Độ dẫn điện trong các con lăn và ống lót là cần thiết để ngăn ngừa tích điện tĩnh và bụi tích tụ trong các quy trình đóng gói, in ấn hoặc chuyển đổi, giảm tình trạng dừng dây chuyền sản xuất và tổn thất. Theo truyền thống, muội than và chất độn đặc hiệu được sử dụng cho các con lăn và ống lót polyurethane chống tĩnh điện, nhưng nồng độ cao 10–15% tổng trọng lượng của chúng đã làm giảm độ bền, màu sắc và tuổi thọ của sản phẩm. Các ống nano graphene, một tác nhân chống tĩnh điện tiên tiến, đảm bảo tính an toàn, độ bền và tính thẩm mỹ. Ngay cả ở nồng độ cực thấp, các ống nano vẫn cung cấp độ dẫn điện ổn định và tối ưu hóa chu kỳ sản xuất của ống lót và con lăn.
Ngành công nghiệp thường dựa vào các tiêu chuẩn để đảm bảo chất lượng, tính nhất quán và an toàn trong quá trình sản xuất và sử dụng con lăn và ống lót. Các tiêu chuẩn chung bao gồm các khía cạnh như tính chất vật liệu, độ cứng, độ bền kéo và các đặc điểm liên quan khác. Mặc dù không có tiêu chuẩn cụ thể nào về độ dẫn điện trong con lăn và ống lót PU, nhưng tính chất này vẫn rất quan trọng để duy trì tính an toàn và hiệu quả của nhiều quy trình công nghiệp khác nhau.
Trong môi trường công nghiệp, sự tích tụ tĩnh điện có thể xảy ra trong quá trình sản xuất. Phóng tĩnh điện (ESD) làm hỏng các linh kiện điện tử nhạy cảm, dẫn đến gián đoạn hoặc giảm chất lượng trong sản xuất và gây ra các mối nguy hiểm về an toàn. Cũng như tránh những rủi ro này, độ dẫn điện giúp tránh bám tĩnh điện giữa con lăn/ống và vật liệu đang được vận chuyển. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ngành công nghiệp như in ấn, nơi sự tích tụ tĩnh điện có thể dẫn đến lỗi nạp liệu hoặc lỗi trong vật liệu in.
Trong in kỹ thuật số hoặc in khắc điện, độ dẫn điện của lô không chỉ cần thiết để ngăn ngừa ESD mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền mực sang vật liệu nền. Trong các quy trình này, việc duy trì độ dẫn điện thích hợp là một phần không thể thiếu để đảm bảo hiệu quả và chất lượng của hoạt động in. Nhìn chung, trong nhiều quy trình sản xuất khác nhau, độ dẫn điện giúp đảm bảo chất lượng của sản phẩm cuối cùng và nâng cao hiệu suất tổng thể cũng như tuổi thọ của các thành phần trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Cấu trúc của ống lót và con lăn rất phức tạp và có thể bao gồm nhiều loại vật liệu: kim loại, polyme nguyên chất hoặc vật liệu tổng hợp. Các chất phụ gia truyền thống như muội than, sợi carbon băm nhỏ hoặc chất độn khoáng/hữu cơ đã được sử dụng để đưa các tính chất điện vào vật liệu nhiệt rắn, đặc biệt là polyurethane.
Tuy nhiên, các chất phụ gia này có nhược điểm. Nồng độ cao bắt buộc của các chất phụ gia này, trong khoảng 10–15% tổng trọng lượng của vật liệu, ảnh hưởng tiêu cực đến tính lưu biến và các tính chất cơ học dẫn đến mất độ bền và giảm vòng đời của sản phẩm. Ngoài ra, việc đạt được màu sắc nhẹ và tươi sáng trong sản phẩm cuối cùng trở nên khó khăn. Các chất chống tĩnh điện dạng lỏng, mặc dù tránh được một số vấn đề này, nhưng lại bị hạn chế về phạm vi dẫn điện và có thể bị ảnh hưởng bởi độ ẩm xung quanh.
