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    深圳導電硅膠訊:硅膠體鉛蓄電池特性分析

    發布時間:[2015-3-14]  查看次數:883

    深圳導電硅膠訊:硅膠體鉛蓄電池特性分析

      1.引 言

      膠體(Gelled)是一種分散系統,是物質存在的一個特殊狀態,而不是一種特殊的物質。筆者以為當前膠體鉛酸蓄電池的技術原理定位不準確,是電化學熱力學問題還是電化學動力學問題,若按膠體電解質鉛酸蓄電池定位的技術路線,基本原理就解釋不通,因其不參加成流化學反響。正確的是用外表化學的基本原理電化學動力學的方法去解釋。膠體鉛蓄電池用純度高的氣相二氧化硅(Fumed SiO2 ),膠體SiO2是作為納米材料半導體摻雜、外表改性催化劑的理論來分析,若按照電化學催化理論,則SiO2 作為催化劑載體,吸附催化金屬粒子共同催化。各種粒子經過各種形式的鍵合錨定在載體的外表,外表經過改性的納米顆粒載體的巨大外表積和微顆粒外表摻雜電子軌道的重迭激活載體強烈影響著催化劑的活性。而SiO2 、Si(OH)、 H2SiO3 等在鉛蓄電池中不按電化學熱力學規律法拉第電解定律參與成流反響:雙流反響中沒有SiO2 、H2SiO3 等化合物的參加,所以它不是反響物,見反響方程式 :

      Pb +2H2SO4+PbO2 == 2PbSO4+2H2O。 pH 值對硅溶膠的膠凝時間影響最大,當硅溶膠pH 值在﹙7﹚附近時膠凝最快,當pH值為2—4 時比外表積和孔容最大,經試驗也得到證實。而在顯著的酸性、堿性規模內,膠凝時間大為延長,PH=2擺布時為等電點,溶膠凝膠最慢 。凝膠中若含有電解質,凝膠能夠導電,參與半導體電子與電解液的電荷的傳遞作用。當凝膠度很大時,離子遷移速度減小電導值將下降。

      2. 硅膠體鉛蓄電池功能

      椐了解目前國內外無例外的選用氣相S iO2(Fumed Silica)俗稱白炭黑用其制作的膠體蓄電池功能優良,首要是氣相二氧化硅純凈度好,顆粒度也很容易調整,所以活性好。經過具體試驗,用常規的VRLA蓄電池的構造,用普通的AGM玻璃纖維隔板,AGM隔板也是SiO2 為首要成分與極性分子H2O水化和硫酸反響也做催化載體。富液式構造,少量氣相二氧化硅添加量和別的微量活性添加劑。就能得到高功能的電流輸出,深循環條件下的優良功能,高的功率密度、高的充電效率(99.5%),耐過充、充電重復性好,充電穩定性好(抗熱失控),作為UPS電源蓄電池,其壽數期間免維護,長壽數,寬的工作溫度,Wh價格低,高的體積比能量,自放電低,高的重量比能量。若按半荷電制式工作(Partial-stage of charge)以40%--60%的荷電在壽數期間能量輸出添加三倍。在壽數試驗中隨著循環次數的添加其容量要比VRLA液式蓄電池衰減的慢。

      3. SiO2膠體半導體摻雜電化學催化理論

      在研討催化作用時,眾所周知的過度金屬是首要的金屬催化劑和化學元素周期表中P區右上角非金屬元素。這些非金屬元素也是很重要的半導體電子催化元素。

      3.1 在SiO2催化的電解質溶液中電荷傳遞反響動力學:

