Aluminiumhydroksid (ATH)er det mest brukte miljøvennlige flammehemmende fyllstoffet i polymermaterialer, og dets prosessytelse påvirker direkte forberedelseseffektiviteten og den endelige ytelsen til komposittmaterialer. Denne artikkelen analyserer systematisk forskjellene mellom vanlig ATH og lavviskositet ATH i overflateegenskaper, reologisk oppførsel, dispersjonsmekanisme og prosesseringstilpasningsevne fra materialvitenskapens perspektiv, og gir teoretisk grunnlag for seleksjon i industrielle applikasjoner.
Vanlig ATH produseres vanligvis ved hjelp av Bayer-prosessen, med en bred partikkelstørrelsesfordeling (1-25μm), høy overflateenergi (ca. 70-100mJ/m²) og åpenbare polaritetsegenskaper. Dens krystallstruktur er hovedsakelig sammensatt av α-Al(OH)3, og overflatens hydroksyltetthet kan nå 4-8 OH/nm². Disse aktive stedene er tilbøyelige til å danne hydrogenbindingsnettverk, noe som fører til forbedrede intermolekylære interaksjoner.
ATH med lav viskositet fremstilles gjennom overflatemodifisering eller spesielle krystalliseringsprosesser, og overflateenergien kan reduseres til 30-50 mJ/m². Nøkkelteknologier inkluderer:
·Okologisk silan/fettsyre overflatebelegg (dekningsgrad kan nå over 85%)
· Krystallvekstkontroll for å danne en mer regelmessig form
·Delvis forestring av overflatehydroksylgrupper (modifikasjonshastighet vanligvis >60 %)
Ved høye skjærhastigheter (1000 s ⁻¹), kan smelteviskositeten til lavviskositet ATH fyllesystem (60 % fyllmengde) reduseres med 40-60 % sammenlignet med vanlig ATH. Denne forskjellen kommer fra:
· Friksjonskoeffisienten mellom partikler avtar (fra 0,35 til 0,15-0,20)
·Kombinering av forskjeller i vanninnhold (lavviskositet ATH typisk <0,2%)
Det vanlige ATH-suspensjonssystemet viser betydelig flytespenning (vanligvis >50 Pa), mens den modifiserte lavviskositets-ATH kan redusere flytespenningen til under 10 Pa, noe som betydelig forbedrer strømningsinitieringsytelsen i det tidlige prosesseringsstadiet.
Spredningen av vanligeATHi polymersmelting følger agglomerasjonsfragmenteringsdissosiasjonsmodellen, og krever høy skjærspenning (>10⁵Pa) for å oppnå effektiv dispersjon. Eksperimenter har vist at energien som kreves for fullstendig dispersjon er 2-3 ganger høyere enn for lavviskositet ATH.
ATH med lav viskositet reduserer overflateenergi, forkorter infiltrasjonstiden med 60-70 %, og dispersjonsprosessen er mer i tråd med grensesnittsglidemekanismen. Under samme skjærforhold reduseres tiden som kreves for å oppnå samme dispersjonsnivå med mer enn 40 %.
Under ekstruderingsprosessen med to skruer viser ATH-fyllingssystemet med lav viskositet:
·Hodetrykk redusert med 25-35 %
· Reduser dreiemomentet med 20-30 %
·Maksimal fyllmengde kan økes med 15-20 prosentpoeng
ATH med lav viskositet har betydelige fordeler i det raske fyllingsstadiet:
· Øk strømningslengden med 30-50 %
· Øk sveiselinjens styrke med 20-25 %
· Redusert anisotropi av produktet (krymphastighetsforskjellen ble redusert fra 1,2 % til 0,4 %)
I løsemiddelbaserte systemer kan ATH med lav viskositet tilberede slam med høyere faststoffinnhold (opptil 75-80%) samtidig som den opprettholder passende konstruksjonsviskositet.
Det skal bemerkes at optimalisering av prosessytelsen kan føre til andre ytelsesendringer:
Flammehemmende ytelse: ATH med lav viskositet kan forsinke begynnelsestemperaturen for ATH-dekomponering på grunn av tilstedeværelsen av overflatebelegg (vanligvis økt med 10-20 ℃), men påvirkningen kan minimeres ved å optimalisere belegningshastigheten (anbefales å kontrolleres til 5-8%).
Mekaniske egenskaper: Den moderate reduksjonen i grenseflatebindingsstyrken kan kompenseres for ved kombinasjonen av koblingsmidler. Studier har vist at bruk av blandede koblingsmidler (silan+titanat) kan gjenopprette strekkfastheten til over 95 % av vanlige ATH-systemer.
Lav viskositetATHhar oppnådd betydelig forbedring i prosessytelse gjennom overflateteknikk, spesielt ved å redusere viskositeten og forbedre dispersjonseffektiviteten ved høye skjærhastigheter. Valget av ATH bør evalueres systematisk basert på spesifikke prosessforhold, fyllingskrav og endelige ytelseskrav. For applikasjonsscenarier som forfølger effektiv prosessering og høy fylling, er de tekniske fordelene med lavviskositet ATH åpenbare; I konvensjonelle applikasjoner har vanlig ATH fortsatt kostnadseffektivitetsfordeler. Fremtidig forskning bør fokusere på multifunksjonell overflatedesign for å oppnå en bedre balanse mellom prosessytelse og endelig ytelse.
