσταίνουμε την πάστα στους 40-45 βαθμούς (το σύστημα NMP δεν έχει πρόβλημα λόγω του υψηλού σημείου βρασμού του· το σύστημα με βάση το νερό δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 50 βαθμούς ). Το ιξώδες θα μειωθεί κατά 30%-40%, και ο ρυθμός διέλευσης από την οθόνη του φίλτρου θα αυξηθεί σημαντικά.
Ανακάτεμα:Διατηρήστε ανάδευση χαμηλής-ταχύτητας (30-60 rpm) στο μπροστινό άκρο της εισόδου του φίλτρου για να αποτρέψετε την καθίζηση των CNT στη σκληρή λάσπη. Εάν χρησιμοποιείτε σφραγισμένη δεξαμενή πίεσης, προσθέστε έναν μαγνητικά συζευγμένο αναδευτήρα στο κάτω μέρος.
Μέθοδος 4: Εναλλαγή σε διαφορετικό τύπο εξοπλισμού φιλτραρίσματος
Τα συμβατικά φίλτρα σακούλας ή τα φίλτρα φυσιγγίων είναι εγγενώς "μη φιλικά" προς την πάστα CNT. Οι προτεινόμενες εναλλακτικές περιλαμβάνουν:
Φίλτρο τυμπάνου κενού:Βασίζεται στην αναρρόφηση κενού. Μετά το σχηματισμό στην επιφάνεια του τυμπάνου, το κέικ φίλτρου αφαιρείται αυτόματα, ώστε να μην φράζει συνεχώς. Κατάλληλο για συνεχή-παραγωγή μεγάλης κλίμακας.
Φίλτρο αυτοκαθαρισμού:-Διαθέτει εσωτερική ξύστρα ή συσκευή πλύσης που καθαρίζει αυτόματα την επιφάνεια της οθόνης του φίλτρου κάθε 10 λεπτά. Η αρχική επένδυση είναι υψηλή, αλλά το κόστος μπορεί να ανακτηθεί από την εργασία και τα μέσα φιλτραρίσματος μέσα σε έξι μήνες.
Φίλτρο δόνησης οθόνης:Εφαρμόζει κάθετη ή οριζόντια δόνηση στην οθόνη του φίλτρου, με αποτέλεσμα οι CNT που έχουν κολλήσει στα ανοίγματα του πλέγματος να "τινάζονται" πίσω στην πάστα.
Μέθοδος 5: Προσαρμόστε τη Μορφολογία των ίδιων των CNTs
Εάν όλες οι παραπάνω μέθοδοι έχουν δοκιμαστεί και εξακολουθούν να αποτύχουν, το πρόβλημα μπορεί να έγκειται στην πρώτη ύλη. Σε αυτό το σημείο, πρέπει να μιλήσετε με τον προμηθευτή σας CNT - για να δείτε εάν μπορείτε να μεταβείτε σε παρτίδα με μικρότερο μήκος σωλήνα και μικρότερο λόγο διαστάσεων ή να αγοράσετε απευθείας προ-διασκορπισμένη πάστα.
Μέθοδος 6: Αλλαγή από "Φίλτρο θετικής πίεσης" σε "φιλτράρισμα αρνητικής πίεσης"
Υπό θετική πίεση, όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορική πίεση, τόσο πιο σφιχτά πιέζονται τα CNT και τόσο πιο βαθιά ενσωματώνονται στην οθόνη του φίλτρου. Μετάβαση σε διήθηση κενού (βαθμός κενού -0,06 έως -0,08 MPa), η πάστα αναρροφάται μέσω της οθόνης του φίλτρου με μικρότερη δύναμη διάτμησης και η ταχύτητα απόφραξης επιβραδύνεται. Το μειονέκτημα είναι ο περιορισμένος ρυθμός ροής, κατάλληλος για μικρές και μεσαίες παρτίδες.
Μέθοδος 7: Αποδεχτείτε το "Incomplete Filtration" και Βελτιστοποιήστε το Downstream
Ορισμένες διαδικασίες επίστρωσης δεν είναι ευαίσθητες σε μαλακά συσσωματώματα δεκάδων μικρομέτρων σε πάστα CNT (επειδή το διάκενο επίστρωσης είναι συνήθως πάνω από 100 μικρόμετρα). Μπορείτε να χαλαρώσετε κατάλληλα την ακρίβεια φιλτραρίσματος στα 120 mesh, αυξάνοντας παράλληλα την ηλεκτρονική αφαίρεση μεταλλικών ακαθαρσιών πριν από την επίστρωση (χρησιμοποιώντας μαγνητικές ράβδους ή ηλεκτρομαγνητικά φίλτρα). Αυτό διασφαλίζει ότι η κεφαλή επίστρωσης δεν βουλώνει ενώ επιλύεται το πρόβλημα της εμπλοκής του φιλτραρίσματος.
