În domeniul ignifugarului polimeric,hidroxid de aluminiu (ATH)a deținut de multă vreme o poziție de bază pe piața ignifuge datorită avantajelor sale de non-toxicitate, suprimare a fumului, prietenos cu mediul și cost relativ scăzut. Cu toate acestea, ATH obișnuit preparat prin metoda tradițională de precipitare expune adesea limitări, cum ar fi cantitatea mare de umplere, compatibilitatea slabă și pierderea mecanică severă atunci când îndeplinește cerințele de înaltă performanță din ce în ce mai solicitante ale materialelor polimerice. În ultimii ani, ATH de măcinare (cunoscut și ca „ATH modificat” sau „ATH ultrafin”) procesat profund prin tehnologia de procesare fizică a apărut ca o nouă forță, conducând la o actualizare importantă în tehnologia de aplicare a ATH. Acest articol va analiza profund diferențele esențiale dintre ATH la sol și ATH obișnuit din perspectivele profesionale ale științei materialelor, chimiei fizice a suprafeței și ingineria interfeței materialelor compozite.
ATH obișnuit: se referă de obicei la hidroxid de aluminiu precipitat direct prin procese chimice umede, cum ar fi procesul Bayer (descompunerea soluției de aluminat de sodiu) sau procesul de bicarbonat de amoniu. Morfologia cristalului său este în cea mai mare parte neregulată, ca o placă, prismatică sau sferică, cu o distribuție largă a dimensiunii particulelor (D50 de obicei în intervalul 10-50μm), suprafață hidrofilă, care conține un număr mare de grupări hidroxil (-OH) și prezintă o polaritate puternică.
Măcinarea ATH: Folosind ATH obișnuit ca materie primă, prelucrarea profundă se realizează printr-un proces mecanochimic. Acest proces nu este pur și simplu „zdrobire”, ci mai degrabă procesul de obținere a rafinării particulelor, sferoidizare și reconstrucție a proprietăților fizico-chimice de suprafață sub energie mecanică de mare intensitate (cum ar fi măcinarea cu flux de aer, măcinarea cu bile și măcinarea medie). Parametrii cheie ai procesului includ intrarea de energie, selecția mediului, controlul atmosferei și posibila modificare in situ a suprafeței.
·ATH obișnuit: Structura cristalină este intactă, dar fenomenul de aglomerare este sever (datorită energiei de suprafață ridicate și legături puternice de hidrogen). Suprafețele aspre și muchiile ascuțite pot forma cu ușurință puncte de concentrare a tensiunilor în materialele compozite.
·Slefuire ATH: S-a realizat o reglare morfologică semnificativă.
·Dimensiunea particulelor și distribuția: diametrul mediu (D50) poate fi redus la 1-3μm sau chiar sub microni, iar distribuția dimensiunii particulelor (PSD) este mai îngustă. Conform analizei de difracție cu laser a standardului ISO 13320, intervalul de distribuție este redus semnificativ.
· Aspect: tinde spre o formă mai regulată aproape sferică sau cvasi sferică. Sferoidizarea nu numai că reduce suprafața specifică, dar și mai important, reduce foarte mult marginile și colțurile particulelor, ceea ce este cheia pentru îmbunătățirea fluidității și proprietăților mecanice ale materialelor compozite.
· Stare de suprafață: Sub acțiunea forței mecanice de înaltă energie, structura cristalină a suprafeței particulelor suferă o distorsiune sau amorfizare parțială, iar locurile active cresc, oferind un substrat mai ideal pentru modificarea ulterioară a suprafeței.
Compoziția chimică a ambelor este Al(OH)₃, iar principala reacție de descompunere termică este consistentă (descompunerea endotermă începe la aproximativ 200 ℃ pentru a forma Al₂O₃ și H₂O). Dar microdiferențele duc la comportamente diferite:
·ATH obișnuit: temperaturile de inițiere și de vârf ale descompoziției sunt relativ concentrate, iar vârful endotermic este mai larg. Particulele mari pot provoca un transfer intern inegal de căldură, afectând uniformitatea eficienței ignifuge.
· Măcinarea ATH:
· O mai bună dispersibilitate are ca rezultat o distribuție mai uniformă în matrice, un transfer și descompunere a căldurii mai sincronizate și o absorbție mai eficientă a căldurii și efecte de răcire.
