Kaip šlapias šlifavimas gali pagerinti aliuminio hidroksido drėkinamumą ir sklaidą dervoje?

Polimerinių kompozitinių medžiagų srityje taikymasaliuminio hidroksidas (ATH)kaip efektyvus be halogenų antipirenas užpildas yra labai svarbus. Tačiau prastas ATH ir dervos matricos suderinamumas ir tendencija agreguotis jau seniai ribojo visą jų veikimą. Tradicinis sausas maišymas dažnai lemia netolygų pasiskirstymą ir įtempių silpnųjų vietų susidarymą. Šlapio šlifavimo technologijos įdiegimas suteikia mokslinį ir efektyvų šios problemos sprendimą.

Ⅰ.Pagrindinis šlapio šlifavimo mechanizmas: „Trys viename“ bendras optimizavimas

Šlapias šlifavimas nėra paprastas dalelių dydžio mažinimo procesas, o bendra inžinerija, kuri vienu metu skystoje terpėje pasiekia dalelių tobulinimą, paviršiaus modifikavimą ir sąsajos aktyvavimą.

1. Tikslus dalelių dydžio valdymas ir morfologijos optimizavimas (remiantis fizine dispersija)

Šlapiuoju būdu šlifuojant srutas per šlifavimo granules (pvz., cirkonio oksidą) veikia aukšto dažnio smūgio, šlyties ir trinties jėgos skystos fazės aplinkoje, kurioje yra šlifavimo pagalbinių medžiagų (pvz., dispergentų). Ši jėga gali veiksmingai depolimerizuoti kietus ATH agregatus ir sukelti pirminių kristalų dalelių lūžimą.

· Dalelių dydžio sumažinimas: stabilizuokite ir valdykite D50 dalelių dydį iki mažesnio mikrono ar net nanometro lygio. Remiantis klasikine de Gennes infiltracijos teorija, mažesni dalelių dydžiai sumažina kapiliarinį slėgį (Δ P ∝ γ/r, kur γ yra paviršiaus įtempis, o r yra porų spindulys), reikalingą mikroporoms ir defektams įveikti dervos lydalo užpildytų dalelių paviršiuje, taip skatinant mikro infiltraciją.

2. Paviršiaus cheminis modifikavimas (svarbiausia sumažinti sąsajos energiją)

Skystos fazės šlapio šlifavimo aplinka yra ideali reakcijos vieta „internete“ paviršiaus modifikavimui. Šlifavimo proceso metu arba po jo vienu metu galima pridėti paviršiaus modifikatorių (pvz., silano jungiamųjų medžiagų, titano jungiamųjų medžiagų, riebalų rūgščių ir kt.).

· In situ skiepijimo reakcija: pavyzdžiui, silano jungiamąsias medžiagas (pvz., KH-550, KH-560), jų alkoksigrupės hidrolizuojamos į silanolį, katalizuojant vandenį, o po to vyksta kondensacijos reakcija su hidroksilo grupėmis ATH paviršiuje, kad susidarytų stiprios Si-O-Al kovalentinės jungtys. Jo organinės ilgos grandinės (pvz., amino ir epoksidinės grupės) tęsiasi link dervos matricos ir gali dalyvauti dervos kietėjimo reakcijoje arba sudaryti fizinį susipynimą.

· Esminis sąsajos energijos pagerėjimas: modifikuotas ATH paviršius iš hidrofilinio virsta oleofiliniu (hidrofobiniu), o jo laisvoji paviršiaus energija (γ _ s) yra artimesnė dervos paviršiaus laisvajai energijai (γ _ l). Pagal Youngo drėkinimo lygtį (γ - sv=γ - sl+γ - lv cos θ), kontaktinio kampo θ sumažėjimas ir cos θ padidėjimas rodo esminį dervos drėkinimo gebėjimo (skleidimo) dalelių atžvilgiu pagerėjimą. Reikšmingas paviršiaus įtempimo sumažėjimas (γ _stl) yra tiesioginė termodinaminė varomoji jėga, gerinanti drėkinamumą.

