Polimerinių antipirenų srityjealiuminio hidroksidas (ATH)ilgą laiką užėmė pagrindinę poziciją antipirenų rinkoje dėl savo pranašumų – netoksiškumo, dūmų slopinimo, ekologiškumo ir santykinai mažų sąnaudų. Tačiau įprastas ATH, paruoštas tradiciniu nusodinimo metodu, dažnai susiduria su apribojimais, tokiais kaip didelis užpildymo kiekis, prastas suderinamumas ir dideli mechaniniai nuostoliai, kai tenkinami vis griežtesni polimerinių medžiagų didelio našumo reikalavimai. Pastaraisiais metais šlifavimo ATH (taip pat žinomas kaip "modifikuotas ATH" arba "ultrafine ATH"), giliai apdorotas taikant fizinio apdorojimo technologiją, tapo nauja jėga, o tai lemia svarbų ATH taikymo technologijos atnaujinimą. Šiame straipsnyje bus nuodugniai išanalizuoti esminiai žemės ATH ir įprasto ATH skirtumai iš profesinių medžiagų mokslo, paviršiaus fizinės chemijos ir kompozicinių medžiagų sąsajos inžinerijos perspektyvų.
Įprastas ATH: paprastai reiškia aliuminio hidroksidą, tiesiogiai nusodintą per drėgnus cheminius procesus, tokius kaip Bayer procesas (natrio aliuminato tirpalo skaidymas) arba amonio bikarbonato procesas. Jo kristalinė morfologija dažniausiai yra netaisyklingos plokštelės formos, prizminė arba sferinė, su plačiu dalelių dydžio pasiskirstymu (D50 paprastai yra 10–50 μm), hidrofiliniu paviršiumi, turinčiu daug hidroksilo grupių (-OH) ir pasižymi dideliu poliškumu.
ATH šlifavimas: Naudojant įprastą ATH kaip žaliavą, giluminis apdorojimas atliekamas naudojant mechaninį cheminį procesą. Šis procesas yra ne tik „smulkinimas“, o veikiau dalelių tobulinimo, sferoidizacijos ir paviršiaus fizikinių ir cheminių savybių atstatymo procesas, veikiant didelio intensyvumo mechaninei energijai (pvz., frezavimas oro srautu, rutulinis frezavimas ir vidutinis frezavimas). Pagrindiniai proceso parametrai apima energijos sąnaudas, terpės pasirinkimą, atmosferos valdymą ir galimą paviršiaus modifikavimą vietoje.
· Įprastas ATH: kristalų struktūra yra nepažeista, tačiau aglomeracijos reiškinys yra sunkus (dėl didelės paviršiaus energijos ir stipraus vandenilinio ryšio). Nelygūs paviršiai ir aštrūs kraštai gali lengvai suformuoti įtempių koncentracijos taškus kompozitinėse medžiagose.
· ATH šlifavimas: pasiektas reikšmingas morfologinis reguliavimas.
· Dalelių dydis ir pasiskirstymas: vidutinis skersmuo (D50) gali būti sumažintas iki 1–3 μm ar net mažesnio už mikronų lygio, o dalelių dydžio pasiskirstymas (PSD) yra siauresnis. Pagal ISO 13320 standarto lazerinės difrakcijos analizę, pasiskirstymo intervalas yra žymiai sumažintas.
·Išvaizda: linkusi į taisyklingesnę beveik sferinę arba beveik sferinę formą. Sferoidizacija ne tik sumažina specifinį paviršiaus plotą, bet, dar svarbiau, labai sumažina dalelių kraštus ir kampus, o tai yra raktas į kompozitinių medžiagų takumą ir mechanines savybes.
· Paviršiaus būsena: veikiant didelės energijos mechaninei jėgai, dalelių paviršiaus kristalinė struktūra iš dalies iškraipoma arba amorfizuojasi, o aktyviosios vietos padidėja, todėl susidaro idealesnis substratas vėlesniam paviršiaus modifikavimui.
Abiejų cheminė sudėtis yra Al(OH)3, o pagrindinė terminio skilimo reakcija yra nuosekli (endoterminis skilimas prasideda maždaug 200 ℃ ir susidaro Al2O3 ir H2O). Tačiau mikro skirtumai lemia skirtingą elgesį:
· Įprastas ATH: skilimo pradžios ir didžiausios temperatūros yra santykinai koncentruotos, o endoterminė smailė yra platesnė. Didelės dalelės gali sukelti netolygų vidinį šilumos perdavimą, o tai gali turėti įtakos antipireno efektyvumo tolygumui.
· ATH šlifavimas:
·Geresnis dispersiškumas lemia tolygesnį pasiskirstymą matricoje, sinchroniškesnį šilumos perdavimą ir skaidymąsi, efektyvesnį šilumos sugėrimą ir vėsinimą.
