در زمینه بازدارنده شعله پلیمری،هیدروکسید آلومینیوم (ATH)به دلیل مزایای غیر سمی بودن، سرکوب دود، سازگاری با محیط زیست و هزینه نسبتا کم، مدت‌ها جایگاه اصلی را در بازار بازدارنده‌های شعله حفظ کرده است. با این حال، ATH معمولی تهیه شده با روش بارش سنتی اغلب محدودیت‌هایی مانند مقدار پر شدن زیاد، سازگاری ضعیف و تلفات مکانیکی شدید را در هنگام برآورده کردن الزامات با کارایی بالا و تقاضای فزاینده مواد پلیمری نشان می‌دهد. در سال های اخیر، ATH سنگ زنی (همچنین به عنوان "ATH اصلاح شده" یا "ATH فوق العاده ریز" شناخته می شود) که عمیقاً از طریق فناوری پردازش فیزیکی پردازش می شود به عنوان یک نیروی جدید ظاهر شده است که منجر به ارتقاء مهمی در فناوری کاربرد ATH شده است. این مقاله عمیقاً تفاوت‌های اساسی بین ATH زمینی و ATH معمولی را از دیدگاه‌های حرفه‌ای علم مواد، شیمی فیزیک سطح و مهندسی رابط مواد مرکب تحلیل می‌کند.
ATH معمولی: معمولاً به هیدروکسید آلومینیوم اطلاق می شود که مستقیماً از طریق فرآیندهای شیمیایی مرطوب مانند فرآیند بایر (تجزیه محلول آلومینات سدیم) یا فرآیند بی کربنات آمونیوم رسوب می کند. مورفولوژی کریستالی آن عمدتاً صفحه‌مانند، منشوری یا کروی نامنظم است، با توزیع اندازه ذرات گسترده (D50 معمولاً در محدوده 10-50μm)، سطح آبدوست، حاوی تعداد زیادی گروه هیدروکسیل (-OH) و دارای قطبیت قوی است.
سنگ زنی ATH: با استفاده از ATH معمولی به عنوان ماده اولیه، پردازش عمیق از طریق یک فرآیند مکانیکی انجام می شود. این فرآیند صرفاً "خرد کردن" نیست، بلکه فرآیند دستیابی به پالایش ذرات، کروی شدن و بازسازی خواص فیزیکوشیمیایی سطح تحت انرژی مکانیکی با شدت بالا (مانند آسیاب جریان هوا، آسیاب گلوله ای و آسیاب متوسط) است. پارامترهای کلیدی فرآیند شامل انرژی ورودی، انتخاب محیط، کنترل اتمسفر، و امکان اصلاح سطح درجا می باشد.
·ATH معمولی: ساختار کریستالی دست نخورده است، اما پدیده تجمع شدید است (به دلیل انرژی سطحی بالا و پیوند هیدروژنی قوی). سطوح ناهموار و لبه های تیز به راحتی می توانند نقاط تمرکز تنش را در مواد کامپوزیتی تشکیل دهند.
· آسیاب ATH: تنظیم مورفولوژیکی قابل توجهی به دست آمده است.
· اندازه و توزیع ذرات: قطر میانه (D50) را می توان به 1-3μm یا حتی زیر میکرون کاهش داد و توزیع اندازه ذرات (PSD) باریک تر است. با توجه به تجزیه و تحلیل پراش لیزر استاندارد ISO 13320، دامنه توزیع به طور قابل توجهی کاهش می یابد.
· ظاهر: تمایل به یک شکل تقریباً کروی یا شبه کروی منظم تر. کروی شدن نه تنها مساحت سطح خاص را کاهش می دهد، بلکه مهمتر از آن، لبه ها و گوشه های ذرات را تا حد زیادی کاهش می دهد، که کلید بهبود جریان پذیری و خواص مکانیکی مواد کامپوزیتی است.
· حالت سطحی: تحت اثر نیروی مکانیکی پرانرژی، ساختار کریستالی سطح ذرات دچار اعوجاج یا آمورفیزاسیون جزئی می‌شود و مکان‌های فعال افزایش می‌یابند و بستر ایده‌آل‌تری برای اصلاح سطح بعدی فراهم می‌کنند.
ترکیب شیمیایی هر دو Al(OH)3 است و واکنش تجزیه حرارتی اصلی ثابت است (تجزیه گرماگیر در حدود 200 درجه سانتیگراد شروع می شود تا Al2O3 و H2O را تشکیل دهد). اما تفاوت های خرد منجر به رفتارهای متفاوت می شود:
· ATH معمولی: شروع تجزیه و دمای پیک نسبتاً متمرکز است و پیک گرماگیر گسترده تر است. ذرات بزرگ ممکن است باعث انتقال حرارت داخلی ناهموار شوند و بر یکنواختی راندمان بازدارنده شعله تأثیر بگذارند.
