De Verspreiding van de nano-Schaal en het Mengen van Techniek voor de Onvermengbare Mengsels van het Polymeer - Voorbereiding van de Mengsels van het Polymeer van Hoge Prestaties Met de Hoge Verwerking van de Scheerbeurt

Besproken Onderwerpen

Achtergrond

Synopsis

Achtergrond Voor Onderzoekswerk

Geschiedenis Van Onderzoekswerk

Details Van Onderzoekswerk

Toekomstige Vooruitzichten

Achtergrond

·         Wij hebben een nieuwe polymeer-mengende techniek met slechts een gebied van de hoog-scheerbeurtstroom zonder enige additieven ontwikkeld.

·         Wij hebben nano-schaalverspreiding van onvermengbare polymeren door met hoog-scheerbeurtverwerking te mengen toegelaten; de domeingrootte van de verspreide polymeerfase is meer dan één orde kleiner dan die die conventionele methodes gebruiken.

·         Het Krachtige ferroelectric-polymeer mengt voorbereidingen getroffen gebruikend hoog-scheerbeurtverwerking heeft toegelaten de ontwikkeling van flexibele, groot gebied piezoelectric apparaten (van de aquasonar en geluidsisolatie materialen).

Synopsis

In het Nationale Instituut van Geavanceerde Industriële Wetenschap en Technologie (AIST; Yoshikawa Hiroyuki, Voorzitter), Shimizu Hiroshi (de Groep van Materialen Nanostructured, de Leider van de Groep) et al. van het Onderzoekinstituut van het van de Nanotechnologie (Yokoyama Hiroshi, hebben Directeur) een nieuwe polymeer-mengende techniek gebruikend het gebied van de hoog-scheerbeurtstroom, ontwikkeld en in het maken van mengbaar-polymeermengsels met nano-verspreidingsstructuren gegebruikt. Gebruikend deze techniek, zijn wij in het mengen van polyvinylidene fluoride (PVDF) en polyamide 11 (PA11) zonder enige additieven, die zeer moeilijk om zich met elkaar op het nano-niveau geweest tot nu toe te mengen, geslaagd en heeft mengsels voorbereid waarin PA11 met een domeingrootte van tien aan verscheidene tientallen nanometers (1 NM = 10-9 m) dicht homogeen verspreid in de fase is PVDF (Figuur 1).

Tot nu toe, voor onvermengbare polymeermengsels, zijn de additieven gebruikt voor nano-verspreiding, maar zij werken als onzuiverheden en veroorzaken tekorten, resulterend in problemen voor praktisch gebruik. Anderzijds, heeft men overwogen dat er een ondergrens aan de domeingrootte van de verspreide polymeerfase wanneer het gebruiken van zuiver het mechanische mengen is.

In dit werk, hebben wij, voor het eerst in de wereld, nano-verspreidingsstructuren in polymeermengsels met een techniek van de hoog-scheerbeurtverwerking maar zonder enige additieven gerealiseerd; de verspreide verkregen domeingrootte is meer dan één orde kleiner dan de vorige grenswaarde. Voorts hebben wij geconstateerd dat de nano-structuren de mechanische eigenschappen van de mengsels kunnen opmerkelijk verbeteren. Onze methode wordt ook als beschouwd om voor anorganische verspreiders zoals koolstof nuttig nanotubes, en kan zo op geneesmiddelen en schoonheidsmiddelen worden toegepast. Voorts zoals niet alleen mengend maar ook cross-linking reacties kan tezelfdertijd onder een gebied van de hoog-scheerbeurtstroom worden gedaan, kan de verwezenlijking van nieuwe elastomeren worden verwacht.

AZoNano - A aan Z van Nanotechnologie - een beeld van de transmissieelektronenmicroscoop van een voorbereid mengsel PVDF/PA11 gebruikend hoog-scheerbeurtverwerking. PA11 van tien aan verscheidene tientallen nanometers in diameter (ronde zwarte delen) is dicht homogeen verspreid in de matrijs PVDF (wit gebied als achtergrond).

Figuur 1.

