カーボンナノチューブ強化プラスチック/ゴム/コンクリート

改質プラスチックや建築材料の分野では、カーボン ナノチューブの名前が長い間轟いていました。しかし、配合エンジニアの多くは、開始するとすぐに失敗します。黒色火薬の山を投入すると、強化できないだけでなく、実際にマトリックスが脆くなり、流動性が崩れてしまいます。ここから、今日の魂を探る質問が生まれます。それは、カーボン ナノチューブは強化プラスチック/ゴム/コンクリートにどの程度の性能向上をもたらすことができるかということです。-加算額はいくらですか？ 0.5%の添加で強度が2倍になるという人もいますが、添加しても全く違いがないと言う人もいます。これは決して物質自体に支払われる知性への税金ではなく、むしろ一次元ナノ{{6}ネットワークと巨視的マトリックスの界面適合性との間の残酷なゲームである。今日、私たちはマーケティングの外皮を脱ぎ捨て、ハードコアな測定データを使用して、これら 3 つのマトリックス システムにおける CNT の真の戦闘力を完全に明らかにします。

1. プラスチックの強化: プラスチックの靭性と導電性を高めるにはどのくらいの量が必要ですか?

カーボンナノチューブでプラスチックを強化する場合、1-3wt%という極めて少量の添加だけで、引張強さを40%〜80%向上させ、マトリックスに永久的な帯電防止機能と熱伝導性機能を付与します。

従来のガラス繊維や鉱物充填プラスチックでは、通常 20% 以上の添加が必要ですが、これにより材料の流動性が著しく損なわれるだけでなく、射出成形品の表面が粗くなります。-しかし、カーボンナノチューブ強化プラスチックは「ナノスケールの鉄筋」に依存している。非常に少量の CNT がプラスチック溶融体内でネットワークを形成し、一端がポリマー鎖セグメントに固定され、もう一端が応力を伝えます。外力が加わると、チューブは引き出し機構やブリッジ機構を通じて大量のエネルギーを消費します。{6}}さらに重要なことは、1-2% の添加は導電性浸透閾値を超え、絶縁プラスチックを直接帯電防止材料に変えることです。これは従来の充填剤では夢見ることしかできなかったことです。-

2. ゴム補強材: カーボンブラックの半分をゴム補強材で置き換えることができるのはなぜですか?

2～5重量%のカーボンナノチューブをゴムシステムに添加すると、耐摩耗性が50%以上向上するだけでなく、熱伝導ネットワークが構築され、ゴム製品のヒステリシス発熱という致命的な問題点が解決されます。

1 世紀にわたり、ゴム産業の紛れもない王者はカーボン ブラックであり、多くの場合 40-50 部添加されます。しかし、カーボンブラックは重いだけではありません。熱伝導率が非常に低いため、高速走行時にタイヤが内部で過熱し、バーストの原因となります。カーボン ナノチューブ強化ゴムは、機械的な「マイクロ スプリング」と熱伝導の「高速道路」の両方として機能します。 10～20部のカーボンブラックの代わりに2～5部のCNTを使用すると、同じ硬度を維持しながら引裂き強度と耐摩耗性が劇的に向上し、熱伝導率が2倍になり、ダイナミックラバーシールとタイヤの寿命が大幅に延長されます。

3. コンクリート補強: 黒い液体を数滴垂らすだけでひび割れを防ぐことができますか?

カーボンナノチューブ強化コンクリートの敷居は極めて低い。圧縮強度を 20% ～ 30% 増加させ、微小亀裂の伝播を大幅に抑制するには、0.05-0.1wt% という微量の添加のみが必要です。

コンクリートは肉眼で見える脆い材料であり、内部はミクロンスケールの毛細管孔と微小な亀裂で満たされています。{0}{1}カーボンナノチューブ鉄筋コンクリートの原理は「微細縫合」です。水和反応中、よく分散した CNT がこれらの自然な微小亀裂を縫合糸のように横断し、亀裂のさらなる伝播を防ぎます。-極めて少ない添加量（コンクリート 1 立方メートルあたりわずか数十～100 グラム）で微細な細孔が緻密になり、圧縮強度と曲げ強度が大幅に向上するだけでなく、不透水性と耐凍結融解性も大幅に向上します。{8}}

4. 厳しい現実: なぜ CNT を追加すると材料が廃棄物になってしまうのでしょうか?

