Алуминиев хидроксид (ATH)е най-широко използваният екологично чист забавител на горенето в полимерни материали и неговата производителност на обработка пряко влияе върху ефективността на подготовката и крайните характеристики на композитните материали. Тази статия систематично анализира разликите между обикновения ATH и ATH с нисък вискозитет в свойствата на повърхността, реологичното поведение, дисперсионния механизъм и адаптивността на обработката от гледна точка на науката за материалите, предоставяйки теоретична основа за избор в индустриални приложения.
Обикновеният ATH обикновено се произвежда с помощта на процеса на Байер, с широко разпределение на размера на частиците (1-25 μm), висока повърхностна енергия (около 70-100 mJ/m²) и очевидни характеристики на полярността. Неговата кристална структура е съставена главно от α-Al(OH)3, а повърхностната хидроксилна плътност може да достигне 4-8 OH/nm². Тези активни места са склонни да образуват мрежи за водородни връзки, което води до засилени междумолекулни взаимодействия.
ATH с нисък вискозитет се приготвя чрез повърхностна модификация или специални процеси на кристализация и повърхностната енергия може да бъде намалена до 30-50 mJ/m². Ключовите технологии включват:
· Повърхностно покритие от органичен силан/мастни киселини (степента на покритие може да достигне над 85%)
· Контрол на растежа на кристалите за формиране на по-правилна форма
· Частична естерификация на повърхностни хидроксилни групи (скорост на модификация обикновено>60%)
При високи скорости на срязване (1000 s ⁻¹), вискозитетът на стопилката на системата за пълнене на ATH с нисък вискозитет (60% количество на пълнене) може да бъде намален с 40-60% в сравнение с обикновения ATH. Тази разлика произтича от:
·Коефициентът на триене между частиците намалява (от 0,35 на 0,15-0,20)
· Комбиниране на разлики във водното съдържание (нисък вискозитет ATH обикновено <0,2%)
Обикновената ATH суспензионна система показва значително напрежение на провлачване (обикновено>50 Pa), докато модифицираният ATH с нисък вискозитет може да намали напрежението на провлачане до под 10 Pa, което значително подобрява производителността на иницииране на потока в ранния етап на обработка.
Дисперсията на обикновенитеATHв полимерна стопилка следва модела на дисоциация на фрагментация на агломерация, изискващ високо напрежение на срязване (>10⁵Pa) за постигане на ефективна дисперсия. Експериментите показват, че необходимата енергия за пълно диспергиране е 2-3 пъти по-висока от тази на ATH с нисък вискозитет.
ATH с нисък вискозитет намалява повърхностната енергия, съкращава времето за инфилтрация с 60-70%, а процесът на дисперсия е в по-голяма степен в съответствие с механизма на междинно приплъзване. При същите условия на срязване времето, необходимо за постигане на същото ниво на дисперсия, се намалява с повече от 40%.
По време на двушнековия процес на екструдиране системата за пълнене ATH с нисък вискозитет показва:
· Налягането на главата намалява с 25-35%
· Намалете въртящия момент с 20-30%
· Максималното количество за пълнене може да се увеличи с 15-20 процентни пункта
ATH с нисък вискозитет има значителни предимства в етапа на бързо пълнене:
· Увеличете дължината на потока с 30-50%
· Увеличете здравината на заваръчната линия с 20-25%
· Намалена анизотропия на продукта (разликата в степента на свиване намалява от 1,2% на 0,4%)
В системи, базирани на разтворители, ATH с нисък вискозитет може да приготви суспензии с по-високо съдържание на твърдо вещество (до 75-80%), като същевременно поддържа подходящ строителен вискозитет.
Трябва да се отбележи, че оптимизирането на производителността на обработката може да доведе до други промени в производителността:
Забавяне на горенето: ATH с нисък вискозитет може да забави началната температура на разлагането на ATH поради наличието на повърхностно покритие (обикновено се повишава с 10-20 ℃), но въздействието може да бъде сведено до минимум чрез оптимизиране на степента на нанасяне на покритие (препоръчително е да се контролира на 5-8%).
Механични свойства: Умереното намаляване на силата на междуфазно свързване може да бъде компенсирано чрез комбинацията от свързващи агенти. Проучванията показват, че използването на смесени свързващи агенти (силан+титанат) може да възстанови якостта на опън до над 95% от тази на обикновените ATH системи.
Нисък вискозитетATHпостигна значително подобрение в производителността на обработката чрез повърхностно инженерство, особено при намаляване на вискозитета и подобряване на ефективността на дисперсия при високи скорости на срязване. Изборът на ATH трябва да бъде систематично оценяван въз основа на специфични условия на обработка, изисквания за пълнене и изисквания за крайна ефективност. За сценарии на приложение, които преследват ефективна обработка и високо пълнене, техническите предимства на ATH с нисък вискозитет са очевидни; В конвенционалните приложения обикновеният ATH все още има предимства по отношение на рентабилността. Бъдещите изследвания трябва да се съсредоточат върху многофункционалния дизайн на повърхността, за да се постигне по-добър баланс между производителността на обработката и крайната производителност.
