จะทำอย่างไรกับความยุ่งยากในการกรองด้วยท่อนาโนคาร์บอนแบบนำไฟฟ้า

บทที่ 1: ขั้นแรก ทำความเข้าใจ: เหตุใดท่อนาโนคาร์บอนจึงกรองได้ยาก

เพื่อนๆ ที่เคยทำงานกับสารละลายแคโทดแบตเตอรี่ลิเธียมหรือสารเคลือบนำไฟฟ้าทราบดีว่า CNT มีสมรรถนะเป็นเลิศอย่างแท้จริง - การนำไฟฟ้าที่ดี ปริมาณการเติมต่ำ และความสามารถในการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน อย่างไรก็ตาม เมื่ออยู่ในสายการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างขั้นตอนการกรอง ก็เป็นเรื่องที่น่าปวดหัว

อาการทั่วไป: หน้าจอตัวกรอง 200 ตาข่ายที่เพิ่งเปลี่ยนใหม่ หลังจากกรองส่วนผสมน้อยกว่า 50 กก. เกจวัดความดันจะพุ่งสูงกว่า 0.3 MPa; หน้าจอตัวกรองถูกเปลี่ยนมากกว่าสิบครั้งต่อวัน หรือมันจะกลายเป็น "บด" โดยตรงและไม่สามารถไหลออกมาได้

มีสาเหตุหลักสามประการ:

อัตราส่วนภาพของ CNT มีขนาดใหญ่มาก (โดยทั่วไปคือ 100-1,000 หรือมากกว่า) พวกมันเปรียบเสมือนหนามอ่อนระดับไมครอนที่พันกันเป็นรูปทรง "รังนก" และติดอยู่ในรูขุมขนของตะแกรงกรองได้ง่าย

Agglomerates ยากที่จะแตกออกอย่างสมบูรณ์ แม้หลังจากการกัดลูกปัดหรือ-การกระจายแรงเฉือนสูง อนุภาคที่เกาะกลุ่มกันของ CNT จำนวนมากขนาดสิบไมโครเมตรก็ยังคงอยู่ และก้อนแข็งเหล่านี้จะปิดกั้นรูพรุนของตัวกรองโดยตรง

ความหนืดของระบบเพสต์สูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบที่ใช้ NMP เป็นตัวทำละลาย เมื่อปริมาณของแข็งอยู่ที่ 15%-20% ความหนืดอาจสูงถึงหลายพันเซนติพอยซ์ ความลื่นไหลไม่ดี และแม้แต่ความต้านทานเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้การกรองพังได้

บทที่ 2: ซานตง Tanfeng สามารถช่วยอะไรคุณได้?

ในการแก้ปัญหาความยากในการกรอง ความสามารถทางเทคนิคของผู้ผลิต CNT ต้นน้ำมักจะถูกประเมินต่ำไป ซัพพลายเออร์ที่มีความสามารถในการวิจัยและพัฒนาสามารถช่วยลดภาระการกรองจากแหล่งที่มาได้ ต่อไปนี้เป็นมิติข้อได้เปรียบที่น่าสังเกตหลายประการ:

ข้อได้เปรียบ 1: ผลิตภัณฑ์ CNT ที่ง่ายต่อการแยกย้าย

ความยากในการกระจายตัวจะแตกต่างกันไปอย่างมากระหว่าง CNT ที่ผลิตโดยผู้ผลิตหลายราย ผู้ผลิตที่ดีจะเพิ่มประสิทธิภาพจากแหล่งที่มา:

การควบคุมเส้นผ่านศูนย์กลางท่อและความยาวของท่อ:CNT แบบมีกำแพงหลาย- (MWCNT) มีความแข็งและสั้นกว่า CNT แบบมีผนังเดี่ยว (SWCNT) - ทำให้การกรองค่อนข้างง่ายกว่า ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพระบบตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการ CVD (เช่น ตัวเร่งปฏิกิริยาของเหล็ก/โคบอลต์ไบเมทัลลิก) Shandong Tanfeng สามารถควบคุมเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อภายใน 1-2 นาโนเมตรและความยาวของท่อภายในช่วงที่กำหนดได้อย่างแม่นยำ ซึ่งลดการพันกันที่มากเกินไป

