Balansas tarp pridėto kiekio ir APP skaidrumo epoksidinėje dervoje

Pristatantamonio polifosfatas (APP)Į epoksidinę dervą (EP), siekiant užtikrinti antipireno funkciją aukščiausios klasės elektroninėse pakuotėse, optiniuose įrenginiuose ir skaidriose ugniai atspariose dangose, „skaidrumo praradimas“ tampa pagrindine kliūtimi, ribojančia jos naudojimą. Šio prieštaravimo priežastis yra būdingas optinis neatitikimas tarp neorganinių užpildų ir organinių matricų. Sprendimas yra ne tik sumažinti priedų kiekį, bet ir rasti mokslinę pusiausvyrą tarp antipireno ir optinio skaidrumo naudojant sistemos inžineriją, pagrįstą šviesos sklaidos teorija, sąsajos chemija ir nanodispersijos technologija.

I. Pagrindinė skaidrumo gedimo priežastis: trys pagrindiniai šviesos sklaidos mechanizmai

Pati epoksidinė derva yra skaidri medžiaga, o jos skaidrumas priklauso nuo to, ar šviesa gali prasiskverbti be reikšmingos sklaidos. APP įdiegimas sukels tris pagrindinius šviesos sklaidos tipus, dėl kurių padidės miglotumas ir sumažės pralaidumas:

1. Reilio sklaida:

· Trigerio sąlyga: atsitinka, kai APP dalelių dydis yra daug mažesnis už krintančios šviesos bangos ilgį (d<<λ/20, paprastai <20 nm).

·Mechanizmas: Šviesą tampriai išsklaido itin mažos dalelės, o jos intensyvumas yra proporcingas šeštajai dalelės skersmens galiai ir atvirkščiai proporcingas ketvirtajai bangos ilgio galiai. Net jei pridedamas labai mažas kiekis, daug natūralių nanodalelių ar mažų agregatų vis tiek gali sukelti reikšmingą mėlynos šviesos sklaidą (produkte atsiranda mėlyna migla).

2. Mie sklaida:

· Suveikimo sąlyga: kai dalelių dydis yra tokio paties dydžio kaip šviesos bangos ilgis (d ≈ 0,1 λ -10 λ, t. y. apie 50 nm -50 μm), tai yra labiausiai paplitęs ir stipriausias sklaidos šaltinis.

·Mechanizmas: Įprastos arba prastai išsklaidytos APP dalelės (dalelių dydis 1-10μm) šiame diapazone stipriai išsklaidys matomą šviesą (λ=380-780 nm), kuri yra pagrindinė epoksidinės dervos „balinimo“ ir skaidrumo praradimo priežastis.

3. Sąsajos sklaida dėl lūžio rodiklio neatitikimo:

·Mechanizmas: epoksidinės dervos (n~1,55-1,60) ir APP (n~1,48-1,52) lūžio rodiklis skiriasi. Kai šviesa praeina per sąsają tarp jų, dėl staigaus lūžio rodiklio pasikeitimo ji atsispindi ir lūžta, todėl šviesa yra išsklaidyta. Kuo didesnis skirtumas ir kuo daugiau sąsajų (t. y. kuo prastesnė sklaida ir didesnis agregavimas), tuo sunkesnis išsibarstymas.

Todėl pusiausvyros problemos esmė transformuojama į: kaip technologinėmis priemonėmis sumažinti aukščiau minėtus tris šviesos sklaidos efektus, tuo pačiu užtikrinant pakankamą APP papildymą, kad susidarytų efektyvus plėtimosi antipireno tinklas?

II. Sisteminio balanso strategija: keturių dimensijų valdymo sistema

1 matmuo: ribotas dalelių dydžio ir morfologijos kontrolė – vengiant Mie sklaidos srities

· Tikslas: sumažinti pirminių dalelių dydįAPPgerokai žemiau 100 nm ir idealiu atveju patenka į Rayleigh sklaidos dominuojančią sritį.

