الفصل الأول: أولاً، افهم: لماذا يصعب تصفية معجون أنابيب الكربون النانوية؟
يعرف الأصدقاء الذين عملوا مع ملاط كاثود بطاريات الليثيوم أو الطلاءات الموصلة أن الأنابيب النانوية الكربونية ممتازة حقًا في الأداء - التوصيل الكهربائي الجيد، وكمية الإضافة المنخفضة، والقدرة على زيادة كثافة الطاقة. ومع ذلك، بمجرد الوصول إلى خط الإنتاج، خاصة أثناء خطوة الترشيح، يصبح الأمر مجرد صداع.
الأعراض النموذجية: شاشة مرشح ذات 200 شبكة تم استبدالها حديثًا، بعد تصفية أقل من 50 كجم من المعجون، يرتفع مقياس الضغط إلى ما يزيد عن 0.3 ميجاباسكال؛ ويتم استبدال شاشة الفلتر أكثر من عشر مرات يومياً؛ أو ببساطة يصبح "مسحقًا" بشكل مباشر، ولا يمكن أن يتدفق المعجون.
هناك ثلاثة أسباب جذرية:
نسبة العرض إلى الارتفاع لأنابيب CNT كبيرة جدًا (عادةً 100-1000 أو أكثر). إنها مثل مجموعة من الأشواك الناعمة على مستوى الميكرون، تتشابك مع بعضها البعض لتشكل شكل "عش الطائر"، ويمكن أن تعلق بسهولة في مسام شاشة المرشح.
من الصعب كسر التكتلات بالكامل. حتى بعد الطحن الحبيبي أو التشتت بالقص العالي-، يظل عدد كبير من جزيئات CNT المتكتل يبلغ عشرات من الميكرومترات، وهذه الكتل الصلبة تسد مسام المرشح مباشرة.
لزوجة نظام اللصق عالية. خاصة في الأنظمة التي تستخدم NMP كمذيب، عندما يكون المحتوى الصلب من 15% إلى 20%، يمكن أن تصل اللزوجة إلى عدة آلاف من المئويات، وتكون السيولة ضعيفة، وحتى المقاومة الصغيرة ستتسبب في انهيار عملية الترشيح.
الفصل الثاني: ما الذي يمكن أن تفعله Shandong Tanfeng لمساعدتك؟
في حل مشكلة صعوبة الترشيح، غالبًا ما يتم التقليل من القدرة التقنية لمصنع CNT. يمكن للمورد الذي يتمتع بقدرات البحث والتطوير أن يساعدك في تقليل عبء الترشيح من المصدر. فيما يلي العديد من أبعاد المزايا الجديرة بالملاحظة:
الميزة الأولى: منتجات CNT التي يسهل توزيعها
تختلف صعوبة التشتت بشكل كبير بين الأنابيب النانوية الكربونية التي تنتجها الشركات المصنعة المختلفة. سوف تقوم الشركات المصنعة الجيدة بالتحسين من المصدر:
قطر الأنبوب والتحكم في طول الأنبوب:تعد الأنابيب النانوية الكربونية- متعددة الجدران (MWCNTs) أصعب وأقصر من الأنابيب -المفردة الجدران (SWCNTs)، مما يجعل عملية الترشيح أسهل نسبيًا. من خلال تحسين نظام المحفز في عملية CVD (مثل محفزات الحديد/الكوبالت ثنائية المعدن)، يمكن لـ Shandong Tanfeng التحكم بدقة في قطر الأنبوب ضمن 1-2 نانومتر وطول الأنبوب ضمن نطاق معين، مما يقلل من التشابك المفرط.
المعالجة الوظيفية السطحية:تقوم بعض الشركات المصنعة الرائدة بإجراء تعديلات على سطح الأنابيب النانوية الكربونية لتعزيز توافقها البيني مع المذيب، مما يجعل المعجون أكثر استقرارًا بعد التشتت وأقل عرضة- لإعادة التكتل.