Ống nano graphene, còn được gọi là ống nano carbon thành đơn, về cơ bản là các tấm graphene đơn được cuộn thành các ống dài, linh hoạt. Các đặc tính đặc biệt của các ống nano này bắt nguồn từ chiều dài lớn và độ dày thành cực mỏng chỉ bằng một nguyên tử. Đáng chú ý, các ống nano graphene thể hiện độ dẫn điện vượt trội và tự hào có độ bền cơ học ấn tượng, được đo bằng phạm vi terapascal. Khả năng tạo thành mạng lưới 3D bên trong polyme của chúng góp phần truyền độ dẫn điện cho vật liệu. Những đặc tính độc đáo này của ống nano graphene giúp tăng cường độ dẫn điện mà không ảnh hưởng đến quy trình sản xuất hoặc các đặc tính cơ học ban đầu của polyurethane .
Hơn nữa, các giải pháp dựa trên ống nano graphene rất linh hoạt đến mức chúng có thể được sử dụng trong bất kỳ lớp ống lót hoặc lớp phủ con lăn nào để cung cấp độ dẫn điện, bất kể vật liệu và độ phức tạp của cấu trúc.
Việc kết hợp các ống nano graphene vào sản xuất con lăn và ống bọc polyurethane mang lại một số lợi thế đáng kể:
Không giống như carbon đen hoặc sợi carbon cắt nhỏ, ống nano graphene phân bố đồng đều trong vật liệu, cả trên bề mặt và trong suốt độ dày của vật liệu và không để lại dấu vết "bôi đen" trên bề mặt của sản phẩm đầu ra (vải, giấy, màng, v.v.), do đó ngăn ngừa hiện tượng loại bỏ.
Ống nano graphene cung cấp phạm vi mức điện trở rộng hơn so với muối amoni. Để có được điện trở suất thể tích trong phạm vi 10 9 –10 4 Ω∙cm và không phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ, chỉ cần thêm ống nano graphene ở nồng độ làm việc ở mức 0,02–0,03 wt.%, ít hơn 100 lần so với muối amoni và ít hơn 500 lần so với muội than.
Ống nano graphene trơ về mặt hóa học, nghĩa là chúng không ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình đúc hoặc đóng rắn. Ngay cả khi tải ống nano cực thấp cũng có thể cung cấp các sản phẩm PU có độ dẫn điện ổn định trong khi vẫn giữ được màu sắc và các đặc tính cơ học ban đầu. Do đó, độ cứng Shore A trong khoảng 45A–96A có thể đạt được trong vật liệu mà không ảnh hưởng đến chất lượng. Bộ đặc tính trước đây không thể đạt được này dẫn đến chu kỳ sản xuất ống lót được tối ưu hóa và cải thiện độ ổn định của quá trình đúc.
Các chất cô đặc dễ sử dụng của ống nano graphene được phân tán trước, do OCSiAl sản xuất, giúp phân phối đồng đều các ống nano trong hệ thống polyurethane bằng thiết bị tiêu chuẩn. Công nghệ ống nano graphene mới này mang đến cho các nhà sản xuất cơ hội cải thiện hiệu suất của các sản phẩm tiêu chuẩn của họ mà không làm cho quá trình xử lý trở nên phức tạp hơn.
Việc thay thế các tác nhân dẫn điện thông thường bằng liều lượng cực thấp các ống nano graphene không chỉ giúp đạt được mục tiêu về độ dẫn điện mà còn nâng cao chất lượng sản xuất và góp phần vào tính bền vững bằng cách giảm khối lượng vật liệu và loại bỏ việc tạo ra bụi.
