Объяснение керамической нанотехнологии: материалы, свойства и использование пленок

Представитель кино открывает книгу с образцами, и почти на каждой странице появляется одна и та же фраза: нанокерамика. Образец внизу представляет собой лист полиэстера с покрытием толщиной в несколько десятков микрон, и единственное, что отличает прочный лист от дешевого, это то, как в него встроена керамическая фаза.

Две пленки могут использовать одинаковый маркетинговый язык и при этом различаться на двадцать процентных пунктов по общему отклонению солнечной энергии, видимому уровню мутности и стабильности цвета на несколько лет. Реальными переменными являются размер частиц, качество дисперсии, уровень загрузки и химический состав связующего, скрепляющего все вместе.

Что на самом деле означает керамическая нанотехнология

Керамическая нанотехнология — это разработка керамических материалов с размерами элементов от 1 до 100 нанометров, где размер частиц и площадь интерфейса становятся доминирующими переменными дизайна.

В объемном виде керамика, такая как оксид алюминия, цирконий, титан и оксид индия и олова, тверда, термостойка и обычно непрозрачна или сильно рассеивает свет. Измельчите тот же химический состав ниже длины волны видимого света, и его дисперсию можно нанести на пленку в виде прозрачного слоя, который все еще сильно поглощает в ближнем инфракрасном диапазоне.

Большая часть промышленной работы происходит внутри нанокомпозитов, где наноразмерная керамическая фаза встроена в матрицу. Три семьи имеют коммерческое значение:

• Нанокерамические матричные композиты. Керамические наночастицы или нановолокна внутри керамической матрицы, используемые там, где износостойкость и термическая стабильность превосходят стоимость.
• Металломатричные композиты. Керамические наночастицы, диспергированные в алюминии или другом металле, в основном для повышения жесткости и увеличения срока службы без увеличения веса.
• Полимерные матричные композиты. Керамические наночастицы в смоле или клеевом связующем. Это семейство, создающее солнцезащитную пленку, твердые покрытия и верхние слои прозрачной защиты краски.

Почему наноразмерная керамика ведет себя по-другому

На наноуровне керамика увеличивает площадь поверхности гораздо быстрее, чем массу, и именно этот факт определяет большую часть изменений в оптическом, термическом и механическом поведении.

Частица размером 100 нм имеет примерно в сто раз большую удельную поверхность, чем частица размером 10 микрон того же химического состава. Больше интерфейса означает больше мест, где взаимодействует свет, где начинается спекание и где смола может связываться химически, а не только механически.

Рассеяние света — это то, что непосредственно чувствуют покупатели. Интенсивность рассеяния резко возрастает по мере увеличения диаметра частиц, поэтому хорошо диспергированная керамика толщиной 60 нм остается прозрачной, в то время как агломерат того же материала толщиной 300 нм делает пленку молочной при слабом солнечном свете. Мутность обычно является результатом неисправности дисперсии, а не химического состава.

Как структурирована нанокерамика

Коммерческая нанокерамика разделена на четыре структурных семейства, каждое из которых соответствует разным производственным маршрутам и разным затратам.

Различие имеет значение при поиске поставщиков, поскольку поставщик, цитирующий дисперсию наночастиц, и поставщик, цитирующий коврик из нановолокна, предлагают два несвязанных продукта, хотя оба используют один и тот же словарный запас на первой странице брошюры.

Где керамическая нанотехнология появляется в оконных пленках и покрытиях

В автомобильной и архитектурной пленке керамическая нанотехнология используется для создания слоев, поглощающих инфракрасное излучение, не содержащих металла, что обеспечивает прозрачность сигнала пленки и стабильность цвета с течением времени.

Частицы поглощают энергию в диапазоне от 800 до 1200 нм и выделяют энергию в виде низкопотенциального тепла, которое затем рассеивается стеклом, рамой и воздухом в салоне. Поскольку слой является диэлектрическим, а не металлическим, он не отражается как зеркало, не окисляется по краям и не ослабляет радиочастоты, на которые опирается ваш телефон, GPS или платная метка.

Нанокерамическая автомобильная оконная пленка Диэлектрическая нанокерамическая пленка для автомобильных стекол, обеспечивающая защиту от ультрафиолета, отвод тепла и благоприятную для сигнала прозрачность без металлического отражения. Посмотреть продукт →

Торговля металлической пленкой с напылением реальна, и об этом стоит прямо заявить, а не продавать один вариант как универсально лучший.

В отношении зданий требования снова меняются. Керамические слои сохраняют визуально нейтральность стекла, поэтому арендаторы не воспринимают фасад как тонированный, в то же время отклоняя достаточное количество солнечного света, чтобы снизить охлаждающую нагрузку на фасадах, выходящих на запад.

