هیدروکسید آلومینیوم (ATH)پرکاربردترین پرکننده مقاوم در برابر شعله سازگار با محیط زیست در مواد پلیمری است و عملکرد پردازش آن مستقیماً بر راندمان آماده سازی و عملکرد نهایی مواد کامپوزیت تأثیر می گذارد. این مقاله به طور سیستماتیک تفاوت‌های بین ATH معمولی و ATH با ویسکوزیته کم را در خواص سطح، رفتار رئولوژیکی، مکانیسم پراکندگی و سازگاری پردازش از دیدگاه علم مواد تجزیه و تحلیل می‌کند و مبنای نظری را برای انتخاب در کاربردهای صنعتی فراهم می‌کند.
ATH معمولی معمولاً با استفاده از فرآیند بایر، با توزیع اندازه ذرات گسترده (1-25μm)، انرژی سطحی بالا (حدود 70-100mJ/m²) و ویژگی های قطبیت آشکار تولید می شود. ساختار کریستالی آن عمدتاً از α-Al(OH)3 تشکیل شده است و چگالی هیدروکسیل سطح می تواند به 4-8 OH / nm² برسد. این مکان‌های فعال مستعد تشکیل شبکه‌های پیوند هیدروژنی هستند که منجر به افزایش تعاملات بین مولکولی می‌شود.
ATH با ویسکوزیته پایین از طریق اصلاح سطح یا فرآیندهای کریستالیزاسیون ویژه تهیه می شود و انرژی سطح را می توان به 30-50 mJ/m² کاهش داد. فن آوری های کلیدی عبارتند از:
· پوشش سطحی سیلان / اسید چرب ارگانیک (نرخ پوشش می تواند به بیش از 85٪ برسد
· کنترل رشد کریستال برای تشکیل شکل منظم تر
· استری شدن جزئی گروه های هیدروکسیل سطحی (نرخ اصلاح معمولاً بیش از 60 درصد)
در نرخ های برشی بالا (1000 s-1)، ویسکوزیته مذاب سیستم پرکننده ATH با ویسکوزیته کم (60٪ مقدار پر کردن) را می توان در مقایسه با ATH معمولی 40-60٪ کاهش داد. این تفاوت ناشی از:
ضریب اصطکاک بین ذرات کاهش می یابد (از 0.35 به 0.15-0.20)
· ترکیب تفاوت در محتوای آب (ATH با ویسکوزیته کم معمولاً <0.2٪)
سیستم تعلیق معمولی ATH تنش تسلیم قابل توجهی را نشان می دهد (معمولاً بیش از 50 Pa)، در حالی که ATH ویسکوزیته کم اصلاح شده می تواند تنش تسلیم را به زیر 10 Pa کاهش دهد که به طور قابل توجهی عملکرد شروع جریان را در مرحله پردازش اولیه بهبود می بخشد.
پراکندگی معمولیATHدر مذاب پلیمری از مدل تفکیک تکه تکه شدن تراکم پیروی می کند و برای دستیابی به پراکندگی موثر به تنش برشی بالا (> 105Pa) نیاز دارد. آزمایشات نشان داده است که انرژی مورد نیاز برای پراکندگی کامل 2-3 برابر بیشتر از ATH با ویسکوزیته کم است.
ATH با ویسکوزیته کم انرژی سطح را کاهش می دهد، زمان نفوذ را 60-70٪ کوتاه می کند و فرآیند پراکندگی بیشتر با مکانیسم لغزش سطحی مطابقت دارد. در شرایط برشی یکسان، زمان لازم برای رسیدن به سطح پراکندگی یکسان بیش از 40٪ کاهش می یابد.
در طول فرآیند اکستروژن دو پیچ، سیستم پرکننده ATH با ویسکوزیته پایین نشان می‌دهد:
فشار سر 25 تا 35 درصد کاهش می یابد
· کاهش 20-30 درصد گشتاور
· حداکثر مقدار پر کردن را می توان 15-20 درصد افزایش داد
ATH با ویسکوزیته پایین دارای مزایای قابل توجهی در مرحله پر شدن سریع است:
· افزایش طول جریان 30-50٪
· افزایش استحکام خط جوش 20 تا 25 درصد
·کاهش ناهمسانگردی محصول (اختلاف نرخ انقباض از 1.2% به 0.4%) کاهش یافت.
در سیستم‌های مبتنی بر حلال، ATH با ویسکوزیته پایین می‌تواند دوغاب‌هایی با محتوای جامد بالاتر (تا 80-75 درصد) تهیه کند و در عین حال ویسکوزیته ساختمانی مناسب را حفظ کند.
لازم به ذکر است که بهینه سازی عملکرد پردازش ممکن است منجر به تغییرات عملکرد دیگری شود:
عملکرد بازدارنده شعله: ATH با ویسکوزیته پایین ممکن است دمای شروع تجزیه ATH را به دلیل وجود پوشش سطح (معمولاً 10-20 درجه سانتیگراد افزایش می دهد) به تاخیر بیاندازد، اما با بهینه سازی نرخ پوشش (توصیه می شود در 5-8٪ کنترل شود) می توان تأثیر را به حداقل رساند.
خواص مکانیکی: کاهش متوسط در استحکام پیوند سطحی را می توان با ترکیب عوامل جفت کننده جبران کرد. مطالعات نشان داده است که استفاده از عوامل جفت کننده مخلوط (سیلان + تیتانات) می تواند استحکام کششی را به بیش از 95٪ از سیستم های ATH معمولی بازگرداند.
ویسکوزیته کمATHاز طریق مهندسی سطح به بهبود قابل توجهی در عملکرد پردازش دست یافته است، به ویژه در کاهش ویسکوزیته و بهبود راندمان پراکندگی در نرخ های برشی بالا. انتخاب ATH باید به طور سیستماتیک بر اساس شرایط پردازش خاص، الزامات پر کردن، و الزامات عملکرد نهایی ارزیابی شود. برای سناریوهای کاربردی که پردازش کارآمد و پر شدن بالا را دنبال می کنند، مزایای فنی ATH با ویسکوزیته پایین آشکار است. در کاربردهای معمولی، ATH معمولی هنوز دارای مزایای مقرون به صرفه است. تحقیقات آینده باید بر روی طراحی سطوح چند منظوره تمرکز کند تا تعادل بهتری بین عملکرد پردازش و عملکرد نهایی حاصل شود.
