Inom området polymer flamskyddsmedel,aluminiumhydroxid (ATH)har länge haft en central position på marknaden för flamskyddsmedel på grund av dess fördelar med icke toxicitet, rökdämpning, miljövänlighet och relativt låga kostnader. Vanligt ATH framställt med traditionell utfällningsmetod exponerar dock ofta begränsningar såsom stor fyllnadsmängd, dålig kompatibilitet och allvarliga mekaniska förluster när de uppfyller de allt mer krävande högprestandakraven för polymermaterial. Under de senaste åren har slipande ATH (även känd som "modifierad ATH" eller "ultrafin ATH"), djupt bearbetad genom fysisk bearbetningsteknik, vuxit fram som en ny kraft, vilket leder till en viktig uppgradering av ATH-applikationsteknologi. Den här artikeln kommer att på djupet analysera de väsentliga skillnaderna mellan mark ATH och vanlig ATH ur de professionella perspektiven av materialvetenskap, ytfysikalisk kemi och kompositmaterial gränssnittsteknik.
Vanlig ATH: hänvisar vanligtvis till aluminiumhydroxid som direkt fälls ut genom våtkemiska processer såsom Bayer-processen (sönderdelning av natriumaluminatlösning) eller ammoniumbikarbonatprocess. Dess kristallmorfologi är mestadels oregelbunden plattliknande, prismatisk eller sfärisk, med en bred partikelstorleksfördelning (D50 vanligtvis i intervallet 10-50μm), hydrofil yta, som innehåller ett stort antal hydroxylgrupper (-OH), och uppvisar stark polaritet.
Slipning ATH: Med vanlig ATH som råvara utförs djupbearbetning genom en mekanokemisk process. Denna process är inte bara "krossning", utan snarare processen för att uppnå partikelförfining, sfäroidisering och rekonstruktion av ytfysikalisk-kemiska egenskaper under högintensiv mekanisk energi (såsom luftflödesfräsning, kulfräsning och medelfräsning). De viktigaste processparametrarna inkluderar energitillförsel, mediumval, atmosfärskontroll och möjlig ytmodifiering på plats.
·Vanlig ATH: Kristallstrukturen är intakt, men agglomerationsfenomenet är allvarligt (på grund av hög ytenergi och stark vätebindning). Grova ytor och vassa kanter kan lätt bilda spänningskoncentrationspunkter i kompositmaterial.
· Slipning av ATH: Betydande morfologisk reglering har uppnåtts.
·Partikelstorlek och fördelning: Mediandiametern (D50) kan reduceras till 1-3μm eller till och med under mikronnivå, och partikelstorleksfördelningen (PSD) är smalare. Enligt laserdiffraktionsanalysen enligt ISO 13320-standarden är spridningsintervallet avsevärt reducerat.
·Utseende: tenderar mot en mer regelbunden nästan sfärisk eller nästan sfärisk form. Sfäroidisering minskar inte bara den specifika ytan, utan ännu viktigare, minskar kanterna och hörnen av partiklar avsevärt, vilket är nyckeln till att förbättra flytbarheten och de mekaniska egenskaperna hos kompositmaterial.
· Yttillstånd: Under inverkan av mekanisk kraft med hög energi genomgår partikelytans kristallstruktur partiell distorsion eller amorfisering, och de aktiva platserna ökar, vilket ger ett mer idealiskt substrat för efterföljande ytmodifiering.
Den kemiska sammansättningen av båda är Al(OH)3, och den huvudsakliga termiska sönderdelningsreaktionen är konsekvent (endotermisk sönderdelning börjar vid cirka 200 ℃ för att bilda Al2O3 och H2O). Men mikroskillnader leder till olika beteenden:
·Vanligt ATH: Nedbrytningsinitierings- och topptemperaturerna är relativt koncentrerade, och den endotermiska toppen är bredare. Stora partiklar kan orsaka ojämn intern värmeöverföring, vilket påverkar enhetligheten i flamskyddsmedelseffektiviteten.
