1. poglavje: Najprej razumejte: zakaj je pasto iz ogljikovih nanocevk tako težko filtrirati?
Prijatelji, ki so delali s katodnimi brozgami ali prevodnimi prevlekami za litijeve baterije, vedo, da so CNT-ji resnično odlični glede delovanja - dobra električna prevodnost, nizka količina dodatka in sposobnost povečanja energijske gostote. Vendar pa je enkrat na proizvodni liniji, zlasti med korakom filtracije, preprosto glavobol.
Tipični simptomi: na novo zamenjana mreža filtra 200 mesh, po filtriranju manj kot 50 kg paste se manometer dvigne nad 0,3 MPa; filtrsko sito se zamenja več kot desetkrat na dan; ali pa se preprosto neposredno "zdrobi" in pasta ne more teči.
Obstajajo trije glavni vzroki:
Razmerje stranic CNT je izjemno veliko (običajno 100-1000 ali več). So kot kup mikronskih mehkih bodic, ki se med seboj prepletajo in tvorijo obliko "ptičjega gnezda", ki se zlahka zataknejo v pore filtrskega zaslona.
Aglomerate je težko popolnoma razpreti. Tudi po bisernem mletju ali visoko{1}}strižni disperziji ostane veliko število CNT aglomeriranih delcev velikosti več deset mikrometrov in te trde kepe neposredno blokirajo pore filtra.
Viskoznost sistema paste je visoka. Zlasti v sistemih, ki uporabljajo NMP kot topilo, ko je vsebnost trdne snovi 15%-20%, lahko viskoznost doseže nekaj tisoč centipoizov, pretočnost je slaba in že majhen upor povzroči kolaps filtracije.
2. poglavje: Kaj lahko stori Shandong Tanfeng, da vam pomaga?
Pri reševanju problema težav s filtracijo se pogosto podcenjuje tehnična zmogljivost proizvajalca CNT, ki je navzgor v verigi. Dobavitelj z raziskovalnimi in razvojnimi zmogljivostmi vam lahko pomaga zmanjšati obremenitev filtracije iz vira. Tu je nekaj omembe vrednih prednosti:
Prednost 1: izdelki CNT, ki jih je lažje razpršiti
Težavnost disperzije se zelo razlikuje med CNT, ki jih proizvajajo različni proizvajalci. Dobri proizvajalci bodo optimizirali iz vira:
Nadzor premera in dolžine cevi:Več{0}}stenski CNT (MWCNT) so trši in krajši od eno-stenskih CNT (SWCNT), zaradi česar je filtracija relativno lažja. Z optimizacijo katalizatorskega sistema v procesu CVD (kot so železo/kobalt bimetalni katalizatorji) lahko Shandong Tanfeng natančno nadzoruje premer cevi znotraj 1-2 nm in dolžino cevi znotraj določenega obsega, kar zmanjša pretirano zapletanje.
Obdelava površinske funkcionalizacije:Nekateri vodilni proizvajalci izvajajo modifikacijo površine CNT-jev, da izboljšajo njihovo medfazno združljivost s topilom, zaradi česar je pasta po disperziji bolj stabilna in manj nagnjena k ponovnemu-aglomeriranju.
Pred-dispergirana masterbatch:Izbira pred-dispergirane prevodne paste (masterbatch z 8–10 % vsebnostjo CNT) zmanjša težave pri filtraciji za red velikosti v primerjavi s tem, da bi kupili prašek in ga razpršili sami.
Prednost 2: Zmožnost prilagajanja formulacij paste
Profesionalni proizvajalci CNT ne prodajajo samo prahu, ampak nudijo tudi podporne disperzijske rešitve:
Disperzijski sistem:Razvoj visoko{0}}zmogljivih disperzij (kot so površinski modifikatorji na osnovi-polivinilpirolidona) za doseganje enotne suspenzije in dolgoročne -stabilnosti CNT v organskih topilih z regulacijo Zeta potenciala, s čimer se prepreči sekundarna aglomeracija med shranjevanjem.
Trdna vsebinska optimizacija:Dobra formulacija lahko doseže visoko vsebnost trdnih snovi 5%-10% z nadzorovano viskoznostjo, kar omogoča neposredno uporabo v postopkih premazovanja brez pretiranega redčenja pred filtracijo.
