V oblasti polymérnych retardérov horenia,hydroxid hlinitý (ATH)už dlho drží kľúčovú pozíciu na trhu spomaľovačov horenia vďaka svojim výhodám netoxicity, potlačeniu dymu, šetrnosti k životnému prostrediu a relatívne nízkym nákladom. Bežný ATH pripravený tradičnou zrážacou metódou však často odhaľuje obmedzenia, ako je veľké množstvo náplne, zlá kompatibilita a vážne mechanické straty, keď spĺňajú čoraz náročnejšie požiadavky na vysoký výkon polymérnych materiálov. V posledných rokoch sa brúsne ATH (tiež známe ako „modifikované ATH“ alebo „ultrafine ATH“) hlboko spracované technológiou fyzického spracovania objavilo ako nová sila, ktorá vedie k dôležitej modernizácii aplikačnej technológie ATH. Tento článok bude hlboko analyzovať základné rozdiely medzi pozemným ATH a obyčajným ATH z profesionálneho hľadiska materiálovej vedy, povrchovej fyzikálnej chémie a inžinierstva rozhrania kompozitných materiálov.
Bežný ATH: zvyčajne sa vzťahuje na hydroxid hlinitý priamo vyzrážaný mokrými chemickými procesmi, ako je Bayerov proces (rozklad roztoku hlinitanu sodného) alebo proces hydrogenuhličitanu amónneho. Jeho kryštálová morfológia je väčšinou nepravidelná doštičkovitá, prizmatická alebo guľovitá, so širokou distribúciou veľkosti častíc (D50 zvyčajne v rozmedzí 10-50 μm), hydrofilným povrchom, obsahujúcim veľký počet hydroxylových skupín (-OH) a so silnou polaritou.
Brúsenie ATH: Pri použití bežného ATH ako suroviny sa hĺbkové spracovanie vykonáva mechanochemickým procesom. Tento proces nie je jednoducho "drvenie", ale skôr proces dosiahnutia zjemnenia častíc, sféroidizácie a rekonštrukcie povrchových fyzikálno-chemických vlastností pri vysokej intenzite mechanickej energie (ako je mletie v prúde vzduchu, guľové mletie a stredné mletie). Medzi kľúčové parametre procesu patrí vstup energie, výber média, kontrola atmosféry a možná in-situ úprava povrchu.
· Bežné ATH: Kryštálová štruktúra je neporušená, ale jav aglomerácie je závažný (kvôli vysokej povrchovej energii a silnej vodíkovej väzbe). Drsné povrchy a ostré hrany môžu ľahko vytvárať body koncentrácie napätia v kompozitných materiáloch.
·Brúsenie ATH: Bola dosiahnutá významná morfologická regulácia.
· Veľkosť a distribúcia častíc: Stredný priemer (D50) možno zmenšiť na 1-3 μm alebo dokonca na úroveň pod mikróny a distribúcia veľkosti častíc (PSD) je užšia. Podľa analýzy laserovej difrakcie podľa normy ISO 13320 je distribučné rozpätie výrazne znížené.
· Vzhľad: smeruje k pravidelnejšiemu, takmer guľovitému alebo kvázi guľovitému tvaru. Sferoidizácia nielenže znižuje špecifický povrch, ale čo je dôležitejšie, výrazne znižuje okraje a rohy častíc, čo je kľúčom k zlepšeniu tekutosti a mechanických vlastností kompozitných materiálov.
·Stav povrchu: Pôsobením vysokoenergetickej mechanickej sily kryštálová štruktúra povrchu častíc podlieha čiastočnému skresleniu alebo amorfizácii a aktívne miesta sa zväčšujú, čo poskytuje ideálnejší substrát pre následnú úpravu povrchu.
Chemické zloženie oboch je Al(OH)3 a hlavná reakcia tepelného rozkladu je konzistentná (endotermický rozklad začína približne pri 200 °C za vzniku Al203 a H2O). Mikro rozdiely však vedú k odlišnému správaniu:
· Obyčajný ATH: Teploty iniciácie rozkladu a vrcholov sú relatívne koncentrované a endotermický vrchol je širší. Veľké častice môžu spôsobiť nerovnomerný vnútorný prenos tepla, čo ovplyvňuje rovnomernosť účinnosti spomaľovača horenia.
· Brúsenie ATH:
· Lepšia disperzibilita má za následok rovnomernejšiu distribúciu v matrici, synchronizovanejší prenos tepla a rozklad a účinnejšiu absorpciu tepla a chladiace účinky.
