A polimer égésgátlók területénalumínium-hidroxid (ATH)A nem mérgező, füstelnyomás, környezetbarát és viszonylag alacsony költségek miatt régóta központi szerepet tölt be az égésgátlók piacán. A hagyományos kicsapásos módszerrel előállított közönséges ATH azonban gyakran korlátozza a nagy töltési mennyiséget, a rossz kompatibilitást és a súlyos mechanikai veszteséget, amikor megfelel a polimer anyagokkal szemben támasztott, egyre szigorúbb nagy teljesítményű követelményeknek. Az elmúlt években a fizikai feldolgozási technológiával mélyen feldolgozott őrlési ATH (más néven "módosított ATH" vagy "ultrafinom ATH") új erőként jelent meg, ami az ATH alkalmazási technológiájának fontos fejlesztéséhez vezetett. Ez a cikk mélyrehatóan elemzi a földi ATH és a hagyományos ATH közötti lényeges különbségeket az anyagtudomány, a felületfizikai kémia és a kompozit anyagok interfész mérnöki professzionális szemszögéből.
Közönséges ATH: általában olyan alumínium-hidroxidra vonatkozik, amely közvetlenül kicsapódik nedves kémiai folyamatokkal, például Bayer-eljárással (nátrium-aluminát-oldat-bontás) vagy ammónium-hidrogén-karbonát-eljárással. Kristálymorfológiája többnyire szabálytalan lemezszerű, prizmás vagy gömb alakú, széles szemcseméret-eloszlású (D50 általában 10-50μm tartományban), hidrofil felületű, nagyszámú hidroxilcsoportot (-OH) tartalmaz, erős polaritást mutat.
ATH köszörülés: A közönséges ATH-t nyersanyagként használva a mélyfeldolgozást mechanokémiai eljárással végzik. Ez a folyamat nem egyszerűen "zúzás", hanem a részecskék finomításának, szferoidizálásának és a felületi fizikokémiai tulajdonságok rekonstrukciójának folyamata nagy intenzitású mechanikai energia hatására (például légáramú marás, golyós őrlés és közepes őrlés). A legfontosabb folyamatparaméterek közé tartozik az energiabevitel, a közeg kiválasztása, a légkör szabályozása és az esetleges in situ felületmódosítás.
·Rendszeres ATH: A kristályszerkezet sértetlen, de az agglomerációs jelenség súlyos (a nagy felületi energia és az erős hidrogénkötés miatt). A durva felületek és éles szélek könnyen feszültségkoncentrációs pontokat képezhetnek a kompozit anyagokban.
·ATH őrlése: Jelentős morfológiai szabályozást sikerült elérni.
·Részecskeméret és -eloszlás: A medián átmérő (D50) 1-3μm-re vagy akár mikron alatti szintre is csökkenthető, a részecskeméret-eloszlás (PSD) pedig szűkebb. Az ISO 13320 szabvány szerinti lézerdiffrakciós elemzés szerint az eloszlási tartomány jelentősen csökken.
· Megjelenés: szabályosabb, közel gömb alakú vagy kvázi gömb alakú. A szferoidizálás nemcsak a fajlagos felületet csökkenti, hanem, ami még fontosabb, nagymértékben csökkenti a részecskék széleit és sarkait, ami a kulcsa a kompozit anyagok folyóképességének és mechanikai tulajdonságainak javításának.
·Felületi állapot: A nagyenergiájú mechanikai erő hatására a részecskefelület kristályszerkezete részlegesen torzul vagy amorfizálódik, és az aktív helyek megnőnek, ideálisabb szubsztrátumot biztosítva a későbbi felületmódosításhoz.
Mindkettő kémiai összetétele Al(OH)3, és a fő hőbomlási reakció konzisztens (az endoterm bomlás körülbelül 200 ℃-nál kezdődik, és Al2O3 és H2O keletkezik). De a mikro különbségek eltérő viselkedéshez vezetnek:
·Szokásos ATH: A bomláskezdés és a csúcshőmérséklet viszonylag koncentrált, az endoterm csúcs pedig szélesebb. A nagy részecskék egyenetlen belső hőátadást okozhatnak, ami befolyásolja az égésgátló hatékonyság egyenletességét.
·ATH köszörülés:
·A jobb diszpergálhatóság egyenletesebb eloszlást eredményez a mátrixban, szinkronizáltabb hőátadást és lebontást, valamint hatékonyabb hőelnyelő és hűtőhatást.
