Kapitola 1: Nejprve pochopte: Proč je pasta z uhlíkových nanotrubiček tak obtížně filtrovatelná?
Přátelé, kteří pracovali s katodovými suspenzemi lithiových baterií nebo vodivými povlaky, vědí, že CNT jsou skutečně vynikající z hlediska výkonu - dobrá elektrická vodivost, malé množství přísady a schopnost zvýšit hustotu energie. Jakmile je však na výrobní lince, zejména během kroku filtrace, je to prostě bolest hlavy.
Typické příznaky: Nově vyměněné filtrační síto 200 mesh, po přefiltrování méně než 50 kg pasty tlakoměr vyletí nad 0,3 MPa; filtrační síto se vyměňuje více než desetkrát denně; nebo se prostě přímo „rozdrtí“ a pasta nemůže téci.
Existují tři základní příčiny:
Poměr stran CNT je extrémně velký (obvykle 100-1000 nebo více). Jsou jako shluk měkkých ostnů na úrovni mikronů, které se vzájemně proplétají do tvaru "ptačího hnízda", snadno uvíznou v pórech filtračního síta.
Aglomeráty je obtížné úplně rozbít. I po mletí kuliček nebo vysoko-smykové disperzi zůstává velké množství aglomerovaných částic CNT o velikosti desítek mikrometrů a tyto tvrdé hrudky přímo blokují póry filtru.
Viskozita pastového systému je vysoká. Zejména v systémech používajících NMP jako rozpouštědlo, kdy je obsah pevných látek 15 %-20 %, může viskozita dosáhnout několika tisíc centipoise, tekutost je špatná a dokonce i malý odpor způsobí kolaps filtrace.
Kapitola 2: Co vám může Shandong Tanfeng pomoci?
Při řešení problému obtížnosti filtrace bývá často podceňována technická kapacita předřazeného výrobce CNT. Dodavatel s výzkumnými a vývojovými schopnostmi vám může pomoci snížit zátěž filtrace ze zdroje. Zde je několik pozoruhodných výhod:
Výhoda 1: Produkty CNT, které se snáze rozptýlí
Obtížnost disperze se u CNT vyráběných různými výrobci velmi liší. Dobří výrobci budou optimalizovat ze zdroje:
Ovládání průměru trubky a délky trubky:Více{0}}stěnné CNT (MWCNT) jsou tvrdší a kratší než jednostěnné CNT (SWCNT), takže filtrace je relativně snazší. Prostřednictvím optimalizace katalytického systému v procesu CVD (jako jsou železné/kobaltové bimetalické katalyzátory) může Shandong Tanfeng přesně řídit průměr trubice v rozmezí 1-2 nm a délku trubice ve specifickém rozsahu, čímž se snižuje nadměrné zapletení.
Povrchová funkcionalizační úprava:Někteří přední výrobci provádějí povrchovou úpravu CNT, aby zlepšili jejich kompatibilitu na rozhraní s rozpouštědlem, díky čemuž je pasta po disperzi stabilnější a méně náchylná k re-aglomeraci.
Před-dispergovaná hlavní směs:Výběr předem-dispergované vodivé pasty (předsměs s obsahem 8–10 % CNT) snižuje obtížnost filtrace o řád ve srovnání s nákupem prášku a jeho vlastní dispergací.
Výhoda 2: Možnost přizpůsobení složení pasty
Profesionální výrobci CNT nejen prodávají prášek, ale také poskytují podpůrná disperzní řešení:
Dispergační systém:Vývoj vysoce-dispergačních činidel (jako jsou povrchové modifikátory na bázi polyvinylpyrrolidonu-) k dosažení jednotné suspenze a dlouhodobé{2}}stabilitě CNT v organických rozpouštědlech prostřednictvím regulace potenciálu Zeta, čímž se zabrání sekundární aglomeraci během skladování.
Solidní optimalizace obsahu:Dobrá formulace může dosáhnout vysokého obsahu pevných látek 5 % až 10 % s regulovatelnou viskozitou, což umožňuje přímé použití v procesech potahování bez nadměrného ředění před filtrací.
