Алюминий гидроксиді(ATH, Al(OH)₃) әлемдегі ең кең таралған және экологиялық таза, галогенсіз бейорганикалық отқа төзімді зат ретінде, жалынға төзімділік, түтінді басу, толтыру, уыттылық және төмен баға сияқты бес негізгі артықшылығы бар. Ол эпоксидті шайыр, қанықпаған шайыр, ПВХ эластомері, EVA кабельдік материал, резеңке композициялық материал, электронды тығыздағыш материал және құрылысты безендіру материалы сияқты салаларда кеңінен қолданылады. Барған сайын қатаң жаһандық қоршаған ортаны қорғау ережелері және галогенсіз жалынға қарсы негізгі тенденция аясында алюминий гидроксиді ұшпайтын, коррозияға ұшырамайтын және улы емес газ сипаттамаларына байланысты жоғары сапалы материалды жалынға қарсы жүйелер үшін таңдаулы шешім болды.
Алюминий гидроксидінің ең негізгі және негізгі отқа төзімді әсері термиялық ыдыраудың эндотермиялық әсері болып табылады.
Толтырылған полимерлі материалды 200°C - 320°C диапазонына дейін қыздырғанда, алюминий гидроксиді кристалды суды бөліп, белсендірілген глиноземге айнала отырып, толық сусыздану реакциясынан өтеді. Реакция теңдеуі келесідей:
2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O↑
Бұл процестің екі негізгі жалынға қарсы қасиеттері бар:
1. Күшті жылу сіңіру қабілеті: алюминий гидроксиді ыдырауының әрбір граммы 1050-1200 Дж жылуды сіңіре алады, ол материалдың бетіндегі және ішіндегі жану жылуын тез сіңіре алады, субстрат температурасын термиялық ыдыраудың сыни температурасынан төмен болуға мәжбүр етеді, осылайша жануды тоқтатады немесе кешіктіреді.
2. Температураның дәл шегі: ыдырау температурасы көптеген термопластикалық материалдардың және термореактивті шайырлардың термиялық деградация температурасына жоғары сәйкес келеді және материал қауіпті температура диапазонына енгенде, ерте қорғанысқа қол жеткізген кезде жалынға қарсы механизм дереу іске қосылуы мүмкін.
Қарапайым түсінік: Алюминий гидроксиді материалдың ішіндегі «салқындату жүйесі» сияқты, тұтану сәтінде көп мөлшерде жылуды сіңіреді, бұл материалдың жану температурасын ұстап тұруын мүмкін емес етеді және түбірден жанудың жалғасуын басады.
Сусыздандыру және ыдырау процесінде,алюминий гидроксидіжоғары температуралы су буының көп мөлшерін шығарады, бұл оның екінші негізгі отқа төзімді функциясы болып табылады.
Су буы материалдың бетінде жоғары тығыздықтағы газтәрізді тосқауыл жасайды, бұл үш есе жалынға қарсы әсерге қол жеткізеді:
1. Жанғыш газдарды сұйылту: материалдардың термиялық ыдырауы нәтижесінде пайда болатын көміртегі тотығы, алкандар және алкендер сияқты жанғыш газдар су буымен қатты сұйылтылып, олардың концентрациясын жану шегінен төмен түсіреді.
2. Оттегінің оқшаулануы: су буы жану интерфейсінің кеңістігін алып, материалға сыртқы оттегінің диффузиясын азайтады және әлсіз тотықтырғыш орта жасайды.
3. Газ фазасының температурасын төмендетіңіз: су буының газдануы жылуды одан әрі сіңіреді, жалын температурасын төмендетеді және субстраттағы жалынның тұрақты жылулық сәулеленуін әлсіретеді.
Галогенді отқа төзімді заттардан айырмашылығы, алюминий гидроксиді бөлетін су буы улы емес, коррозияға ұшырамайды және канцерогенді емес, ол EU REACH, RoHS және US UL сияқты жаһандық экологиялық стандарттарға толығымен сәйкес келеді, бұл оны жасыл жалынға қарсы жүйелердің негізгі өкілі етеді.
Алюминий гидроксидін сусыздандырудан кейін материалдың бетінде ақ, тығыз, жоғары балқу температурасы және жанбайтын белсенді глинозем (Al₂O₃) қабаты in situ түзіледі.
