Aluminijev hidroksid (ATH)je najbolj razširjeno okolju prijazno polnilo za zaviranje gorenja v polimernih materialih, njegova zmogljivost obdelave pa neposredno vpliva na učinkovitost priprave in končno učinkovitost kompozitnih materialov. Ta članek sistematično analizira razlike med navadnim ATH in ATH z nizko viskoznostjo v površinskih lastnostih, reološkem obnašanju, disperzijskem mehanizmu in prilagodljivosti obdelave z vidika znanosti o materialih, kar zagotavlja teoretično osnovo za izbiro v industrijskih aplikacijah.
Navadni ATH se običajno proizvaja po Bayerjevem postopku s široko porazdelitvijo velikosti delcev (1–25 μm), visoko površinsko energijo (približno 70–100 mJ/m²) in očitnimi značilnostmi polarnosti. Njegova kristalna struktura je v glavnem sestavljena iz α-Al(OH)3, površinska hidroksilna gostota pa lahko doseže 4-8 OH/nm². Ta aktivna mesta so nagnjena k tvorbi mrež vodikovih vezi, kar vodi do okrepljenih medmolekularnih interakcij.
ATH z nizko viskoznostjo se pripravi s površinsko modifikacijo ali posebnimi procesi kristalizacije, površinsko energijo pa je mogoče zmanjšati na 30-50 mJ/m². Ključne tehnologije vključujejo:
·Površinski premaz iz organskega silana/maščobne kisline (stopnja pokritosti lahko doseže več kot 85 %)
· Nadzor rasti kristalov za bolj pravilno obliko
· Delna esterifikacija površinskih hidroksilnih skupin (stopnja modifikacije običajno >60 %)
Pri visokih strižnih stopnjah (1000 s ⁻¹) se lahko viskoznost taline polnilnega sistema ATH z nizko viskoznostjo (60-odstotna količina polnjenja) zmanjša za 40–60 % v primerjavi z navadnim ATH. Ta razlika izvira iz:
·Koeficient trenja med delci se zmanjša (iz 0,35 na 0,15-0,20)
· Kombinacija razlik v vsebnosti vode (nizko viskozen ATH običajno <0,2 %)
Običajni sistem vzmetenja ATH kaže znatno mejo tečenja (običajno> 50 Pa), medtem ko lahko modificirani ATH z nizko viskoznostjo zmanjša mejo tečenja pod 10 Pa, kar bistveno izboljša zmogljivost iniciacije toka v zgodnji fazi obdelave.
Razpršenost navadnihATHv talini polimera sledi modelu disociacije fragmentacije aglomeracije, ki zahteva visoko strižno napetost (>10⁵Pa), da se doseže učinkovita disperzija. Poskusi so pokazali, da je energija, potrebna za popolno disperzijo, 2-3-krat višja kot pri ATH z nizko viskoznostjo.
ATH z nizko viskoznostjo zmanjša površinsko energijo, skrajša čas infiltracije za 60-70 %, disperzijski proces pa je bolj v skladu z mehanizmom drsenja na površini. Pri enakih strižnih pogojih se čas, potreben za doseganje enake stopnje disperzije, zmanjša za več kot 40 %.
Med postopkom ekstruzije z dvojnim polžem polnilni sistem ATH z nizko viskoznostjo kaže:
· Tlak v glavi se zmanjša za 25-35 %
· Zmanjšajte navor za 20-30 %
· Največja količina polnjenja se lahko poveča za 15-20 odstotnih točk
ATH z nizko viskoznostjo ima pomembne prednosti v fazi hitrega polnjenja:
· Povečanje dolžine pretoka za 30-50 %
· Povečajte trdnost zvara za 20-25 %
· Zmanjšana anizotropija izdelka (razlika v stopnji krčenja se je zmanjšala z 1,2 % na 0,4 %)
V sistemih na osnovi topil lahko ATH z nizko viskoznostjo pripravi gošče z višjo vsebnostjo trdnih snovi (do 75-80 %), medtem ko ohranja ustrezno gradbeno viskoznost.
Upoštevati je treba, da lahko optimizacija zmogljivosti obdelave povzroči druge spremembe zmogljivosti:
Ognjevarna učinkovitost: ATH z nizko viskoznostjo lahko zaradi prisotnosti površinske prevleke upočasni začetno temperaturo razgradnje ATH (običajno povečano za 10–20 ℃), vendar je vpliv mogoče zmanjšati z optimizacijo stopnje prevleke (priporočljivo je, da je nadzorovana na 5–8 %).
Mehanske lastnosti: Zmerno zmanjšanje trdnosti medfazne vezi se lahko kompenzira s kombinacijo vezivnih sredstev. Študije so pokazale, da lahko uporaba mešanih spojnih sredstev (silan+titanat) povrne natezno trdnost na več kot 95 % običajnih sistemov ATH.
Nizka viskoznostATHje dosegel znatno izboljšanje zmogljivosti obdelave s površinskim inženiringom, zlasti pri zmanjšanju viskoznosti in izboljšanju disperzijske učinkovitosti pri visokih strižnih stopnjah. Izbor ATH je treba sistematično ocenjevati na podlagi posebnih pogojev obdelave, zahtev glede polnjenja in zahtev glede končne učinkovitosti. Za scenarije uporabe, ki si prizadevajo za učinkovito obdelavo in visoko polnjenje, so tehnične prednosti ATH z nizko viskoznostjo očitne; V običajnih aplikacijah ima običajni ATH še vedno prednosti glede stroškovne učinkovitosti. Prihodnje raziskave bi se morale osredotočiti na večnamensko površinsko zasnovo, da bi dosegli boljše ravnovesje med zmogljivostjo obdelave in končno zmogljivostjo.