Κεφάλαιο 4: Μια πραγματική περίπτωση: Από την αλλαγή φίλτρων 15 φορές την ημέρα σε 3 φορές
Πέρυσι, βοηθήσαμε έναν κατασκευαστή αγώγιμων πάστας στη Νότια Κίνα να κάνει μια διάγνωση. Η πάστα CNT τους (πολλαπλών-τοιχωμάτων, στερεού περιεχομένου 12%, σύστημα NMP) χρησιμοποιούσε μια κασέτα φίλτρου 200 mesh και έπρεπε να την αλλάζουν 15-18 φορές ανά βάρδια, καθιστώντας τη συνεχή παραγωγή σχεδόν αδύνατη.
Κάναμε τρεις αλλαγές:
Προστέθηκε ένας-υψηλός-διατμητικός γαλακτωματοποιητής στην έξοδο της δεξαμενής διασποράς (περατήστε μια φορά πριν εισέλθετε στο φίλτρο).
Άλλαξε το μονοβάθμιο-με 200 mesh σε χοντρό φιλτράρισμα 50 mesh → 120 mesh → 200 mesh.
Θερμάνετε την πάστα από τη θερμοκρασία δωματίου στους 42 βαθμούς και διατήρησε την ανάδευση εισόδου.
Τρεις ημέρες αργότερα, η συχνότητα αλλαγής φίλτρου μειώθηκε σε 3 φορές ανά βάρδια και ο χρόνος φιλτραρίσματος μιας παρτίδας μειώθηκε από 4 ώρες σε 1,5 ώρα. Το συνολικό κόστος ήταν λιγότερο από 20.000 RMB.
Συμπληρωματική σημείωση:Αυτό το εργοστάσιο έκανε αργότερα ένα ακόμη πράγμα - άλλαξαν σε διαφορετικό προμηθευτή CNT και επέλεξαν εμάς. Μετά την επεξεργασία τροποποίησης της επιφάνειας, η αρχική κατάσταση διασποράς ήταν καλύτερη και η πίεση διήθησης μειώθηκε κατά περίπου άλλο 30%. Αυτό επιβεβαιώνει μια αρχή: η βελτιστοποίηση της διαδικασίας και η αναβάθμιση της εφοδιαστικής αλυσίδας πρέπει να επιδιωχθούν ταυτόχρονα.
Κεφάλαιο 5: Περίληψη σε μία πρόταση
Η δυσκολία στο φιλτράρισμα της αγώγιμης πάστας CNT είναι ουσιαστικά το αποτέλεσμα της υπέρθεσης τριών παραγόντων: «μακριές ίνες + συσσωμάτωση + υψηλό ιξώδες». Μην περιμένετε μια οθόνη εξαιρετικά-λεπτού φίλτρου να λύσει όλα τα προβλήματα. Αντίθετα, χρησιμοποιήστε μια στρατηγική συνδυασμού «προεπεξεργασίας για το άνοιγμα συσσωματωμάτων, σταδιακής διήθησης για κοινή χρήση του φορτίου, ελέγχου θερμοκρασίας και ανάδευσης για μείωση του ιξώδους και αλλαγή τύπου εξοπλισμού εάν είναι απαραίτητο».
Ταυτόχρονα, μην ξεχνάτε ότι η επιλογή του σωστού προμηθευτή ανάντη είναι η καλύτερη βελτιστοποίηση της διαδικασίας. Ένας τεχνικά ικανός κατασκευαστής CNT μπορεί να σας εξοικονομήσει το 80% των επακόλουθων προβλημάτων φιλτραρίσματος στο στάδιο του σχεδιασμού του προϊόντος. Εάν η γραμμή παραγωγής σας υποφέρει από απόφραξη της οθόνης, δοκιμάστε πρώτα να επιλέξετε 2-3 από τις 7 παραπάνω μεθόδους και ταυτόχρονα μιλήστε με τον προμηθευτή σας σχετικά με την επιλογή προϊόντος. Θα πρέπει συνήθως να δείτε σημαντική βελτίωση μέσα σε μια εβδομάδα.