الدفعة الرئيسية المشتتة مسبقًا-:يؤدي اختيار معجون موصل-موزع مسبقًا (خليط رئيسي يحتوي على 8-10% من محتوى CNT) إلى تقليل صعوبة الترشيح بمقدار كبير مقارنة بشراء المسحوق وتوزيعه بنفسك.
الميزة 2: القدرة على التخصيص لتركيبات اللصق
لا يقوم مصنعو CNT المحترفون ببيع المسحوق فحسب، بل يقدمون أيضًا حلول التشتيت الداعمة:
نظام المشتت:تطوير مشتتات عالية الأداء (مثل معدِّلات السطح القائمة على البولي فينيل بيروليدون-) لتحقيق تعليق موحد وثبات طويل الأمد لأنابيب الكربون النانوية في المذيبات العضوية من خلال التنظيم المحتمل لزيتا، وتجنب التكتل الثانوي أثناء التخزين.
تحسين المحتوى الصلب:يمكن أن تحقق التركيبة الجيدة محتوى صلبًا عاليًا بنسبة 5%-10% مع لزوجة يمكن التحكم فيها، مما يسمح بالاستخدام المباشر في عمليات الطلاء دون تخفيف مفرط قبل الترشيح.
الميزة 3: تراكم براءات الاختراع في تكنولوجيا إزالة الشوائب
أحد الأسباب الخفية لصعوبة الترشيح هو وجود شوائب مغناطيسية ممزوجة بالمعجون، مما يؤدي إلى تسريع انسداد شاشة الفلتر. سيتحكم المصنعون ذوو القدرة الفنية في تقليل الشوائب إلى الحد الأدنى قبل مغادرة المصنع:
طورت Shandong Tanfeng جهازًا متكاملًا لإزالة الشوائب "الامتزاز المغناطيسي + الترشيح"، باستخدام قضبان مغناطيسية لامتصاص الشوائب المغناطيسية (مثل الحديد والكوبالت وبقايا المحفزات الأخرى)، ثم استخدام مكونات المرشح لاعتراض الشوائب الجسيمية، مما يقلل من عبء الترشيح في اتجاه مجرى النهر من المصدر.
كما طورت أيضًا بنية قرص مرشح باستخدام مغناطيس كهربائي، وذلك باستخدام الطبيعة غير المغناطيسية لأنابيب CNT لامتصاص وإزالة الجزيئات المعدنية المتبقية.
الميزة 4: مراقبة الجودة وتكنولوجيا الاختبار
إن امتلاك تقنية حاصلة على براءة اختراع- لتحديد حجم الجسيمات في الموقع يمكن أن يحدد بسرعة ما إذا كان تشتيت معجون CNT يفي بالمعايير، مما يضمن اتساق المنتجات التي تخرج من المصنع. وهذا يعني أن أداء الترشيح لكل دفعة من المعجون التي تتلقاها يكون أكثر استقرارًا ولن يتقلب بين الجيد والسيئ.
في جملة واحدة:إن اختيار مورد CNT يتمتع بالخبرة الفنية يحل بشكل فعال نصف مشكلة الترشيح. إنهم يأخذون في الاعتبار قابلية المعالجة اللاحقة في مرحلة تصميم المنتج، والتي يمكن أن تقلل بشكل كبير من تكرار انسداد الشاشة في خط الإنتاج الخاص بك.
الفصل الثالث: 7 طرق فعالة لحل صعوبات الترشيح
الطريقة الأولى: فرض "إزالة-التجميع" مرة واحدة قبل التصفية
تقوم العديد من الشركات المصنعة بفصل التشتت والترشيح تمامًا. في الواقع، يتم تركيب مستحلب -عالي القص عبر الإنترنت أو معالج بالموجات فوق الصوتية (طاقة 2-3 كيلووات، تردد 20 كيلو هرتز) على التوالي قبل أن يتمكن الفلتر من إعادة فتح الأنابيب النانوية الكربونية التي أعيد تكتلها أثناء التخزين. بعد إضافة هذه الخطوة، قام أحد مصانع مواد الكاثود الثلاثي بتمديد عمر شاشة المرشح من ساعتين إلى 8 ساعات.
