Aluminiumhydroxide (ATH)is het meest gebruikte milieuvriendelijke vlamvertragende vulmiddel in polymeermaterialen, en de verwerkingsprestaties ervan hebben rechtstreeks invloed op de voorbereidingsefficiëntie en de uiteindelijke prestaties van composietmaterialen. Dit artikel analyseert systematisch de verschillen tussen gewoon ATH en ATH met lage viscositeit wat betreft oppervlakte-eigenschappen, reologisch gedrag, dispersiemechanisme en aanpassingsvermogen van de verwerking vanuit het perspectief van de materiaalkunde, en biedt daarmee een theoretische basis voor selectie in industriële toepassingen.
Gewone ATH wordt meestal geproduceerd met behulp van het Bayer-proces, met een brede deeltjesgrootteverdeling (1-25 μm), hoge oppervlakte-energie (ongeveer 70-100 mJ/m²) en duidelijke polariteitskenmerken. De kristalstructuur bestaat voornamelijk uit α-Al(OH)₃ en de hydroxyldichtheid aan het oppervlak kan 4-8 OH/nm² bereiken. Deze actieve plaatsen zijn geneigd waterstofbruggende netwerken te vormen, wat leidt tot verbeterde intermoleculaire interacties.
ATH met lage viscositeit wordt bereid door middel van oppervlaktemodificatie of speciale kristallisatieprocessen, en de oppervlakte-energie kan worden teruggebracht tot 30-50 mJ/m². Belangrijke technologieën zijn onder meer:
· Organische silaan/vetzuur oppervlaktecoating (dekkingsgraad kan oplopen tot meer dan 85%)
· Controle van de kristalgroei voor een meer regelmatige vorm
·Gedeeltelijke verestering van oppervlaktehydroxylgroepen (modificatiesnelheid gewoonlijk >60%)
Bij hoge afschuifsnelheden (1000 s ⁻¹) kan de smeltviscositeit van een ATH-vulsysteem met lage viscositeit (60% vulhoeveelheid) met 40-60% worden verlaagd in vergelijking met gewone ATH. Dit verschil komt voort uit:
·De wrijvingscoëfficiënt tussen deeltjes neemt af (van 0,35 naar 0,15-0,20)
·Combinatie van verschillen in watergehalte (lage viscositeit ATH doorgaans <0,2%)
Het gewone ATH-ophangsysteem vertoont aanzienlijke vloeispanning (meestal> 50 Pa), terwijl het gemodificeerde ATH met lage viscositeit de vloeispanning kan verlagen tot onder 10 Pa, wat de vloei-initiatieprestaties in de vroege verwerkingsfase aanzienlijk verbetert.
De verspreiding van het gewoneATHin polymeersmelt volgt het dissociatiemodel van agglomeratiefragmentatie, waarbij hoge schuifspanning (>10⁵Pa) vereist is om effectieve dispersie te bereiken. Experimenten hebben aangetoond dat de energie die nodig is voor volledige dispersie 2-3 keer hoger is dan die van ATH met lage viscositeit.
ATH met lage viscositeit vermindert de oppervlakte-energie, verkort de infiltratietijd met 60-70% en het dispersieproces komt meer overeen met het grensvlakslipmechanisme. Onder dezelfde afschuifomstandigheden wordt de tijd die nodig is om hetzelfde dispersieniveau te bereiken met meer dan 40% verminderd.
Tijdens het extrusieproces met dubbele schroef vertoont het ATH-vulsysteem met lage viscositeit:
·Hoofddruk verminderd met 25-35%
·Verminder het koppel met 20-30%
·De maximale vulhoeveelheid kan met 15-20 procentpunten worden verhoogd
ATH met lage viscositeit heeft aanzienlijke voordelen in de snelle vulfase:
·Vergroot de stroomlengte met 30-50%
·Verhoog de laslijnsterkte met 20-25%
·Verminderde anisotropie van het product (verschil in krimpsnelheid afgenomen van 1,2% naar 0,4%)
In op oplosmiddelen gebaseerde systemen kan ATH met een lage viscositeit slurries bereiden met een hoger vastestofgehalte (tot 75-80%), terwijl de juiste constructieviscositeit behouden blijft.
Opgemerkt moet worden dat het optimaliseren van de verwerkingsprestaties kan leiden tot andere prestatieveranderingen:
Vlamvertragende prestaties: ATH met een lage viscositeit kan de begintemperatuur van de ontleding van ATH vertragen vanwege de aanwezigheid van oppervlaktecoating (meestal verhoogd met 10-20 ℃), maar de impact kan worden geminimaliseerd door de coatingsnelheid te optimaliseren (aanbevolen wordt gecontroleerd op 5-8%).
Mechanische eigenschappen: De matige afname van de grensvlakhechtsterkte kan worden gecompenseerd door de combinatie van koppelmiddelen. Studies hebben aangetoond dat het gebruik van gemengde koppelmiddelen (silaan+titanaat) de treksterkte kan herstellen tot meer dan 95% van die van gewone ATH-systemen.
Lage viscositeitATHheeft een aanzienlijke verbetering in de verwerkingsprestaties bereikt door middel van oppervlaktetechniek, vooral in het verminderen van de viscositeit en het verbeteren van de dispersie-efficiëntie bij hoge afschuifsnelheden. De selectie van ATH moet systematisch worden geëvalueerd op basis van specifieke verwerkingsomstandigheden, vulvereisten en uiteindelijke prestatie-eisen. Voor toepassingsscenario's die efficiënte verwerking en hoge vulling nastreven, liggen de technische voordelen van ATH met lage viscositeit voor de hand; Bij conventionele toepassingen heeft gewone ATH nog steeds kosteneffectiviteitsvoordelen. Toekomstig onderzoek zou zich moeten concentreren op multifunctioneel oppervlakontwerp om een beter evenwicht te bereiken tussen verwerkingsprestaties en uiteindelijke prestaties.