Prednost 3: kopičenje patentov v tehnologiji odstranjevanja nečistoč
Skriti razlog za težave s filtracijo je prisotnost magnetnih nečistoč, primešanih v pasto, ki pospešujejo zamašitev filtrske mrežice. Tehnično usposobljeni proizvajalci bodo nečistoče nadzorovali na minimum, preden zapustijo tovarno:
Shandong Tanfeng je razvil integrirano napravo za odstranjevanje nečistoč z "magnetno adsorpcijo + filtracijo", ki uporablja magnetne palice za adsorpcijo magnetnih nečistoč (kot so železo, kobalt in drugi ostanki katalizatorja), nato pa uporablja komponente filtra za prestrezanje nečistoč delcev, kar zmanjšuje obremenitev filtracije navzdol od vira.
Razvil je tudi strukturo filtrskega diska z elektromagnetom, ki uporablja ne-magnetno naravo CNT za adsorbiranje in odstranjevanje preostalih kovinskih delcev.
Prednost 4: Nadzor kakovosti in tehnologija testiranja
S patentirano tehnologijo za-in situ identifikacijo velikosti delcev lahko hitro ugotovite, ali disperzija CNT paste ustreza standardu, kar zagotavlja konsistentnost izdelkov, ki zapuščajo tovarno. To pomeni, da je učinkovitost filtracije vsake serije paste, ki jo prejmete, bolj stabilna in ne bo nihala med dobrim in slabim.
V enem stavku:Izbira dobavitelja CNT s tehničnim znanjem in izkušnjami učinkovito reši polovico težave s filtracijo. Upoštevajo kasnejšo obdelavo v fazi načrtovanja izdelka, kar lahko znatno zmanjša pogostost zamašitve zaslona na vaši proizvodni liniji.
3. poglavje: 7 učinkovitih metod za reševanje težav s filtracijo
1. način: prisilna »de-aglomeracija« enkrat pred filtracijo
Številni proizvajalci popolnoma ločijo disperzijo in filtracijo. Pravzaprav lahko zaporedna namestitev spletnega visoko-strižnega emulgatorja ali ultrazvočnega procesorja (moč 2-3 kW, frekvenca 20 kHz) pred filtrom ponovno odpre CNT, ki so se med shranjevanjem ponovno aglomerirali. Po dodajanju tega koraka je tovarna trikomponentnega katodnega materiala podaljšala življenjsko dobo zaslona filtra z 2 ur na 8 ur.
2. način: Postopno filtriranje, ne poskušajte tega narediti v enem koraku
Ne začnite neposredno z zaslonom z 200 mrežnimi očesi. Pravilen pristop je:
Prva stopnja:Groba filtracija iz nerjavečega jekla s 30 mrežicami za prestrezanje velikih nečistoč in očitnih aglomeratov.
Druga stopnja:Vmesna filtracija 100 mesh.
Tretja stopnja:Fina filtracija 150-200 mesh.
Pustite, da ima pasta pufer in sprostitev statičnega tlaka med vsako stopnjo. Če izdelek zahteva izjemno visoko stopnjo čistoče, uporabite 250 mesh v končni fazi, vendar je treba na tej točki uskladiti metodo 3.
Metoda 3: Uporabite segrevanje in mešanje skupaj
Temperatura:Pasto segrejte na 40-45 stopinj (sistem NMP nima težav zaradi visokega vrelišča; sistem na vodni osnovi ne sme preseči 50 stopinj). Viskoznost se bo zmanjšala za 30%-40%, hitrost prehajanja skozi sito filtra pa se bo znatno povečala.
Mešanje:Ohranjajte nizko -hitrost mešanja (30–60 vrt/min) na sprednjem koncu dovoda filtra, da preprečite usedanje CNT v trdo blato. Če uporabljate zaprto tlačno posodo, na dno dodajte magnetno sklopljeno mešalo.
4. način: Preklopite na drugo vrsto filtrirne opreme
Običajni vrečasti filtri ali kartušni filtri so sami po sebi »neprijazni« do CNT paste. Priporočene alternative vključujejo:
Vakuumski bobnasti filter:Zanaša se na vakuumsko sesanje. Po oblikovanju na površini bobna se filtrska pogača samodejno postrga, tako da se ne maši nenehno. Primerno za neprekinjeno veliko-produkcijo.
Samočistilni-filter:Ima notranje strgalo ali napravo za povratno pranje, ki samodejno očisti površino sita filtra vsakih 10 minut. Začetna naložba je visoka, vendar se stroški lahko povrnejo z delom in filtrirnimi mediji v šestih mesecih.