· آسیاب ATH:
· پراکندگی بهتر منجر به توزیع یکنواخت تر در ماتریس، انتقال حرارت و تجزیه هماهنگ تر، و جذب گرما و اثرات خنک کننده کارآمدتر می شود.
· یک سطح ویژه بزرگتر (که ممکن است به دلیل پالایش فوق العاده ریز در همان وزن پس از کروی شدن افزایش یابد) به معنای ناحیه واکنش تماس بزرگتر با منبع شعله/حرارت است که می تواند گرما را سریعتر پخش کند و بخار آب را برای رقیق کردن گازهای قابل احتراق آزاد کند.
· باقیمانده تجزیه (Al2O3) ممکن است یک لایه سرامیکی محافظ متراکم تر و پیوسته تر را به دلیل ذرات پیش ساز ریزتر تشکیل دهد و در نتیجه اثر مانع بهتری ایجاد کند.
این هسته ای است که خواص مکانیکی نهایی مواد کامپوزیتی را تعیین می کند.
· ATH معمولی: سطوح قطبی قوی سازگاری ضعیفی با پلیمرهای قطبی غیرقطبی/ضعیف (مانند PP، PE، EVA) دارند. پیوند رابط ضعیف است و یک "لایه مرزی ضعیف" را تشکیل می دهد. تحت سطوح پر شدن بالا (اغلب به بیش از 60 درصد نیاز برای رعایت استانداردهای بازدارنده شعله)، استحکام کششی، چقرمگی ضربه و ازدیاد طول در هنگام شکست مواد به شدت به خطر می افتد.
· آسیاب ATH:
· سازگاری فیزیکی بهبود یافته: ذرات کروی دارای سیالیت عالی در پلیمرهای مذاب، با بسته بندی محکم تر و کاهش تنش داخلی، ویسکوزیته مذاب کمتر (در همان مقدار پر شدن) و عملکرد پردازش (مانند سرعت اکستروژن و جریان پذیری تزریق) را تا حد زیادی بهبود می بخشد.
· تقویت اتصال رابط: سطح فعال شده توسط نیروی مکانیکی بیشتر مستعد پیوند شیمیایی یا جذب قوی با اصلاح کننده های سطحی (مانند عوامل جفت کننده سیلان، تیتانات، آلومینات) است. انرژی سطحی ATH زمین اصلاح‌شده کاهش می‌یابد، و ترشوندگی و درهم‌تنیدگی با زنجیره‌های پلیمری افزایش می‌یابد و به انتقال از «پر کردن فیزیکی» به «افزایش رابط» دست می‌یابد.
| بعد عملکرد | ATH معمولی | سنگ زنی ATH (به ویژه پس از اصلاح سطح) |
| راندمان بازدارنده شعله | منصفانه، می تواند استاندارد را تحت حجم پر کردن بالا برآورده کند | بهتر است، ممکن است میزان پر شدن (فضای کاهش 5-15٪) را در همان سطح بازدارنده شعله کاهش دهد. |
| خواص مکانیکی | زوال شدید، شکنندگی بالا | ماندگاری قابل توجه، با نرخ ماندگاری بسیار بالاتر استحکام ضربه و استحکام کششی نسبت به سیستم های پرکننده معمولی ATH |
| ماشین کاری | ویسکوزیته مذاب بالا، گشتاور بالا، مصرف انرژی بالا | نقدینگی خوب، دمای پردازش را می توان کاهش داد، ظرفیت تولید را می توان افزایش داد، و سایش تجهیزات را می توان کاهش داد |
| ظاهر محصول | زبری سطح، براقیت کم | سطح صاف، لمس ظریف، افزایش براقیت، منجر به رنگ |
| خواص الکتریکی | به دلیل جذب رطوبت و ناخالصی ها، مقاومت حجمی ناپایدار است | پایدارتر، مخصوصاً برای زمینه هایی با نیازهای عملکرد الکتریکی بالا مانند سیم و کابل مناسب است |
سنگ زنی ATHیک جایگزین ساده برای ATH معمولی نیست، بلکه یک ماده مقاوم در برابر شعله با کارایی بالا است که طراحی یکپارچه سطح مورفولوژی ساختار را از طریق فرآیندهای مکانیکی پیشرفته انجام می دهد. ارزش اصلی آن در موارد زیر است:
1. تضاد ذاتی بین جریان پذیری پر شدن و پردازش بالا، و همچنین خواص مکانیکی، از طریق بهینه سازی شکل (تصفیه فوق العاده، کروی سازی) حل شده است.
2. با فعال سازی و اصلاح سطح، چسبندگی رابط با ماتریس پلیمری به طور اساسی بهبود یافته است و "پرکننده بی اثر" را به یک "جزء تقویت کننده عملکردی" تبدیل می کند.
3. با بهبود یکنواختی و اثربخشی راندمان بازدارنده شعله، امکان "کاهش و افزایش راندمان" فرمول های ضد شعله بدون هالوژن و طراحی محصولات با دیواره های نازک تر یا عملکرد بالاتر را فراهم می کند.
