Polümeersete leegiaeglustite valdkonnasalumiiniumhüdroksiid (ATH)on pikka aega hoidnud leegiaeglustite turul keskmist positsiooni tänu oma eelistele mittetoksilisuse, suitsu summutamise, keskkonnasõbralikkuse ja suhteliselt madalate kulude tõttu. Traditsioonilise sadestamismeetodiga valmistatud tavaline ATH seab aga sageli piiranguid, nagu suur täitekogus, halb ühilduvus ja tõsine mehaaniline kadu, täites polümeermaterjalide üha nõudlikumaid kõrge jõudlusega nõudeid. Viimastel aastatel on füüsilise töötlustehnoloogia abil sügavalt töödeldud ATH jahvatamine (tuntud ka kui "modifitseeritud ATH" või "ülipeen ATH") tõusnud uue jõuna, mis viib ATH rakendustehnoloogia olulise uuenduseni. See artikkel analüüsib põhjalikult jahvatatud ATH ja tavalise ATH olulisi erinevusi materjaliteaduse, pinnafüüsikalise keemia ja komposiitmaterjalide liidese projekteerimise professionaalsest vaatenurgast.
Tavaline ATH: tavaliselt viitab alumiiniumhüdroksiidile, mis sadestatakse vahetult läbi märgkeemiliste protsesside, nagu Bayeri protsess (naatriumalumiinaadi lahuse lagunemine) või ammooniumvesinikkarbonaadi protsess. Selle kristallide morfoloogia on enamasti korrapäratu plaaditaoline, prismaatiline või sfääriline, laia osakeste suuruse jaotusega (D50 tavaliselt vahemikus 10–50 μm), hüdrofiilse pinnaga, mis sisaldab suurt hulka hüdroksüülrühmi (-OH) ja millel on tugev polaarsus.
ATH lihvimine: Kasutades toorainena tavalist ATH-d, toimub sügavtöötlemine mehhaanilise keemilise protsessi kaudu. See protsess ei ole lihtsalt "purustamine", vaid pigem protsess, mille käigus saavutatakse osakeste viimistlemine, sferoidiseerimine ja pinna füüsikalis-keemiliste omaduste rekonstrueerimine suure intensiivsusega mehaanilise energiaga (nagu õhuvooluga jahvatamine, kuuljahvatamine ja keskmise jahvatamine). Protsessi peamised parameetrid hõlmavad energiasisendit, keskkonna valikut, atmosfääri reguleerimist ja võimalikku pinna muutmist kohapeal.
·Tavaline ATH: kristallstruktuur on terve, kuid aglomeratsiooninähtus on tõsine (kõrge pinnaenergia ja tugeva vesiniksideme tõttu). Karedad pinnad ja teravad servad võivad kergesti moodustada komposiitmaterjalides pingekontsentratsioonipunkte.
·ATH jahvatamine: saavutatud on oluline morfoloogiline regulatsioon.
· Osakeste suurus ja jaotus: keskmist läbimõõtu (D50) saab vähendada 1–3 μm või isegi alla mikronini ning osakeste suuruse jaotus (PSD) on kitsam. Vastavalt ISO 13320 standardi laserdifraktsioonianalüüsile on jaotusulatus oluliselt vähenenud.
·Välimus: kaldub korrapärasema, peaaegu sfäärilise või peaaegu sfäärilise kuju poole. Sferoidiseerimine mitte ainult ei vähenda eripinda, vaid, mis veelgi olulisem, vähendab oluliselt osakeste servi ja nurki, mis on komposiitmaterjalide voolavuse ja mehaaniliste omaduste parandamise võti.
· Pinna olek: suure energiaga mehaanilise jõu toimel osakeste pinna kristallstruktuur läbib osalise moonutuse või amorfiseerumise ning aktiivsed kohad suurenevad, pakkudes ideaalsema substraadi järgnevaks pinna modifitseerimiseks.
Mõlema keemiline koostis on Al(OH)3 ja peamine termilise lagunemise reaktsioon on ühtlane (endotermiline lagunemine algab umbes 200 ℃ juures, moodustades Al2O3 ja H₂O). Kuid mikroerinevused põhjustavad erinevat käitumist:
· Tavaline ATH: lagunemise initsiatiiv ja tipptemperatuurid on suhteliselt kontsentreeritud ning endotermiline tipp on laiem. Suured osakesed võivad põhjustada ebaühtlast sisemist soojusülekannet, mõjutades leegiaeglustaja tõhususe ühtlust.
