Hoofdstuk 1: Begrijp eerst: waarom is koolstofnanobuispasta zo moeilijk te filteren?
Vrienden die hebben gewerkt met kathodeslurries of geleidende coatings van lithiumbatterijen weten dat CNT's werkelijk uitstekende prestaties leveren - goede elektrische geleidbaarheid, lage toevoegingshoeveelheid en het vermogen om de energiedichtheid te verhogen. Maar eenmaal op de productielijn, vooral tijdens de filtratiestap, is het gewoonweg hoofdpijn.
Typische symptomen: Een nieuw vervangen filterscherm van 200 mesh, na het filteren van minder dan 50 kg pasta stijgt de manometer tot boven 0,3 MPa; het filterscherm wordt meer dan tien keer per dag vervangen; of het wordt eenvoudigweg direct "verpletterd" en de pasta kan niet vloeien.
Er zijn drie grondoorzaken:
De beeldverhouding van CNT's is extreem groot (doorgaans 100-1000 of meer). Ze lijken op een stel zachte stekels op micronniveau, die met elkaar verweven zijn en de vorm van een "vogelnest" vormen, waardoor ze gemakkelijk in de poriën van het filterscherm blijven steken.
Agglomeraten zijn moeilijk volledig open te breken. Zelfs na het frezen van de kralen of het dispergeren met hoge afschuiving blijft er een groot aantal geagglomereerde CNT-deeltjes van tientallen micrometers achter, en deze harde klonten blokkeren direct de filterporiën.
De viscositeit van het pastasysteem is hoog. Vooral in systemen die NMP als oplosmiddel gebruiken, kan de viscositeit, wanneer het vastestofgehalte 15% -20% bedraagt, enkele duizenden centipoise bereiken, de vloeibaarheid is slecht en zelfs een kleine weerstand zal ervoor zorgen dat de filtratie instort.
Hoofdstuk 2: Wat kan Shandong Tanfeng doen om u te helpen?
Bij het oplossen van het probleem van filtratieproblemen wordt de technische capaciteit van de stroomopwaartse CNT-fabrikant vaak onderschat. Een leverancier met onderzoeks- en ontwikkelingsmogelijkheden kan u helpen de filtratielast vanaf de bron te verminderen. Hier zijn enkele opmerkelijke voordeeldimensies:
Voordeel 1: CNT-producten die gemakkelijker te verspreiden zijn
De moeilijkheidsgraad van verspreiding varieert sterk tussen CNT's geproduceerd door verschillende fabrikanten. Goede fabrikanten optimaliseren vanaf de bron:
Controle buisdiameter en buislengte:Meer-wandige CNT's (MWCNT's) zijn harder en korter dan enkel-wandige CNT's (SWCNT's), waardoor filtratie relatief eenvoudiger wordt. Door optimalisatie van het katalysatorsysteem in het CVD-proces (zoals bimetaalkatalysatoren van ijzer/kobalt) kan Shandong Tanfeng de buisdiameter nauwkeurig regelen binnen 1-2 nm en de buislengte binnen een specifiek bereik, waardoor overmatige verstrengeling wordt verminderd.
Oppervlaktefunctionalisatiebehandeling:Sommige toonaangevende fabrikanten voeren oppervlaktemodificaties uit op CNT's om hun grensvlakcompatibiliteit met het oplosmiddel te verbeteren, waardoor de pasta na dispersie stabieler wordt en minder vatbaar voor re-agglomeratie.
Voor-verspreide masterbatch:Het kiezen van een voor-gedispergeerde geleidende pasta (masterbatch met een CNT-gehalte van 8-10%) vermindert de filtratieproblemen met een orde van grootte vergeleken met het kopen van poeder en het zelf dispergeren ervan.
Voordeel 2: Aanpassingsvermogen van pastaformuleringen
Professionele CNT-fabrikanten verkopen niet alleen poeder, maar bieden ook ondersteunende dispersieoplossingen:
Dispergeersysteem:Ontwikkeling van hoogwaardige dispergeermiddelen (zoals op polyvinylpyrrolidon- gebaseerde oppervlaktemodificatoren) om uniforme suspensie en stabiliteit op lange- termijn van CNT's in organische oplosmiddelen te bereiken via Zeta-potentiaalregulering, waardoor secundaire agglomeratie tijdens opslag wordt vermeden.
Solide inhoudsoptimalisatie:Een goede formulering kan een hoog vastestofgehalte van 5%-10% bereiken met een regelbare viscositeit, waardoor direct gebruik in coatingprocessen mogelijk is zonder overmatige verdunning vóór filtratie.
Voordeel 3: Accumulatie van patenten in technologie voor het verwijderen van onzuiverheden
Een verborgen reden voor filtratieproblemen is de aanwezigheid van magnetische onzuiverheden die in de pasta zijn gemengd, waardoor de verstopping van het filterscherm wordt versneld. Technisch bekwame fabrikanten zullen de onzuiverheden tot een minimum beperken voordat ze de fabriek verlaten:
Shandong Tanfeng heeft een geïntegreerd apparaat voor het verwijderen van onzuiverheden met "magnetische adsorptie + filtratie" ontwikkeld, waarbij magnetische staven worden gebruikt om magnetische onzuiverheden (zoals ijzer, kobalt en andere katalysatorresten) te adsorberen en vervolgens filtercomponenten worden gebruikt om deeltjesonzuiverheden te onderscheppen, waardoor de stroomafwaartse filtratielast van de bron wordt verminderd.
Het heeft ook een filterschijfstructuur met een elektromagneet ontwikkeld, waarbij gebruik wordt gemaakt van de niet-magnetische aard van CNT's om resterende metaaldeeltjes te adsorberen en te verwijderen.
Voordeel 4: Kwaliteitscontrole en testtechnologie
Door te beschikken over gepatenteerde technologie voor in-situ identificatie van de deeltjesgrootte kan snel worden vastgesteld of de dispersie van CNT-pasta aan de norm voldoet, waardoor de consistentie van producten die de fabriek verlaten, wordt gegarandeerd. Dit betekent dat de filterprestaties van elke partij pasta die u ontvangt stabieler zijn en niet tussen goed en slecht zullen schommelen.
In één zin:Het kiezen van een CNT-leverancier met technische expertise lost effectief de helft van het filtratieprobleem op. Ze houden rekening met de daaropvolgende verwerkbaarheid in de productontwerpfase, waardoor de frequentie van schermverstoppingen op uw productielijn aanzienlijk kan worden verminderd.
Hoofdstuk 3: 7 Effectieve methoden om filtratieproblemen op te lossen
Methode 1: Geforceerde "de-agglomeratie" vóór filtratie
Veel fabrikanten scheiden dispersie en filtratie volledig. In feite kan het installeren van een online hoge--emulgator of ultrasone processor (vermogen 2-3 kW, frequentie 20 kHz) in serie voordat het filter de CNT's heropenen die tijdens de opslag opnieuw zijn geagglomereerd. Na het toevoegen van deze stap verlengde een fabriek voor ternair kathodemateriaal de levensduur van het filterscherm van 2 uur naar 8 uur.
Methode 2: Gefaseerde filtratie, probeer het niet in één stap te doen
Begin niet direct met een scherm van 200 mesh. De juiste aanpak is:
Eerste fase:Grove filtratie van 30 mesh roestvrij staal om grote onzuiverheden en voor de hand liggende agglomeraten te onderscheppen.
Tweede fase:Tussenfiltratie van 100 mesh.
Derde fase:Fijne filtratie van 150-200 mesh.
Laat de pasta tussen elke fase een buffer en statische drukontlasting hebben. Als het product een extreem hoge zuiverheid vereist, gebruik dan in de laatste fase 250 mesh, maar Methode 3 moet op dit punt worden gecoördineerd.
Methode 3: Samen verwarmen en roeren toepassen
Temperatuur:Verwarm de pasta tot 40-45 graden (het NMP-systeem heeft geen probleem vanwege het hoge kookpunt; het systeem op waterbasis mag de temperatuur van 50 graden niet overschrijden). De viscositeit zal met 30% -40% afnemen en de doorgangssnelheid door het filterscherm zal aanzienlijk toenemen.
Roeren:Handhaaf het roeren op lage- snelheid (30-60 tpm) aan de voorkant van de filterinlaat om te voorkomen dat CNT's zich in harde modder nestelen. Als u een afgesloten druktank gebruikt, voeg dan onderaan een magnetisch gekoppelde roerder toe.
Methode 4: Schakel over naar een ander type filterapparatuur
Conventionele zakkenfilters of patroonfilters zijn inherent "onvriendelijk" voor CNT-pasta. Aanbevolen alternatieven zijn onder meer:
Vacuümtrommelfilter:Vertrouwt op vacuümzuiging. Na vorming op het trommeloppervlak wordt de filterkoek automatisch afgeschraapt, zodat deze niet voortdurend verstopt raakt. Geschikt voor continue productie op grote- schaal.
Zelfreinigend filter:-Heeft een interne schraper of terugspoelinrichting die het filterzeefoppervlak automatisch elke 10 minuten reinigt. De initiële investering is hoog, maar de kosten kunnen binnen zes maanden worden terugverdiend uit arbeid en filtermedia.
