Гідроксид алюмінію (ATH), як найбільш широко використовуваний безгалогенний вогнезахисний наповнювач для епоксидної смоли, гуми, композитних матеріалів та електронних ущільнювальних матеріалів, має численні переваги, такі як вогнестійкість, придушення диму, наповнення, ізоляція та контрольована вартість. Це незамінний функціональний компонент у світовій системі високоякісних матеріалів. Однак у практичних застосуваннях немодифікований гідроксид алюмінію має погану сумісність з органічними полімерними матрицями, слабке міжфазне зв’язування, легку агломерацію через високе наповнення та значно знижені механічні властивості системи, які тривалий час обмежували стабільність продукту та конкурентоспроможність на міжнародному ринку.
Поверхнева обробка є основним технологічним шляхом для вирішення вищезазначених проблемних моментів, а також є найефективнішим засобом для покращення диспергування, змочуваності, сумісності, механічної міцності, термостійкості та довгострокової надійності гідроксиду алюмінію в полімерних системах, таких як епоксидна смола.
Поверхня немодифікованого гідроксиду алюмінію багата гідроксильними групами (-ОН), демонструючи сильну полярність і високі характеристики поверхневої енергії. Він має природні бар’єри на поверхні розділу з органічними матрицями низької полярності, такими як епоксидні смоли та еластомери, що в основному проявляється як:
1. Погана сумісність інтерфейсу, легка агломерація наповнювачів і труднощі з рівномірною дисперсією;
2. Смола не може повністю змочити поверхню наповнювача, утворюючи міжфазні порожнечі та дефекти;
3. Під дією зовнішньої сили може виникнути розрив зв’язку, що призводить до розтріскування матеріалу та крихкого руйнування;
4. Різко зростає в'язкість системи високого наповнення, а технологічна плинність значно погіршується;
5. Міцність на розрив, міцність на вигин і ударна в'язкість зменшуються синхронно, що не може відповідати вимогам додатків високого класу.
Ці проблеми безпосередньо призводять до нездатності продуктів пройти міжнародні сертифікати, такі як UL, IEC, RoHS тощо, а також є ключовими причинами того, чому звичайному гідроксиду алюмінію важко увійти в глобальний ланцюжок постачання високого класу.
Суть обробки поверхні гідроксиду алюмінію полягає в розробці інтерфейсу, яка досягає трьох основних функцій шляхом створення шару органічного покриття на молекулярному рівні на поверхні неорганічних частинок:
1. Зменшити поверхневу енергію, мінімізувати самоагрегацію між частинками та покращити однорідність дисперсії;
2. Відповідність полярності змінює гідрофільність наповнювача на олеофільність, що робить його високосумісним з органічною матрицею;
3. Інтерфейс мостів, утворюючи хімічні зв’язки між наповнювачами та смолами для передачі напруги та підвищення механічної міцності.
Простіше кажучи, обробка поверхні перетворює гідроксид алюмінію з «простого наповнення» на «ефективну синергію» і з «руйнівної дії» на «підвищену продуктивність».
На даний момент високого класугідроксид алюмініюпродукти в усьому світі зазвичай використовують спеціальні або складні агенти для обробки поверхні. Різні системи демонструють значні відмінності в покращенні сумісності, механічному вдосконаленні та плинності обробки. Нижче наведено найбільш зрілі та стабільні технічні маршрути в галузі.
Силанова сполучна речовина є найефективнішим і широко використовуваним методом обробки для підвищення сумісності між гідроксидом алюмінію та епоксидною смолою, особливо підходить для високоякісних галузей, таких як електронні ущільнювачі, лиття та мідні ламінати.
Механізм дії:
-Один кінець молекули силану утворює стійкий ковалентний зв'язок з гідроксильною групою на поверхні АТГ;
- Інший кінець містить функціональні групи, такі як епоксидні, аміно- та вінілові групи, які можуть безпосередньо брати участь у реакції затвердіння епоксидної смоли;
- Утворює міцний «молекулярний міст» на межі розділу, що значно покращує міжфазну адгезію.
Ефект посилення:
-Покращує сумісність і диспергируемость більш ніж на 50%;
-Підвищення міцності на розрив і міцність на вигин на 20% -40%;
-Значне покращення ударної в'язкості без розтріскування або крихкого руйнування;
-При високому наповненні в'язкість нижча, а текучість стабільніша.
Реагенти для обробки ефірів титану та алюмінію підходять для систем композиційних матеріалів, які потребують великої кількості додавання, низької в’язкості та сильної змочуваності, і можуть значно покращити міжфазну змащувальну здатність і текучість.
