hidroxid de aluminiu (ATH), ca cel mai utilizat material de umplutură ignifug fără halogeni în rășini epoxidice, cauciuc, materiale compozite și materiale electronice de etanșare, are multiple avantaje, cum ar fi ignifugarea, eliminarea fumului, umplerea, izolarea și costul controlabil. Este o componentă funcțională indispensabilă în sistemul global de materiale high-end. Cu toate acestea, în aplicațiile practice, hidroxidul de aluminiu nemodificat are o compatibilitate slabă cu matricele polimerice organice, legare interfacială slabă, aglomerare ușoară datorită umplerii mari și proprietăți mecanice semnificativ reduse ale sistemului, care au limitat stabilitatea produsului și competitivitatea pe piața internațională.
Tratamentul de suprafață este calea tehnologiei de bază pentru a rezolva punctele dureroase de mai sus și este, de asemenea, cel mai eficient mijloc de a îmbunătăți dispersibilitatea, umectarea, compatibilitatea, rezistența mecanică, rezistența la căldură și fiabilitatea pe termen lung a hidroxidului de aluminiu în sistemele polimerice, cum ar fi rășina epoxidică.
Suprafața hidroxidului de aluminiu nemodificat este bogată în grupări hidroxil (-OH), prezentând polaritate puternică și caracteristici de energie de suprafață ridicate. Are bariere naturale de interfață cu matrici organice cu polaritate scăzută, cum ar fi rășini epoxidice și elastomeri, manifestate în principal ca:
1. Compatibilitate slabă a interfeței, aglomerarea ușoară a materialelor de umplutură și dificultatea de dispersie uniformă;
2. Rășina nu poate umezi complet suprafața umpluturii, formând goluri și defecte de interfață;
3. Sub forța externă, delipirea interfeței este predispusă să apară, ceea ce duce la fisurarea materialului și la fractura fragilă;
4. Vâscozitatea sistemului de umplere ridicat crește brusc, iar fluiditatea procesării se deteriorează semnificativ;
5. Rezistența la tracțiune, rezistența la încovoiere și rezistența la impact scad sincron, ceea ce nu poate îndeplini cerințele aplicațiilor de vârf.
Aceste probleme duc direct la incapacitatea produselor de a trece certificări internaționale precum UL, IEC, RoHS etc. și sunt, de asemenea, motivele cheie pentru care hidroxidul de aluminiu obișnuit este dificil să intre în lanțul global de aprovizionare de vârf.
Esența tratamentului de suprafață al hidroxidului de aluminiu este ingineria interfeței, care realizează trei funcții de bază prin construirea unui strat de acoperire organic la nivel molecular pe suprafața particulelor anorganice:
1. Reduceți energia de suprafață, minimizați autoagregarea între particule și îmbunătățiți uniformitatea dispersiei;
2. Potrivirea polarității schimbă hidrofilitatea materialului de umplutură în oleofilitate, făcându-l foarte compatibil cu matricea organică;
3. Interfața de legătură, formând legături chimice între materiale de umplutură și rășini pentru a transfera stresul și pentru a îmbunătăți rezistența mecanică.
Mai simplu spus, tratamentul de suprafață transformă hidroxidul de aluminiu de la „umplere simplă” la „sinergie eficientă” și de la „performanță distructivă” la „performanță îmbunătățită”.
În prezent, high-endhidroxid de aluminiuprodusele din întreaga lume folosesc în general agenți de tratare a suprafețelor specifici sau compuși. Diferite sisteme prezintă diferențe semnificative în îmbunătățirea compatibilității, îmbunătățirea mecanică și fluiditatea procesării. Următoarele sunt cele mai mature și mai stabile rute tehnice din industrie.
Agentul de cuplare cu silan este cea mai eficientă și utilizată metodă de tratare pentru a spori compatibilitatea dintre hidroxidul de aluminiu și rășina epoxidice, potrivit în special pentru domeniile de ultimă generație, cum ar fi etanșarea electronică, materialele turnate și laminatele placate cu cupru.
Mecanism de actiune:
-Un capăt al moleculei de silan formează o legătură covalentă stabilă cu gruparea hidroxil de pe suprafața ATH;
- Celălalt capăt conține grupări funcționale, cum ar fi grupări epoxidice, amino și vinil, care pot participa direct la reacția de întărire a rășinii epoxidice;
-Formați o „punte moleculară” puternică la interfață, sporind foarte mult aderența interfacială.
Efect de îmbunătățire:
-Imbunatateste compatibilitatea si dispersibilitatea cu mai mult de 50%;
-Crește rezistența la tracțiune și rezistența la încovoiere cu 20% -40%;
-Imbunatatire semnificativa a tenacitatii la impact, fara fisuri sau fracturi fragile;
-La umplere ridicată, vâscozitatea este mai mică, iar fluiditatea este mai stabilă.
Agenții de tratare cu esteri de titan și aluminiu sunt adecvați pentru sistemele de materiale compozite care necesită cantități mari de adaos, vâscozitate scăzută și umectabilitate puternică și pot îmbunătăți semnificativ lubrifierea interfacială și fluiditatea procesării.