· Slipning ATH:
·Bättre dispergerbarhet resulterar i en jämnare fördelning i matrisen, mer synkroniserad värmeöverföring och sönderdelning samt effektivare värmeabsorption och kyleffekter.
·En större specifik yta (som fortfarande kan öka på grund av ultrafin förfining vid samma vikt efter sfäroidisering) innebär en större kontaktreaktionsyta med lågan/värmekällan, som kan avleda värme snabbare och släppa ut vattenånga för att späda ut brännbara gaser.
·Sönderdelningsresten (Al₂O₃) kan bilda ett tätare och mer kontinuerligt skyddande keramiskt skikt på grund av de finare prekursorpartiklarna, vilket resulterar i en bättre barriäreffekt.
Detta är kärnan som bestämmer de slutliga mekaniska egenskaperna hos kompositmaterial.
·Vanlig ATH: Starka polära ytor har dålig kompatibilitet med opolära/svagt polära polymerer (såsom PP, PE, EVA). Gränssnittsbindningen är svag och bildar ett "svagt gränsskikt". Vid höga fyllnadsnivåer (som ofta kräver >60 % för att uppfylla flamskyddsstandarder) är materialets draghållfasthet, slagseghet och brottöjning allvarligt äventyrad.
· Slipning ATH:
· Förbättrad fysisk anpassningsförmåga: Sfäriska partiklar har utmärkt flytbarhet i smälta polymerer, med tätare packning och minskad inre spänning, lägre smältviskositet (vid samma fyllnadsmängd) och avsevärt förbättra bearbetningsprestanda (såsom extruderingshastighet och insprutningsflytbarhet).
· Förbättring av gränssnittsbindning: Ytan som aktiveras av mekanisk kraft är mer benägen för kemisk bindning eller stark adsorption med ytmodifierare (såsom silan, titanat, aluminatkopplingsmedel). Ytenergin för den modifierade marken ATH reduceras, och vätbarheten och intrasslingen med polymerkedjor förbättras, vilket uppnår en övergång från "fysisk fyllning" till "gränssnittsförbättring".
| Prestandadimension | Vanligt ATH | Slipning av ATH (särskilt efter ytmodifiering) |
| Flamskyddsmedel effektivitet | Rättvist, kan uppfylla standarden under hög fyllnadsvolym | Bättre, det kan minska fyllnadsmängden (5-15 % reduktionsutrymme) under samma flamskyddsnivå |
| Mekaniska egenskaper | Allvarlig försämring, hög sprödhet | Betydande retention, med mycket högre retentionsgrad för slaghållfasthet och draghållfasthet än vanliga ATH-fyllningssystem |
| Bearbetningsbarhet | Hög smältviskositet, högt vridmoment, hög energiförbrukning | God likviditet, bearbetningstemperaturen kan sänkas, produktionskapaciteten kan ökas och utrustningens slitage kan minskas |
| Produktens utseende | Ytjämnhet, låg glans | Slät yta, delikat touch, ökad glans, bidrar till färgning |
| Elektriska egenskaper | På grund av fuktabsorption och föroreningar är volymresistiviteten instabil | Stabilare, speciellt lämplig för fält med höga krav på elektrisk prestanda som ledningar och kablar |
Slipning ATHär inte ett enkelt substitut för vanlig ATH, utan ett högpresterande flamskyddsmaterial som uppnår integrerad design av strukturens morfologiyta genom avancerade mekanokemiska processer. Dess kärnvärde ligger i:
1. Den inneboende motsättningen mellan hög fyllnings- och processflytbarhet, såväl som mekaniska egenskaper, har lösts genom formoptimering (ultraförfining, sfäroidisering).
2. Genom ytaktivering och modifiering har gränssnittsvidhäftningen med polymermatrisen förbättrats fundamentalt, vilket omvandlar det "inerta fyllmedlet" till en "funktionellt förbättrande komponent".
3. Genom att förbättra likformigheten och effektiviteten hos flamskyddsmedelseffektiviteten ger det möjlighet till "minskning och ökning av effektiviteten" av halogenfria flamskyddsmedelsformler och design av produkter med tunnare väggar eller högre prestanda.