·O suprafață specifică mai mare (care poate crește în continuare datorită rafinamentului ultrafin la aceeași greutate după sferoidizare) înseamnă o zonă de reacție de contact mai mare cu flacăra/sursa de căldură, care poate disipa căldura mai repede și poate elibera vapori de apă pentru a dilua gazele combustibile.
·Reziduul de descompunere (Al₂O₃) poate forma un strat ceramic protector mai dens și mai continuu datorită particulelor precursoare mai fine, rezultând un efect de barieră mai bun.
Acesta este miezul care determină proprietățile mecanice finale ale materialelor compozite.
·ATH obișnuit: suprafețele polare puternice au o compatibilitate slabă cu polimerii nepolari/slab polari (cum ar fi PP, PE, EVA). Legătura interfeței este slabă, formând un „strat limită slab”. La niveluri ridicate de umplere (care necesită adesea > 60% pentru a îndeplini standardele de ignifugare), rezistența la tracțiune, rezistența la impact și alungirea la rupere a materialului sunt grav compromise.
· Măcinarea ATH:
· Adaptabilitate fizică îmbunătățită: Particulele sferice au o fluiditate excelentă în polimerii topiți, cu ambalare mai strânsă și stres intern redus, vâscozitate mai scăzută a topiturii (la aceeași cantitate de umplere) și îmbunătățesc considerabil performanța de procesare (cum ar fi viteza de extrudare și fluiditatea injectării).
· Îmbunătățirea legăturii interfeței: Suprafața activată de forța mecanică este mai predispusă la legături chimice sau la adsorbție puternică cu modificatori de suprafață (cum ar fi silan, titanat, agenți de cuplare aluminați). Energia de suprafață a ATH de pământ modificat este redusă, iar umecbilitatea și încurcarea cu lanțurile polimerice sunt îmbunătățite, realizând o tranziție de la „umplere fizică” la „îmbunătățirea interfeței”.
| Dimensiunea performanței | ATH obișnuit | Slefuirea ATH (mai ales după modificarea suprafeței) |
| Eficiență ignifugă | Corect, poate îndeplini standardul în cazul unui volum mare de umplere | Mai bine, poate reduce cantitatea de umplere (spațiu de reducere de 5-15%) sub același nivel de ignifug |
| Proprietăți mecanice | Deteriorare severă, fragilitate ridicată | Retenție semnificativă, cu rate de retenție mult mai mari ale rezistenței la impact și rezistenței la tracțiune decât sistemele obișnuite de umplere ATH |
| Prelucrabilitate | Vâscozitate ridicată la topire, cuplu ridicat, consum mare de energie | Lichiditate bună, temperatura de procesare poate fi redusă, capacitatea de producție poate fi crescută și uzura echipamentului poate fi redusă |
| Aspectul produsului | Rugozitatea suprafeței, luciu scăzut | Suprafață netedă, atingere delicată, strălucire sporită, favorabilă colorării |
| Proprietăți electrice | Datorită absorbției de umiditate și impurităților, rezistivitatea volumului este instabilă | Mai stabil, potrivit în special pentru câmpuri cu cerințe ridicate de performanță electrică, cum ar fi fire și cabluri |
Măcinarea ATHnu este un simplu înlocuitor pentru ATH obișnuit, ci un material ignifug de înaltă performanță care realizează proiectarea integrată a suprafeței morfologiei structurii prin procese mecanochimice avansate. Valoarea sa de bază constă în:
1. Contradicția inerentă dintre fluiditatea ridicată de umplere și procesare, precum și proprietățile mecanice, a fost rezolvată prin optimizarea formei (ultra rafinament, sferoidizare).
2. Prin activarea și modificarea suprafeței, aderența interfeței cu matricea polimerică a fost îmbunătățită fundamental, transformând „umplutura inertă” într-o „componentă de îmbunătățire funcțională”.
3. Îmbunătățind uniformitatea și eficacitatea eficienței ignifuge, oferă posibilitatea „reducerii și creșterii eficienței” a formulelor ignifuge fără halogen și proiectarea produselor cu pereți mai subțiri sau performanțe mai mari.
