در کاربردهای پیشرفته مانند دستگاه‌های پوشیدنی الکترونیکی، کابل‌های بسیار نازک، و غلاف‌های شفاف خانه هوشمند، پلی‌اورتان ترموپلاستیک (TPU) به دلیل انعطاف‌پذیری عالی، مقاومت در برابر سایش و شفافیت بسیار مورد توجه است. با این حال، اصلاح مقاوم در برابر شعله محصولات دیواره نازک TPU (معمولاً به ضخامت دیواره کمتر از 0.8 میلی متر اشاره دارد) با یک تناقض اصلی روبرو است: بازدارنده های شعله سنتی به ناچار منجر به زبری سطح، یخ زدگی، سفید شدن، از دست دادن شفافیت و کاهش شدید خواص مکانیکی (به ویژه هنگامی که به میزان انعطاف پذیری اضافی رسید) می شود. این مشکل به طور جدی توسعه محصولات TPU رده بالا را محدود می کند. این مقاله علت اصلی این تناقض را بررسی می کند و به طور سیستماتیک چگونگی دستیابی به پیشرفت های فنی را با استفاده از مشخصات خاص هیدروکسید منیزیم بسیار ریز (مانند مدل) توضیح می دهد.MDH-III-3).
1. تضاد فیزیکی بین "افزودن زیاد" و "دیوار نازک": TPU به خودی خود قابل اشتعال است (LOI حدود 17%)، و برای رسیدن به سطح UL94 V-0 (1.6mm) یا حتی سطح VTM-0 (دیوار نازک)، افزودن بازدارنده های شعله بدون هالوژن (مانند هیدروکسید منیزیم، MDH) معمولاً باید تا 50-60wt٪ باشد. در ساختارهای دیواره نازک، چنین نسبت بالایی از ذرات غیر آلی صلب به شدت به ساختار فاز پیوسته TPU به عنوان یک الاستومر آسیب می رساند و در نتیجه محصول سخت، شکننده و مستعد ترک خوردن می شود.
2. الزامات دقیق برای ظاهر سطح: اجزای محصولات الکترونیکی پرمصرف نیاز به سطح صاف مانند ابریشم، بدون عیب و رنگ یکنواخت دارند. MDH معمولی دارای اندازه ذرات بزرگ (> 5μm) و توزیع گسترده ای است که به راحتی "الیاف شناور"، "حفره شدن" و "علامت های جریان" را روی سطح در طول قالب گیری اکستروژن یا تزریق تشکیل می دهد. سطح بالای آن می تواند باعث مهاجرت آسان و یخ زدگی شود و ظاهر و لمس را به طور جدی تحت تأثیر قرار دهد.
3. تضاد بین شفافیت و مه: بسیاری از کاربردهای دیواره نازک TPU به درجه خاصی از شفافیت یا نیمه شفافیت نیاز دارند. اگر اندازه ذرات پر شده بزرگتر از طول موج نور مرئی (0.4-0.76μm) باشد، باعث پراکندگی نور شدید و در نتیجه افزایش شدید مه و از دست دادن کامل شفافیت می شود.
مدل "MDH-III-3" نشان دهنده نوعی محصول هیدروکسید منیزیم بسیار ظریف، با خلوص بالا و با سطح بسیار اصلاح شده است که تحت طراحی مهندسی عمیق قرار گرفته است. مفهوم اصلی طراحی آن با هدف پرداختن به چالش های فوق است:
·پالایش فوق العاده و توزیع باریکاندازه ذرات D50 به شدت در محدوده 0.8-1.2 μm (یعنی سطح زیر میکرون) کنترل می شود و شاخص توزیع اندازه ذرات (مقدار SPAN) بسیار پایین است. اهمیت آن در این است:
·کاهش پراکندگی نور: تعداد زیادی ذرات با اندازه‌های کوچکتر از طول موج نور مرئی به طور قابل توجهی انسداد و پراکندگی نور را کاهش می‌دهند و به محصول اجازه می‌دهند شفافیت عالی یا حداقل ظاهر سفید شیری یکنواخت را حفظ کند، به جای رنگ سفید خاکستری خشن.
·تمرکز استرس را کاهش دهید: ذرات ریز و یکنواخت کمتر به عنوان نقاط نقص تنش عمل می کنند که برای حفظ انعطاف پذیری و استحکام کششی TPU مفید است.
·اصلاح میکروکپسولاسیون سطحی پیشرفته:برخلاف کپسولاسیون ساده با عوامل جفت کننده معمولی،MDH-III-3 از یک سازگار کننده رابط پلیمری بسیار سازگار با بخش های نرم TPU برای پوشش پیوند استفاده می کند. این لایه رابط انعطاف پذیر دو عملکرد اصلی دارد:
·ترویج پراکندگی: کاهش شدید نیروهای واندروالس بین ذرات MDH، آسان‌تر باز شدن آنها توسط نیروهای برشی در مذاب TPU، دستیابی به یکنواختی پراکندگی در مقیاس نانو، و جلوگیری از تبدیل شدن آگلومراها به عیوب سطحی و منابع تمرکز تنش.
·بافر و انتقال استرس: این لایه انعطاف پذیر می تواند به طور موثر نیروهای خارجی را منتقل و از بین ببرد و تداخل ذرات غیر آلی صلب را در حرکت زنجیره های مولکولی بخش نرم TPU به حداقل برساند، بنابراین احساس کشسانی انعطاف پذیر و تاشو TPU را حتی در پر شدن فوق العاده بالا (مانند 55 درصد وزنی) حفظ می کند.