الطريقة الثانية: الترشيح المرحلي، لا تحاول القيام بذلك في خطوة واحدة
لا تبدأ مباشرة بشاشة ذات 200 شبكة. النهج الصحيح هو:
المرحلة الأولى:30 شبكة ترشيح خشن من الفولاذ المقاوم للصدأ لاعتراض الشوائب الكبيرة والتكتلات الواضحة.
المرحلة الثانية:100-شبكة الترشيح المتوسطة.
المرحلة الثالثة:150-200 شبكة ترشيح ناعم.
اسمح للمعجون أن يكون له حاجز عازل وضغط ثابت بين كل مرحلة. إذا كان المنتج يتطلب نظافة عالية للغاية، استخدم 250 شبكة في المرحلة النهائية، ولكن يجب تنسيق الطريقة الثالثة في هذه المرحلة.
الطريقة الثالثة: قم بالتسخين والتحريك معًا
درجة حرارة:قم بتسخين المعجون إلى 40-45 درجة (لا توجد مشكلة في نظام NMP نظرًا لارتفاع درجة غليانه؛ ويجب ألا يتجاوز النظام المعتمد على الماء 50 درجة). ستنخفض اللزوجة بنسبة 30%-40%، وسيزداد معدل المرور عبر شاشة الترشيح بشكل ملحوظ.
التحريك:حافظ على التحريك بسرعة منخفضة- (30-60 دورة في الدقيقة) عند الطرف الأمامي لمدخل الفلتر لمنع الأنابيب النانوية الكربونية من الاستقرار في الوحل الصلب. إذا كنت تستخدم خزان ضغط محكم الغلق، أضف محركًا مقترنًا مغناطيسيًا في الأسفل.
الطريقة الرابعة: التبديل إلى نوع مختلف من معدات الترشيح
تعتبر مرشحات الأكياس التقليدية أو مرشحات الخرطوشة بطبيعتها "غير صديقة" لمعجون CNT. تشمل البدائل الموصى بها ما يلي:
مرشح طبل فراغ:يعتمد على الشفط الفراغي. بعد التشكيل على سطح الأسطوانة، يتم كشط كعكة الفلتر تلقائيًا، لذلك لا يتم انسدادها بشكل مستمر. مناسب للإنتاج المستمر-على نطاق واسع.
مرشح التنظيف الذاتي-:يحتوي على مكشطة داخلية أو جهاز غسيل عكسي يقوم تلقائيًا بتنظيف سطح شاشة الفلتر كل 10 دقائق. الاستثمار الأولي مرتفع، ولكن يمكن استرداد التكلفة من العمالة ووسائط الترشيح في غضون ستة أشهر.
مرشح الشاشة الاهتزازية:يطبق اهتزازًا رأسيًا أو أفقيًا على شاشة المرشح، مما يتسبب في "اهتزاز" الأنابيب النانوية الكربونية العالقة في فتحات الشبكة مرة أخرى في العجينة.
الطريقة الخامسة: ضبط مورفولوجيا الأنابيب النانوية الكربونية نفسها
إذا تم تجربة جميع الطرق المذكورة أعلاه وما زالت تفشل، فقد تكمن المشكلة في المادة الخام. في هذه المرحلة، تحتاج إلى التحدث مع مورد CNT الخاص بك - لمعرفة ما إذا كان يمكنك التبديل إلى دفعة ذات طول أنبوب أقصر ونسبة عرض إلى ارتفاع أصغر، أو شراء معجون مشتت مسبقًا- مباشرةً.
الطريقة السادسة: التغيير من "ترشيح الضغط الإيجابي" إلى "ترشيح الضغط السلبي"
تحت الضغط الإيجابي، كلما زاد الضغط التفاضلي، كلما تم الضغط على الأنابيب النانوية الكربونية بشكل أكثر إحكامًا وأصبحت مدمجة بشكل أعمق في شاشة المرشح. عند التبديل إلى الترشيح الفراغي (درجة الفراغ -0.06 إلى -0.08 ميجا باسكال)، يتم امتصاص المعجون من خلال شاشة المرشح بقوة قص أقل، وتتباطأ سرعة الانسداد. العيب هو معدل التدفق المحدود، ومناسب للدفعات الصغيرة والمتوسطة.