Khả năng cung cấp độ dẫn điện cho PU với tác động tối thiểu đến tính lưu biến, tính chất cơ học hoặc màu sắc của vật liệu của ống nano graphene giúp tăng cường ứng dụng của chúng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau:
Con lăn PU là loại chắc chắn, bền, cứng cáp và mạnh mẽ có khả năng chịu được tải trọng lớn. Những con lăn này được ưa chuộng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi khắt khe như khai thác và đóng gói do khả năng chịu tải trọng nặng. Những con lăn này đạt được điện trở suất bề mặt dưới 10 9 Ω/sq, đảm bảo các đặc tính chống tĩnh điện quan trọng cho các ứng dụng trong ngành khai thác và đóng gói.
Các con lăn này được sử dụng để in trên bao bì nhựa, bìa cứng và giấy. Để đạt được các đặc tính chống tĩnh điện ổn định, lâu dài mà không có “điểm nóng”, 17 wt.% carbon đen dẫn điện đã được thay thế bằng 0,4 wt.% TUBALL™ MATRIX 200x-series. Sử dụng ống nano graphene giúp duy trì các đặc tính cơ học ban đầu của PU và đạt được quy trình sản xuất sạch, không có bột hoặc bụi carbon đen.
Việc tích hợp các ống nano graphene vào các con lăn bọc PU mang đến một giải pháp mang tính chuyển đổi, cung cấp độ dẫn điện được cải thiện, các tính chất cơ học được cải thiện và hiệu quả sản xuất. Phạm vi ứng dụng trở nên rộng hơn và các trường hợp khác được chấp thuận trong công nghiệp về polyurethane biến đổi ống nano bao gồm da PU chống tĩnh điện cho tấm phủ giường bệnh viện, găng tay màn hình cảm ứng chống tĩnh điện, ghế ô tô bằng da PU gốc nước nhân tạo có tác dụng chống bụi do tính chất chống tĩnh điện, sàn tự san phẳng hoặc bê tông, v.v. Tính linh hoạt của các ống nano graphene, cùng với khả năng khắc phục những hạn chế của các chất phụ gia truyền thống, định vị chúng như một nền tảng trong tương lai của kỹ thuật vật liệu tiên tiến.
Bài viết liên quan:
Tại sao độ dẫn điện lại quan trọng trong con lăn và ống bọc PU?
Ngành công nghiệp thường dựa vào các tiêu chuẩn để đảm bảo chất lượng, tính nhất quán và an toàn trong quá trình sản xuất và sử dụng con lăn và ống lót. Các tiêu chuẩn chung bao gồm các khía cạnh như tính chất vật liệu, độ cứng, độ bền kéo và các đặc điểm liên quan khác. Mặc dù không có tiêu chuẩn cụ thể nào về độ dẫn điện trong con lăn và ống lót PU, nhưng tính chất này vẫn rất quan trọng để duy trì tính an toàn và hiệu quả của nhiều quy trình công nghiệp khác nhau.
Trong môi trường công nghiệp, sự tích tụ tĩnh điện có thể xảy ra trong quá trình sản xuất. Phóng tĩnh điện (ESD) làm hỏng các linh kiện điện tử nhạy cảm, dẫn đến gián đoạn hoặc giảm chất lượng trong sản xuất và gây ra các mối nguy hiểm về an toàn. Cũng như tránh những rủi ro này, độ dẫn điện giúp tránh bám tĩnh điện giữa con lăn/ống và vật liệu đang được vận chuyển. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ngành công nghiệp như in ấn, nơi sự tích tụ tĩnh điện có thể dẫn đến lỗi nạp liệu hoặc lỗi trong vật liệu in.