Achtergrond Voor Onderzoekswerk

De Polymeren zijn gebruikt zoals functionele, krachtige, en basismaterialen in een brede waaier van industriële gebieden. Nochtans, kunnen de enige polymeren alleen niet aan een verscheidenheid van industriële behoeften, en zo polymeersystemen met meerdere componenten zoals mengsels antwoorden, legeringen, en de samenstellingen worden momenteel gebruikt om tot krachtige materialen te leiden. Nochtans, zijn de meeste nuttige polymeren bijna onvermengbaar op moleculair niveau. Zelfs als zij mechanisch na wordt gesmolten worden gemengd, stellen zij spoedig fasescheiding tentoon. Bovendien is de domeingrootte van de gescheiden verspreide polymeerfase verscheidene aan verscheidene tientallen van µm.

Om deze reden, zijn de verhoopte fysische eigenschappen van de polymeermengsels niet verkregen. Aldus, zijn de methodes om onvermengbare polymeren door compatibilizing agenten of tegen reagerende polymeereinden compatibel te maken bij interfaces (reactieve verwerking) te gebruiken ontwikkeld, maar zij hebben technische grenzen gehad; voor elektronische materialen die de eerstgenoemde methode gebruiken, kunnen de additieven als onzuiverheden worden beschouwd, en ook tekorten veroorzaken, resulterend in een grote hindernis voor de verhoging van materiële prestaties, en voor de laatstgenoemde methode, is een vermindering van fysische eigenschapprestaties toe te schrijven aan sub-reacties aangehaald.

Geschiedenis Van Onderzoekswerk

AIST heeft basisonderzoek naar een eenvoudige, schone techniek vooruitgegaan om nano-verbrokkelde onvermengbaar-polymeermengsels tot stand te brengen. Voor het nanotechnologieprogramma, „Project op Polymere Materialen Nanostructured“ (in de fiscale jaren 2001-2004) van de New Energy en Industriële Organisatie van de Ontwikkeling van de Technologie (NEDO), hebben wij analyses de in situ van het fasegedrag van de systemen van het polymeermengsel onder externe gebieden uitgevoerd, en daardoor waren wij van mening dat het nano-verspreidingsmengsel van onvermengbare polymeren moet worden gerealiseerd door een gebied van de hoog-scheerbeurtstroom toe te passen.

De Conventionele extruders kunnen geen hoge genoeg scheerbeurttarieven produceren, en zo hebben wij ons gezamenlijk met Co. van Imoto Seisakusho, Ltd ontwikkeld, een extruder toelatend de generatie van hoog-scheerbeurttarieven meer dan 1000 seconden-1

Details Van Onderzoekswerk

De ontwikkelde hoog-scheerbeurtextruder kan een scheerbeurttarief van 4400 seconden bij een snelheid van de schroefomwenteling van 3000 t/min produceren. Ook, gebruikend een terug:koppelen-typeschroef, kan de het mengen zich tijd willekeurig worden geplaatst, roterend de schroef bij hoge snelheid. Met andere woorden, kan deze extruder lange tijd in de staat van hoog-scheerbeurtstroom blijven.

AZoNano - A aan Z van Nanotechnologie - de hoog-scheerbeurtextruder die wij ons hebben ontwikkeld

Figuur 2.

Gebruikend deze extruder, zijn wij in het voorbereiden van mengbare mengsels van onvermengbare polymeren, PVDF en PA11 geslaagd; PA11 met een domein is de grootte van tien aan verscheidene tientallen nanometers in diameter homogeen verspreid in de matrijs PVDF. De voorbereide nano-structuren kunnen de fysische eigenschappen van de mengsels dramatisch verbeteren. Bijvoorbeeld, toont Figuur 3 stress-strain krommen voor PVDF/PA11 = 80/20 mengsels.

Zoals aangetoond in kromme a, toont een mengselsteekproef door een conventionele techniek wordt gevormd slechts wat die verlenging die, terwijl een steekproef door de ontwikkelde hoog-scheerbeurtextruder wordt voorbereid een grote verlenging bij verbreken, zoals aangetoond in kromme B tentoonstelt, aan vijf keer groter beantwoorden dan dat van de steekproef in kromme a, omdat de PA11 fase met een domeingrootte van verscheidene tientallen nanometers in diameter in het gebied dat PVDF verspreid is.

