Inden for polymer flammehæmmer,aluminiumhydroxid (ATH)har længe haft en kerneposition på det flammehæmmende marked på grund af dets fordele ved ikke-toksicitet, røgundertrykkelse, miljøvenlighed og relativt lave omkostninger. Almindelig ATH fremstillet ved traditionel udfældningsmetode afslører dog ofte begrænsninger såsom stor fyldningsmængde, dårlig kompatibilitet og alvorlige mekaniske tab, når de opfylder de stadig mere krævende højtydende krav til polymermaterialer. I de senere år er den slibende ATH (også kendt som "modificeret ATH" eller "ultrafin ATH"), der er dybt bearbejdet gennem fysisk behandlingsteknologi, dukket op som en ny kraft, der fører til en vigtig opgradering inden for ATH-applikationsteknologi. Denne artikel vil dybt analysere de væsentlige forskelle mellem jord ATH og almindelig ATH fra de professionelle perspektiver af materialevidenskab, overfladefysisk kemi og kompositmateriale interface engineering.
Almindelig ATH: refererer normalt til aluminiumhydroxid, der udfældes direkte gennem våde kemiske processer, såsom Bayer-processen (nedbrydning af natriumaluminatopløsning) eller ammoniumbicarbonatproces. Dens krystalmorfologi er for det meste uregelmæssig pladelignende, prismatisk eller sfærisk, med en bred partikelstørrelsesfordeling (D50 sædvanligvis i området 10-50μm), hydrofil overflade, der indeholder et stort antal hydroxylgrupper (-OH) og udviser stærk polaritet.
Slibning ATH: Ved at bruge almindelig ATH som råmateriale udføres dybdegående forarbejdning gennem en mekanokemisk proces. Denne proces er ikke blot "knusning", men snarere processen med at opnå partikelforfining, sfæroidisering og rekonstruktion af overfladens fysisk-kemiske egenskaber under højintensiv mekanisk energi (såsom luftstrømsfræsning, kuglefræsning og mellemfræsning). De vigtigste procesparametre omfatter energiinput, mediumvalg, atmosfærekontrol og mulig in-situ overflademodifikation.
·Almindelig ATH: Krystalstrukturen er intakt, men agglomerationsfænomenet er alvorligt (på grund af høj overfladeenergi og stærk hydrogenbinding). Ru overflader og skarpe kanter kan nemt danne spændingskoncentrationspunkter i kompositmaterialer.
· Slibning af ATH: Der er opnået betydelig morfologisk regulering.
·Partikelstørrelse og fordeling: Mediandiameteren (D50) kan reduceres til 1-3μm eller endda submikronniveau, og partikelstørrelsesfordelingen (PSD) er smallere. Ifølge laserdiffraktionsanalysen af ISO 13320-standarden er distributionsspændet væsentligt reduceret.
· Udseende: tendens til en mere regelmæssig næsten sfærisk eller næsten sfærisk form. Sfæroidisering reducerer ikke kun det specifikke overfladeareal, men endnu vigtigere, reducerer i høj grad kanterne og hjørnerne af partikler, hvilket er nøglen til at forbedre flydeevnen og de mekaniske egenskaber af kompositmaterialer.
· Overfladetilstand: Under påvirkning af højenergi mekanisk kraft undergår partikeloverfladens krystalstruktur delvis forvrængning eller amorfisering, og de aktive steder øges, hvilket giver et mere ideelt substrat til efterfølgende overflademodifikation.
Den kemiske sammensætning af begge er Al(OH)3, og den vigtigste termiske nedbrydningsreaktion er konsistent (endoterm nedbrydning begynder ved ca. 200 ℃ for at danne Al2O3 og H2O). Men mikroforskelle fører til forskellig adfærd:
·Almindelig ATH: Nedbrydningsinitieringen og toptemperaturerne er relativt koncentrerede, og den endoterme top er bredere. Store partikler kan forårsage ujævn intern varmeoverførsel, hvilket påvirker ensartetheden af flammehæmmende effektivitet.