Trilschermfilter:Past verticale of horizontale trillingen toe op het filterscherm, waardoor de CNT's die in de gaasopeningen vastzitten, weer in de pasta "afschudden".
Methode 5: Pas de morfologie van de CNT's zelf aan
Als alle bovenstaande methoden zijn geprobeerd en nog steeds mislukken, ligt het probleem mogelijk bij de grondstof. Op dit punt moet u met uw CNT-leverancier praten - om te zien of u kunt overschakelen naar een batch met een kortere buislengte en een kleinere beeldverhouding, of direct voor-gedispergeerde pasta kunt kopen.
Methode 6: Verander van "positieve drukfiltratie" naar "negatieve drukfiltratie"
Onder positieve druk geldt: hoe groter het drukverschil, hoe strakker de CNT's worden aangedrukt en hoe dieper ze in het filterscherm worden ingebed. Als er wordt overgeschakeld op vacuümfiltratie (vacuümgraad -0,06 tot -0,08 MPa), wordt de pasta met lagere schuifkracht door de filterzeef gezogen en neemt de verstoppingssnelheid af. Het nadeel is een beperkt debiet, geschikt voor kleine en middelgrote batches.
Methode 7: Accepteer "onvolledige filtratie" en optimaliseer de downstream
Sommige coatingprocessen zijn niet gevoelig voor zachte agglomeraten van tientallen micrometers in CNT-pasta (omdat de coatingspleet doorgaans groter is dan 100 micrometer). U kunt de filtratieprecisie op passende wijze verlagen tot 120 mesh, terwijl u de online verwijdering van metaalverontreinigingen vóór het coaten vergroot (met behulp van magnetische staven of elektromagnetische filters). Dit zorgt ervoor dat de coatingkop niet verstopt raakt, terwijl het probleem van vastlopen van de filtratie wordt opgelost.
Hoofdstuk 4: Een echte casus: van 15 keer per dag filters vervangen naar 3 keer
Vorig jaar hebben we een contractfabrikant van geleidende pasta's in Zuid-China geholpen bij het stellen van een diagnose. Hun CNT-pasta (meer-wandig, vastestofgehalte 12%, NMP-systeem) gebruikte een filterpatroon van 200 mesh, en ze moesten deze 15-18 keer per ploegendienst vervangen, waardoor continue productie vrijwel onmogelijk werd.
We hebben drie wijzigingen aangebracht:
Er is een in-line hoge-emulgator met hoge afschuiving toegevoegd aan de uitlaat van de dispersietank (voer er één keer doorheen voordat deze het filter binnengaat).
De enkelvoudige-traps 200-mesh gewijzigd in 50-mesh grove filtratie → 120-mesh → 200-mesh.
Verwarmde de pasta van kamertemperatuur tot 42 graden en handhaafde het inlaatroeren.
Drie dagen later daalde de filtervervangingsfrequentie naar drie keer per ploegendienst en werd de filtratietijd van een enkele-batch teruggebracht van 4 uur naar 1,5 uur. De totale kosten bedroegen minder dan 20.000 RMB.
Aanvullende opmerking:Deze fabriek deed later nog één ding: - ze schakelden over naar een andere CNT-leverancier en kozen voor ons. Na behandeling met oppervlaktemodificatie was de aanvankelijke dispersietoestand beter en daalde de filtratiedruk met nog eens 30%. Dit bevestigt een principe: procesoptimalisatie en supply chain-verbetering moeten gelijktijdig worden nagestreefd.
Hoofdstuk 5: Samenvatting in één zin
De moeilijkheid bij het filteren van geleidende CNT-pasta is in wezen het resultaat van de superpositie van drie factoren: "lange vezels + agglomeratie + hoge viscositeit." Verwacht niet dat één enkel ultra-fijn filterscherm alle problemen oplost. Gebruik in plaats daarvan een combinatiestrategie van "voorbehandeling om agglomeraten te openen, gefaseerde filtratie om de lading te delen, temperatuurregeling en roeren om de viscositeit te verminderen, en indien nodig van type apparatuur te veranderen."
Vergeet tegelijkertijd niet dat het kiezen van de juiste upstream-leverancier de beste procesoptimalisatie is. Een technisch bekwame CNT-fabrikant kan u 80% van de daaropvolgende filtratieproblemen in de productontwerpfase besparen. Als uw productielijn last heeft van verstopping van het scherm, probeer dan eerst 2-3 van de 7 bovenstaande methoden te kiezen en praat tegelijkertijd met uw leverancier over de productkeuze. Normaal gesproken zou u binnen een week een aanzienlijke verbetering moeten zien.