Механізм дії:
- Одношарове молекулярне покриття зменшує тертя між частинками;
-Структура довгого ланцюга переплітається зі смолою матриці для підвищення сумісності;
- Не утворює жорсткий інтерфейс, збалансовуючи міцність і технологічність.
Ефект посилення:
- В'язкість системи значно зменшилася, що дозволяє досягти більш високих рівнів наповнення;
-Рівномірно диспергований, без агрегації або поділу;
- Поверхня матеріалу стала гладкішою, а зовнішній вигляд і технологічність значно оптимізовані.
Гіперрозгалужена полімерна композитна обробка стала новою основною технологією для найкращих у світі матеріалів, які потребують високої вогнестійкості, високого CTI, високої ізоляції та високої надійності.
Механізм дії:
- Багаторозгалужена структура забезпечує просторову перешкоду, повністю запобігаючи агрегації частинок;
- Висока щільність функціональних груп, міцніший і стабільніший зв'язок інтерфейсу;
- Низьке поглинання вологи та низький діелектрик, підходить для електронних пристроїв високого класу.
Ефект посилення:
-Інтерфейс не виходить з ладу в довготривалих вологих і гарячих середовищах;
-Значне покращення ізоляції та стійкості до напруги;
- Досягнення оптимального балансу між механічними властивостями та вогнестійкістю.
Обробка поверхні - це не просто «змішування та перемішування», лише точний контроль умов процесу може максимізувати ефект модифікації.
1. Точний контроль кількості доданого лікувального засобу
Недостатній засіб для обробки → неповне покриття;
Надлишок засобу для обробки → поява вільного шару на межі розділу, що знижує міцність затвердіння та термостійкість.
Оптимальна кількість добавки: 0,5% -2,0% від маси гідроксиду алюмінію.
2. Температура та час активації
Різним агентам обробки відповідають різні температури активації, щоб забезпечити повне утворення хімічних зв’язків, а не фізичну адсорбцію.
-Силановий сполучний агент: 100 ℃ -150 ℃, 60-120 хвилин;
-Титанат/алюмінат: 80 ℃ -120 ℃, 30-60 хвилин.
3. Висока рівномірна дисперсія
Застосування процесів високошвидкісного змішування, сухого покриття та динамічного подрібнення для забезпечення рівномірного покриття кожної частинки гідроксиду алюмінію та запобігання локальній агломерації.
4. Контроль низької вологості
Суворо контролюйте вміст вологи після обробки, щоб уникнути таких проблем, як затвердіння, спінювання та погіршення ізоляції епоксидної смоли відповідно до міжнародних стандартів електроніки.
Після професійної обробки поверхні,гідроксид алюмініюможна досягти комплексного підвищення продуктивності шляхом додавання епоксидної смоли:
1. Значне покращення сумісності: відсутність розшарування, відсутність осідання, відсутність агломерації, високий рівень наповнення все ще підтримує рівномірну стабільність;
2. Значне покращення механічних властивостей: комплексне покращення міцності на розрив, міцність на вигин та ударну в’язкість, що робить його менш схильним до розтріскування;
3. Міцніше з’єднання між поверхнями: вища продуктивність після старіння вологого тепла та термічного удару;
4. Краща текучість обробки: менша в'язкість, підходить для автоматизованих процесів ущільнення, заливки та формування;
5. Поліпшення ізоляції та надійності: зменшено порожнечі в інтерфейсі, опір напрузі, значення CTI та довгострокова стабільність відповідають міжнародним вимогам високого рівня;
6. Вища вогнезахисна ефективність: рівномірна дисперсія змушує ATH зазнавати більш синхронного термічного розкладання, що призводить до більш стабільного вогнезахисного ефекту та ефекту придушення диму.
Поверхнева обробка гідроксиду алюмінію є основною технологією для покращення сумісності наповнювачів, міцності міжфазного зв’язку, механічних властивостей системи, плинності та довгострокової надійності. Завдяки науковим модифікаціям, таким як силан, титанат і гіперрозгалужені полімери, бар’єр розділу між неорганічними наповнювачами та органічними матрицями можна фундаментально усунути, що робить реальністю системи епоксидної смоли з високим наповненням, високоефективні, безгалогенні та екологічно чисті.
На сучасному глобальному ринку високоякісних матеріалів, що стає дедалі більш конкурентоспроможним, продукти на основі гідроксиду алюмінію зі стабільними, ефективними та стандартизованими технологіями обробки поверхні є не лише ключем до оновлення рецептури, але й важливою підтримкою для підприємств, щоб відкрити міжнародні ринки, досягти якісних проривів і встановити довгострокову конкурентоспроможність.