·Techninis kelias: naudokite nanomastelio programas arba gaukite submikroninio lygio programas naudodami itin smulkų šlifavimą ir rūšiavimo metodus. Sumažinus dalelių dydį, gali žymiai sumažėti Mie sklaidos intensyvumas ir padidėti dervoje esančių dalelių suspensijos stabilumas.

· Iššūkis ir kaina: Nanotechnologijos žymiai padidins APP paviršiaus energiją, todėl smarkiai padidės agregacijos tendencija ir netgi gali susidaryti didesni optiniai defektai. Todėl jis turi būti atliekamas sinchroniškai su antruoju matmeniu (paviršiaus modifikavimas).

2 dimensija: paviršiaus modifikavimo inžinerija – lūžio rodiklio gradiento perėjimas ir aglomeracijos slopinimas

Tai pats svarbiausias žingsnis siekiant didelio skaidrumo.

·Principas: APP dalelių paviršiuje sukūrus pereinamąjį sluoksnį su lūžio rodikliu tarp APP ir epoksidinės dervos, galima sumažinti staigų lūžio rodiklio pokytį sąsajoje ir taip sumažinti Frenelio sklaidą.

· Techninis įgyvendinimas:

1. Silano jungiamosios medžiagos modifikavimas: pasirinkite silaną su reguliuojamu lūžio rodikliu (pvz., fenilsilaną su didesniu lūžio rodikliu). Jungiamoji medžiaga sudaro molekulinį sluoksnį ant APP paviršiaus, kuris gali pagerinti suderinamumą ir optinį ryšį.

2. Polimerinė skiepų danga: APP paviršiuje įskiepytas arba padengtas skaidrus polimerinis apvalkalas, kurio lūžio rodiklis labai artimas epoksidinės dervos lūžio rodikliui (pvz., polimetilmetakrilatas, PMMA, n ≈ 1,49). Tai prilygsta optinio nematomumo apsiausto uždėjimui ant kiekvienos APP dalelės.

3. Mikrokapsuliavimas (MC-APP): mikrokapsuliavimui naudojama didelio skaidrumo melamino formaldehido derva (MF) ir kitos sienelių medžiagos. MF dervos lūžio rodiklis (~1,55-1,60) yra labai artimas epoksidinės dervos lūžio rodikliui, kuris gali pasiekti puikų optinį suderinimą ir užtikrinti atsparumą vandeniui.

3 dimensija: didžiausias decentralizuotų technologijų siekis – pašalinti makro ir mikro agregatus

Net jei pačios dalelės yra labai smulkios ir buvo modifikuotos, jei jos nėra tolygiai paskirstytos epoksidinės dervos sistemoje, visos pastangos bus bergždžios.

· Proceso raktas: procesas sujungia didelio greičio šlyties dispersiją su trijų ritinėlių šlifavimu, kad būtų užtikrinta, jog nano/submikroniniai APP agregatai būtų kruopščiai atidaromi ir tolygiai pasiskirstytų pagal natūralų dalelių dydį.

· Dispersantų pagalba: naudokite polimerinius dispergentus, suderinamus su epoksidinėmis sistemomis, kad išlaikytumėte dispersijos stabilumą dėl sterinių kliūčių poveikio, išvengiant pakartotinio susikaupimo sandėliavimo ir naudojimo metu.

4 aspektas: tikslus papildymo kiekio optimizavimas – ugniai atsparių tinklų prasiskverbimo slenksčio nustatymas

Permatomo antipireno epoksidinės dervos kiekis nebūtinai yra didesnis, tačiau yra Pareto riba tarp optinio skaidrumo ir antipireno.