3. Decentralizuotas stabilizavimo mechanizmas (garantija, kad būtų išvengta antrinės aglomeracijos)

Dispersantai (tokie kaip polielektrolitai ir polimerinės paviršinio aktyvumo medžiagos) šlapio šlifavimo suspensijose palaiko ilgalaikį dispersijos stabilumą.ATHdalelės skystoje fazėje per dvigubą elektrostatinio atstūmimo ir sterinio trukdymo mechanizmą. Ši stabili būsena sudaro pagrindą išankstinei dispersijai vėliau maišant su dervomis.

·Elektrostatinis stabilumas (DLVO teorija): joniniai dispergentai adsorbuojasi ant dalelių paviršiaus, sudarydami dvigubą sluoksnį. Kai dalelės artėja, jos išsisklaido dėl elektrostatinės atstūmimo.

·Sterinės kliūties stabilumas: Ilgos polimerų dispergentų grandinės sudaro adsorbcinį sluoksnį dalelių paviršiuje. Kai dalelės artėja, persidengiantys adsorbcijos sluoksniai sumažina polimero grandinių konformacinę entropiją ir padidina osmosinį slėgį, todėl atsiranda stipri atstumiamoji jėga.

Šią iš anksto išsklaidytą stabilią struktūrą galima maksimaliai išlaikyti ATH srutos ir dervos maišymo, džiovinimo arba kietėjimo proceso metu, todėl pasiekiamas „puikus perkėlimas“ į dervos matricą.

Ⅱ.Galutinės kompozicinės medžiagos eksploatacinių savybių gerinimas

ATH, apdorotas naudojant šlapio šlifavimo technologiją, užtikrina gilią dervos integraciją nuo makro iki mikro ir nuo fizikos iki chemijos, o tai galiausiai atsispindi visapusiškame kompozitinių medžiagų savybių pagerinime:

· Puikus dispersijos vienodumas: naudojant skenuojančią elektroninę mikroskopiją (SEM), ATH dalelės gali būti stebimos tolygiai pasiskirstę dervos nepertraukiamoje fazėje nanometrų / submikronų skalėje, be matomų agregatų.

·Tvirtesnis sąsajos sujungimas: modifikuota sąsaja sudaro veiksmingą „lankstų sluoksnį“ arba cheminį ryšį, leidžiantį efektyviai perduoti įtempį ir žymiai pagerinti medžiagos mechaninį stiprumą (tempimo, smūgio stiprumą) ir ilgaamžiškumą.

· Stabilus antipireno efektyvumas ir fizinės savybės: vienoda dispersija užtikrina sinerginį, efektyvų ir stabilų ugniai atsparių komponentų barjerinį poveikį gaisro metu, tuo pačiu išvengiant vietinio veikimo pablogėjimo dėl užpildo aglomeracijos.

· Patobulinta apdorojimo reologija: geras dalelių drėkinimas, mažesnė aglomeracija, gali žymiai sumažinti kompozicinės medžiagos lydalo klampumą, padidinti užpildymo kiekį ir apdorojimo takumą.

Išvada

Šlapio šlifavimo technologija sistemingai įveikia įsiskverbimo ir sklaidos problemąaliuminio hidroksidasdervos matricoje dėl trigubo sinerginio fizinio smulkinimo, cheminio modifikavimo ir dispersijos stabilizavimo efekto. Jis termodinamiškai sumažina sąsajos energiją ir suteikia išsklaidytą varomąją jėgą bei stabilumo mechanizmą kinetiškai, taip užtikrindamas glaudų ryšį tarp užpildo ir matricos nanoskalėje. Tai ne tik technologinė naujovė, bet ir nuodugnus koloidų ir sąsajų mokslo teorijos taikymas, suteikiantis pagrindinį technologinį kelią kuriant naujos kartos didelio našumo, didelio užpildymo ir funkcionalizuotų polimerinių kompozitinių medžiagų.