·Didesnis specifinis paviršiaus plotas (kuris vis tiek gali padidėti dėl itin smulkaus rafinavimo esant tokiam pačiam svoriui po sferoidizacijos) reiškia didesnį kontaktinį reakcijos plotą su liepsnos/šilumos šaltiniu, kuris gali greičiau išsklaidyti šilumą ir išleisti vandens garus, kad būtų atskiestos degiosios dujos.
· Skilimo likučiai (Al2O3) dėl smulkesnių pirmtakų dalelių gali sudaryti tankesnį ir labiau ištisinį apsauginį keraminį sluoksnį, todėl gaunamas geresnis barjerinis efektas.
Tai yra šerdis, kuri lemia galutines kompozitinių medžiagų mechanines savybes.
· Įprastas ATH: stiprūs poliniai paviršiai yra prastai suderinami su nepoliniais / silpnai poliniais polimerais (pvz., PP, PE, EVA). Sąsajos sujungimas yra silpnas, todėl susidaro „silpnas ribinis sluoksnis“. Esant dideliam pripildymo lygiui (dažnai reikia > 60 %, kad atitiktų antipireno standartus), labai pablogėja medžiagos tempiamasis stiprumas, atsparumas smūgiams ir pailgėjimas lūžimo metu.
· ATH šlifavimas:
· Geresnis fizinis prisitaikymas: sferinės dalelės pasižymi puikiu skysčiu išlydytuose polimeruose, su sandaresniu sandarumu ir mažesniu vidiniu įtempimu, mažesne lydalo klampa (esant tokiam pačiam užpildymo kiekiui) ir labai pagerina apdorojimo našumą (pvz., ekstruzijos greitį ir įpurškimo takumą).
·Sąsajų surišimo pagerinimas: Mechanine jėga aktyvuojamas paviršius yra labiau linkęs į cheminį sukibimą arba stiprią adsorbciją su paviršiaus modifikatoriais (pvz., silanu, titanatu, aliuminatu). Sumažėja modifikuoto grunto ATH paviršiaus energija, padidėja drėkinamumas ir įsipainiojimas su polimerų grandinėmis, todėl pasiekiamas perėjimas nuo „fizinio užpildymo“ prie „sąsajos pagerinimo“.
| Našumo dimensija | Paprastas ATH | ATH šlifavimas (ypač po paviršiaus modifikavimo) |
| Antipireno efektyvumas | Tinkamas, gali atitikti standartą esant dideliam užpildymo kiekiui | Geriau, tai gali sumažinti pripildymo kiekį (5-15 % sumažinimo erdvė) esant tokiam pačiam antipireno lygiui |
| Mechaninės savybės | Stiprus pablogėjimas, didelis trapumas | Didelis sulaikymas, daug didesnis smūginio stiprumo ir tempimo stiprumo išlaikymas nei įprastos ATH užpildymo sistemos |
| Apdirbamumas | Didelis lydalo klampumas, didelis sukimo momentas, didelis energijos suvartojimas | Geras likvidumas, galima sumažinti apdorojimo temperatūrą, padidinti gamybos pajėgumus ir sumažinti įrangos susidėvėjimą |
| Produkto išvaizda | Paviršiaus šiurkštumas, mažas blizgumas | Lygus paviršius, subtilus prisilietimas, padidintas blizgesys, palankus dažymui |
| Elektrinės savybės | Dėl drėgmės sugėrimo ir priemaišų tūrio varža yra nestabili | Stabilesnis, ypač tinka laukams, kuriems keliami aukšti elektros našumo reikalavimai, pvz., laidai ir kabeliai |
ATH šlifavimasnėra paprastas įprasto ATH pakaitalas, o aukštos kokybės antipireno medžiaga, kuri užtikrina integruotą struktūros morfologijos paviršiaus dizainą naudojant pažangius mechanocheminius procesus. Jo pagrindinė vertė yra:
1. Būdingas prieštaravimas tarp didelio pripildymo ir apdorojimo takumo, taip pat mechaninių savybių buvo išspręstas optimizuojant formą (ultra tobulinimą, sferoidizavimą).
2. Aktyvuojant ir modifikuojant paviršių, sąsajos sukibimas su polimerine matrica buvo iš esmės pagerintas, paverčiant "inertišką užpildą" į "funkcinį gerinantį komponentą".
3. Pagerinus antipireno efektyvumo vienodumą ir efektyvumą, suteikiama galimybė „sumažinti ir padidinti efektyvumą“ behalogeninių antipirenų formulių ir gaminių su plonesnėmis sienelėmis arba didesniu našumu dizainu.
