Алуминиев хидроксид (ATH), като най-широко използваният безхалогенен забавител на горенето в епоксидна смола, каучук, композитни материали и електронни уплътнителни материали, има множество предимства като забавяне на горенето, потискане на дим, пълнене, изолация и контролирана цена. Това е незаменим функционален компонент в глобалната система от материали от висок клас. Въпреки това, в практическите приложения, немодифицираният алуминиев хидроксид има лоша съвместимост с органични полимерни матрици, слабо междуфазово свързване, лесна агломерация поради голямо пълнене и значително намалени механични свойства на системата, които дълго време ограничават стабилността на продукта и конкурентоспособността на международния пазар.
Повърхностната обработка е основният технологичен път за решаване на горепосочените болезнени точки и също така е най-ефективното средство за подобряване на диспергируемостта, омокряемостта, съвместимостта, механичната якост, топлоустойчивостта и дългосрочната надеждност на алуминиевия хидроксид в полимерни системи като епоксидна смола.
Повърхността на немодифицирания алуминиев хидроксид е богата на хидроксилни групи (-ОН), проявяващи силна полярност и високи повърхностни енергийни характеристики. Има естествени интерфейсни бариери с органични матрици с ниска полярност като епоксидни смоли и еластомери, които се проявяват главно като:
1. Лоша интерфейсна съвместимост, лесна агломерация на пълнители и трудност при равномерно разпръскване;
2. Смолата не може напълно да намокри повърхността на пълнителя, образувайки междинни кухини и дефекти;
3. Под въздействието на външна сила е склонна да се появи разлепване на интерфейса, което води до напукване на материала и крехко счупване;
4. Вискозитетът на системата с високо пълнене рязко се увеличава и течливостта на обработка значително се влошава;
5. Якостта на опън, якостта на огъване и якостта на удар намаляват синхронно, което не може да отговори на изискванията на приложения от висок клас.
Тези проблеми водят директно до неспособността на продуктите да преминат международни сертификати като UL, IEC, RoHS и т.н., а също така са основните причини, поради които обикновеният алуминиев хидроксид трудно навлиза в глобалната верига за доставки от висок клас.
Същността на повърхностната обработка на алуминиев хидроксид е интерфейсно инженерство, което постига три основни функции чрез конструиране на органично покритие на молекулярно ниво върху повърхността на неорганичните частици:
1. Намалете повърхностната енергия, сведете до минимум самоагрегацията между частиците и подобрете равномерността на дисперсията;
2. Съвпадението на полярността променя хидрофилността на пълнителя към олеофилност, което го прави силно съвместим с органичната матрица;
3. Преодоляване на интерфейса, образуване на химически връзки между пълнители и смоли за прехвърляне на напрежението и подобряване на механичната якост.
Просто казано, повърхностната обработка трансформира алуминиевия хидроксид от „просто пълнене“ в „ефективна синергия“ и от „разрушителна производителност“ в „подобрена производителност“.
В момента висок класалуминиев хидроксидпродуктите по света обикновено използват специфични или комбинирани агенти за повърхностна обработка. Различните системи показват значителни разлики в подобряването на съвместимостта, механичното подобрение и течливостта на обработка. Следните са най-зрелите и стабилни технически маршрути в индустрията.
Силановият свързващ агент е най-ефективният и широко използван метод за обработка за подобряване на съвместимостта между алуминиев хидроксид и епоксидна смола, особено подходящ за полета от висок клас като електронно уплътняване, отливки и покрити с мед ламинати.
Механизъм на действие:
-Единият край на силановата молекула образува стабилна ковалентна връзка с хидроксилната група на ATH повърхността;
-Другият край съдържа функционални групи като епоксидни, амино и винилови групи, които могат директно да участват в реакцията на втвърдяване на епоксидна смола;
-Оформете силен „молекулен мост“ на интерфейса, като значително подобрявате междуфазната адхезия.
Подобряващ ефект:
-Подобряване на съвместимостта и диспергируемостта с повече от 50%;
-Увеличаване на якостта на опън и якостта на огъване с 20% -40%;
-Значително подобрение на ударната якост, без напукване или крехко счупване;
-При високо пълнене вискозитетът е по-нисък и течливостта е по-стабилна.
Средствата за третиране с титанов и алуминиев естер са подходящи за системи от композитни материали, които изискват високи количества на добавяне, нисък вискозитет и силна омокряемост и могат значително да подобрят повърхностната смазка и течливостта при обработка.
