Гидроксид алюминия (АТН)является наиболее широко используемым экологически чистым огнезащитным наполнителем в полимерных материалах, и эффективность его обработки напрямую влияет на эффективность подготовки и конечные характеристики композиционных материалов. В этой статье систематически анализируются различия между обычным ATH и ATH низкой вязкости в поверхностных свойствах, реологическом поведении, механизме диспергирования и технологичности с точки зрения материаловедения, обеспечивая теоретическую основу для выбора в промышленных применениях.
Обычный ATH обычно производится с использованием процесса Байера с широким распределением частиц по размерам (1–25 мкм), высокой поверхностной энергией (около 70–100 мДж/м²) и очевидными характеристиками полярности. Его кристаллическая структура в основном состоит из α-Al(OH)₃, а поверхностная плотность гидроксила может достигать 4-8 OH/нм². Эти активные центры склонны образовывать сети водородных связей, что приводит к усилению межмолекулярных взаимодействий.
АТН низкой вязкости получают путем модификации поверхности или специальных процессов кристаллизации, а поверхностную энергию можно снизить до 30-50 мДж/м². Ключевые технологии включают в себя:
·Покрытие поверхности из органического силана/жирной кислоты (степень покрытия может достигать более 85%)
·Контроль роста кристаллов для формирования более правильной формы
·Частичная этерификация поверхностных гидроксильных групп (степень модификации обычно>60%)
При высоких скоростях сдвига (1000 с ⁻¹) вязкость расплава системы наполнения ATH низкой вязкости (объем заполнения 60%) может быть снижена на 40-60% по сравнению с обычным ATH. Эта разница обусловлена:
·Уменьшается коэффициент трения между частицами (с 0,35 до 0,15-0,20)
·Сочетание различий в содержании воды (ATH низкой вязкости обычно <0,2%)
Обычная суспензионная система ATH демонстрирует значительный предел текучести (обычно> 50 Па), в то время как модифицированный ATH с низкой вязкостью может снизить предел текучести до уровня ниже 10 Па, что значительно улучшает характеристики инициирования потока на ранней стадии обработки.
Дисперсия обычныхАТНВ расплаве полимера следует модели агломерации, фрагментации и диссоциации, требующей высокого напряжения сдвига (> 10⁵Па) для достижения эффективного диспергирования. Эксперименты показали, что энергия, необходимая для полного диспергирования, в 2-3 раза выше, чем у маловязкого АТН.
Низкая вязкость ATH снижает поверхностную энергию, сокращает время инфильтрации на 60-70%, а процесс диспергирования больше соответствует механизму межфазного скольжения. При тех же условиях сдвига время, необходимое для достижения того же уровня дисперсии, сокращается более чем на 40%.
В процессе двухшнековой экструзии система розлива ATH низкой вязкости демонстрирует:
·Давление в голове снижено на 25-35%
·Снизить крутящий момент на 20-30%
·Максимальная сумма заполнения может быть увеличена на 15-20 процентных пунктов.
АТН низкой вязкости имеет значительные преимущества на этапе быстрого наполнения:
·Увеличить длину потока на 30-50%
·Увеличить прочность сварного шва на 20-25%
·Уменьшена анизотропия продукта (разница в степени усадки уменьшена с 1,2% до 0,4%)
В системах на основе растворителей ATH низкой вязкости позволяет готовить растворы с более высоким содержанием твердых веществ (до 75-80%), сохраняя при этом соответствующую конструкционную вязкость.
Следует отметить, что оптимизация производительности обработки может привести к другим изменениям производительности:
Огнезащитные характеристики: ATH низкой вязкости может задерживать температуру начала разложения ATH из-за наличия поверхностного покрытия (обычно увеличивается на 10-20 ℃), но воздействие можно свести к минимуму за счет оптимизации скорости нанесения покрытия (рекомендуется контролировать 5-8%).
Механические свойства: Умеренное снижение прочности межфазного соединения можно компенсировать комбинацией связующих веществ. Исследования показали, что использование смешанных связующих агентов (силан+титанат) может восстановить прочность на разрыв до более чем 95% от прочности обычных систем ATH.
Низкая вязкостьАТНдобилась значительного улучшения производительности обработки за счет обработки поверхности, особенно в снижении вязкости и повышении эффективности диспергирования при высоких скоростях сдвига. Выбор ATH следует систематически оценивать на основе конкретных условий обработки, требований к заполнению и требований к окончательным характеристикам. Для сценариев применения, требующих эффективной обработки и высокого наполнения, технические преимущества ATH низкой вязкости очевидны; В обычных приложениях обычный ATH по-прежнему имеет преимущества с точки зрения экономической эффективности. Будущие исследования должны быть сосредоточены на дизайне многофункциональных поверхностей, чтобы достичь лучшего баланса между производительностью обработки и конечными характеристиками.