·A nagyobb fajlagos felület (amely a szferoidizálást követően az ultrafinom finomítás miatt még mindig nőhet) nagyobb érintkezési reakcióterületet jelent a lánggal/hőforrással, ami gyorsabban oszlathatja el a hőt, és vízgőzt bocsát ki az éghető gázok hígításához.
·A bomlási maradék (Al2O3) a finomabb prekurzor részecskék miatt sűrűbb és összefüggőbb védőkerámia réteget képezhet, ami jobb záróhatást eredményez.
Ez az a mag, amely meghatározza a kompozit anyagok végső mechanikai tulajdonságait.
·Szokásos ATH: Az erős poláris felületek rosszul kompatibilisek a nem poláris/gyengén poláris polimerekkel (például PP, PE, EVA). Az interfész kötés gyenge, „gyenge határréteget” képez. Magas töltöttségi szint esetén (amely gyakran több mint 60%-ot igényel, hogy megfeleljen az égésgátló szabványoknak), az anyag szakítószilárdsága, ütésállósága és szakadási nyúlása súlyosan romlik.
·ATH köszörülés:
·Javított fizikai alkalmazkodóképesség: A gömb alakú részecskék kiváló folyékonyságot mutatnak az olvadt polimerekben, szorosabb tömítéssel és csökkentett belső feszültséggel, alacsonyabb olvadékviszkozitással (ugyanolyan töltési mennyiség mellett), és nagymértékben javítják a feldolgozási teljesítményt (például az extrudálási sebességet és a befecskendezési folyékonyságot).
·Interfész kötés fokozása: A mechanikai erő hatására aktivált felület hajlamosabb a kémiai kötésre vagy a felületmódosítókkal (például szilán, titanát, aluminát kapcsolószerek) történő erős adszorpcióra. Csökken a módosított őrölt ATH felületi energiája, fokozódik a nedvesíthetőség és a polimerláncokkal való összefonódás, ami átmenetet ér el a "fizikai töltésről" az "interfész javításra".
| Teljesítmény dimenzió | Közönséges ATH | ATH köszörülés (különösen felületmódosítás után) |
| Égésgátló hatékonyság | Korrekt, nagy töltési mennyiség mellett is megfelel a szabványnak | Jobb, ha csökkentheti a töltési mennyiséget (5-15%-os csökkentési hely) ugyanazon égésgátló szint alatt |
| Mechanikai tulajdonságok | Súlyos károsodás, nagy ridegség | Jelentős visszatartás, sokkal nagyobb ütési szilárdság és szakítószilárdság visszatartási aránya, mint a hagyományos ATH töltőrendszerek |
| Megmunkálhatóság | Magas olvadékviszkozitás, nagy nyomaték, nagy energiafogyasztás | Jó likviditás, csökkenthető a feldolgozási hőmérséklet, növelhető a termelési kapacitás, és csökkenthető a berendezések kopása |
| A termék megjelenése | Felületi érdesség, alacsony fényesség | Sima felület, finom tapintás, fokozott fényesség, elősegíti a színezést |
| Elektromos tulajdonságok | A nedvességfelvétel és a szennyeződések miatt a térfogati ellenállás instabil | Stabilabb, különösen alkalmas olyan területeken, ahol magas az elektromos teljesítményigény, például vezetékek és kábelek |
ATH köszörülésnem egyszerűen helyettesíti a közönséges ATH-t, hanem egy nagy teljesítményű égésgátló anyag, amely fejlett mechanokémiai eljárások révén a szerkezeti morfológiai felület integrált kialakítását teszi lehetővé. Alapértéke a következőkben rejlik:
1. A nagy töltési és feldolgozási folyékonyság, valamint a mechanikai tulajdonságok közötti eredendő ellentmondást formaoptimalizálással (ultrafinomítás, szferoidizálás) oldottuk fel.
2. Felületi aktiválással és módosítással alapvetően javult a határfelület tapadása a polimer mátrixszal, így az "inert töltőanyag" "működést javító komponenssé" változott.
3. Az égésgátló hatásfok egységességének és hatékonyságának javításával lehetőséget ad a halogénmentes égésgátló formulák "hatékonyságának csökkentésére és növelésére", valamint vékonyabb falú vagy nagyobb teljesítményű termékek tervezésére.