Алюминий оксидінің балқу температурасы 2050 ℃ дейін және күшті термиялық тұрақтылық пен құрылымдық беріктікке ие, үш есе физикалық кедергі ретінде қызмет етеді:
1. Жылу беруді оқшаулаңыз: сыртқы жалынның ішкі субстратқа жылудың сәулеленуін блоктаңыз және материалдың одан әрі термиялық ыдырауын болдырмаңыз.
2. Тамшы тамшысын блоктау: екінші реттік жануды немесе тамшы тамшысынан туындаған өрттің таралуын болдырмау үшін полимер балқымасын бекітіңіз.
3. Жанғыш газдарды құлыптау: ішкі жанғыш газдардың шығуын басу және жанғыш заттардың берілуін тоқтату.
Глинозем қабығының бұл қабаты жанбайды, түтін шығармайды немесе сынбайды және алюминий гидроксидінің ұзақ уақытқа созылатын отқа төзімділігіне қол жеткізу үшін маңызды физикалық негіз болып табылады.
Нақты өрт оқиғаларында қою түтін мен улы газдар зиян келтіретін негізгі факторлар болып табылады. Басқа отқа төзімді заттармен салыстырғанда алюминий гидроксидінің негізгі артықшылығы - синхронды жалынға төзімділік және күшті түтінді басу.
Оның түтінді басу механизмі үш аспектіде көрінеді:
1. Түтін мен шаңның пайда болуын төмен температурада басу: материалдардың жоғары температурада крекингінен пайда болатын қара түтінді, шайырды және улы бөлшектерді азайту үшін жылуды және салқындауды алдын ала сіңіру.
2. Түтін бөлшектерінің алюминий тотығы қабатымен физикалық адсорбциясы: кеуекті беттік құрылым түтін бөлшектерін ұстап, түтін концентрациясын төмендете алады.
3. Қайталама ластану жоқ: галогенсутек және диоксиндер сияқты жоғары улы түтін шығармайды және құрылыс, көлік, ішкі материалдар және теміржол транзиті сияқты салаларда түтіннің тығыздығының қатаң талаптарына сәйкес келеді.
Эпоксидті шайыр, SMC/BMC композиттік материалдар, сымдар мен кабельдер сияқты қолданбаларда алюминий гидроксидін қосу материалдың түтін тығыздығын (DS) 60%-дан астамға азайтып, өрт қауіпсіздігін айтарлықтай жақсартады.
Алюминий гидроксидіжалғыз әрекет етпейді және жоғары толтыру жүйелерінде шайыр матрицасымен синергиялық карбонизация әсерін құра алады.
1. Глинозем қабаты субстрат бетінде тұрақты көміртекті қабаттың тез пайда болуына ықпал етеді;
2. Жылуды сіңіру және сусыздандыру көміртегі қабатының тығыздалуын тездетеді, оның антиоксиданттық қабілетін арттырады;
3. Жану уақытын қысқартыңыз, материалды өздігінен сөнетін етіп жасаңыз және жалыннан шыққаннан кейін жануды дереу тоқтатыңыз.
Бұл синергетикалық әсер алюминий гидроксидіне жоғары толтырылған эпоксидті шайырлардағы, қанықпаған полиэфирлердегі және эластомерлердегі кәдімгі бейорганикалық толтырғыштардан әлдеқайда жоғары жалынға қарсы тиімділікті көрсетуге мүмкіндік береді.
Жоғарыда келтірілген әсерлерді ескере отырып, алюминий гидроксиді жалынға төзімділікке бір механизм арқылы емес, төрт функцияның бір мезгілде пайда болуы арқылы қол жеткізеді: жылуды сіңіру және салқындату, газ фазалық сұйылту, қатты фазалық оқшаулау, түтінді басу және қатты көміртекті бекіту, толық үш өлшемді жалынға қарсы желіні құрайды:
1. Жылуды сіңіру: материалдардың үздіксіз пиролизін болдырмау үшін мәжбүрлі салқындату;
2. Судың бөлінуі: сұйылтылған оттегі мен жанғыш газдар;
3. Қабықтың түзілуі: алюминий тотығын оқшаулау қабатын қалыптастыру;
4. Түтінді басу: улы түтінді азайтып, қауіпсіздікті күшейтіңіз.
Бұл сонымен қатар алюминий гидроксидінің жаһандық галогенсіз жалынға қарсы өрістегі негізгі материалға айналуының негізгі себебі.