Výhoda 3: Patentovaná akumulace v technologii odstraňování nečistot
Skrytým důvodem obtížnosti filtrace je přítomnost magnetických nečistot přimíchaných do pasty, které urychlují zanášení filtračního síta. Technicky zdatní výrobci budou před opuštěním továrny kontrolovat nečistoty na minimum:
Společnost Shandong Tanfeng vyvinula integrované zařízení pro odstraňování nečistot „magnetická adsorpce + filtrace“, které využívá magnetické tyče k adsorpci magnetických nečistot (jako je železo, kobalt a další zbytky katalyzátoru) a poté pomocí komponent filtru zachycuje částice nečistot, čímž se snižuje zátěž filtrace ze zdroje.
Vyvinula také strukturu filtračního disku s elektromagnetem, která využívá ne-magnetickou povahu CNT k adsorpci a odstranění zbytkových kovových částic.
Výhoda 4: Technologie kontroly kvality a testování
Díky patentované technologii pro identifikaci velikosti částic in situ lze rychle určit, zda disperze pasty CNT odpovídá standardu, a zajistit tak konzistenci produktů opouštějících továrnu. To znamená, že filtrační výkon každé šarže pasty, kterou obdržíte, je stabilnější a nebude kolísat mezi dobrou a špatnou.
Jednou větou:Výběr dodavatele CNT s technickými znalostmi účinně vyřeší polovinu problému s filtrací. Zvažují následnou zpracovatelnost ve fázi návrhu produktu, což může výrazně snížit frekvenci zanášení síta na vaší výrobní lince.
Kapitola 3: 7 účinných metod řešení potíží s filtrací
Metoda 1: Nucená „de-aglomerace“ jednou před filtrací
Mnoho výrobců zcela odděluje disperzi a filtraci. Ve skutečnosti instalace online vysoce-smykového emulgátoru nebo ultrazvukového procesoru (výkon 2-3 kW, frekvence 20 kHz) v sérii před tím, než bude filtr moci znovu otevřít CNT, které se během skladování znovu aglomerovaly. Po přidání tohoto kroku továrna na ternární katodový materiál prodloužila životnost filtračního síta ze 2 hodin na 8 hodin.
Metoda 2: Postupná filtrace, nezkoušejte to udělat v jednom kroku
Nezačínejte přímo s obrazovkou o velikosti 200 mesh. Správný přístup je:
První fáze:Hrubá filtrace z nerezové oceli 30 mesh pro zachycení velkých nečistot a zjevných aglomerátů.
Druhá fáze:Mezifiltrace 100 mesh.
Třetí fáze:Jemná filtrace 150-200 mesh.
Mezi jednotlivými fázemi nechte pastu vyrovnat pufr a uvolnit statický tlak. Pokud produkt vyžaduje extrémně vysokou čistotu, použijte v konečné fázi 250 mesh, ale v tomto bodě musí být koordinována metoda 3.
Metoda 3: Aplikujte zahřívání a míchání společně
Teplota:Pastu zahřejte na 40-45 stupňů (systém NMP nemá problém kvůli vysokému bodu varu; systém na bázi vody by neměl překročit 50 stupňů ). Viskozita se sníží o 30 % až 40 % a výrazně se zvýší rychlost průchodu přes filtrační síto.
Míchání:Na předním konci vstupu filtru udržujte míchání nízkou{0}}rychlostí (30–60 ot./min.), aby se CNT neusazovaly do tvrdého bahna. Pokud používáte utěsněnou tlakovou nádobu, přidejte na dno magneticky připojené míchadlo.
Metoda 4: Přepněte na jiný typ filtračního zařízení
Konvenční kapsové filtry nebo kazetové filtry jsou ze své podstaty "nepřátelské" k pastě CNT. Mezi doporučené alternativy patří:
Filtr vakuového bubnu:Spoléhá na vakuové sání. Po vytvarování na povrchu bubnu je filtrační koláč automaticky seškrábán, takže se průběžně neucpává. Vhodné pro nepřetržitou-výrobu ve velkém měřítku.
Samočisticí-filtr:Má vnitřní škrabku nebo zařízení pro zpětné proplachování, které automaticky čistí povrch síta filtru každých 10 minut. Počáteční investice je vysoká, ale náklady lze získat zpět z práce a filtračních médií do šesti měsíců.
