Dalam bidang kalis api polimer,aluminium hidroksida (ATH)telah lama memegang kedudukan teras dalam pasaran kalis api kerana kelebihannya yang tidak ketoksikan, penindasan asap, mesra alam dan kos yang agak rendah. Walau bagaimanapun, ATH biasa yang disediakan melalui kaedah pemendakan tradisional sering mendedahkan had seperti jumlah isian yang besar, keserasian yang lemah, dan kehilangan mekanikal yang teruk apabila memenuhi keperluan bahan polimer berprestasi tinggi yang semakin menuntut. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, ATH pengisaran (juga dikenali sebagai "ATH diubah suai" atau "ATH ultrafine") yang diproses secara mendalam melalui teknologi pemprosesan fizikal telah muncul sebagai kuasa baharu, yang menerajui peningkatan penting dalam teknologi aplikasi ATH. Artikel ini akan menganalisis secara mendalam perbezaan penting antara ATH tanah dan ATH biasa dari perspektif profesional sains bahan, kimia fizikal permukaan dan kejuruteraan antara muka bahan komposit.
ATH biasa: biasanya merujuk kepada aluminium hidroksida yang dimendakkan secara langsung melalui proses kimia basah seperti proses Bayer (penguraian larutan natrium aluminat) atau proses ammonium bikarbonat. Morfologi kristalnya kebanyakannya tidak teratur seperti plat, prismatik atau sfera, dengan taburan saiz zarah yang luas (D50 biasanya dalam julat 10-50μm), permukaan hidrofilik, mengandungi sejumlah besar kumpulan hidroksil (- OH), dan mempamerkan kekutuban yang kuat.
Mengisar ATH: Menggunakan ATH biasa sebagai bahan mentah, pemprosesan mendalam dijalankan melalui proses mekanokimia. Proses ini bukan sekadar "menghancurkan", sebaliknya proses mencapai penghalusan zarah, sferoidisasi, dan pembinaan semula sifat fizikokimia permukaan di bawah tenaga mekanikal berintensiti tinggi (seperti pengilangan aliran udara, pengilangan bebola dan pengilangan sederhana). Parameter proses utama termasuk input tenaga, pemilihan sederhana, kawalan atmosfera dan kemungkinan pengubahsuaian permukaan in-situ.
·ATH biasa: Struktur kristal adalah utuh, tetapi fenomena aglomerasi adalah teruk (disebabkan oleh tenaga permukaan yang tinggi dan ikatan hidrogen yang kuat). Permukaan kasar dan tepi tajam boleh membentuk titik kepekatan tegasan dalam bahan komposit.
·Mengisar ATH: Peraturan morfologi yang ketara telah dicapai.
·Saiz dan taburan zarah: Diameter median (D50) boleh dikurangkan kepada 1-3μm atau bahkan tahap sub mikron, dan taburan saiz zarah (PSD) lebih sempit. Menurut analisis pembelauan laser standard ISO 13320, rentang pengedaran dikurangkan dengan ketara.
· Penampilan: cenderung ke arah bentuk hampir sfera atau separa sfera yang lebih teratur. Spheroidization bukan sahaja mengurangkan luas permukaan tertentu, tetapi yang lebih penting, sangat mengurangkan tepi dan sudut zarah, yang merupakan kunci untuk meningkatkan kebolehliran dan sifat mekanikal bahan komposit.
·Keadaan permukaan: Di bawah tindakan daya mekanikal bertenaga tinggi, struktur kristal permukaan zarah mengalami herotan separa atau amorfisasi, dan tapak aktif bertambah, menyediakan substrat yang lebih ideal untuk pengubahsuaian permukaan seterusnya.
Komposisi kimia kedua-duanya ialah Al(OH)₃, dan tindak balas penguraian terma utama adalah konsisten (penguraian endotermik bermula pada kira-kira 200 ℃ untuk membentuk Al₂O₃ dan H₂O). Tetapi perbezaan mikro membawa kepada tingkah laku yang berbeza:
·ATH biasa: Permulaan penguraian dan suhu puncak agak tertumpu, dan puncak endotermik lebih luas. Zarah besar boleh menyebabkan pemindahan haba dalaman tidak sekata, menjejaskan keseragaman kecekapan kalis api.
·Mengisar ATH:
·Keterserakan yang lebih baik menghasilkan pengagihan yang lebih seragam dalam matriks, pemindahan dan penguraian haba yang lebih segerak, dan kesan penyerapan dan penyejukan haba yang lebih cekap.
