Polymeerien palonestoaineiden alallaalumiinihydroksidi (ATH)on pitkään ollut ydinasemassa palonestoaineiden markkinoilla, koska sen etuja ovat myrkyttömyys, savuntorjunta, ympäristöystävällisyys ja suhteellisen alhaiset kustannukset. Kuitenkin tavallinen ATH, joka valmistetaan perinteisellä saostusmenetelmällä, altistaa usein rajoituksia, kuten suuri täyttömäärä, huono yhteensopivuus ja vakava mekaaninen häviö, kun se täyttää polymeerimateriaalien yhä vaativammat korkean suorituskyvyn vaatimukset. Viime vuosina fysikaalisella prosessointitekniikalla syvästi prosessoitu ATH-hionta (tunnetaan myös nimellä "muunneltu ATH" tai "ultrafine ATH") on noussut uudeksi voimaksi, joka on johtanut ATH-sovellustekniikan merkittävään päivitykseen. Tässä artikkelissa analysoidaan syvällisesti jauhetun ATH:n ja tavallisen ATH:n välisiä olennaisia eroja materiaalitieteen, pintafysikaalisen kemian ja komposiittimateriaalien rajapintatekniikan ammatillisista näkökulmista.
Tavallinen ATH: viittaa tavallisesti alumiinihydroksidiin, joka on saostettu suoraan märkäkemiallisilla prosesseilla, kuten Bayer-prosessilla (natriumaluminaattiliuoksen hajottaminen) tai ammoniumbikarbonaattiprosessilla. Sen kidemorfologia on enimmäkseen epäsäännöllinen levymäinen, prismamainen tai pallomainen, jolla on laaja hiukkaskokojakauma (D50 yleensä välillä 10-50 μm), hydrofiilinen pinta, joka sisältää suuren määrän hydroksyyliryhmiä (-OH) ja jolla on voimakas polaarisuus.
ATH:n jauhaminen: Tavallista ATH:ta raaka-aineena käyttämällä syväprosessointi suoritetaan mekaanisen kemiallisen prosessin kautta. Tämä prosessi ei ole pelkkä "murskaus", vaan pikemminkin prosessi, jossa hiukkasten jalostus, sferoidointi ja pinnan fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien rekonstruointi korkean intensiteetin mekaanisen energian alaisena (kuten ilmavirtajyrsintä, kuulajyrsintä ja keskikokoinen jauhatus). Keskeisiä prosessiparametreja ovat energian syöttö, väliaineen valinta, ilmakehän säätö ja mahdollinen in situ pinnan modifiointi.
·Tavallinen ATH: Kiderakenne on ehjä, mutta agglomeraatioilmiö on vakava (suuresta pintaenergiasta ja voimakkaasta vetysidoksesta johtuen). Karkeat pinnat ja terävät reunat voivat helposti muodostaa jännityspisteitä komposiittimateriaaleihin.
·ATH:n jauhaminen: Merkittävä morfologinen säätely on saavutettu.
·Partikkelikoko ja -jakauma: Mediaanihalkaisija (D50) voidaan pienentää 1-3 μm:iin tai jopa alle mikroniin, ja hiukkaskokojakauma (PSD) on kapeampi. ISO 13320 -standardin laserdiffraktioanalyysin mukaan jakoväli on huomattavasti pienempi.
·Ulkonäkö: pyrkii säännöllisempään, lähes pallomaiseen tai lähes pallomaiseen muotoon. Sferoidisaatio ei vain vähennä ominaispinta-alaa, vaan mikä tärkeintä, vähentää suuresti hiukkasten reunoja ja kulmia, mikä on avain komposiittimateriaalien juoksevuuden ja mekaanisten ominaisuuksien parantamiseen.
·Pinnan tila: Suurienergisen mekaanisen voiman vaikutuksesta hiukkasten pinnan kiderakenne vääristyy tai amorfisoituu osittain ja aktiiviset kohdat lisääntyvät, mikä tarjoaa ideaalisen substraatin myöhempää pinnan modifiointia varten.
Molempien kemiallinen koostumus on Al(OH)3, ja pääasiallinen lämpöhajoamisreaktio on johdonmukainen (endoterminen hajoaminen alkaa noin 200 ℃:sta, jolloin muodostuu Al2O3:a ja H20:ta). Mutta mikroerot johtavat erilaiseen käyttäytymiseen:
· Tavallinen ATH: Hajoamisen aloitus- ja huippulämpötilat ovat suhteellisen keskittyneitä, ja endoterminen huippu on leveämpi. Suuret hiukkaset voivat aiheuttaa epätasaista sisäistä lämmönsiirtoa, mikä vaikuttaa palonestotehokkuuden tasaisuuteen.
· ATH:n hionta:
·Parempi dispergoituvuus johtaa tasaisempaan jakautumiseen matriisissa, synkronoitumpaan lämmönsiirtoon ja hajoamiseen sekä tehokkaampaan lämmön imeytymiseen ja jäähdytysvaikutuksiin.