Filtr vibračního síta:Aplikuje vertikální nebo horizontální vibrace na filtrační síto, což způsobuje, že CNT uvízlé v otvorech sítě se „setřesou“ zpět do pasty.
Metoda 5: Upravte morfologii samotných CNT
Pokud byly všechny výše uvedené metody vyzkoušeny a stále selhávají, problém může spočívat v surovině. V tuto chvíli si musíte promluvit se svým dodavatelem CNT -, zda můžete přejít na šarži s kratší délkou trubice a menším poměrem stran, nebo přímo zakoupit předem-dispergovanou pastu.
Metoda 6: Změna z "Pozitivní tlaková filtrace" na "Negativní tlaková filtrace"
Při přetlaku platí, že čím větší je diferenční tlak, tím pevněji jsou CNT stlačeny a čím hlouběji se zapustí do filtračního síta. Přepnutím na vakuovou filtraci (stupeň vakua -0,06 až -0,08 MPa) je pasta nasávána přes filtrační síto s nižší smykovou silou a rychlost zanášení se zpomaluje. Nevýhodou je omezený průtok, vhodný pro malé a střední dávky.
Metoda 7: Přijměte "Neúplnou filtraci" a optimalizujte downstream
Některé procesy potahování nejsou citlivé na měkké aglomeráty o velikosti desítek mikrometrů v pastě CNT (protože mezera potahu je typicky nad 100 mikrometrů). Přesnost filtrace můžete vhodně uvolnit až na 120 mesh a zároveň zvýšit online odstranění kovových nečistot před nátěrem (pomocí magnetických tyčí nebo elektromagnetických filtrů). Tím je zajištěno, že se nanášecí hlava neucpává při řešení problému ucpání filtrace.
Kapitola 4: Skutečný případ: Od výměny filtrů 15krát denně až po 3krát
Minulý rok jsme pomohli smluvnímu výrobci vodivých past v jižní Číně provést diagnostiku. Jejich pasta CNT (více-stěnná, obsah pevných látek 12 %, systém NMP) používala filtrační vložku s 200 mesh a museli ji měnit 15–18krát za směnu, takže nepřetržitá výroba byla téměř nemožná.
Provedli jsme tři změny:
Na výstupu z disperzní nádrže byl přidán -vysokostřižný{1}}emulgátor (před vstupem do filtru jednou projít).
Změnila se jednofázová-fázová 200-mesh na 50-mesh hrubou filtraci → 120-mesh → 200-mesh.
Pasta se zahřeje z teploty místnosti na 42 stupňů a udržuje se na vstupu míchání.
O tři dny později se frekvence výměny filtru snížila na 3krát za směnu a doba jedné-dávkové filtrace se zkrátila ze 4 hodin na 1,5 hodiny. Celkové náklady byly méně než 20 000 RMB.
Další poznámka:Tato továrna později udělala ještě jednu věc -, přešla k jinému dodavateli CNT a vybrala si nás. Po úpravě povrchové úpravy byl počáteční stav disperze lepší a filtrační tlak klesl o dalších asi 30 %. To potvrzuje princip: optimalizace procesů a modernizace dodavatelského řetězce musí být prováděny současně.
Kapitola 5: Shrnutí v jedné větě
Obtížnost filtrování vodivé pasty CNT je v podstatě výsledkem superpozice tří faktorů: "dlouhá vlákna + aglomerace + vysoká viskozita." Neočekávejte, že všechny problémy vyřeší jediná obrazovka s velmi-jemným filtrem. Místo toho použijte kombinovanou strategii "předúprava k otevření aglomerátů, stupňovitá filtrace pro sdílení náplně, řízení teploty a míchání pro snížení viskozity a v případě potřeby změňte typ zařízení."
Zároveň nezapomínejte, že výběr správného dodavatele je tou nejlepší optimalizací procesu. Technicky zdatný výrobce CNT vám může ušetřit 80 % následných problémů s filtrací ve fázi návrhu produktu. Pokud vaše výrobní linka trpí ucpáním síta, zkuste nejprve vybrat 2-3 ze 7 výše uvedených metod a zároveň si promluvte s dodavatelem o výběru produktu. Obvykle byste měli zaznamenat výrazné zlepšení během týdne.