·Kawasan permukaan khusus yang lebih besar (yang mungkin masih bertambah disebabkan oleh penapisan ultrahalus pada berat yang sama selepas sferoidisasi) bermakna kawasan tindak balas sentuhan yang lebih besar dengan sumber nyalaan/haba, yang boleh menghilangkan haba dengan lebih cepat dan membebaskan wap air untuk mencairkan gas mudah terbakar.
·Sisa penguraian (Al₂O₃) mungkin membentuk lapisan seramik pelindung yang lebih tumpat dan berterusan disebabkan oleh zarah prekursor yang lebih halus, menghasilkan kesan penghalang yang lebih baik.
Ini adalah teras yang menentukan sifat mekanikal akhir bahan komposit.
·ATH biasa: Permukaan kutub yang kuat mempunyai keserasian yang lemah dengan polimer non-polar/kutub lemah (seperti PP, PE, EVA). Ikatan antara muka adalah lemah, membentuk 'lapisan sempadan yang lemah'. Di bawah tahap pengisian yang tinggi (selalunya memerlukan>60% untuk memenuhi piawaian kalis api), kekuatan tegangan, keliatan hentaman dan pemanjangan semasa pecah bahan terjejas teruk.
·Mengisar ATH:
·Kebolehsuaian fizikal yang lebih baik: Zarah sfera mempunyai kecairan yang sangat baik dalam polimer cair, dengan pembungkusan yang lebih ketat dan tekanan dalaman yang berkurangan, kelikatan cair yang lebih rendah (pada jumlah pengisian yang sama), dan sangat meningkatkan prestasi pemprosesan (seperti kelajuan penyemperitan dan kebolehaliran suntikan).
·Peningkatan pengikatan antara muka: Permukaan yang diaktifkan oleh daya mekanikal lebih terdedah kepada ikatan kimia atau penjerapan kuat dengan pengubah permukaan (seperti silane, titanat, agen gandingan aluminat). Tenaga permukaan ATH tanah yang diubah suai dikurangkan, dan kebolehbasahan dan keterjeratan dengan rantai polimer dipertingkatkan, mencapai peralihan daripada "pengisian fizikal" kepada "peningkatan antara muka".
| Dimensi prestasi | ATH biasa | Pengisaran ATH (terutamanya selepas pengubahsuaian permukaan) |
| Kecekapan kalis api | Adil, boleh memenuhi standard di bawah volum pengisian yang tinggi | Lebih baik, ia boleh mengurangkan jumlah pengisian (ruang pengurangan 5-15%) di bawah tahap kalis api yang sama |
| Sifat mekanikal | Kemerosotan teruk, kerapuhan yang tinggi | Pengekalan yang ketara, dengan kadar pengekalan kekuatan hentaman dan kekuatan tegangan yang jauh lebih tinggi daripada sistem pengisian ATH biasa |
| Kebolehmesinan | Kelikatan cair yang tinggi, tork yang tinggi, penggunaan tenaga yang tinggi | Kecairan yang baik, suhu pemprosesan dapat dikurangkan, kapasiti pengeluaran dapat ditingkatkan, dan haus peralatan dapat dikurangkan |
| Penampilan produk | Kekasaran permukaan, glossiness rendah | Permukaan licin, sentuhan halus, peningkatan glossiness, kondusif untuk mewarna |
| Sifat elektrik | Disebabkan oleh penyerapan lembapan dan kekotoran, kerintangan isipadu tidak stabil | Lebih stabil, terutamanya sesuai untuk medan yang mempunyai keperluan prestasi elektrik yang tinggi seperti wayar dan kabel |
Mengisar ATHbukan pengganti mudah untuk ATH biasa, tetapi bahan kalis api berprestasi tinggi yang mencapai reka bentuk bersepadu permukaan morfologi struktur melalui proses mekanokimia lanjutan. Nilai terasnya terletak pada:
1. Percanggahan yang wujud antara pengisian tinggi dan kebolehlilir pemprosesan, serta sifat mekanikal, telah diselesaikan melalui pengoptimuman bentuk (pemurnian ultra, sferoidisasi).
2. Dengan pengaktifan dan pengubahsuaian permukaan, lekatan antara muka dengan matriks polimer telah dipertingkatkan secara asasnya, mengubah "pengisi lengai" menjadi "komponen peningkatan berfungsi".
3. Dengan meningkatkan keseragaman dan keberkesanan kecekapan kalis api, ia memberikan kemungkinan untuk "pengurangan dan peningkatan kecekapan" formula kalis api bebas halogen dan reka bentuk produk dengan dinding yang lebih nipis atau prestasi yang lebih tinggi.
