Алюминий гидроксиді (ATH)полимер материалдарында ең кең қолданылатын экологиялық таза отқа төзімді толтырғыш болып табылады және оның өңдеу өнімділігі композиттік материалдардың дайындық тиімділігіне және соңғы өнімділігіне тікелей әсер етеді. Бұл мақалада қарапайым ATH мен тұтқырлығы төмен ATH арасындағы беттік қасиеттердегі, реологиялық мінез-құлықтағы, дисперсиялық механизмдегі және материалтану тұрғысынан өңдеуге бейімделудегі айырмашылықтар жүйелі түрде талданады, өнеркәсіптік қолданбаларда таңдаудың теориялық негізін қамтамасыз етеді.
Кәдімгі ATH әдетте кең бөлшектердің мөлшерімен (1-25 мкм), жоғары беттік энергиямен (шамамен 70-100 мДж/м²) және айқын полярлық сипаттамаларымен Байер процесі арқылы өндіріледі. Оның кристалдық құрылымы негізінен α-Al(OH)₃-дан тұрады және беттік гидроксил тығыздығы 4-8 ОН/нм² жетуі мүмкін. Бұл белсенді учаскелер сутегі байланысының желілерін құруға бейім, бұл молекулааралық өзара әрекеттесулердің күшеюіне әкеледі.
Тұтқырлығы төмен ATH беттік модификация немесе арнайы кристалдану процестері арқылы дайындалады және беттік энергияны 30-50 мДж/м² дейін азайтуға болады. Негізгі технологияларға мыналар жатады:
· Органикалық силан/май қышқылының бетін жабу (жабу деңгейі 85%-дан жоғары болуы мүмкін)
· Тұрақты пішінді қалыптастыру үшін кристалдардың өсуін бақылау
· Беттік гидроксил топтарының жартылай этерификациясы (модификация жылдамдығы әдетте>60%)
Жоғары ығысу жылдамдықтарында (1000 с ⁻¹) төмен тұтқырлығы бар ATH толтыру жүйесінің балқыма тұтқырлығын (60% толтыру мөлшері) қарапайым ATH-мен салыстырғанда 40-60%-ға төмендетуге болады. Бұл айырмашылық мыналардан туындайды:
·Бөлшектер арасындағы үйкеліс коэффициенті төмендейді (0,35-тен 0,15-0,20-ға дейін)
·Су құрамындағы айырмашылықтарды біріктіру (тұтқырлығы төмен ATH әдетте<0,2%)
Кәдімгі ATH суспензия жүйесі айтарлықтай шығымдылық кернеуін көрсетеді (әдетте >50 Па), ал модификацияланған төмен тұтқырлығы ATH шығымдылық кернеуін 10 Па төменге дейін төмендете алады, бұл бастапқы өңдеу сатысында ағынды бастау өнімділігін айтарлықтай жақсартады.
Кәдімгі дисперсияATHполимерлі балқымада тиімді дисперсияға қол жеткізу үшін жоғары ығысу кернеуін (>10⁵Па) талап ететін агломерацияның фрагментация диссоциациясының моделіне сәйкес келеді. Тәжірибе көрсеткендей, толық дисперсияға қажетті энергия тұтқырлығы төмен ATH энергиясынан 2-3 есе жоғары.
Тұтқырлығы төмен ATH беттік энергияны төмендетеді, инфильтрация уақытын 60-70% қысқартады, ал дисперсия процесі фазааралық сырғанау механизміне көбірек сәйкес келеді. Бірдей ығысу жағдайында бірдей дисперсия деңгейіне жету үшін қажетті уақыт 40%-дан астамға қысқарады.
Қос бұрандалы экструзия процесі кезінде тұтқырлығы төмен ATH толтыру жүйесі мыналарды көрсетеді:
·Бас қысымы 25-35% төмендеді
· Моментті 20-30%-ға азайтыңыз
·Ең көп толтыру көлемін 15-20 пайыздық тармаққа арттыруға болады
Тұтқырлығы төмен ATH жылдам толтыру сатысында маңызды артықшылықтарға ие:
· Ағынның ұзындығын 30-50% ұлғайту
· Дәнекерлеу сызығының беріктігін 20-25% ұлғайту
·Өнімнің анизотропиясының төмендеуі (жиырылу жылдамдығының айырмашылығы 1,2%-дан 0,4%-ға дейін төмендеді)
Еріткіш негізіндегі жүйелерде тұтқырлығы төмен ATH тиісті құрылыс тұтқырлығын сақтай отырып, қатты құрамы жоғары (75-80%-ға дейін) шламдарды дайындай алады.
Өңдеу өнімділігін оңтайландыру басқа өнімділік өзгерістеріне әкелуі мүмкін екенін атап өткен жөн:
Жалынға төзімді өнімділік: Тұтқырлығы төмен ATH беті жабынының болуына байланысты ATH ыдырауының басталу температурасын кешіктіруі мүмкін (әдетте 10-20 ℃ жоғарылайды), бірақ әсерді жабу жылдамдығын оңтайландыру арқылы азайтуға болады (5-8% деңгейінде бақылау ұсынылады).
Механикалық қасиеттері: фазааралық байланыс беріктігінің қалыпты төмендеуі байланыстырушы агенттердің комбинациясы арқылы өтелуі мүмкін. Зерттеулер көрсеткендей, аралас біріктіру агенттерін (силан+титанат) пайдалану қарапайым ATH жүйелерінің 95%-дан астам созылу беріктігін қалпына келтіре алады.
Төмен тұтқырлықATHбеттік инженерия арқылы өңдеу өнімділігін айтарлықтай жақсартуға қол жеткізді, әсіресе тұтқырлықты азайту және жоғары ығысу жылдамдығында дисперсия тиімділігін арттыру. ATH таңдауы нақты өңдеу шарттарына, толтыру талаптарына және өнімділікке қойылатын соңғы талаптарға негізделген жүйелі түрде бағалануы керек. Тиімді өңдеуді және жоғары толтыруды көздейтін қолдану сценарийлері үшін тұтқырлығы төмен ATH техникалық артықшылықтары айқын; Кәдімгі қолданбаларда қарапайым ATH әлі де үнемділік артықшылықтарына ие. Болашақ зерттеулер өңдеу өнімділігі мен соңғы өнімділік арасындағы жақсы тепе-теңдікке қол жеткізу үшін көп функциялы беттік дизайнға назар аударуы керек.