Архитектурная солнцезащитная и защитная оконная пленка Напыленная архитектурная пленка для остекления жилых и коммерческих помещений, сочетающая в себе отвод тепла, защиту от ультрафиолета, снижение бликов и безопасность после разрушения с нейтральной оптической прозрачностью. Посмотреть продукт →

Характеристики, которые отличают настоящую нанокерамическую пленку от маркетинга

Четыре числа определяют, будет ли работать керамическая пленка: пропускание видимого света, полное подавление солнечной энергии, подавление инфракрасного излучения в указанном диапазоне длин волн и дымка.

Каждый из них можно измерить на готовом ламинате менее чем за десять минут с помощью спектрофотометра и измерителя дымки. Если поставщик публикует только одну цифру, эта цифра его меньше всего беспокоит.

Производственная реальность: дисперсия, покрытие и режимы разрушения

Характеристики керамической пленки определяются в четыре этапа процесса, и каждый этап имеет характерный вид отказа, который проявляется в полевых условиях месяцы или годы спустя.

1. Измельчение и диспергирование Агломераты разбиваются до среднего размера частиц примерно менее 80 нм, затем стабилизируются диспергатором, чтобы частицы не группировались повторно. Вид неисправности: помутнение в виде сине-серого молочного цвета плюс оседание в резервуаре для нанесения покрытия.
2. Мокрое покрытие Дисперсия наносится на полиэстер контролируемой влажной толщиной и сушится в ступенчатой печи, чтобы связующее покрывалось равномерно. Вид неисправности: полосы и крапинки на полотне, а также керамическая загрузка, смещающаяся от рулона к рулону.
3. Ламинирование и отверждение Клей и лайнер склеиваются без пожелтения связующего и без нагрузки на керамический слой. Вид отказа: потеря адгезии и подъем кромки после термоциклирования в жарком климате.
4. Контроль качества и выветривание Дымомер, спектрофотометр и ускоренная экспозиция работают на производственных партиях. Вид неисправности: замедленное изменение цвета и микротрещины, которые появляются только после двух лет на крыше автомобиля.

Как проверить поставщика керамической пленки

Прежде чем запросить цену, запросите данные о дисперсии, измерениях дымки и результатах атмосферных воздействий, поскольку поставщик, который не может произвести первые три, не может защитить и четвертое.

• Распределение частиц по размерам для керамической дисперсии с указанием медианы и верхнего процентиля.
• Матовость и прозрачность измеряются на готовом ламинате, а не только на влажном покрытии.
• Ускоренные часы выветривания с использованием используемого стандарта и последующая запись изменения цвета.
• Характеристики клея и лайнера, срок годности и рекомендуемая температура хранения.
• Допуск на цвет от партии к партии выражается в цифрах, а не в обещаниях.

Более полезный вопрос для переработчика – контролирует ли поставщик всю цепочку. Вертикально интегрированная фабрика, которая производит собственную дисперсию и покрывает собственную пленку, может соблюдать более жесткие допуски, чем та, которая покупает готовые рулоны с покрытием и повторно ламинирует их. Центр исследований и разработок и программа качества – это два места, где этот контроль должен быть документирован в письменной форме.

Вопросы, которые покупатели задают о керамической нанотехнологии

Керамическая нанотехнология — это то же самое, что керамическое покрытие?

Нет. Керамическое покрытие представляет собой жидкий продукт, наносимый и отверждаемый на окрашенную поверхность, обычно на основе диоксида кремния. Керамическая нанотехнология в пленке относится к неорганическим частицам, диспергированным внутри слоя полимера во время производства. У них общий химический словарь, но нет модели процесса, толщины или долговечности.

Блокируют ли нанокерамические пленки сигналы телефона, GPS или платных дорог?

Обычно нет, поскольку керамический слой является диэлектрическим, а не металлическим. Металлические напыленные пленки способны ослаблять радиочастоты. Если прозрачность сигнала имеет решающее значение для вашего рынка, попросите провести сравнительный тест конкретного ламината, а не полагайтесь на претензию.

Как долго керамическая фаза сохраняет эффективность?

Сами неорганические частицы не разлагаются. Переплет вокруг них делает это. Реальный срок службы составляет от 5 до 10 лет для автомобильной пленки и от 10 до 15 лет для архитектурной пленки, а изменение цвета или повышение матовости являются первым признаком старения связующего, а не керамики.

Являются ли керамические наночастицы проблемой для здоровья во время производства?

Переносная по воздуху пыль наночастиц представляет собой серьезную проблему при обращении с ней, поэтому промышленные линии обрабатывают керамическую фазу как влажную суспензию, а не как сухой порошок, и почему мониторинг вентиляции и пыли включен в спецификацию процесса. В готовой пленке частицы связаны внутри отвержденной полимерной матрицы.