В області полімерних композиційних матеріалів застосуваннягідроксид алюмінію (АТГ)як ефективний безгалогенний вогнезахисний наповнювач має вирішальне значення. Однак погана сумісність і тенденція до агрегації між ATH і смоляною матрицею довго обмежували їх повну продуктивність. Традиційне сухе змішування часто призводить до нерівномірного диспергування та утворення слабких місць напруги. Впровадження технології мокрого помелу забезпечує наукове та ефективне вирішення цієї проблеми.
Мокре подрібнення — це не простий процес зменшення розміру частинок, а спільна інженерна робота, яка забезпечує одночасне очищення частинок, модифікацію поверхні та активацію межі розділу в рідкому середовищі.
Мокре подрібнення застосовує до суспензії високочастотні сили удару, зсуву та тертя через шліфувальні кульки (такі як діоксид цирконію) у рідкофазному середовищі, де присутні допоміжні речовини для розмелювання (такі як диспергатори). Ця сила може ефективно деполімеризувати тверді агрегати АТГ і спричинити руйнування вихідних кристалічних частинок.
·Зменшення розміру частинок: стабілізація та контроль розміру частинок D50 до субмікронного або навіть нанометрового рівня. Відповідно до класичної теорії інфільтрації де Жена, менші розміри частинок зменшують капілярний тиск (Δ P ∝ γ/r, де γ — поверхневий натяг, а r — радіус пор), необхідний для подолання мікропор і дефектів на поверхні частинок, заповнених розплавом смоли, тим самим сприяючи мікроінфільтрації.
Рідкофазне середовище мокрого помелу забезпечує ідеальне місце реакції для «онлайн» модифікації поверхні. Під час або після процесу подрібнення можна одночасно додавати модифікатори поверхні (такі як силанові сполучні агенти, титанатні сполучні агенти, жирні кислоти тощо).
·Реакція прищеплення in situ: беручи за приклад силанові сполучні агенти (такі як KH-550, KH-560), їхні алкоксигрупи гідролізуються в силанол під дією водного каталізу, а потім піддаються реакції конденсації з гідроксильними групами на поверхні ATH для утворення міцних ковалентних зв’язків Si-O-Al. Його довгі органічні ланцюги (такі як аміно- та епоксидні групи) простягаються до матриці смоли та можуть брати участь у реакції затвердіння смоли або утворювати фізичне зчеплення.
· Фундаментальне покращення міжфазної енергії: модифікована поверхня ATH змінюється з гідрофільної на олеофільну (гідрофобну), а її поверхнева вільна енергія (γ _ s) наближається до вільної поверхні поверхні (γ _ l) смоли. Відповідно до рівняння змочування Юнга (γ - sv=γ - sl+γ - lv cos θ), зменшення контактного кута θ і збільшення cos θ вказують на фундаментальне поліпшення змочувальної здатності смоли (розтікання) по відношенню до частинок. Значне зниження міжфазного натягу (γ _stl) є прямою термодинамічною рушійною силою для покращення змочуваності.
Диспергатори (такі як поліелектроліти та полімерні поверхнево-активні речовини) у суспензіях мокрого подрібнення зберігають довгострокову стабільність дисперсії.ATHчастинок у рідкій фазі через подвійний механізм електростатичного відштовхування та стеричних перешкод. Цей стабільний стан закладає основу для попереднього диспергування при подальшому змішуванні зі смолами.
· Електростатична стабільність (теорія DLVO): іонні диспергатори адсорбуються на поверхні частинок, утворюючи подвійний шар. Коли частинки зближуються, вони розходяться внаслідок електростатичного відштовхування.
·Стабільність стеричних перешкод: довгі ланцюги полімерних диспергаторів утворюють адсорбційний шар на поверхні частинок. Коли частинки наближаються, адсорбційні шари, що перекриваються, викликають зменшення конформаційної ентропії полімерних ланцюгів і підвищення осмотичного тиску, що призводить до сильної сили відштовхування.
Ця попередньо диспергована стабільна структура може бути максимально збережена під час змішування, сушіння або процесу затвердіння суспензії ATH і смоли, досягаючи «ідеального перенесення» в матрицю смоли.
ATH, оброблений за допомогою технології мокрого шліфування, забезпечує глибоку інтеграцію від макро до мікро, і від фізики до хімії в смолі, що в кінцевому підсумку відображається у всебічному покращенні властивостей композитного матеріалу:
· Чудова рівномірність дисперсії: під скануючою електронною мікроскопією (SEM) можна спостерігати частинки ATH, рівномірно розподілені в безперервній фазі смоли в нанометровому/субмікронному масштабі, без видимих агрегатів.
· Міцніше з’єднання між поверхнями: модифікована поверхня утворює ефективний «гнучкий шар» або хімічний зв’язок, що дозволяє ефективно передавати напругу та значно покращує механічну міцність (на розрив, ударну міцність) і довговічність матеріалу.
·Стабільна вогнезахисна ефективність і фізичні властивості: Рівномірна дисперсія забезпечує синергетичний, ефективний і стабільний бар'єрний ефект вогнезахисних компонентів у вогні, уникаючи при цьому локального погіршення продуктивності, викликаного агломерацією наповнювача.
· Покращена реологія обробки: хороше змочування частинок, менша агломерація, може значно зменшити в'язкість розплаву композитного матеріалу, збільшити кількість наповнення та плинність обробки.
Технологія мокрого помелу систематично долає проблему інфільтрації та дисперсіїгідроксид алюмініюв матриці смоли завдяки потрійному синергічному ефекту фізичного дроблення, хімічної модифікації та стабілізації дисперсії. Він термодинамічно зменшує міжфазну енергію та забезпечує розподілену рушійну силу та механізм кінетичної стабільності, завдяки чому досягається тісний зв’язок між наповнювачем і матрицею на нанорозмірі. Це не лише технологічна інновація, але й глибоке застосування теорії науки про колоїди та межі поділу, що забезпечує ключовий технологічний шлях для розробки наступного покоління високоефективних полімерних композиційних матеріалів із високим наповненням і функціональними властивостями.