การรักษาฟังก์ชันพื้นผิว:ผู้ผลิตชั้นนำบางรายทำการปรับเปลี่ยนพื้นผิวบน CNT เพื่อเพิ่มความเข้ากันได้ของพื้นผิวกับตัวทำละลาย ทำให้ยาพอกมีความเสถียรมากขึ้นหลังการกระจายตัวและมีแนวโน้มที่จะ-รวมตัวกันอีกครั้งน้อยลง

มาสเตอร์แบทช์ก่อน-กระจายตัว:การเลือกครีมนำไฟฟ้าแบบกระจายก่อน- (มาสเตอร์แบทช์ที่มีปริมาณ CNT 8-10%) ช่วยลดความยุ่งยากในการกรองตามลำดับความสำคัญเมื่อเทียบกับการซื้อผงและกระจายด้วยตัวเอง

ข้อได้เปรียบ 2: ความสามารถในการปรับแต่งสูตรเพสต์

ผู้ผลิต CNT มืออาชีพไม่เพียงแต่ขายผงเท่านั้น แต่ยังให้การสนับสนุนโซลูชั่นการกระจายตัวอีกด้วย:

ระบบกระจายตัว:การพัฒนาสารช่วยกระจายตัวที่มีประสิทธิภาพสูง- (เช่น ตัวดัดแปลงพื้นผิวที่ใช้โพลีไวนิลไพโรลิโดน-) เพื่อให้เกิดการแขวนลอยที่สม่ำเสมอและ-ความเสถียรในระยะยาวของ CNT ในตัวทำละลายอินทรีย์ผ่านการควบคุมที่เป็นไปได้ของ Zeta โดยหลีกเลี่ยงการจับตัวเป็นก้อนทุติยภูมิระหว่างการเก็บรักษา

การเพิ่มประสิทธิภาพเนื้อหาที่เป็นของแข็ง:สูตรที่ดีสามารถมีปริมาณของแข็งสูงถึง 5%-10% โดยมีความหนืดที่ควบคุมได้ ช่วยให้นำไปใช้โดยตรงในกระบวนการเคลือบโดยไม่ต้องเจือจางมากเกินไปก่อนการกรอง

ข้อได้เปรียบ 3: การสะสมสิทธิบัตรในเทคโนโลยีการกำจัดสิ่งเจือปน

สาเหตุที่ซ่อนอยู่ของปัญหาในการกรองคือการมีสิ่งเจือปนจากแม่เหล็กผสมอยู่ในเนื้อครีม ซึ่งจะช่วยเร่งการอุดตันของตัวกรอง ผู้ผลิตที่มีความสามารถทางเทคนิคจะควบคุมสิ่งเจือปนให้น้อยที่สุดก่อนออกจากโรงงาน:

มณฑลซานตง Tanfeng ได้พัฒนาอุปกรณ์กำจัดสิ่งเจือปน "การดูดซับ + การกรองด้วยแม่เหล็ก" แบบบูรณาการ โดยใช้แท่งแม่เหล็กเพื่อดูดซับสิ่งเจือปนที่เป็นแม่เหล็ก (เช่น เหล็ก โคบอลต์ และตัวเร่งปฏิกิริยาที่ตกค้างอื่น ๆ ) จากนั้นใช้ส่วนประกอบตัวกรองเพื่อดักจับสิ่งเจือปนที่เป็นอนุภาค ช่วยลดภาระการกรองขั้นปลายน้ำจากแหล่งที่มา

นอกจากนี้ ยังได้พัฒนาโครงสร้างแผ่นกรองด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งใช้ลักษณะที่ไม่ใช่แม่เหล็กของ CNT เพื่อดูดซับและกำจัดอนุภาคโลหะที่ตกค้าง