AZoNano - A aan Z van Nanotechnologie - Stress-strain krommen van PVDF/PA11 = 80/20 mengselsystemen a. voor PVDF/PA11 = 80/20 die mengsel door een conventionele het mengen methode b. voor wordt gevormd PVDF/PA11 = 80/20 die mengsel door een hoog-scheerbeurtextruder wordt gevormd

Figuur 3. a. voor PVDF/PA11 = 80/20 die mengsel door een conventionele het mengen methode wordt gevormd
b. voor PVDF/PA11 = 80/20 die mengsel door een hoog-scheerbeurtextruder wordt gevormd

PVDF en PA11 zijn ferroelectric polymeren, en de mengsels van hen met nano-verspreidingsstructuren zouden moeten uitstekende ferroelectricity hebben. Lijst 1 toont overblijvende polarisatiewaarden (PR: waarden van elektrische verplaatsing D bij een elektrisch veld E = 0) in ferroelectric hysterese (de kromme van DE) voor PVDF/PA11 = 80/20 mengsels voorbereide gebruikend een conventionele machine en onze hoog-scheerbeurtextruder. De waarde van PR van PA11 is ongeveer de helft dat van PVDF (PR = 76), en zo, zou de waarde van PR van de mengsels moeten verminderen door te mengen. Nochtans die, hebben wij geconstateerd dat de waarden van PR van de systemen van het nano-verspreidingsmengsel door onze hoog-scheerbeurtextruder vergelijkbaar met zijn worden gevormd of dat van PVDF overschrijden.

Lijst 1.

Overblijvende polarisatie

De mengsels van de Steekproef door een conventionele het mengen methode worden gevormd die

De mengsels van de Steekproef door onze hoog-scheerbeurtextruder die worden gevormd

PR (mC/m2)

20-30

75-91

Voorts zoals duidelijk getoond die in Lijst 1, worden verkregen tonen de mengselsteekproeven door onze hoog-scheerbeurtextruder de waarden van PR 3-4 die keer die van mengselsteekproeven door een conventionele methode worden voorbereid. Dit kan aan de vorming van nano-verspreidingsstructuren in de steekproeven in het hoog-scheerbeurt het mengen procédé toe te schrijven zijn. Zoals hierboven getoond, laat een techniek van de hoog-scheerbeurtverwerking niet alleen de vorming van nano-structuren voor mengsels PVDF/PA11, maar ook een grote verhoging van hun adhesieprestaties en mechanische eigenschappen, zoals verlenging toe, die nadelen die voor PVDF zijn, tot de verwezenlijking van nieuwe materialen leiden met hoge toegevoegde waarde. De evaluatie van ferroelectricity van de gebruikte werd polymeermengsels gezamenlijk uitgevoerd met de Universiteit van Tokyo van Wetenschap (Prof. Takeo Furukawa, Faculteit van Afdeling I van de Wetenschap, Chemie).

Toekomstige Vooruitzichten

Wij zijn van plan om onze techniek van de hoog-scheerbeurtverwerking op een verscheidenheid van systemen van het polymeermengsel toe te passen om nieuwe materialen te creëren die verbeterde polymeer-mengbaarheid en nano-verspreidingsstructuren gebruiken. Voorts zijn wij van plan om onze techniek voor de verwezenlijking van nieuwe nano-samengestelde materialen te gebruiken, omdat het gebied van de hoog-scheerbeurtstroom ook nuttig kan zijn om vullers te verspreiden goed, b.v., klei (gelaagd silicaat), zwartsel, koolstof nano-buizen, enz. in matrijsmaterialen.

In het bijzonder, kan onze techniek als schone methode voor de productie van geneesmiddelen en schoonheidsmiddelen worden gebruikt, omdat het nano-schaalverspreiding zonder enige additieven zoals het compatibilizing van agenten toelaat. Voorts aangezien onze methode niet alleen een gebied van de hoog-scheerbeurtstroom maar ook een reactiegebied kan verstrekken, b.v., voor dynamische het cross-linking reacties, tezelfdertijd moet het ook voor de verwezenlijking van elastomeren, enz. nuttig zijn. Aldus, streven wij naar de verwezenlijking en het praktische gebruik van nieuwe materialen door gezamenlijk onderzoek met bedrijven.

Bron: AIST

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve AIST

Date Added: Aug 10, 2006 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 09:19

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit