Innen polymer flammehemmer,aluminiumhydroksid (ATH)har lenge hatt en kjerneposisjon i det flammehemmende markedet på grunn av fordelene med ikke-toksisitet, røykdemping, miljøvennlighet og relativt lave kostnader. Vanlig ATH tilberedt ved tradisjonell nedbørsmetode avslører imidlertid ofte begrensninger som stor fyllmengde, dårlig kompatibilitet og alvorlig mekanisk tap når de møter de stadig mer krevende høyytelseskravene til polymermaterialer. I de senere årene har sliping ATH (også kjent som "modifisert ATH" eller "ultrafin ATH") dypt bearbeidet gjennom fysisk prosesseringsteknologi dukket opp som en ny kraft, og ledet en viktig oppgradering innen ATH-applikasjonsteknologi. Denne artikkelen vil dypt analysere de essensielle forskjellene mellom bakken ATH og vanlig ATH fra de profesjonelle perspektivene til materialvitenskap, overflatefysisk kjemi og komposittmateriale-grensesnittteknikk.
Vanlig ATH: refererer vanligvis til aluminiumhydroksid direkte utfelt gjennom våte kjemiske prosesser som Bayer-prosess (natriumaluminatløsningsdekomponering) eller ammoniumbikarbonatprosess. Dens krystallmorfologi er for det meste uregelmessig platelignende, prismatisk eller sfærisk, med en bred partikkelstørrelsesfordeling (D50 vanligvis i området 10-50μm), hydrofil overflate, inneholder et stort antall hydroksylgrupper (- OH), og viser sterk polaritet.
Sliping ATH: Ved bruk av vanlig ATH som råmateriale utføres dyp prosessering gjennom en mekanokjemisk prosess. Denne prosessen er ikke bare "knusing", men snarere prosessen med å oppnå partikkelforfining, sfæroidisering og rekonstruksjon av overflatefysiskkjemiske egenskaper under høyintensitets mekanisk energi (som luftstrømfresing, kulefresing og middels fresing). De viktigste prosessparametrene inkluderer energitilførsel, mediumvalg, atmosfærekontroll og mulig in-situ overflatemodifisering.
·Vanlig ATH: Krystallstrukturen er intakt, men agglomerasjonsfenomenet er alvorlig (på grunn av høy overflateenergi og sterk hydrogenbinding). Rue overflater og skarpe kanter kan lett danne spenningskonsentrasjonspunkter i komposittmaterialer.
· Sliping ATH: Betydelig morfologisk regulering er oppnådd.
·Partikkelstørrelse og distribusjon: Mediandiameteren (D50) kan reduseres til 1-3μm eller til og med under mikron nivå, og partikkelstørrelsesfordelingen (PSD) er smalere. I henhold til laserdiffraksjonsanalysen i ISO 13320-standarden er distribusjonsspennet betydelig redusert.
· Utseende: tenderer mot en mer regelmessig nesten sfærisk eller kvasi sfærisk form. Sfæroidisering reduserer ikke bare det spesifikke overflatearealet, men enda viktigere, reduserer kantene og hjørnene på partikler, noe som er nøkkelen til å forbedre flytbarheten og de mekaniske egenskapene til komposittmaterialer.
· Overflatetilstand: Under påvirkning av høyenergisk mekanisk kraft, gjennomgår krystallstrukturen til partikkeloverflaten delvis forvrengning eller amorfisering, og de aktive stedene øker, noe som gir et mer ideelt underlag for påfølgende overflatemodifikasjoner.
Den kjemiske sammensetningen av begge er Al(OH)3, og den viktigste termiske dekomponeringsreaksjonen er konsistent (endoterm nedbrytning begynner ved ca. 200 ℃ for å danne Al2O3 og H2O). Men mikroforskjeller fører til ulik atferd:
·Vanlig ATH: Dekomponeringsinitieringen og topptemperaturene er relativt konsentrerte, og den endoterme toppen er bredere. Store partikler kan forårsake ujevn intern varmeoverføring, noe som påvirker jevnheten til flammehemmende effektivitet.
· Sliping ATH:
·Bedre dispergerbarhet resulterer i en jevnere fordeling i matrisen, mer synkronisert varmeoverføring og dekomponering, og mer effektiv varmeabsorpsjon og kjøleeffekter.
·Et større spesifikt overflateareal (som fortsatt kan øke på grunn av ultrafin forfining ved samme vekt etter sfæroidisering) betyr et større kontaktreaksjonsområde med flammen/varmekilden, som kan spre varmen raskere og frigjøre vanndamp for å fortynne brennbare gasser.
·Dekomponeringsresten (Al2O3) kan danne et tettere og mer kontinuerlig beskyttende keramisk lag på grunn av de finere forløperpartiklene, noe som resulterer i en bedre barriereeffekt.
Dette er kjernen som bestemmer de endelige mekaniske egenskapene til komposittmaterialer.
·Vanlig ATH: Sterke polare overflater har dårlig kompatibilitet med ikke-polare/svak polare polymerer (som PP, PE, EVA). Grensesnittbindingen er svak, og danner et "svakt grenselag". Under høye fyllingsnivåer (som ofte krever >60 % for å oppfylle flammehemmende standarder), blir strekkstyrken, støtseigheten og bruddforlengelsen av materialet alvorlig kompromittert.
· Sliping ATH:
·Forbedret fysisk tilpasningsevne: Sfæriske partikler har utmerket flyt i smeltede polymerer, med tettere pakking og redusert indre stress, lavere smelteviskositet (ved samme fyllingsmengde), og forbedrer prosessytelsen betydelig (som ekstruderingshastighet og injeksjonsflytbarhet).
· Forbedring av grensesnittbinding: Overflaten aktivert av mekanisk kraft er mer utsatt for kjemisk binding eller sterk adsorpsjon med overflatemodifikatorer (som silan, titanat, aluminatkoblingsmidler). Overflateenergien til den modifiserte bakken ATH reduseres, og fuktbarheten og sammenfiltringen med polymerkjeder forbedres, og oppnår en overgang fra "fysisk fylling" til "grensesnittforbedring".
| Ytelsesdimensjon | Vanlig ATH | Sliping av ATH (spesielt etter overflatemodifisering) |
| Flammehemmende effektivitet | Fair, kan oppfylle standarden under høyt fyllvolum | Bedre kan det redusere fyllingsmengden (5-15 % reduksjonsplass) under samme flammehemmende nivå |
| Mekaniske egenskaper | Alvorlig forverring, høy sprøhet | Betydelig retensjon, med mye høyere retensjonshastigheter for slagstyrke og strekkstyrke enn vanlige ATH fyllesystemer |
| Bearbeidbarhet | Høy smelteviskositet, høyt dreiemoment, høyt energiforbruk | God likviditet, behandlingstemperatur kan reduseres, produksjonskapasiteten kan økes, og utstyrsslitasje kan reduseres |
| Produktets utseende | Overflateruhet, lav glans | Glatt overflate, delikat berøring, økt glans, bidrar til farging |
| Elektriske egenskaper | På grunn av fuktabsorpsjon og urenheter er volumresistiviteten ustabil | Mer stabil, spesielt egnet for felt med høye krav til elektrisk ytelse som ledninger og kabler |
Sliping ATHer ikke en enkel erstatning for vanlig ATH, men et høyytelses flammehemmende materiale som oppnår integrert design av strukturmorfologioverflaten gjennom avanserte mekanokjemiske prosesser. Dens kjerneverdi ligger i:
1. Den iboende motsetningen mellom høy fylling og prosesseringsflytbarhet, samt mekaniske egenskaper, har blitt løst gjennom formoptimalisering (ultraraffinering, sfæroidisering).
2. Ved overflateaktivering og modifikasjon har grensesnittadhesjonen til polymermatrisen blitt fundamentalt forbedret, og transformerer det "inerte fyllstoffet" til en "funksjonsforbedrende komponent".
3. Ved å forbedre jevnheten og effektiviteten til flammehemmende effektivitet, gir det muligheten for "reduksjon og økning i effektivitet" av halogenfrie flammehemmende formler og utforming av produkter med tynnere vegger eller høyere ytelse.