·Väčší špecifický povrch (ktorý sa môže ešte zväčšiť vďaka ultrajemnému zušľachťovaniu pri rovnakej hmotnosti po sféroidizácii) znamená väčšiu kontaktnú reakčnú plochu s plameňom/zdrojom tepla, ktorý môže rýchlejšie odvádzať teplo a uvoľňovať vodnú paru na riedenie horľavých plynov.
· Zvyšky rozkladu (Al2O3) môžu vytvárať hustejšiu a súvislejšiu ochrannú keramickú vrstvu vďaka jemnejším prekurzorovým časticiam, čo vedie k lepšiemu bariérovému efektu.
Toto je jadro, ktoré určuje konečné mechanické vlastnosti kompozitných materiálov.
·Obyčajné ATH: Silné polárne povrchy majú slabú kompatibilitu s nepolárnymi/slabo polárnymi polymérmi (ako sú PP, PE, EVA). Väzba rozhrania je slabá a tvorí „slabú hraničnú vrstvu“. Pri vysokých úrovniach plnenia (často vyžadujúcich > 60 % na splnenie noriem spomaľovača horenia) je pevnosť v ťahu, rázová húževnatosť a predĺženie materiálu pri pretrhnutí vážne ohrozené.
· Brúsenie ATH:
· Vylepšená fyzikálna prispôsobivosť: Sférické častice majú vynikajúcu tekutosť v roztavených polyméroch s tesnejším balením a zníženým vnútorným napätím, nižšou viskozitou taveniny (pri rovnakom množstve náplne) a výrazne zlepšujú výkonnosť spracovania (ako je rýchlosť vytláčania a tekutosť vstrekovania).
·Zlepšenie väzby na rozhraní: Povrch aktivovaný mechanickou silou je náchylnejší na chemickú väzbu alebo silnú adsorpciu s povrchovými modifikátormi (ako sú silán, titanát, hlinitanové spojovacie činidlá). Povrchová energia modifikovaného mletého ATH je znížená a zmáčavosť a zapletenie s polymérnymi reťazcami sú posilnené, čím sa dosiahne prechod od „fyzikálneho plnenia“ k „vylepšeniu rozhrania“.
| Výkonnostný rozmer | Obyčajné ATH | Brúsenie ATH (najmä po úprave povrchu) |
| Účinnosť spomaľujúca horenie | Spravodlivé, môže spĺňať štandard pri vysokom objeme plnenia | Lepšie, môže znížiť množstvo náplne (5-15% zmenšenie priestoru) pri rovnakej úrovni spomaľovača horenia |
| Mechanické vlastnosti | Silné poškodenie, vysoká krehkosť | Výrazná retencia s oveľa vyššou mierou zachovania rázovej pevnosti a pevnosti v ťahu ako bežné ATH plniace systémy |
| Obrobiteľnosť | Vysoká viskozita taveniny, vysoký krútiaci moment, vysoká spotreba energie | Dobrá likvidita, teplota spracovania môže byť znížená, výrobná kapacita môže byť zvýšená a opotrebovanie zariadenia môže byť znížené |
| Vzhľad produktu | Drsnosť povrchu, nízky lesk | Hladký povrch, jemný dotyk, zvýšený lesk, vhodný na farbenie |
| Elektrické vlastnosti | V dôsledku absorpcie vlhkosti a nečistôt je objemový odpor nestabilný | Stabilnejšie, zvlášť vhodné pre polia s vysokými požiadavkami na elektrický výkon, ako sú drôty a káble |
Brúsenie ATHnie je jednoduchou náhradou bežného ATH, ale vysoko výkonným nehorľavým materiálom, ktorý dosahuje integrovaný dizajn štruktúry morfológie povrchu prostredníctvom pokročilých mechanochemických procesov. Jeho základná hodnota spočíva v:
1. Inherentný rozpor medzi vysokou tekutosťou pri plnení a spracovaním, ako aj mechanickými vlastnosťami, bol vyriešený optimalizáciou tvaru (ultrazjemnenie, sféroidizácia).
2. Aktiváciou a modifikáciou povrchu sa zásadne zlepšila adhézia rozhrania s polymérnou matricou, čím sa "inertné plnivo" premenilo na "funkčnú zložku zlepšujúcu funkciu".
3. Zlepšením jednotnosti a účinnosti účinnosti spomaľovača horenia poskytuje možnosť „zníženia a zvýšenia účinnosti“ bezhalogénových receptúr spomaľovača horenia a dizajn produktov s tenšími stenami alebo vyšším výkonom.