ข้อได้เปรียบ 4: เทคโนโลยีการควบคุมและทดสอบคุณภาพ

การมีเทคโนโลยีที่จดสิทธิบัตรสำหรับ-การระบุขนาดอนุภาคในแหล่งกำเนิดสามารถระบุได้อย่างรวดเร็วว่าการกระจายตัวของ CNT เพสต์เป็นไปตามมาตรฐานหรือไม่ ทำให้มั่นใจได้ถึงความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์ที่ออกจากโรงงาน ซึ่งหมายความว่าประสิทธิภาพการกรองของเพสต์แต่ละชุดที่คุณได้รับจะมีเสถียรภาพมากขึ้น และจะไม่ผันผวนระหว่างดีและไม่ดี

ในหนึ่งประโยค:การเลือกซัพพลายเออร์ CNT ที่มีความเชี่ยวชาญด้านเทคนิคสามารถแก้ปัญหาการกรองได้ครึ่งหนึ่งอย่างมีประสิทธิภาพ พวกเขาพิจารณาความสามารถในการแปรรูปในภายหลังในขั้นตอนการออกแบบผลิตภัณฑ์ ซึ่งสามารถลดความถี่ของการอุดตันของหน้าจอในสายการผลิตของคุณได้อย่างมาก

บทที่ 3: 7 วิธีการที่มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาความยุ่งยากในการกรอง

วิธีที่ 1: บังคับ "แยก-การรวมกลุ่ม" หนึ่งครั้งก่อนการกรอง

ผู้ผลิตหลายรายแยกการกระจายตัวและการกรองออกจากกันโดยสิ้นเชิง อันที่จริงแล้ว การติดตั้งอิมัลซิไฟเออร์แรงเฉือนสูง-แบบออนไลน์หรือตัวประมวลผลอัลตราโซนิก (กำลัง 2-3 กิโลวัตต์ ความถี่ 20 kHz) ตามลำดับก่อนที่ตัวกรองจะสามารถเปิด CNT ที่รวมตัวกันใหม่อีกครั้งระหว่างการจัดเก็บได้ หลังจากเพิ่มขั้นตอนนี้ โรงงานผลิตวัสดุแคโทดแบบไตรนารีได้ขยายอายุการใช้งานของตัวกรองจาก 2 ชั่วโมงเป็น 8 ชั่วโมง

วิธีที่ 2: การกรองแบบเป็นขั้นตอน อย่าพยายามทำในขั้นตอนเดียว

อย่าเริ่มต้นโดยตรงกับหน้าจอขนาด 200 ตาข่าย แนวทางที่ถูกต้องคือ:

ขั้นแรก:การกรองหยาบด้วยสเตนเลสสตีลขนาด 30 ตาข่ายเพื่อดักจับสิ่งสกปรกขนาดใหญ่และการจับตัวเป็นก้อนที่เห็นได้ชัดเจน

ขั้นตอนที่สอง:การกรองระดับกลาง 100 ตาข่าย

ขั้นตอนที่สาม:การกรองละเอียด 150-200 ตาข่าย

ปล่อยให้ส่วนผสมมีบัฟเฟอร์และปล่อยแรงดันสถิตระหว่างแต่ละขั้นตอน หากผลิตภัณฑ์ต้องการความสะอาดสูงมาก ให้ใช้ 250 เมชในขั้นตอนสุดท้าย แต่ต้องประสานวิธีที่ 3 ณ จุดนี้

วิธีที่ 3: ใช้ความร้อนและคนให้เข้ากัน

อุณหภูมิ:อุ่นส่วนผสมไว้ที่ 40-45 องศา (ระบบ NMP ไม่มีปัญหาเนื่องจากมีจุดเดือดสูง ระบบแบบน้ำไม่ควรเกิน 50 องศา ) ความหนืดจะลดลง 30%-40% และอัตราการผ่านหน้าจอตัวกรองจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

กวน:รักษาการกวนด้วยความเร็วต่ำ- (30-60 รอบต่อนาที) ที่ส่วนหน้าของช่องกรองเพื่อป้องกันไม่ให้ CNT ตกลงไปเป็นโคลนแข็ง หากใช้ถังแรงดันแบบปิดผนึก ให้เพิ่มเครื่องกวนแบบแม่เหล็กที่ด้านล่าง

