Гідроксид алюмінію (ATH)є найбільш широко використовуваним екологічно чистим вогнезахисним наповнювачем у полімерних матеріалах, і його ефективність обробки безпосередньо впливає на ефективність підготовки та кінцеві характеристики композитних матеріалів. У цій статті систематично аналізуються відмінності між звичайним АТГ і АТГ з низькою в’язкістю у властивостях поверхні, реологічній поведінці, механізмі дисперсії та адаптивності обробки з точки зору матеріалознавства, забезпечуючи теоретичну основу для вибору в промисловому застосуванні.
Звичайний ATH зазвичай виробляється за допомогою процесу Байєра з широким розподілом частинок за розміром (1-25 мкм), високою поверхневою енергією (приблизно 70-100 мДж/м²) і очевидними характеристиками полярності. Його кристалічна структура в основному складається з α-Al(OH)₃, а поверхнева гідроксильна щільність може досягати 4-8 OH/нм². Ці активні центри схильні до утворення мереж водневих зв’язків, що призводить до посилення міжмолекулярних взаємодій.
АТГ з низькою в’язкістю готують за допомогою модифікації поверхні або спеціальних процесів кристалізації, а поверхневу енергію можна зменшити до 30-50 мДж/м². Основні технології включають:
·Поверхневе покриття з органічного силану/жирної кислоти (рівень покриття може досягати понад 85%)
· Контроль росту кристалів для формування більш правильної форми
· Часткова етерифікація поверхневих гідроксильних груп (ступінь модифікації зазвичай >60%)
При високих швидкостях зсуву (1000 с ⁻¹) в’язкість розплаву низьков’язкої системи наповнення ATH (кількість заповнення 60 %) може бути зменшена на 40-60 % порівняно зі звичайним ATH. Ця різниця випливає з:
·Коефіцієнт тертя між частинками зменшується (з 0,35 до 0,15-0,20)
· Поєднання відмінностей у вмісті води (низька в'язкість ATH зазвичай <0,2%)
Звичайна суспензійна система ATH демонструє значну межу текучості (зазвичай >50 Па), тоді як модифікована ATH низької в’язкості може знизити межу текучості до рівня нижче 10 Па, що значно покращує ефективність ініціювання потоку на ранній стадії обробки.
Дисперсія звичайнаATHу розплаві полімеру відповідає моделі дисоціації фрагментації агломерації, вимагаючи високого напруження зсуву (>10⁵Па) для досягнення ефективної дисперсії. Експерименти показали, що енергія, необхідна для повного диспергування, в 2-3 рази більша, ніж для низьков'язкого АТГ.
ATH з низькою в'язкістю зменшує поверхневу енергію, скорочує час інфільтрації на 60-70%, а процес диспергування більше відповідає механізму міжфазного ковзання. За однакових умов зсуву час, необхідний для досягнення того самого рівня дисперсії, скорочується більш ніж на 40%.
Під час процесу двошнекової екструзії система наповнення ATH з низькою в’язкістю демонструє:
· Головний тиск знижений на 25-35%
· Зменшити крутний момент на 20-30%
·Максимальна кількість наповнення може бути збільшена на 15-20 процентних пунктів
АТН з низькою в'язкістю має значні переваги на етапі швидкого наповнення:
· Збільшити довжину потоку на 30-50%
· Збільшити міцність лінії зварювання на 20-25%
· Знижена анізотропія продукту (різниця у швидкості усадки зменшилася з 1,2% до 0,4%)
У системах на основі розчинників АТН з низькою в’язкістю може готувати суспензії з вищим вмістом твердих речовин (до 75-80%), зберігаючи при цьому відповідну конструктивну в’язкість.
Слід зазначити, що оптимізація продуктивності обробки може призвести до інших змін продуктивності:
Вогнезахисні характеристики: низька в'язкість АТГ може сповільнити початок температури розкладання АТГ через наявність покриття на поверхні (зазвичай підвищується на 10-20 ℃), але вплив можна мінімізувати шляхом оптимізації швидкості нанесення покриття (рекомендується контролювати на рівні 5-8%).
Механічні властивості: помірне зниження міцності міжфазного з’єднання може бути компенсоване комбінацією зв’язуючих речовин. Дослідження показали, що використання змішаних зв’язуючих речовин (силан+титанат) може відновити міцність на розрив понад 95% від міцності звичайних систем ATH.
Низька в'язкістьATHзавдяки інженерії поверхні досягла значного покращення продуктивності обробки, особливо щодо зменшення в’язкості та підвищення ефективності дисперсії при високих швидкостях зсуву. Вибір ATH слід систематично оцінювати на основі конкретних умов обробки, вимог до наповнення та кінцевих вимог до продуктивності. Для сценаріїв застосування, які прагнуть до ефективної обробки та високого наповнення, технічні переваги ATH з низькою в’язкістю очевидні; У звичайних застосуваннях звичайний ATH все ще має переваги щодо економічної ефективності. Майбутні дослідження мають бути зосереджені на багатофункціональному дизайні поверхні для досягнення кращого балансу між продуктивністю обробки та кінцевою продуктивністю.
