Alumiiniumhüdroksiid (ATH)on polümeermaterjalides kõige laialdasemalt kasutatav keskkonnasõbralik leegiaeglustav täiteaine ning selle töötlemisvõime mõjutab otseselt komposiitmaterjalide valmistamise efektiivsust ja lõpptulemust. See artikkel analüüsib süstemaatiliselt tavalise ATH ja madala viskoossusega ATH erinevusi pinnaomadustes, reoloogilises käitumises, dispersioonimehhanismis ja töötlemise kohanemisvõimes materjaliteaduse vaatenurgast, pakkudes teoreetilise aluse valikuks tööstuslikes rakendustes.
Tavalist ATH-d toodetakse tavaliselt Bayeri protsessi abil, millel on lai osakeste suurusjaotus (1–25 μm), kõrge pinnaenergia (umbes 70–100 mJ/m²) ja selged polaarsusnäitajad. Selle kristallstruktuur koosneb peamiselt α-Al(OH)₃-st ja pinna hüdroksüültihedus võib ulatuda 4-8 OH/nm²-ni. Need aktiivsed saidid on altid moodustama vesiniksidemete võrgustikke, mille tulemuseks on suurenenud molekulidevahelised interaktsioonid.
Madala viskoossusega ATH valmistatakse pinna modifitseerimise või spetsiaalsete kristalliseerimisprotsesside abil ning pinnaenergiat saab vähendada 30-50 mJ/m²-ni. Peamised tehnoloogiad hõlmavad järgmist:
· Orgaanilise silaani/rasvhappe pinnakate (katvus võib ulatuda üle 85%)
·Kristallide kasvu reguleerimine korrapärasema kuju moodustamiseks
·Pinna hüdroksüülrühmade osaline esterdamine (modifikatsioonimäär tavaliselt >60%)
Suure nihkekiiruse korral (1000 s⁻¹) saab madala viskoossusega ATH-täitesüsteemi (60% täitekogus) sulamisviskoossust vähendada 40-60% võrreldes tavalise ATH-ga. See erinevus tuleneb:
·Hõõrdetegur osakeste vahel väheneb (0,35-lt 0,15-0,20-le)
· Veesisalduse erinevuste kombineerimine (madala viskoossusega ATH tavaliselt <0,2%)
Tavalisel ATH vedrustussüsteemil on märkimisväärne voolavuspiir (tavaliselt> 50 Pa), samas kui modifitseeritud madala viskoossusega ATH võib vähendada voolavuspiiri alla 10 Pa, mis parandab oluliselt voolu käivitamise jõudlust varajases töötlemisetapis.
Tavalise hajumineATHpolümeeri sulatis järgib aglomeratsiooni killustumise dissotsiatsioonimudelit, mis nõuab tõhusa dispersiooni saavutamiseks suurt nihkepinget (>10⁵Pa). Katsed on näidanud, et täielikuks dispersiooniks vajalik energia on 2-3 korda suurem kui madala viskoossusega ATH oma.
Madala viskoossusega ATH vähendab pinnaenergiat, lühendab infiltratsiooniaega 60-70% ja dispersiooniprotsess on rohkem kooskõlas pindadevahelise libisemismehhanismiga. Samades nihketingimustes väheneb sama dispersioonitaseme saavutamiseks kuluv aeg rohkem kui 40%.
Kahe kruviga ekstrusiooniprotsessi ajal on madala viskoossusega ATH täitesüsteemil järgmised omadused:
·Pea rõhk vähenes 25-35%
· Vähendage pöördemomenti 20-30%
·Maksimaalset täitekogust saab suurendada 15-20 protsendipunkti võrra
Madala viskoossusega ATH-l on kiire täitmise etapis olulised eelised:
· Suurendage voolu pikkust 30-50%
· Suurendage keevisliini tugevust 20-25%
· Toote vähenenud anisotroopsus (kahanemismäära erinevus vähenes 1,2%-lt 0,4%-le
Lahustipõhistes süsteemides võib madala viskoossusega ATH valmistada suurema tahkete ainete sisaldusega (kuni 75–80%) suspensioone, säilitades samal ajal sobiva ehitusliku viskoossuse.
Tuleb märkida, et töötlemise jõudluse optimeerimine võib kaasa tuua muid toimivusmuutusi:
Leegiaeglustav toime: Madala viskoossusega ATH võib pinnakatte olemasolu tõttu aeglustada ATH lagunemise algustemperatuuri (tavaliselt tõstetud 10–20 ℃), kuid mõju saab minimeerida, optimeerides kattekiirust (soovitatav on reguleerida 5–8%).
Mehaanilised omadused: Pindadevahelise sideme tugevuse mõõdukat vähenemist saab kompenseerida sidestusainete kombinatsiooniga. Uuringud on näidanud, et kombineeritud sidestusainete (silaan+titanaat) kasutamine võib taastada tõmbetugevuse üle 95% tavaliste ATH-süsteemide omast.
Madal viskoossusATHon saavutanud pinnatöötluse abil töötlemise jõudluse olulise paranemise, eriti viskoossuse vähendamisel ja hajutamise efektiivsuse parandamisel suurel nihkekiirusel. ATH valikut tuleks süstemaatiliselt hinnata konkreetsete töötlemistingimuste, täitmisnõuete ja lõplike jõudlusnõuete alusel. Tõhusa töötlemise ja suure täitmisega rakendusstsenaariumide puhul on madala viskoossusega ATH tehnilised eelised ilmsed; Tavapärastes rakendustes on tavalisel ATH-l endiselt kulutõhususe eelised. Tulevased uuringud peaksid keskenduma multifunktsionaalsele pinnakujundusele, et saavutada parem tasakaal töötlemise ja lõpliku jõudluse vahel.