วิธีที่ 4: เปลี่ยนไปใช้อุปกรณ์การกรองประเภทอื่น

ถุงกรองหรือตัวกรองแบบคาร์ทริดจ์แบบทั่วไปนั้น "ไม่เป็นมิตร" กับ CNT paste โดยธรรมชาติ ทางเลือกที่แนะนำ ได้แก่:

ตัวกรองถังสุญญากาศ:อาศัยการดูดสุญญากาศ หลังจากขึ้นรูปบนพื้นผิวถังแล้ว เค้กกรองจะถูกขูดออกโดยอัตโนมัติ จึงไม่เกิดการอุดตันอย่างต่อเนื่อง เหมาะสำหรับการผลิตขนาดใหญ่อย่างต่อเนื่อง-

ตัวกรองการทำความสะอาดตัวเอง-:มีเครื่องขูดภายในหรืออุปกรณ์ล้างย้อนที่จะทำความสะอาดพื้นผิวตัวกรองโดยอัตโนมัติทุกๆ 10 นาที เงินลงทุนเริ่มแรกสูงแต่สามารถกู้ต้นทุนค่าแรงและสื่อกรองได้ภายในหกเดือน

ตัวกรองหน้าจอสั่น:ใช้การสั่นสะเทือนในแนวตั้งหรือแนวนอนกับตัวกรอง ส่งผลให้ CNT ที่ติดอยู่ในช่องตาข่าย "หลุด" กลับเข้าไปในส่วนผสม

วิธีที่ 5: ปรับสัณฐานวิทยาของ CNT ด้วยตนเอง

หากลองวิธีการข้างต้นทั้งหมดแล้วแต่ยังคงล้มเหลว ปัญหาอาจอยู่ที่วัตถุดิบ ณ จุดนี้ คุณต้องพูดคุยกับซัพพลายเออร์ CNT ของคุณ - เพื่อดูว่าคุณสามารถเปลี่ยนไปใช้ชุดที่มีความยาวท่อสั้นลงและอัตราส่วนภาพเล็กลง หรือซื้อ-เพสต์แบบกระจายล่วงหน้าได้โดยตรง

วิธีที่ 6: เปลี่ยนจาก "การกรองด้วยแรงดันบวก" เป็น "การกรองด้วยแรงดันลบ"

ภายใต้แรงดันบวก ยิ่งแรงดันต่างกันมากเท่าใด CNT ก็จะยิ่งถูกกดแน่นมากขึ้น และยิ่งฝังลึกลงในตัวกรองมากขึ้น เมื่อเปลี่ยนมาใช้การกรองแบบสุญญากาศ (ระดับสุญญากาศ -0.06 ถึง -0.08 MPa) สารเหนียวจะถูกดูดผ่านตะแกรงตัวกรองด้วยแรงเฉือนที่ลดลง และความเร็วในการอุดตันจะช้าลง ข้อเสียคือมีอัตราการไหลจำกัด เหมาะสำหรับชุดเล็กและกลาง

วิธีที่ 7: ยอมรับ "การกรองที่ไม่สมบูรณ์" และปรับดาวน์สตรีมให้เหมาะสม

กระบวนการเคลือบบางอย่างไม่ไวต่อการจับตัวเป็นก้อนอ่อนขนาดหลายสิบไมโครเมตรใน CNT paste (เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วช่องว่างการเคลือบจะสูงกว่า 100 ไมโครเมตร) คุณสามารถผ่อนคลายความแม่นยำในการกรองได้อย่างเหมาะสมเป็น 120 เมช ในขณะที่เพิ่มการกำจัดสิ่งเจือปนที่เป็นโลหะก่อนการเคลือบ (โดยใช้แท่งแม่เหล็กหรือตัวกรองแม่เหล็กไฟฟ้า) ทำให้มั่นใจได้ว่าหัวเคลือบไม่อุดตันพร้อมแก้ปัญหาการติดขัดของการกรอง