·Suurempi ominaispinta-ala (joka voi silti kasvaa ultrahienosta jalostuksesta johtuen samalla painolla sferoidisoinnin jälkeen) tarkoittaa suurempaa kosketusreaktioaluetta liekin/lämmönlähteen kanssa, mikä voi haihduttaa lämpöä nopeammin ja vapauttaa vesihöyryä palavien kaasujen laimentamiseksi.
·Hajoamisjäännös (Al2O3) voi muodostaa tiheämmän ja yhtenäisemmän suojaavan keraamisen kerroksen hienompien esiastehiukkasten ansiosta, mikä johtaa parempaan sulkuvaikutukseen.
Tämä on ydin, joka määrittää komposiittimateriaalien lopulliset mekaaniset ominaisuudet.
· Tavallinen ATH: Vahvat polaariset pinnat ovat huonosti yhteensopivia ei-polaaristen/heikosti polaaristen polymeerien (kuten PP, PE, EVA) kanssa. Rajapinnan sidos on heikko ja muodostaa "heikon rajakerroksen". Korkealla täyttötasolla (vaatii usein yli 60 % palamista hidastavien standardien täyttämiseksi) materiaalin vetolujuus, iskunkestävyys ja murtovenymä vaarantuvat vakavasti.
· ATH:n hionta:
· Parannettu fyysinen sopeutumiskyky: Pallomaisilla hiukkasilla on erinomainen juoksevuus sulaissa polymeereissä, tiiviimpi pakkaus ja pienempi sisäinen jännitys, pienempi sulaviskositeetti (samalla täyttömäärällä) ja parantaa huomattavasti käsittelyn suorituskykyä (kuten suulakepuristusnopeus ja ruiskutusvirtaus).
·Rajapinnan sitoutumisen tehostaminen: Mekaanisella voimalla aktivoitu pinta on alttiimpi kemialliselle sitoutumiselle tai voimakkaalle adsorptiolle pintamodifioijien (kuten silaani, titanaatti, aluminaattikytkentäaineet) kanssa. Modifioidun jauhetun ATH:n pintaenergia vähenee ja kostuvuus ja kietoutuminen polymeeriketjuihin paranevat, jolloin saavutetaan siirtymä "fysikaalisesta täytöstä" "rajapinnan parantamiseen".
| Suorituskykyulottuvuus | Tavallinen ATH | ATH:n hionta (erityisesti pintamuokkauksen jälkeen) |
| Paloa hidastava teho | Kohtuullinen, voi täyttää standardin suurella täyttömäärällä | Parempi, se voi vähentää täyttömäärää (5-15% vähennystilaa) samalla palonestotasolla |
| Mekaaniset ominaisuudet | Vakava heikkeneminen, korkea hauraus | Merkittävä retentio, paljon suurempi iskulujuus ja vetolujuus kuin tavalliset ATH-täyttöjärjestelmät |
| Koneistettavuus | Korkea sulaviskositeetti, korkea vääntömomentti, korkea energiankulutus | Hyvä likviditeetti, käsittelylämpötilaa voidaan alentaa, tuotantokapasiteettia voidaan lisätä ja laitteiden kulumista voidaan vähentää |
| Tuotteen ulkonäkö | Pinnan karheus, alhainen kiilto | Sileä pinta, herkkä kosketus, lisääntynyt kiilto, edistää värjäytymistä |
| Sähköiset ominaisuudet | Kosteuden imeytymisen ja epäpuhtauksien vuoksi tilavuusvastus on epävakaa | Vakaampi, sopii erityisesti kentille, joilla on korkeat sähkötehovaatimukset, kuten johdot ja kaapelit |
ATH:n jauhaminenei ole yksinkertainen korvike tavalliselle ATH:lle, vaan korkean suorituskyvyn palonestomateriaali, joka saavuttaa rakenteen morfologisen pinnan integroidun suunnittelun edistyneiden mekanokemiallisten prosessien avulla. Sen ydinarvo on:
1. Luontainen ristiriita korkean täytön ja käsittelyn juoksevuuden sekä mekaanisten ominaisuuksien välillä on ratkaistu muodon optimoinnilla (ultrajalostus, sferoidointi).
2. Pintaaktivoinnilla ja modifioinnilla rajapinnan adheesiota polymeerimatriisin kanssa on parannettu olennaisesti, jolloin "inertti täyteaine" on muuttunut "toiminnallisuutta parantavaksi komponentiksi".
3. Parantaa palonestoaineen tehokkuuden yhtenäisyyttä ja tehokkuutta, se tarjoaa mahdollisuuden halogeenittomien palonestoaineiden "vähentämiseen ja lisäämiseen" sekä sellaisten tuotteiden suunnitteluun, joissa on ohuemmat seinämät tai parempi suorituskyky.