      位于化學元素周期表p區斜對角線的元素單質大都具有半導體性質。在構成半導體元素單質中硅、硼、磷和鍺、硒被公認是最好的。半導體的能帶理論已很成熟,導電能力能受摻雜的控制和調整,這在電子學中得到了廣泛的使用。除單質摻雜半導體外,還有半導體化合物摻雜,化學元素周期表第Ⅲ主族與第Ⅴ主族元素構成的化合物與第Ⅱ副族與Ⅵ主族元素所構成的化合物等。,Si 與 Pb元素同族,都是C(炭)族(C Si Ge Sn Pb),硼族元素 Al 與Cd的外層電子比Si的外層電子少,要構成P型摻雜,提供空穴型或稱為P型半導體,而氧族元素Sb 、 S元素等比Si外層外層電子多構成n型摻雜,電子是多數載流子,構成n型摻雜,或稱這些半導體為n型半導體,其導電率比P型半導體高,利用了半導體及其化合物對于純度非常敏感這一原理,由于現代學科的互相滲透,其在電化學動力學即半導體電化學催化領域得到了出奇的使用。在半導體電極上的電化學反響涉及溶液中粒子和半導體電荷載流子之間的電荷傳遞。電荷傳遞反響動力學中系統的始態和終態能級相同時,發作電子傳遞的可能性最大。在外表態不存在的情況下電荷傳遞在溶液和能帶中的能級之間直接進行。電流的大小取決于半導體中的能級和溶液中能級之間的堆疊,堆疊越多電流越大。

       4. 二氧化硅粉體SiO2的外表改性

      4.1.二氧化硅粉體選配和改性化學品的選擇

      選氣相二氧化硅(Fumed Silica),又稱白碳黑,國產氣相二氧化硅、德國德固薩公司A-200或德國威克公司 N-20,比外表積200m2/g,粒徑12nm-100nm。加量 粉水比為0.5-2% Wt。 白碳黑SiO2羥基含量 球狀粒子S—SiO2 含 36% ;多孔狀粒子P—SiO2 含量48%。

      幾種物質的等電點pH 值:

      SiO2 1.8 、TiO2 4.7 、 SnO2 4.5 、 Al(OH)3 35.0 MgO 12.0

      4.2. 填加有機化學材料改性劑

      4.2.1.改性機理及其使用的有機化學材料

      改性有機化學材料首要是硅烷偶聯劑和一些高分子活性劑。偶聯劑是兩性構造的化學物質,偶聯劑的一部分基團可與顆粒外表的各種官能團發作反響構成強有力的化學鍵合,另一部分基團可與有機高聚物基料發作化學反響或物理環繞,按其化學構造可分為硅烷偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑、鋁酸酯類偶聯劑、鋯酸酯類偶聯劑等。偶聯劑適用于有機高聚物和無機顆粒填料的系統,偶聯劑外表改性的無機顆粒填料的系統,使顆粒外表有機化,從而改善復合材料的綜合功能。硅烷偶聯劑是其中一種具有特殊構造的低分子有機硅化合物,其通式為 RSiX3 R 代表與聚合物分子有親和能力和反響能力的活性基團,X代表能夠水解的烷氧基。根據分子構造中R基的不一樣硅烷類偶聯劑可分為氨基硅烷、環氧基硅烷乙烯基硅烷等。使用偶聯劑還需要配合用無機或有機外表改性劑高分子分散劑外表活性劑等填加劑,如。磷酸酯、硼酸酯、萘黃酸甲醛縮合物、聚丙稀酸、乙二醇、丙稀酸等。