บทที่ 4: กรณีจริง: จากการเปลี่ยนตัวกรอง 15 ครั้งต่อวันเป็น 3 ครั้ง

เมื่อปีที่แล้ว เราได้ช่วยผู้ผลิตสัญญาแปะสื่อไฟฟ้าในประเทศจีนตอนใต้ทำการวินิจฉัย CNT paste ของพวกเขา (มีผนังหลาย- มีเนื้อแข็ง 12% ระบบ NMP) ใช้ตลับกรอง 200 ตาข่าย และพวกเขาต้องเปลี่ยน 15-18 ครั้งต่อกะ ซึ่งทำให้การผลิตต่อเนื่องแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย

เราทำการเปลี่ยนแปลงสามประการ:

เพิ่มอิมัลซิไฟเออร์แรงเฉือนแบบอิน-ไลน์สูง-ที่ทางออกของถังกระจายตัว (ผ่านหนึ่งครั้งก่อนที่จะเข้าสู่ตัวกรอง)

เปลี่ยนการกรองหยาบขั้นตอนเดียว- 200 เมชเป็นการกรองหยาบ 50 เมช → 120 เมช → 200 เมช

อุ่นส่วนผสมจากอุณหภูมิห้องเป็น 42 องศา และคงการกวนทางเข้าไว้

สามวันต่อมา ความถี่ในการเปลี่ยนตัวกรองลดลงเหลือ 3 ครั้งต่อกะ และเวลาการกรองแบบแบตช์เดียว-ก็ลดลงจาก 4 ชั่วโมงเป็น 1.5 ชั่วโมง ค่าใช้จ่ายทั้งหมดน้อยกว่า 20,000 หยวน

หมายเหตุเพิ่มเติม:ต่อมาโรงงานแห่งนี้ได้ทำอีกสิ่งหนึ่งที่ - พวกเขาเปลี่ยนมาใช้ซัพพลายเออร์ CNT รายอื่นและเลือกเรา หลังจากการบำบัดการปรับเปลี่ยนพื้นผิว สถานะการกระจายเริ่มต้นดีขึ้น และความดันในการกรองลดลงอีกประมาณ 30% นี่เป็นการยืนยันหลักการ: การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการและการอัพเกรดห่วงโซ่อุปทานจะต้องดำเนินการไปพร้อมๆ กัน

บทที่ 5: สรุปในประโยคเดียว

ความยากในการกรองสาร CNT เป็นสื่อกระแสไฟฟ้านั้นโดยพื้นฐานแล้วเป็นผลมาจากการซ้อนทับกันของปัจจัย 3 ประการ: "เส้นใยยาว + การรวมตัวกัน + ความหนืดสูง" อย่าคาดหวังว่าจะมีตัวกรองละเอียดพิเศษ-เพียงตัวเดียวที่จะแก้ปัญหาทั้งหมดได้ ให้ใช้กลยุทธ์ผสมผสานระหว่าง "การปรับสภาพเพื่อเปิดการจับตัวเป็นก้อน การกรองแบบเป็นขั้นเพื่อแบ่งภาระ การควบคุมอุณหภูมิและการกวนเพื่อลดความหนืด และเปลี่ยนประเภทอุปกรณ์หากจำเป็น"

ในขณะเดียวกัน อย่าลืมว่าการเลือกซัพพลายเออร์ขั้นต้นน้ำที่เหมาะสมคือการปรับปรุงกระบวนการให้เหมาะสมที่สุด ผู้ผลิต CNT ที่มีความสามารถทางเทคนิคสามารถช่วยคุณประหยัด 80% ของปัญหาการกรองที่ตามมาในขั้นตอนการออกแบบผลิตภัณฑ์ หากสายการผลิตของคุณประสบปัญหาการอุดตันของตะแกรง ให้ลองเลือก 2-3 วิธีจาก 7 วิธีข้างต้นก่อน และในขณะเดียวกันก็พูดคุยกับซัพพลายเออร์ของคุณเกี่ยวกับการเลือกผลิตภัณฑ์ โดยทั่วไปคุณจะเห็นการปรับปรุงที่สำคัญภายในหนึ่งสัปดาห์