·Koncepcija: egzistuoja kritinis APP papildymo kiekis (perkoliacijos slenkstis), kurį viršijus gali susidaryti efektyvus šilumos laidumo ir cheminių reakcijų tinklas tarp APP dalelių, todėl labai padidėja liepsnos stabdymas (pvz., plėtimosi greitis); Žemiau šios slenksčio pridėtas kiekis turi mažai įtakos skaidrumui, tačiau antipireno efektyvumas yra mažas.

·Tikslas: sumažinti prasiskverbimo slenkstį naudojant tris aukščiau paminėtas technologijas (nanomaterializavimą, modifikavimą ir optimalią sklaidą), kad būtų pasiektas veiksmingas liepsnos slopinimas naudojant mažiau programų ir maksimaliai padidintas skaidrumas.

·Tipinis diapazonas: įprastoms programoms viršijus 5–8 phr (šimtui dervos dalių) epoksidine derva paprastai labai prarandamas skaidrumas. Optimizavus sistemą, ypač mikrokapsuliuotą nano APP, priedo kiekis, norint pasiekti V-0 klasę, gali būti padidintas iki 15–25 phr, išlaikant pusiau skaidrią ir labai skaidrią būseną.

III. Balanso taškų vertinimo ir projektavimo sistema

Praktiškai kuriant sprendimus galima vadovautis tokia sistema:

Pastaba: pralaidumas stipriai koreliuoja su storiu, o lentelėje pateikti duomenys yra 2 mm storio mėginių etaloninės vertės.

Išvada: paradigmos perėjimas nuo „skaidrumo aukojimo“ prie „protingos pusiausvyros“

Pusiausvyra tarp pridėto kiekio ir skaidrumoAPPepoksidinė derva yra tipiška kelių tikslų optimizavimo problema, o jos sprendimas nėra fiksuota proporcija, o „įmanoma sritis“, išplėsta naudojant pažangią medžiagų mokslą ir smulkios apdirbimo technologijas.

· Tradicinis požiūris: remiantis stambiagrūdžiais ir nemodifikuotomis programėlėmis, skaidrumas ir antipirenas yra griežtai prieštaraujantys ir gali būti tik pažeisti.

· Šiuolaikinis kelias: išvengiama Mie sklaidos per „nano/submikroną“, pasiekiamas lūžio rodiklio atitikimas ir sąsajos optinis sujungimas naudojant „paviršiaus/mikrokapsuliacijos modifikaciją“ ir makroskopinių defektų pašalinimas naudojant „galutinę dispersiją“. Trejybė, sinerginis poveikis.

Sėkmingas šios sistemos strategijos įgyvendinimas leidžia sukurti epoksidines kompozicines medžiagas, atitinkančias tiek UL94 V-0 (ar net 5VA) antipireną, tiek >80% aukštą pralaidumą. Tai ne tik praplečia antipireno epoksidinės dervos taikymo ribas aukščiausios klasės optoelektronikos srityje, bet ir parodo medžiagų projektavimo koncepcijos pažangą: funkcinių užpildų pridėjimas nebūtinai kainuoja dėl pagrindinių fizinių matricos savybių.

Medžiagų inžinieriams, atsidavusiems aukščiausios klasės programoms, šio balansavimo meno įvaldymas reiškia galimybę klientams teikti naujos kartos sprendimus, kuriuose derinamas „matomas saugumas“ ir „patikima apsauga“, taip sukuriant pagrindinius technologinius pranašumus nuožmioje konkurencinėje rinkoje. Kuriate epoksidinės dervos gaminius, kuriems reikalinga pusiausvyra tarp didelio skaidrumo ir didelio antipireno? Galime teikti visapusišką techninį palaikymą iš mikrokapsuliuotų nano programėlių su reguliuojamu lūžio rodikliu, išskirtiniais dispersijos proceso sprendimais ir sinergetiniu pralaidumo antipireno veiksmingumo optimizavimu, padedančiu tiksliai nustatyti optimalų balanso tašką ir pasiekti šuolio geresnį produkto veikimą.