·محتوای یون ناخالصی بسیار کم: از طریق فرآیندهای سنتز و خالص سازی دقیق، محتوای ناخالصی یون های کلرید، یون های سدیم و سایر ناخالصی ها در سطح ppm کنترل می شود. این به طور مستقیم با پایداری پردازش و مقاومت در برابر سرما مرتبط است. ناخالصی ها کاتالیزورهای تخریب TPU (زرد شدن، کاهش ویسکوزیته) در طول پردازش در دمای بالا هستند و همچنین علت اصلی مهاجرت بعدی به سطح برای تشکیل "یخ زدگی سفید" هستند. خلوص بالا MDH-III-3 این مشکل را از ریشه برطرف می کند.
·سیستم هم افزایی بازدارنده شعله: MDH-III-3 را با نسبت خاصی از عوامل هم افزایی بازدارنده شعله در مقیاس نانو (مانند سیلیکات های لایه ای اصلاح شده آلی) مخلوط کنید. دومی می تواند یک ساختار "نانو مانع" در ماتریس TPU ایجاد کند که با تاخیر شعله فاز گاز و تجزیه گرماگیر MDH همکاری می کند و انتظار می رود مقدار کل MDH اضافه شده را 5-10٪ کاهش دهد، فضایی را برای حفظ خواص مکانیکی و ظاهر ایجاد کند.
· اصلاح کننده رئولوژیکی: افزودن مقادیر کمی (0.1-0.5٪) از مواد کمکی پردازش با راندمان بالا (مانند فلوروپلیمرها) می تواند به طور قابل توجهی ویسکوزیته و انبساط قالب مذاب TPU پر پر شده را کاهش دهد، جریان مذاب را در قالب های دیواره نازک روان تر و یکنواخت تر می کند، در نتیجه خطوط بدون جریان را کاهش می دهد و از بین می برد.
· فرآیند پراکندگی برشی با دمای پایین: با توجه به ماهیت بسیار پراکنده MDH-III-3، هسته پردازش برای "جلوگیری از تجمع مجدد" و "جلوگیری از تخریب حرارتی" است. برای جلوگیری از آسیب حرارتی به TPU و اصلاح کننده های سطح، باید از یک اکسترودر دو پیچ با برش کم تا متوسط و کنترل دما، با پیکربندی پیچ ملایم و دمای بخش ذوب به شدت در 185-195 درجه سانتیگراد (بسیار کمتر از دمای تجزیه اولیه MDH در 340 درجه) استفاده شود.
· قالب‌گیری تزریقی با فشار بالا و سرعت بالا: برای قالب‌گیری تزریقی دیواره نازک، باید از سرعت تزریق بالا و فشار نگهداری بالا استفاده کرد تا اطمینان حاصل شود که مذاب غنی از پرکننده به سرعت و به طور متراکم حفره قالب را پر می‌کند و اختلاف جریان بین لایه انجماد سطحی و لایه هسته را کاهش می‌دهد و در نتیجه ظاهری شبیه به آینه به دست می‌آورد.
| معیارهای عملکرد | تولید سنتی دیواره نازک هیدروکسید منیزیم (> 5μm) پر از TPU. | MDH-III-3 محصولات با دیواره نازک TPU پر شده با هیدروکسید منیزیم بسیار ریز | اصل بهبود |
| پرداخت سطح | خشن، با پوک مارک های آشکار و علائم جریان | صاف و مسطح، به ظاهر TPU خالص نزدیک می شود | اندازه ذرات بسیار ریز و پراکندگی عالی نقص های ماکروسکوپی را از بین می برد |
| مه / شفافیت | کاملاً مات، به رنگ سفید خاکستری | رنگ یکنواخت نیمه شفاف یا سفید شیری، با بافت ممتاز | ذرات زیر میکرون به طور قابل توجهی پراکندگی نور مرئی را کاهش می دهند |
| راندمان بازدارنده شعله | برای دستیابی به V-0 مقدار افزودنی بسیار بالایی (بیش از 65%) مورد نیاز است | V-0 را می توان با افزودن 55-60٪ به دست آورد. | پراکندگی بالا کارایی بازدارنده شعله آن را به حداکثر می رساند |
| استحکام کششی/ازدیاد طول | زوال و شکنندگی شدید | نرخ حفظ> 70٪، هنوز هم انعطاف پذیری خوبی دارد | لایه رابط انعطاف پذیر و ذرات بسیار ریز تمرکز تنش را کاهش می دهند |
| مقاومت در برابر سرما | یخبندان سفید سطحی ظرف چند هفته ظاهر می شود | دراز مدت (بیش از 6 ماه) بدون مهاجرت یا یخ زدگی | خلوص بالا و پیوند شیمیایی سطح پایدار |
| پردازش نقدینگی | ویسکوزیته بالا و سیالیت ضعیف مذاب | جریان مذاب خوب، مناسب برای شکل دهی با دیواره نازک | کروی سازی و روغن کاری سطحی اصطکاک را کاهش می دهد |
حل مشکل تعادل بین تاخیر در شعله و ظاهر محصولات دیواره نازک TPU صرفاً یک موضوع "تعویض پرکننده ها" نیست، بلکه یک مهندسی سیستماتیک شامل طراحی ریزساختار پرکننده، شیمی رابط، رئولوژی و فناوری پردازش است. هیدروکسید منیزیم فوق ریز با کارایی بالا، نشان داده شده توسط MDH-III-3، اساساً معضل بازدارنده های شعله غیر آلی سنتی با "پر شدن بیش از حد، عملکرد ضعیف و ظاهر ضعیف" را از طریق سه ویژگی اصلی خود یعنی اندازه ذرات زیر میکرون، لایه رابط انعطاف پذیر پلیمری و خلوص فوق العاده بالا برمی گرداند.