Mecanism de actiune:
-Acoperirea cu un singur strat molecular reduce frecarea dintre particule;
- Structura cu lanț lung se împletește cu matricea de rășină pentru a spori compatibilitatea;
-Nu formează o interfață rigidă, echilibrând duritatea și procesabilitatea.
Efect de îmbunătățire:
-Vâscozitatea sistemului a scăzut semnificativ, permițând atingerea unor niveluri de umplere mai mari;
-Dispersat uniform, fara agregare sau separare;
-Suprafața materialului este mai netedă, iar aspectul și procesabilitatea sunt optimizate semnificativ.
Tratamentul compozit cu polimer hiperramificat a devenit noua tehnologie de bază pentru materialele de top din lume care necesită rezistență ridicată la flacără, CTI ridicat, izolație ridicată și fiabilitate ridicată.
Mecanism de actiune:
- Structura multi-ramificata ofera obstacole spatiale, impiedicand complet agregarea particulelor;
- Densitate mare a grupului funcțional, legare de interfață mai puternică și mai stabilă;
- Absorbție scăzută de umiditate și dielectric scăzut, potrivite pentru dispozitive electronice de ultimă generație.
Efect de îmbunătățire:
-Interfața nu eșuează în medii umede și calde pe termen lung;
-Îmbunătățirea semnificativă a performanței de izolație și a rezistenței la tensiune;
-Atinge echilibrul optim intre proprietatile mecanice si ignifugare.
Tratarea suprafeței nu este pur și simplu „amestecare și agitare”, doar controlul precis al condițiilor procesului poate maximiza efectul de modificare.
1. Controlul precis al cantității de agent de tratament adăugat
Agent de tratament insuficient → acoperire incompletă;
Agent de tratare în exces → aspectul unui strat liber la interfață, reducând rezistența la întărire și rezistența la căldură.
Cantitatea optimă de adăugare: 0,5% -2,0% din masa hidroxid de aluminiu.
2. Temperatura și timpul de activare
Diferiți agenți de tratament corespund unor temperaturi de activare diferite pentru a asigura formarea completă a legăturilor chimice, mai degrabă decât adsorbția fizică.
-Agent de cuplare silan: 100 ℃ -150 ℃, 60-120 minute;
-Titanat/Aluminat: 80 ℃ -120 ℃, 30-60 minute.
3. Dispersie uniformă ridicată
Adoptarea proceselor de amestecare de mare viteză, acoperire uscată și măcinare dinamică pentru a se asigura că fiecare particule de hidroxid de aluminiu este acoperită uniform și pentru a preveni aglomerarea locală.
4. Controlul conținutului scăzut de umiditate
Controlați strict conținutul de umiditate după procesare pentru a evita probleme precum întărirea, spumarea și degradarea izolației rășinii epoxidice, în conformitate cu standardele internaționale de calitate electronică.
După tratarea profesională a suprafeței,hidroxid de aluminiupoate obține îmbunătățiri complete de performanță prin adăugarea de rășină epoxidică:
1. Îmbunătățire semnificativă a compatibilității: fără delaminare, fără tasare, fără aglomerare, umplerea ridicată menține în continuare stabilitatea uniformă;
2. Îmbunătățirea semnificativă a proprietăților mecanice: îmbunătățirea completă a rezistenței la tracțiune, rezistența la încovoiere și rezistența la impact, făcându-l mai puțin predispus la fisurare;
3. Legare mai puternică a interfeței: retenție de performanță mai mare după îmbătrânirea la căldură umedă și șoc termic;
4. Fluiditate mai bună a procesării: vâscozitate scăzută, potrivită pentru procesele automate de etanșare, turnare și turnare;
5. Îmbunătățirea izolației și a fiabilității: golurile interfeței sunt reduse, rezistența la tensiune, valoarea CTI și stabilitatea pe termen lung îndeplinesc cerințele internaționale de vârf;
6. Eficiență mai mare de ignifugare: dispersia uniformă face ca ATH să sufere o descompunere termică mai sincronă, rezultând efecte mai stabile de ignifugare și de suprimare a fumului.
Tratamentul de suprafață al hidroxidului de aluminiu este tehnologia de bază pentru îmbunătățirea compatibilității materialelor de umplutură, a rezistenței la interfață, a proprietăților mecanice ale sistemului, a fluidității procesării și a fiabilității pe termen lung. Prin modificări științifice, cum ar fi silanul, titanatul și polimerii hiperramificati, bariera de interfață dintre materialele de umplutură anorganice și matricele organice poate fi rezolvată în mod fundamental, făcând ca sistemele de rășini epoxidice de umplere ridicată, de înaltă performanță, fără halogeni și ecologice să devină realitate.
Pe piața globală din ce în ce mai competitivă a materialelor de ultimă generație de astăzi, produsele din hidroxid de aluminiu cu tehnologii de tratare a suprafețelor stabile, eficiente și standardizate nu sunt doar cheia pentru îmbunătățirea formulei, ci și un sprijin important pentru întreprinderi pentru a deschide piețele internaționale, a realiza progrese de calitate și a stabili competitivitatea pe termen lung.