Filter z vibracijskim zaslonom:Na sito filtra ustvarja navpične ali vodoravne vibracije, kar povzroči, da se CNT, zataknjeni v mrežnih odprtinah, "otresejo" nazaj v pasto.
5. način: Prilagodite morfologijo samih CNT
Če so bile vse zgornje metode preizkušene in še vedno neuspešne, je težava morda v surovini. Na tej točki se morate pogovoriti s svojim dobaviteljem CNT - in preveriti, ali lahko preklopite na serijo s krajšo dolžino cevi in manjšim razmerjem stranic ali neposredno kupite pred-dispergirano pasto.
6. način: Sprememba s "filtracije s pozitivnim tlakom" na "filtracijo z negativnim tlakom"
Pod pozitivnim tlakom, večji kot je diferenčni tlak, bolj so CNT-ji stisnjeni in globlje se vgradijo v sito filtra. S preklopom na vakuumsko filtracijo (stopnja vakuuma -0,06 do -0,08 MPa) se pasta posesa skozi sito filtra z manjšo strižno silo in hitrost zamašitve se upočasni. Pomanjkljivost je omejen pretok, primeren za majhne in srednje serije.
7. način: sprejmite "nepopolno filtracijo" in optimizirajte nadaljnji tok
Nekateri postopki nanašanja premazov niso občutljivi na mehke aglomerate velikosti več deset mikrometrov v pasti CNT (ker je vrzel premaza običajno nad 100 mikrometrov). Natančnost filtracije lahko ustrezno zmanjšate na 120 mesh, hkrati pa povečate sprotno odstranjevanje kovinskih nečistoč pred nanosom (z uporabo magnetnih palic ali elektromagnetnih filtrov). To zagotavlja, da se nanosna glava ne zamaši, medtem ko rešuje problem motenja filtracije.
4. poglavje: Pravi primer: od 15-kratne menjave filtrov na dan do 3-kratne
Lansko leto smo pogodbenemu proizvajalcu prevodne paste na južnem Kitajskem pomagali opraviti diagnozo. Njihova CNT pasta (več-stenska, trdna vsebnost 12 %, sistem NMP) je uporabljala filtrirni vložek z 200 mrežicami, ki so ga morali zamenjati 15- do 18-krat na izmeno, zaradi česar je neprekinjena proizvodnja skoraj nemogoča.
Naredili smo tri spremembe:
Dodan-linijski visoko{1}}strižni emulgator na izhodu iz disperzijske posode (prehod enkrat pred vstopom v filter).
Spremenjena je enostopenjska-groba filtracija z 200 mrežnimi očesi v grobo filtracijo s 50 mrežnimi očesi → 120 mrežnih očes → 200 mrežnih očes.
Pasto segrejemo s sobne temperature na 42 stopinj in vzdržujemo vstopno mešanje.
Tri dni kasneje se je pogostost menjave filtra zmanjšala na 3-krat na izmeno, čas filtriranja posamezne-serije pa se je zmanjšal s 4 ur na 1,5 ure. Skupni stroški so bili manj kot 20.000 RMB.
Dodatna opomba:Ta tovarna je kasneje naredila še eno stvar - preklopili so na drugega dobavitelja CNT in izbrali nas. Po površinski modifikacijski obdelavi je bilo začetno stanje disperzije boljše, filtracijski tlak pa je padel še za približno 30 %. To potrjuje načelo: optimizacijo procesov in nadgradnjo dobavne verige je treba izvajati sočasno.
5. poglavje: Povzetek v enem stavku
Težava pri filtriranju CNT prevodne paste je v bistvu posledica superpozicije treh dejavnikov: "dolga vlakna + aglomeracija + visoka viskoznost." Ne pričakujte, da bo eno samo ultra-fino filtersko sito rešilo vse težave. Namesto tega uporabite kombinirano strategijo "predobdelave za odpiranje aglomeratov, stopenjske filtracije za porazdelitev obremenitve, nadzora temperature in mešanja za zmanjšanje viskoznosti ter po potrebi spremenite vrsto opreme."
Hkrati ne pozabite, da je izbira pravega nabavnega dobavitelja najboljša optimizacija procesa. Tehnično sposoben proizvajalec CNT vam lahko prihrani 80 % kasnejših težav s filtracijo v fazi načrtovanja izdelka. Če vaša proizvodna linija trpi zaradi zamašitve zaslona, poskusite najprej izbrati 2-3 od 7 zgornjih metod in se hkrati pogovorite s svojim dobaviteljem o izbiri izdelka. Običajno bi morali opaziti znatno izboljšanje v enem tednu.