Aluminium hidroksida (ATH)adalah pengisi kalis api mesra alam yang paling banyak digunakan dalam bahan polimer, dan prestasi pemprosesannya secara langsung mempengaruhi kecekapan penyediaan dan prestasi akhir bahan komposit. Artikel ini menganalisis secara sistematik perbezaan antara ATH biasa dan ATH kelikatan rendah dalam sifat permukaan, tingkah laku reologi, mekanisme serakan dan kebolehsuaian pemprosesan dari perspektif sains bahan, menyediakan asas teori untuk pemilihan dalam aplikasi industri.
ATH biasa biasanya dihasilkan menggunakan proses Bayer, dengan taburan saiz zarah yang luas (1-25μm), tenaga permukaan yang tinggi (kira-kira 70-100mJ/m²), dan ciri kekutuban yang jelas. Struktur kristalnya terutamanya terdiri daripada α-Al(OH)₃, dan ketumpatan hidroksil permukaan boleh mencapai 4-8 OH/nm². Tapak aktif ini terdedah kepada membentuk rangkaian ikatan hidrogen, yang membawa kepada interaksi antara molekul yang dipertingkatkan.
ATH kelikatan rendah disediakan melalui pengubahsuaian permukaan atau proses penghabluran khas, dan tenaga permukaan boleh dikurangkan kepada 30-50 mJ/m². Teknologi utama termasuk:
·Salutan permukaan silane/asid lemak organik (kadar liputan boleh mencapai lebih 85%)
· Kawalan pertumbuhan kristal untuk membentuk bentuk yang lebih teratur
·Pengesteran separa kumpulan hidroksil permukaan (kadar pengubahsuaian biasanya>60%)
Pada kadar ricih yang tinggi (1000 s ⁻¹), kelikatan cair sistem pengisian ATH kelikatan rendah (jumlah pengisian 60%) boleh dikurangkan sebanyak 40-60% berbanding ATH biasa. Perbezaan ini berpunca daripada:
·Pekali geseran antara zarah berkurangan (dari 0.35 kepada 0.15-0.20)
·Menggabungkan perbezaan dalam kandungan air (ATH kelikatan rendah biasanya<0.2%)
Sistem penggantungan ATH biasa mempamerkan tegasan hasil yang ketara (biasanya>50 Pa), manakala ATH kelikatan rendah yang diubah suai boleh mengurangkan tegasan hasil kepada di bawah 10 Pa, yang meningkatkan prestasi permulaan aliran dengan ketara pada peringkat pemprosesan awal.
Penyerakan biasaATHdalam leburan polimer mengikut model pemisahan pemecahan aglomerasi, memerlukan tegasan ricih tinggi (>10⁵Pa) untuk mencapai penyebaran yang berkesan. Eksperimen telah menunjukkan bahawa tenaga yang diperlukan untuk penyebaran lengkap adalah 2-3 kali lebih tinggi daripada ATH kelikatan rendah.
ATH kelikatan rendah mengurangkan tenaga permukaan, memendekkan masa penyusupan sebanyak 60-70%, dan proses penyebaran lebih selaras dengan mekanisme gelinciran antara muka. Di bawah keadaan ricih yang sama, masa yang diperlukan untuk mencapai tahap serakan yang sama dikurangkan lebih daripada 40%.
Semasa proses penyemperitan skru berkembar, sistem pengisian ATH kelikatan rendah mempamerkan:
·Tekanan kepala dikurangkan sebanyak 25-35%
·Kurangkan tork sebanyak 20-30%
·Jumlah pengisian maksimum boleh ditingkatkan sebanyak 15-20 mata peratusan
ATH kelikatan rendah mempunyai kelebihan yang ketara dalam peringkat pengisian cepat:
·Tingkatkan panjang aliran sebanyak 30-50%
·Meningkatkan kekuatan talian kimpalan sebanyak 20-25%
·Mengurangkan anisotropi produk (perbezaan kadar pengecutan menurun daripada 1.2% kepada 0.4%)
Dalam sistem berasaskan pelarut, kelikatan rendah ATH boleh menyediakan buburan dengan kandungan pepejal yang lebih tinggi (sehingga 75-80%) sambil mengekalkan kelikatan pembinaan yang sesuai.
Perlu diingat bahawa mengoptimumkan prestasi pemprosesan boleh membawa kepada perubahan prestasi lain:
Prestasi kalis api: ATH kelikatan rendah mungkin melambatkan suhu permulaan penguraian ATH disebabkan oleh kehadiran salutan permukaan (biasanya meningkat sebanyak 10-20 ℃), tetapi impaknya boleh diminimumkan dengan mengoptimumkan kadar salutan (disyorkan untuk dikawal pada 5-8%).
Sifat mekanikal: Pengurangan sederhana dalam kekuatan ikatan antara muka boleh dikompensasikan dengan gabungan agen gandingan. Kajian telah menunjukkan bahawa penggunaan agen gandingan campuran (silane+titanate) boleh memulihkan kekuatan tegangan kepada lebih 95% daripada sistem ATH biasa.
Kelikatan rendahATHtelah mencapai peningkatan ketara dalam prestasi pemprosesan melalui kejuruteraan permukaan, terutamanya dalam mengurangkan kelikatan dan meningkatkan kecekapan serakan pada kadar ricih yang tinggi. Pemilihan ATH hendaklah dinilai secara sistematik berdasarkan keadaan pemprosesan tertentu, keperluan pengisian dan keperluan prestasi akhir. Untuk senario aplikasi yang mengejar pemprosesan yang cekap dan pengisian tinggi, kelebihan teknikal ATH kelikatan rendah adalah jelas; Dalam aplikasi konvensional, ATH biasa masih mempunyai kelebihan keberkesanan kos. Penyelidikan masa depan harus memberi tumpuan kepada reka bentuk permukaan pelbagai fungsi untuk mencapai keseimbangan yang lebih baik antara prestasi pemprosesan dan prestasi akhir.