Trong in kỹ thuật số hoặc in khắc điện, độ dẫn điện của lô không chỉ cần thiết để ngăn ngừa ESD mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền mực sang vật liệu nền. Trong các quy trình này, việc duy trì độ dẫn điện thích hợp là một phần không thể thiếu để đảm bảo hiệu quả và chất lượng của hoạt động in. Nhìn chung, trong nhiều quy trình sản xuất khác nhau, độ dẫn điện giúp đảm bảo chất lượng của sản phẩm cuối cùng và nâng cao hiệu suất tổng thể cũng như tuổi thọ của các thành phần trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Những thách thức do các tác nhân dẫn điện truyền thống gây ra
Cấu trúc của ống lót và con lăn rất phức tạp và có thể bao gồm nhiều loại vật liệu: kim loại, polyme nguyên chất hoặc vật liệu tổng hợp. Các chất phụ gia truyền thống như muội than, sợi carbon băm nhỏ hoặc chất độn khoáng/hữu cơ đã được sử dụng để đưa các tính chất điện vào vật liệu nhiệt rắn, đặc biệt là polyurethane.
Tuy nhiên, các chất phụ gia này có nhược điểm. Nồng độ cao bắt buộc của các chất phụ gia này, trong khoảng 10–15% tổng trọng lượng của vật liệu, ảnh hưởng tiêu cực đến tính lưu biến và các tính chất cơ học dẫn đến mất độ bền và giảm vòng đời của sản phẩm. Ngoài ra, việc đạt được màu sắc nhẹ và tươi sáng trong sản phẩm cuối cùng trở nên khó khăn. Các chất chống tĩnh điện dạng lỏng, mặc dù tránh được một số vấn đề này, nhưng lại bị hạn chế về phạm vi dẫn điện và có thể bị ảnh hưởng bởi độ ẩm xung quanh.
Tăng cường độ an toàn của con lăn bọc PU bằng cách sử dụng ống nano graphene
Ống nano graphene, còn được gọi là ống nano carbon thành đơn, về cơ bản là các tấm graphene đơn được cuộn thành các ống dài, linh hoạt. Các đặc tính đặc biệt của các ống nano này bắt nguồn từ chiều dài lớn và độ dày thành cực mỏng chỉ bằng một nguyên tử. Đáng chú ý, các ống nano graphene thể hiện độ dẫn điện vượt trội và tự hào có độ bền cơ học ấn tượng, được đo bằng phạm vi terapascal. Khả năng tạo thành mạng lưới 3D bên trong polyme của chúng góp phần truyền độ dẫn điện cho vật liệu. Những đặc tính độc đáo này của ống nano graphene giúp tăng cường độ dẫn điện mà không ảnh hưởng đến quy trình sản xuất hoặc các đặc tính cơ học ban đầu của polyurethane .
Hơn nữa, các giải pháp dựa trên ống nano graphene rất linh hoạt đến mức chúng có thể được sử dụng trong bất kỳ lớp ống lót hoặc lớp phủ con lăn nào để cung cấp độ dẫn điện, bất kể vật liệu và độ phức tạp của cấu trúc.
Lợi ích chính của ống nano graphene trong con lăn bọc PU
Việc kết hợp các ống nano graphene vào sản xuất con lăn và ống bọc polyurethane mang lại một số lợi thế đáng kể:
- Độ dẫn điện đồng nhất, vĩnh viễn
Không giống như carbon đen hoặc sợi carbon cắt nhỏ, ống nano graphene phân bố đồng đều trong vật liệu, cả trên bề mặt và trong suốt độ dày của vật liệu và không để lại dấu vết "bôi đen" trên bề mặt của sản phẩm đầu ra (vải, giấy, màng, v.v.), do đó ngăn ngừa hiện tượng loại bỏ.
- Phạm vi đầy đủ của điện trở suất
Ống nano graphene cung cấp phạm vi mức điện trở rộng hơn so với muối amoni. Để có được điện trở suất thể tích trong phạm vi 10 9 –10 4 Ω∙cm và không phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ, chỉ cần thêm ống nano graphene ở nồng độ làm việc ở mức 0,02–0,03 wt.%, ít hơn 100 lần so với muối amoni và ít hơn 500 lần so với muội than.
