Aluminiumhydroxid(ATH, Al(OH)₃), som den mest använda och miljövänliga halogenfria oorganiska flamskyddsmedlet i världen, har fem kärnfördelar med flamskydd, rökdämpning, fyllning, icke-toxicitet och låg kostnad. Det används ofta inom områden som epoxiharts, omättat harts, PVC-elastomer, EVA-kabelmaterial, gummikompositmaterial, elektroniskt tätningsmaterial och byggdekorationsmaterial. Mot bakgrund av allt strängare globala miljöbestämmelser och den vanliga trenden med halogenfri flamskyddsmedel, har aluminiumhydroxid blivit den föredragna lösningen för flamskyddssystem av högklassigt material på grund av dess icke-flyktiga, icke-korrosiva och giftfria gasegenskaper.
Den mest kärna och grundläggande flamskyddande effekten av aluminiumhydroxid är den endotermiska effekten av termisk nedbrytning.
När det fyllda polymermaterialet upphettas till intervallet 200°C - 320°C, genomgår aluminiumhydroxid en fullständig dehydreringsreaktion, frigör kristallvatten och omvandlas till aktiverad aluminiumoxid. Reaktionsekvationen är som följer:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O↑
Denna process har två viktiga flamskyddsegenskaper:
1. Stark värmeabsorptionskapacitet: Varje gram aluminiumhydroxidsönderdelning kan absorbera 1050-1200 J värme, vilket snabbt kan absorbera förbränningsvärmen på ytan och insidan av materialet, tvinga substrattemperaturen att vara lägre än den kritiska temperaturen för termisk nedbrytning, och därigenom avsluta eller fördröja förbränningen.
2. Noggrann temperaturtröskel: Nedbrytningstemperaturen är i hög grad matchad med den termiska nedbrytningstemperaturen för de flesta termoplastiska material och härdplaster, och den flamskyddande mekanismen kan aktiveras omedelbart när materialet går in i det farliga temperaturområdet, vilket ger tidigt skydd.
Enkel förståelse: Aluminiumhydroxid är som ett "kylsystem" inuti materialet, absorberar en stor mängd värme i antändningsögonblicket, vilket gör det omöjligt för materialet att upprätthålla förbränningstemperaturen och undertrycker fortsättningen av förbränning från roten.
Under uttorknings- och nedbrytningsprocessen,aluminiumhydroxidsläpper ut en stor mängd högtemperaturvattenånga, vilket är dess andra viktiga flamskyddsfunktion.
Vattenånga bildar en gasbarriär med hög densitet på materialets yta, vilket ger en trippel flamskyddseffekt:
1. Utspädning av brännbara gaser: Brännbara gaser som kolmonoxid, alkaner och alkener som produceras genom termisk nedbrytning av material späds kraftigt ut av vattenånga, vilket minskar deras koncentration till under förbränningsgränsen.
2. Isolering av syre: Vattenånga upptar förbränningsgränsytan, vilket minskar diffusionen av externt syre in i materialet och skapar en svagt oxiderande miljö.
3. Minska gasfastemperaturen: Vattenångförgasning absorberar ytterligare värme, sänker flamtemperaturen och försvagar lågans varaktiga värmestrålning på substratet.
Till skillnad från halogenerade flamskyddsmedel är vattenångan som frigörs av aluminiumhydroxid icke-giftig, icke-frätande och icke-cancerframkallande, och uppfyller helt globala miljöstandarder som EU REACH, RoHS och US UL, vilket gör den till en kärnrepresentativ för gröna flamskyddssystem.
Efter uttorkning av aluminiumhydroxid kommer ett lager av vit, tät, hög smältpunkt och icke brandfarlig aktiverad aluminiumoxid (Al2O3) att genereras in situ på ytan av materialet.
Aluminiumoxid har en smältpunkt på upp till 2050 ℃ och har stark termisk stabilitet och strukturell styrka, som fungerar som en tredubbel fysisk barriär:
1. Isolera värmeöverföring: blockera externa lågor från att stråla ut värme till det inre underlaget och förhindra ytterligare termisk nedbrytning av materialet.
2. Block droppdropp: Fixera polymersmältan för att förhindra sekundär förbränning eller brandspridning orsakad av droppdropp.
3. Lås in brännbara gaser: dämpa utsläpp av inre brännbara gaser och stäng av tillförseln av brinnande ämnen.
Detta lager av aluminiumoxidskal kommer inte att brinna, röka eller gå sönder och är en viktig fysisk grund för att uppnå långvarig flamskydd av aluminiumhydroxid.
Vid egentliga brandolyckor är tjock rök och giftiga gaser de primära orsakerna till skada. Kärnfördelen med aluminiumhydroxid jämfört med andra flamskyddsmedel är synkron flamskydd och stark rökdämpning.
Dess rökdämpningsmekanism återspeglas i tre aspekter:
1. Lågtemperaturdämpning av rök- och dammgenerering: absorbera värme och kyla i förväg för att minska svart rök, tjära och giftiga partiklar som genereras av högtemperatursprickning av material.
2. Fysisk adsorption av rökpartiklar av aluminiumoxidskikt: Den porösa ytstrukturen kan fånga upp rökpartiklar och minska rökkoncentrationen.
3. Ingen sekundär förorening: producerar inte mycket giftig rök som vätehalogenider och dioxiner och uppfyller de strikta kraven på röktäthet inom områden som konstruktion, transport, inomhusmaterial och järnvägstransitering.
I applikationer som epoxiharts, SMC/BMC-kompositmaterial, ledningar och kablar kan tillsats av aluminiumhydroxid minska materialets rökdensitet (DS) med mer än 60 %, vilket avsevärt förbättrar brandsäkerheten.
Aluminiumhydroxidagerar inte ensamt och kan bilda en synergistisk förkolningseffekt med hartsmatrisen i system med hög fyllning
1. Aluminiumoxidskiktet främjar den snabba bildningen av ett stabilt kolskikt på ytan av substratet;
2. Värmeabsorption och uttorkning påskyndar förtätningen av kolskiktet, vilket förbättrar dess antioxidantkapacitet;
3. Minska förbränningstiden, gör materialet självslocknande och sluta omedelbart att brinna efter att det lämnat lågan.
Denna synergistiska effekt gör det möjligt för aluminiumhydroxid att uppvisa flamskyddseffektivitet som vida överstiger den hos vanliga oorganiska fyllmedel i högfyllda epoxihartser, omättade polyestrar och elastomerer.
Med hänsyn till ovanstående effekter uppnår aluminiumhydroxid inte flamskydd genom en enda mekanism, utan snarare genom den samtidiga förekomsten av fyra funktioner: värmeabsorption och kylning, gasfasutspädning, fastfasisolering, rökdämpning och fast kolfixering, vilket bildar ett komplett tredimensionellt flamskyddsnätverk:
1. Värmeabsorption: forcerad kylning för att förhindra kontinuerlig pyrolys av material;
2. Vattenutsläpp: Späd syre och brännbara gaser;
3. Skalbildning: bildande av ett aluminiumoxidisoleringsskikt;
4. Rökdämpning: Minska giftig rök och förbättra säkerheten.
Detta är också den grundläggande anledningen till att aluminiumhydroxid kan bli huvudmaterialet inom det globala halogenfria flamskyddsområdet.