· ATH lihvimine:
·Parema hajutatavuse tulemuseks on ühtlasem jaotus maatriksis, sünkroniseeritud soojusülekanne ja -lagunemine ning tõhusam soojuse neeldumine ja jahutamine.
·Suurem eripind (mis võib pärast sferoidiseerimist sama kaalu juures siiski suureneda ülipeene rafineerimise tõttu) tähendab suuremat kontaktreaktsioonipinda leegi/soojusallikaga, mis võib soojust kiiremini hajutada ja veeauru eraldada, et lahjendada põlevaid gaase.
·Lagunemisjääk (Al2O3) võib peenemate lähteosakeste tõttu moodustada tihedama ja pidevama kaitsva keraamilise kihi, mille tulemuseks on parem barjääriefekt.
See on tuum, mis määrab komposiitmaterjalide lõplikud mehaanilised omadused.
·Tavaline ATH: tugevad polaarsed pinnad ühilduvad halvasti mittepolaarsete/nõrgalt polaarsete polümeeridega (nagu PP, PE, EVA). Liidese sidumine on nõrk, moodustades "nõrga piirkihi". Kõrge täitetaseme korral (sageli on vaja leegiaeglustajate standarditele vastamiseks üle 60%) on materjali tõmbetugevus, löögitugevus ja purunemispikenemine tõsiselt kahjustatud.
· ATH lihvimine:
·Parem füüsiline kohanemisvõime: sfäärilistel osakestel on sulapolümeerides suurepärane voolavus, tihedam pakkimine ja väiksem sisepinge, madalam sulamisviskoossus (sama täitekoguse korral) ja parandavad oluliselt töötlemisvõimet (nt ekstrusioonikiirus ja sissepritse voolavus).
·Liidese sidumise parandamine: mehaanilise jõu toimel aktiveeritud pind on rohkem altid keemilisele sidemele või tugevale adsorptsioonile pinna modifikaatoritega (nagu silaan, titanaat, aluminaat sidestusained). Modifitseeritud jahvatatud ATH pinnaenergia väheneb ning märgatavus ja põimumine polümeeriahelatega paraneb, saavutades ülemineku "füüsiliselt täitmiselt" "liidese täiustamisele".
| Toimivuse mõõde | Tavaline ATH | ATH lihvimine (eriti pärast pinna modifitseerimist) |
| Leegiaeglustaja efektiivsus | Õiglane, vastab suure täitekoguse standardile | Parem, see võib vähendada täitekogust (5-15% vähendamise ruumi) sama leegiaeglustaja taseme korral |
| Mehaanilised omadused | Tõsine riknemine, suur rabedus | Märkimisväärne kinnipidamine, löögitugevuse ja tõmbetugevuse püsivus on palju suurem kui tavalised ATH täitesüsteemid |
| Töödeldavus | Kõrge sulamisviskoossus, suur pöördemoment, suur energiatarve | Hea likviidsus, töötlemistemperatuuri saab vähendada, tootmisvõimsust suurendada ja seadmete kulumist vähendada |
| Toote välimus | Pinna karedus, madal läige | Sile pind, õrn puudutus, suurenenud läige, soodustab värvimist |
| Elektrilised omadused | Niiskuse imendumise ja lisandite tõttu on mahutakistus ebastabiilne | Stabiilsem, sobib eriti hästi kõrgete elektriliste nõuetega väljadele, nagu juhtmed ja kaablid |
ATH lihvimineei ole tavalise ATH lihtne asendaja, vaid suure jõudlusega leegiaeglustav materjal, mis saavutab täiustatud mehaaniliste protsesside abil struktuuri morfoloogilise pinna integreeritud disaini. Selle põhiväärtus seisneb:
1. Loomulik vastuolu kõrge täitmise ja töötlemise voolavuse, aga ka mehaaniliste omaduste vahel on lahendatud kuju optimeerimise (ultrarafineerimine, sferoidiseerimine) abil.
2. Pinna aktiveerimise ja modifitseerimisega on oluliselt paranenud liidese adhesioon polümeermaatriksiga, muutes "inertse täiteaine" "funktsionaalset võimendavaks komponendiks".
3. Parandades leegiaeglustaja tõhususe ühtlust ja tõhusust, annab see võimaluse halogeenivabade leegiaeglustajate valemite tõhususe vähendamiseks ja suurendamiseks ning õhemate seinte või suurema jõudlusega toodete kujundamiseks.