الطريقة السابعة: قبول "التصفية غير الكاملة" وتحسين المصب
بعض عمليات الطلاء ليست حساسة للتكتلات الناعمة التي يبلغ حجمها عشرات الميكرومترات في عجينة CNT (لأن فجوة الطلاء عادة ما تكون أعلى من 100 ميكرومتر). يمكنك تخفيف دقة الترشيح بشكل مناسب إلى 120 شبكة، مع زيادة إزالة الشوائب المعدنية عبر الإنترنت قبل الطلاء (باستخدام قضبان مغناطيسية أو مرشحات كهرومغناطيسية). وهذا يضمن عدم انسداد رأس الطلاء أثناء حل مشكلة تشويش الترشيح.
الفصل الرابع: حالة حقيقية: من تغيير المرشحات 15 مرة في اليوم إلى 3 مرات
في العام الماضي، قمنا بمساعدة إحدى الشركات المصنعة لعقود المعجون الموصل في جنوب الصين على إجراء التشخيص. استخدم معجون CNT (متعدد الجدران، المحتوى الصلب 12%، نظام NMP) خرطوشة فلتر ذات 200 شبكة، وكان عليهم تغييرها من 15 إلى 18 مرة في كل نوبة عمل، مما يجعل الإنتاج المستمر شبه مستحيل.
لقد أجرينا ثلاثة تغييرات:
تمت إضافة مستحلب القص -العالي-في الخط عند مخرج خزان التشتيت (المرور عبره مرة واحدة قبل الدخول إلى الفلتر).
تم تغيير -المرحلة الفردية 200 شبكة إلى الترشيح الخشن 50 شبكة → 120 شبكة → 200 شبكة.
سخني العجينة من درجة حرارة الغرفة إلى 42 درجة واستمري في التحريك عند المدخل.
وبعد ثلاثة أيام، انخفض معدل تغيير الفلتر إلى 3 مرات لكل نوبة عمل، كما انخفض وقت ترشيح الدفعة الواحدة-من 4 ساعات إلى 1.5 ساعة. وكانت التكلفة الإجمالية أقل من 20000 يوان.
ملاحظة إضافية:قام هذا المصنع لاحقًا بشيء آخر - حيث تحول إلى مورد CNT مختلف واختارنا. بعد معالجة تعديل السطح، كانت حالة التشتت الأولية أفضل، وانخفض ضغط الترشيح بحوالي 30% أخرى. وهذا يؤكد مبدأ: يجب متابعة تحسين العمليات ورفع مستوى سلسلة التوريد في وقت واحد.
الفصل الخامس: ملخص في جملة واحدة
إن الصعوبة في ترشيح معجون CNT الموصل هي في الأساس نتيجة لتراكب ثلاثة عوامل: "الألياف الطويلة + التكتل + اللزوجة العالية". لا تتوقع أن تحل شاشة تصفية واحدة فائقة الدقة-كل المشكلات. بدلاً من ذلك، استخدم استراتيجية مجمعة تتمثل في "المعالجة المسبقة لفتح التكتلات، والترشيح المرحلي لمشاركة الحمل، والتحكم في درجة الحرارة والتحريك لتقليل اللزوجة، وتغيير نوع المعدات إذا لزم الأمر".
وفي الوقت نفسه، لا تنس أن اختيار المورد المناسب هو أفضل تحسين للعملية. يمكن لمصنع CNT القادر تقنيًا أن يوفر لك 80% من مشاكل الترشيح اللاحقة في مرحلة تصميم المنتج. إذا كان خط الإنتاج الخاص بك يعاني من انسداد الشاشة، فحاول اختيار 2-3 من الطرق السبعة المذكورة أعلاه أولاً، وفي الوقت نفسه، تحدث مع المورد الخاص بك حول اختيار المنتج. يجب أن تلاحظ عادةً تحسنًا ملحوظًا خلال أسبوع.