      4.2.2 可選用同性無機粒子的硅烷偶聯劑

      常用的有氨基、環氧基、甲基(Me)、丙烯基、三甲基、甲基、乙烯基(Vi)偶聯劑等。

      氨基:選用 A-1100 氨丙基三乙氧基硅烷 沸點 220℃

      分子式 NH2(CH2)3Si(OCH2CH3)3

      A-2120 氨乙基-氨丙基甲基二甲氧基硅烷 SCA602 沸點85℃

      分子式 NH2(CH2)2NH(CH2)3SiCH2(OCH3)2

      甲基丙烯基 A-174 甲基丙基酰氧基丙基三甲氧基硅烷 沸點255℃

      分子式 CH2=C(CH3)CO2(CH2)3Si(OCH3)3

      乙烯基 A-172 乙烯基-三(乙-甲氧基乙氧基)硅烷 沸點285℃

      分子式 CH2=CH-Si(OCH2CH2OCH3)3

      甲基 A-1630 甲基三甲氧基硅烷 沸點101℃

      分子式 CH3Si(OCH3)3

      A-162 甲基三乙氧基硅烷 143℃

      分子式 CH3Si(OCH2CH3)3

      ●常用的多選用 甲基硅烷 A-174 、 氨基 A-1100

      4.2.3.. 硅烷偶聯劑的使用方法

      將硅烷偶聯劑與去離子水配成水溶液,即使其水解,水解的時間依偶聯劑的品種和溶液的pH值的不一樣而異.從幾分鐘—幾十分鐘制造的水溶液的pH值一般控制在 3-5,能夠用硼酸和磷酸調節。若pH值<3或>5將會促進聚合物的生成,SiO2的等電點 pH值=1.8。一般不會短時間內凝結,不能將制造好的已水解的偶聯劑溶液久放,不然自行縮聚而失效。用量選定為無機粉體的質量的0.1%--1.5%%Wt,操作溫度50℃--100℃,不能使偶聯劑沸騰。復合填料配方時水中分散體能夠加 鋁酸酯偶聯劑、磷酸硼、乙二醇、季戊四醇、丙烯酸、甲基丙烯酸、醋酸乙烯、萘磺酸甲醛縮合物等陰離子外表活性劑,陽離子外表活性劑因對介質的pH值敏感,又加之價格昂貴所以不多用。(各類活性分散劑有必要弄清化學品的作用,不可加絮凝劑)。 特別注意填料的順序,別的添加劑都在主添加劑硅烷偶聯劑以后加入。

      4.3..填加無機化學材料改性劑

      經過無機電解質的作用,被改性物質添加顆粒外表的外表積和吸附能力,填加無機改性劑的品種比較多,、磷酸鹽、硼酸鹽 、四氟硼酸鋰、四氟磷酸鋰、六氟磷酸鋰、磷酸酯等。

      無機改性劑 還可填加磷酸硼,也能夠自組裝。磷酸酯是界于無機和有機之間的作用,是改性和催化作用很好的分散劑,

      在適量加有SiO2水溶液中各填加 1%的P2O5和B2O3 后高速拌和60分鐘用1500瓦轉數2500轉/分的顆粒改性高速拌和機。能夠自組裝組成硅烷磷酸硼。

      4.4..改性硅溶膠用調節劑

      能夠填加 有機低分子化合物和水溶性高分子如醇類或乙酸類。 乙二醇、聚乙二醇、乙醇、丙三醇、醋酸 等復合填料配方時水中分散體還能夠加鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、磷酸硼、乙二醇、季戊四醇、丙烯酸、甲基丙烯酸、醋酸乙烯、萘磺酸甲醛縮合物等陰離子外表活性劑。

      外表改性用水溶性高分子首要是組成水溶性高分子的聚合物,例如:聚丙烯酸及其鹽類、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇等。

      還能夠填加不飽和有機酸及有機低聚物, 常用的不飽和有機酸:丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、乙酸乙烯、乙酸丙烯等。

      5. 微顆粒粉體外表改性設備

      改性硅膠體通常在濕性狀態下,濕法外表改性設備簡單的常用的機械高速拌和設備,要求高的工藝改性設備首要選用可控溫拌和反響釜或反響罐,這種設備的筒體一般作成帶夾套的內外兩層夾套內通加熱介質如蒸汽、導熱油等,也有簡單的用電加熱,顆粒被部分浸濕后用機械的力量可使剩余的聚團碎解。浸濕過程中的拌和能添加聚團的碎解程度,從而也就加快了整個的分散過程。有條件的能夠用控溫反響釜、反響罐或拌和桶。也能夠用自制高速拌和機功率1500-2000瓦,轉速應在3000-5000轉/每分鐘 規模,拌和30分鐘擺布,機械高速拌和設備是經過強烈的機械拌和方法,導致液流強湍流運動,使團聚的顆粒碎解懸浮,高速拌和結束后溫升不能超過100℃,根據參加反響的偶聯劑、分散劑、外表活性劑等化合物分解的溫度點而定。反響釜有溫控套,溫度過高容易使偶聯劑沸騰而失效損失。拌和設備是改性設備的首要部件,拌和筒內的物料借助拌和器的拌和,到達充分混合和反響。改性設備也有用大功率超聲設備,功率1000-5000瓦,頻率20-30khz 本文將拌和設備與改性設備合一使用。
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