プラスチック、ゴム、コンクリートにおけるカーボン ナノチューブの性能向上が限られている根本的な理由は、ナノスケールの強力な相互作用によって引き起こされる激しい凝集と、マトリックスとの界面適合性が極めて低いことです。

どんなに素晴らしい理論データでも分散できなければ無駄です。カーボン ナノチューブは非常に軽く、チューブ間に大きなファンデルワールス力が存在します。-乾燥粉末を二軸押出機やセメントミキサーに直接投入しても、粉砕することはできません。{3}}分散していない凝集体は強化できないだけでなく、実際にはマトリックス内に巨大な応力集中点を形成します。外力が加わると、プラスチックは凝集体から直接破壊されます。かえってコンクリートの強度が下がってしまいます。さらに、カーボンチューブの表面は不活性です。マトリックスの表面改質を目的として行わないと、チューブはプラスチック/ゴムと結合できず、力が加わるとすぐに界面剥離が発生します。

5. メーカーの強化: 山東省丹豊はどのようにして界面互換性の行き詰まりを打破するのか?

カスタマイズされた表面改質と事前分散の中核技術を習得している山東タンフェンのような製造元メーカーを選択することが、界面適合性のギャップを乗り越え、カーボン ナノチューブでプラスチック / ゴム / コンクリートを真に強化する唯一の近道です。{0}

根本原因は分散と界面にあるため、解決策は「真の絡み合いの解消と強力な結合」です。{0} CNT の専門メーカーとして、Shandong Tanfeng New Materials Technology Co., Ltd. は、合成ソースから CNT の真の戦闘力を解き放ちます。

超-高純度により応力集中源を除去:金属残留物は、プラスチックやコンクリートの局所的な脆化を引き起こす原因となります。 Shandong Tanfeng は特殊な精製プロセスを使用して金属残留物を 20 ppm 以下にしっかりと圧縮し、フィラー自体がマトリックスの構造欠陥にならないようにします。

カスタマイズされたアスペクト比がマトリックスと一致します:プラスチックはネットワークを構築するために長いチューブを必要とします。コンクリートには絡まりを防ぐために短いチューブが必要です。 Shandong Tanfeng は、自社開発した触媒システムを通じて、必要に応じてアスペクト比 100 ～ 1500 のカスタマイズされた CNT を提供し、さまざまなマトリックスのレオロジーおよび機械的要件に正確に適合します。-

キャリア マスターバッチ/ペーストを-使用する準備ができました:{1}Shandong Tanfeng は、乾燥粉末の凝集の問題点をターゲットに、プラスチック用の変性樹脂マスターバッチ、ゴム用の EPDM/NBR 事前分散マスターバッチ、{0}}コンクリート用の高効率水性分散液を提供しています。-独自の表面改質と高圧解凝集プロセスにより、真の単一チューブ分離が達成され、マトリックスと適合する官能基がチューブ壁にグラフト化され、一次元ネットワークがプラスチック、ゴム、セメントに完全に広がり、約束された 30% 以上の機械的強化が実現します。-

結論

核心的な質問に戻ると、カーボン ナノチューブは強化プラスチック/ゴム/コンクリートにどの程度の性能向上をもたらすことができるのでしょうか?加算額はいくらですか？プラスチックに 1-3% を添加すると、強度が半分になります。ゴムに 2% 添加すると耐摩耗性が 2 倍になります。コンクリートに 0.08% を添加すると、圧縮強度が 30% 増加します - これらは証明された実用的なデータです。しかし、これらはすべて、凝集を排除し、インターフェースをブリッジするという前提に基づいています。ナノからマクロまでのプロセスギャップを横断するには、Shandong Tanfeng のような原料メーカーの高純度、カスタマイズされたアスペクト比、マルチキャリア事前分散技術に頼ることが、カーボン ナノチューブが生産ラインで無駄になるのではなく、真に従来のマトリックス改質のキラー ツールになる唯一の方法です。