- Cải thiện độ ổn định của quá trình đúc và chu kỳ sản xuất
Ống nano graphene trơ về mặt hóa học, nghĩa là chúng không ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình đúc hoặc đóng rắn. Ngay cả khi tải ống nano cực thấp cũng có thể cung cấp các sản phẩm PU có độ dẫn điện ổn định trong khi vẫn giữ được màu sắc và các đặc tính cơ học ban đầu. Do đó, độ cứng Shore A trong khoảng 45A–96A có thể đạt được trong vật liệu mà không ảnh hưởng đến chất lượng. Bộ đặc tính trước đây không thể đạt được này dẫn đến chu kỳ sản xuất ống lót được tối ưu hóa và cải thiện độ ổn định của quá trình đúc.
- Xử lý dễ dàng
Các chất cô đặc dễ sử dụng của ống nano graphene được phân tán trước, do OCSiAl sản xuất, giúp phân phối đồng đều các ống nano trong hệ thống polyurethane bằng thiết bị tiêu chuẩn. Công nghệ ống nano graphene mới này mang đến cho các nhà sản xuất cơ hội cải thiện hiệu suất của các sản phẩm tiêu chuẩn của họ mà không làm cho quá trình xử lý trở nên phức tạp hơn.
- Chất lượng sản xuất cao hơn
Việc thay thế các tác nhân dẫn điện thông thường bằng liều lượng cực thấp các ống nano graphene không chỉ giúp đạt được mục tiêu về độ dẫn điện mà còn nâng cao chất lượng sản xuất và góp phần vào tính bền vững bằng cách giảm khối lượng vật liệu và loại bỏ việc tạo ra bụi.
Các trường hợp công nghiệp của sản phẩm PU biến đổi ống nano
Khả năng cung cấp độ dẫn điện cho PU với tác động tối thiểu đến tính lưu biến, tính chất cơ học hoặc màu sắc của vật liệu của ống nano graphene giúp tăng cường ứng dụng của chúng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau:
- Con lăn PU công nghiệp
Con lăn PU là loại chắc chắn, bền, cứng cáp và mạnh mẽ có khả năng chịu được tải trọng lớn. Những con lăn này được ưa chuộng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi khắt khe như khai thác và đóng gói do khả năng chịu tải trọng nặng. Những con lăn này đạt được điện trở suất bề mặt dưới 10 9 Ω/sq, đảm bảo các đặc tính chống tĩnh điện quan trọng cho các ứng dụng trong ngành khai thác và đóng gói.
- Con lăn in PU
Các con lăn này được sử dụng để in trên bao bì nhựa, bìa cứng và giấy. Để đạt được các đặc tính chống tĩnh điện ổn định, lâu dài mà không có “điểm nóng”, 17 wt.% carbon đen dẫn điện đã được thay thế bằng 0,4 wt.% TUBALL™ MATRIX 200x-series. Sử dụng ống nano graphene giúp duy trì các đặc tính cơ học ban đầu của PU và đạt được quy trình sản xuất sạch, không có bột hoặc bụi carbon đen.
Lời kết
Việc tích hợp các ống nano graphene vào các con lăn bọc PU mang đến một giải pháp mang tính chuyển đổi, cung cấp độ dẫn điện được cải thiện, các tính chất cơ học được cải thiện và hiệu quả sản xuất. Phạm vi ứng dụng trở nên rộng hơn và các trường hợp khác được chấp thuận trong công nghiệp về polyurethane biến đổi ống nano bao gồm da PU chống tĩnh điện cho tấm phủ giường bệnh viện, găng tay màn hình cảm ứng chống tĩnh điện, ghế ô tô bằng da PU gốc nước nhân tạo có tác dụng chống bụi do tính chất chống tĩnh điện, sàn tự san phẳng hoặc bê tông, v.v. Tính linh hoạt của các ống nano graphene, cùng với khả năng khắc phục những hạn chế của các chất phụ gia truyền thống, định vị chúng như một nền tảng trong tương lai của kỹ thuật vật liệu tiên tiến.
Bài viết liên quan: