Полимерлі жалынға төзімділік саласында,алюминий гидроксиді (ATH)улы еместігі, түтіннің басылуы, қоршаған ортаға зиянсыздығы және салыстырмалы түрде төмен құнының артықшылықтарына байланысты отқа төзімді нарықта ұзақ уақыт бойы негізгі орынды иеленді. Дегенмен, дәстүрлі жауын-шашын әдісімен дайындалған қарапайым ATH полимер материалдарының барған сайын талап етілетін жоғары өнімділік талаптарын қанағаттандыру кезінде көп толтыру мөлшері, нашар үйлесімділік және ауыр механикалық жоғалту сияқты шектеулерді жиі көрсетеді. Соңғы жылдары физикалық өңдеу технологиясы арқылы терең өңделген ұнтақтау ATH («түрлендірілген ATH» немесе «ультрафинді ATH» деп те аталады) жаңа күш ретінде пайда болды, бұл ATH қолдану технологиясын маңызды жаңартуға әкелді. Бұл мақала материалтану, беттік физикалық химия және композиттік материал интерфейсі инженериясының кәсіби тұрғысынан жердегі ATH мен қарапайым ATH арасындағы маңызды айырмашылықтарды терең талдайды.
Кәдімгі ATH: әдетте Байер процесі (натрий алюминат ерітіндісінің ыдырауы) немесе аммоний бикарбонаты процесі сияқты ылғалды химиялық процестер арқылы тікелей тұндырылатын алюминий гидроксидін білдіреді. Оның кристалдық морфологиясы негізінен тегіс емес пластина тәрізді, призматикалық немесе сфералық, бөлшектердің өлшемдері кең таралу (D50 әдетте 10-50 мкм аралығында), гидрофильді беті, құрамында гидроксил топтары көп (- OH) және күшті полярлығы бар.
Ұнтақтау ATH: Шикізат ретінде қарапайым ATH пайдалану, терең өңдеу механикалық-химиялық процесс арқылы жүзеге асырылады. Бұл процесс жай «ұсақтау» емес, жоғары қарқынды механикалық энергия (мысалы, ауа ағынымен фрезерлеу, шарикті фрезерлеу және орташа фрезерлеу) кезінде бөлшектерді тазартуға, сфероидизацияға және бетінің физика-химиялық қасиеттерін қайта құруға қол жеткізу процесі. Процестің негізгі параметрлері энергияны енгізуді, ортаны таңдауды, атмосфераны бақылауды және жер бетінің ықтимал модификациясын қамтиды.
·Қарапайым ATH: Кристалл құрылымы бұзылмаған, бірақ агломерация құбылысы ауыр (жоғары беттік энергия мен күшті сутегі байланысына байланысты). Кедір-бұдыр беттер мен өткір жиектер композиттік материалдарда кернеудің шоғырлану нүктелерін оңай құра алады.
·Ұнтақтау ATH: Елеулі морфологиялық реттеуге қол жеткізілді.
·Бөлшектердің өлшемі және таралуы: Орташа диаметрді (D50) 1-3μm немесе тіпті микроннан төмен деңгейге дейін азайтуға болады, ал бөлшектердің өлшемдерінің таралуы (PSD) тар. ISO 13320 стандартының лазерлік дифракциялық талдауына сәйкес, тарату аралығы айтарлықтай қысқарды.
· Сыртқы түрі: сфералық немесе квази сфералық пішінге жақынырақ. Сфероидизация бетінің меншікті ауданын азайтып қана қоймайды, сонымен қатар, одан да маңыздысы, бөлшектердің шеттері мен бұрыштарын айтарлықтай азайтады, бұл композициялық материалдардың ағындылығы мен механикалық қасиеттерін жақсартудың кілті болып табылады.
·Беттік күй: жоғары энергиялы механикалық күштің әсерінен бөлшектер бетінің кристалдық құрылымы ішінара бұрмалану немесе аморфизацияға ұшырайды, ал белсенді учаскелер ұлғаяды, беттің кейінгі модификациясы үшін неғұрлым идеалды субстратты қамтамасыз етеді.
Екеуінің де химиялық құрамы Al(OH)₃ және негізгі термиялық ыдырау реакциясы дәйекті (эндотермиялық ыдырау Al₂O₃ және H₂O түзу үшін шамамен 200 ℃ температурада басталады). Бірақ микро айырмашылықтар әртүрлі мінез-құлыққа әкеледі:
·Қарапайым ATH: ыдырау инициациясы және ең жоғары температура салыстырмалы түрде шоғырланған, ал эндотермиялық шыңы кеңірек. Үлкен бөлшектер біркелкі емес ішкі жылу беруді тудыруы мүмкін, бұл жалынға қарсы тиімділіктің біркелкілігіне әсер етеді.
·Ұнтақтау ATH:
· Жақсырақ дисперстілік матрицада біркелкі бөлуге, синхрондалған жылу беру мен ыдырауға және тиімдірек жылу сіңіру мен салқындату әсерлеріне әкеледі.
·Үлкен меншікті бет ауданы (сфероидизациядан кейін бірдей салмақта ультра жұқа өңдеуге байланысты әлі де ұлғаюы мүмкін) жалын/жылу көзімен үлкен жанасу реакциясы аймағын білдіреді, ол жылуды тезірек таратады және жанғыш газдарды сұйылту үшін су буын шығара алады.
· Ыдырау қалдығы (Al₂O₃) жұқа прекурсор бөлшектерінің арқасында тығызырақ және үздіксіз қорғаныс керамикалық қабат түзуі мүмкін, бұл жақсы тосқауыл әсерін береді.
Бұл композиттік материалдардың соңғы механикалық қасиеттерін анықтайтын өзек.
·Қарапайым ATH: Күшті полярлы беттердің полярлы емес/әлсіз полярлы полимерлермен (PP, PE, EVA сияқты) үйлесімділігі нашар. Интерфейстің байланысы әлсіз, «әлсіз шекаралық қабат» құрайды. Толтырудың жоғары деңгейлері жағдайында (жалынға төзімділік стандарттарын қанағаттандыру үшін жиі >60% қажет), материалдың үзілу кезіндегі созылу күші, соққы беріктігі және ұзаруы айтарлықтай бұзылады.
·Ұнтақтау ATH:
·Жақсартылған физикалық бейімделгіштік: Сфералық бөлшектер балқытылған полимерлерде тамаша өтімділікке ие, тығызырақ ораумен және ішкі кернеуді азайтады, балқыманың тұтқырлығын төмендетеді (бірдей толтыру мөлшерінде) және өңдеу өнімділігін айтарлықтай жақсартады (мысалы, экструзия жылдамдығы және инъекцияның ағындылығы).
·Интерфейсті байланыстыруды жақсарту: Механикалық күшпен белсендірілген бет химиялық байланысқа немесе беттік модификаторлармен (силан, титанат, алюминатты біріктіру агенттері сияқты) күшті адсорбцияға көбірек бейім. Модификацияланған жердегі ATH бетінің энергиясы азаяды, ал сулану және полимер тізбектерімен шатасу күшейіп, «физикалық толтырудан» «интерфейсті жақсартуға» өтуге қол жеткізіледі.
| Өнімділік өлшемі | Қарапайым ATH | ATH тегістеу (әсіресе беттік модификациядан кейін) |
| Жалынға төзімділік | Әділ, жоғары толтыру көлемі бойынша стандартқа сәйкес келеді | Жақсырақ, ол бірдей жалынға төзімділік деңгейінде толтыру мөлшерін (5-15% азайту кеңістігін) азайтуы мүмкін. |
| Механикалық қасиеттері | Қатты нашарлау, жоғары сынғыштық | Кәдімгі ATH толтыру жүйелеріне қарағанда соққыға төзімділік пен созылу беріктігінің ұстау жылдамдығы айтарлықтай жоғары. |
| Өңдеуге жарамдылық | Балқыманың жоғары тұтқырлығы, жоғары айналу моменті, жоғары энергия тұтыну | Жақсы өтімділік, өңдеу температурасын төмендетуге, өндіріс қуаттылығын арттыруға және жабдықтың тозуын азайтуға болады |
| Өнімнің сыртқы түрі | Бетінің кедір-бұдырлығы, жылтырлығы төмен | Тегіс бет, нәзік жанасу, жылтырлығы жоғары, бояуға қолайлы |
| Электрлік қасиеттері | Ылғалды сіңіру мен қоспаларға байланысты көлемдік кедергі тұрақсыз | Тұрақтырақ, әсіресе сымдар мен кабельдер сияқты электрлік өнімділік талаптары жоғары өрістер үшін қолайлы |
Ұнтақтау ATHқарапайым ATH алмастырғыш емес, бірақ озық механикохимиялық процестер арқылы құрылымның морфологиялық бетінің интеграцияланған дизайнына қол жеткізетін жоғары өнімді отқа төзімді материал. Оның негізгі құндылығы мынада:
1. Жоғары толтыру және өңдеу ағындылығы, сондай-ақ механикалық қасиеттер арасындағы тән қайшылық пішінді оңтайландыру (ультра нақтылау, сфероидтау) арқылы шешілді.
2. Беттік активтендіру және модификациялау арқылы «инертті толтырғышты» «функционалды күшейтетін компонентке» айналдыра отырып, полимер матрицасымен интерфейстің адгезиясы түбегейлі жақсарды.
3. Жалынға төзімділік тиімділігінің біркелкілігі мен тиімділігін арттыру арқылы ол галогенсіз жалынға төзімді формулалардың «тиімділігін төмендету және арттыру» және қабырғалары жұқа немесе жоғары өнімділікпен бұйымдарды жобалау мүмкіндігін қамтамасыз етеді.