· Slibning ATH:
·Bedre dispergerbarhed resulterer i en mere ensartet fordeling i matrixen, mere synkroniseret varmeoverførsel og nedbrydning og mere effektiv varmeabsorption og køleeffekter.
· Et større specifikt overfladeareal (som stadig kan stige på grund af ultrafin forfining ved samme vægt efter sfæroidisering) betyder et større kontaktreaktionsområde med flammen/varmekilden, som kan sprede varmen hurtigere og frigive vanddamp for at fortynde brændbare gasser.
· Nedbrydningsresten (Al₂O₃) kan danne et tættere og mere kontinuerligt beskyttende keramisk lag på grund af de finere precursorpartikler, hvilket resulterer i en bedre barriereeffekt.
Dette er kernen, der bestemmer de endelige mekaniske egenskaber af kompositmaterialer.
·Almindelig ATH: Stærke polære overflader har dårlig kompatibilitet med ikke-polære/svagt polære polymerer (såsom PP, PE, EVA). Grænsefladebindingen er svag og danner et 'svagt grænselag'. Under høje fyldningsniveauer (kræver ofte >60 % for at opfylde flammehæmmende standarder), er materialets trækstyrke, slagstyrke og brudforlængelse alvorligt kompromitteret.
· Slibning ATH:
·Forbedret fysisk tilpasningsevne: Kugleformede partikler har fremragende flydende evne i smeltede polymerer, med tættere pakning og reduceret indre spænding, lavere smelteviskositet (ved samme fyldningsmængde) og i høj grad forbedre bearbejdningsydelsen (såsom ekstruderingshastighed og injektionsflydeevne).
· Forbedring af grænsefladebinding: Overfladen aktiveret af mekanisk kraft er mere tilbøjelig til kemisk binding eller stærk adsorption med overflademodifikatorer (såsom silan, titanat, aluminatkoblingsmidler). Overfladeenergien af det modificerede jord-ATH reduceres, og fugtbarheden og sammenfiltringen med polymerkæder forbedres, hvilket opnår en overgang fra "fysisk fyldning" til "grænsefladeforbedring".
| Performance dimension | Almindelig ATH | Slibning af ATH (især efter overflademodifikation) |
| Flammehæmmende effektivitet | Fair, kan opfylde standarden under høj fyldevolumen | Bedre, det kan reducere påfyldningsmængden (5-15 % reduktionsplads) under samme flammehæmmende niveau |
| Mekaniske egenskaber | Alvorlig forringelse, høj skørhed | Betydelig retention med meget højere retentionsrater for slagstyrke og trækstyrke end almindelige ATH-påfyldningssystemer |
| Bearbejdelighed | Høj smelteviskositet, højt drejningsmoment, højt energiforbrug | God likviditet, behandlingstemperatur kan reduceres, produktionskapaciteten kan øges, og udstyrsslitage kan reduceres |
| Produktets udseende | Overfladeruhed, lav glans | Glat overflade, delikat berøring, øget glans, befordrende for farvning |
| Elektriske egenskaber | På grund af fugtoptagelse og urenheder er volumenmodstanden ustabil | Mere stabil, især velegnet til felter med høje krav til elektrisk ydeevne såsom ledninger og kabler |
Slibning ATHer ikke en simpel erstatning for almindelig ATH, men et højtydende flammehæmmende materiale, der opnår integreret design af strukturmorfologisk overflade gennem avancerede mekanokemiske processer. Dens kerneværdi ligger i:
1. Den iboende modsætning mellem høj fyldnings- og bearbejdningsflydeevne, såvel som mekaniske egenskaber, er blevet løst gennem formoptimering (ultraforfining, sfæroidisering).
2. Ved overfladeaktivering og modifikation er grænsefladeadhæsionen med polymermatrixen blevet fundamentalt forbedret, hvilket transformerer det "inerte fyldstof" til en "funktionsforbedrende komponent".
3. Ved at forbedre ensartetheden og effektiviteten af flammehæmmende effektivitet giver det mulighed for "reduktion og forøgelse af effektiviteten" af halogenfri flammehæmmende formler og design af produkter med tyndere vægge eller højere ydeevne.