Механизъм на действие:
-Покритието с един молекулен слой намалява триенето между частиците;
-Дълговерижната структура се преплита с матрица от смола за подобряване на съвместимостта;
- Не образува твърда повърхност, балансира издръжливостта и обработваемостта.
Подобряващ ефект:
- Вискозитетът на системата е значително намален, което позволява постигане на по-високи нива на пълнене;
- Равномерно диспергирани, без агрегиране или разделяне;
-Повърхността на материала е по-гладка, а външният вид и възможността за обработка са значително оптимизирани.
Обработката на хиперразклонен полимерен композит се превърна в новата масова технология за най-добрите материали в света, които изискват високо забавяне на горенето, висок CTI, висока изолация и висока надеждност.
Механизъм на действие:
- Многоразклонената структура осигурява пространствена пречка, напълно предотвратявайки агрегацията на частиците;
-Висока функционална групова плътност, по-здраво и по-стабилно интерфейсно свързване;
-Ниска абсорбция на влага и нисък диелектрик, подходящ за електронни устройства от висок клас.
Подобряващ ефект:
-Интерфейсът не се проваля в дълготрайна влажна и гореща среда;
-Значително подобрение на изолационните характеристики и устойчивостта на напрежение;
-Постигане на оптимален баланс между механични свойства и забавяне на горенето.
Повърхностната обработка не е просто "смесване и разбъркване", само прецизният контрол на условията на процеса може да увеличи максимално ефекта на модификация.
1. Прецизен контрол на добавеното количество третиращ агент
Недостатъчно средство за обработка → непълно покритие;
Прекомерно количество третиращ агент → поява на свободен слой на границата, намаляващ якостта на втвърдяване и устойчивостта на топлина.
Оптимално количество за добавяне: 0,5% -2,0% от масата на алуминиев хидроксид.
2. Температура и време на активиране
Различните агенти за третиране съответстват на различни температури на активиране, за да осигурят пълно образуване на химични връзки, а не физическа адсорбция.
-Силанов свързващ агент: 100 ℃ -150 ℃, 60-120 минути;
-Титанат/алуминат: 80 ℃ -120 ℃, 30-60 минути.
3. Висока равномерна дисперсия
Приемане на процеси на високоскоростно смесване, сухо покритие и динамично смилане, за да се гарантира, че всяка частица алуминиев хидроксид е равномерно покрита и предотвратява локална агломерация.
4. Контрол на ниско съдържание на влага
Контролирайте стриктно съдържанието на влага след обработка, за да избегнете проблеми като втвърдяване, разпенване и влошаване на изолацията на епоксидна смола, в съответствие с международните стандарти за електроника.
След професионална повърхностна обработка,алуминиев хидроксидможе да постигне цялостни подобрения на производителността чрез добавяне на епоксидна смола:
1. Значително подобрение в съвместимостта: без разслояване, без утаяване, без агломерация, високото пълнене все още поддържа еднаква стабилност;
2. Значително подобрение на механичните свойства: цялостно подобрение на якостта на опън, якостта на огъване и якостта на удар, което го прави по-малко склонен към напукване;
3. По-здраво свързване на интерфейса: по-високо запазване на производителността след мокро топлинно стареене и термичен шок;
4. По-добра течливост при обработка: по-нисък вискозитет, подходящ за автоматизирани процеси на запечатване, изливане и формоване;
5. Подобряване на изолацията и надеждността: кухините в интерфейса са намалени, съпротивлението на напрежението, стойността на CTI и дългосрочната стабилност отговарят на международните изисквания за висок клас;
6. По-висока ефективност на забавяне на горенето: Равномерната дисперсия кара ATH да претърпява по-синхронно термично разлагане, което води до по-стабилни ефекти на забавяне на горенето и потискане на дима.
Повърхностната обработка на алуминиев хидроксид е основната технология за подобряване на съвместимостта на пълнителите, якостта на междуфазното свързване, механичните свойства на системата, течливостта при обработка и дългосрочната надеждност. Чрез научни модификации като силан, титанат и хиперразклонени полимери, бариерата на интерфейса между неорганични пълнители и органични матрици може да бъде фундаментално решена, което прави реалност системите от епоксидна смола с високо пълнене, с висока производителност, без халогени и щадящи околната среда системи.
В днешния все по-конкурентен глобален пазар на материали от висок клас продуктите от алуминиев хидроксид със стабилни, ефикасни и стандартизирани технологии за повърхностна обработка са не само ключът към подобренията на формулата, но и важна подкрепа за предприятията да отворят международните пазари, да постигнат качествени пробиви и да установят дългосрочна конкурентоспособност.
