Nhôm hydroxit (ATH)là chất độn chống cháy thân thiện với môi trường được sử dụng rộng rãi nhất trong vật liệu polymer và hiệu suất xử lý của nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả chuẩn bị và hiệu suất cuối cùng của vật liệu composite. Bài viết này phân tích một cách có hệ thống sự khác biệt giữa ATH thông thường và ATH có độ nhớt thấp về tính chất bề mặt, đặc tính lưu biến, cơ chế phân tán và khả năng thích ứng xử lý từ góc độ khoa học vật liệu, cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc lựa chọn trong các ứng dụng công nghiệp.
ATH thông thường thường được sản xuất bằng quy trình Bayer, với phân bố kích thước hạt rộng (1-25μm), năng lượng bề mặt cao (khoảng 70-100mJ/m2) và đặc tính phân cực rõ ràng. Cấu trúc tinh thể của nó chủ yếu bao gồm α-Al(OH)₃ và mật độ hydroxyl bề mặt có thể đạt tới 4-8 OH/nm². Các vị trí hoạt động này có xu hướng hình thành mạng lưới liên kết hydro, dẫn đến tăng cường tương tác giữa các phân tử.
ATH có độ nhớt thấp được điều chế thông qua quá trình biến đổi bề mặt hoặc quá trình kết tinh đặc biệt và năng lượng bề mặt có thể giảm xuống 30-50 mJ/m2. Các công nghệ chính bao gồm:
·Lớp phủ bề mặt hữu cơ silan/axit béo (tỷ lệ che phủ có thể đạt trên 85%)
·Kiểm soát sự phát triển của tinh thể để tạo thành hình dạng đều đặn hơn
·Este hóa một phần các nhóm hydroxyl bề mặt (tỷ lệ biến tính thường>60%)
Ở tốc độ cắt cao (1000 s ⁻¹), độ nhớt nóng chảy của hệ thống đổ đầy ATH có độ nhớt thấp (lượng đổ đầy 60%) có thể giảm 40-60% so với ATH thông thường. Sự khác biệt này xuất phát từ:
·Hệ số ma sát giữa các hạt giảm (từ 0,35 xuống 0,15-0,20)
·Kết hợp sự khác biệt về hàm lượng nước (ATH có độ nhớt thấp thường <0,2%)
Hệ thống huyền phù ATH thông thường thể hiện ứng suất chảy đáng kể (thường> 50 Pa), trong khi ATH có độ nhớt thấp được sửa đổi có thể làm giảm ứng suất chảy xuống dưới 10 Pa, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất bắt đầu dòng chảy trong giai đoạn xử lý ban đầu.
Sự phân tán thông thườngATHtrong polyme nóng chảy tuân theo mô hình phân ly phân mảnh kết tụ, đòi hỏi ứng suất cắt cao (>10⁵Pa) để đạt được độ phân tán hiệu quả. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng năng lượng cần thiết để phân tán hoàn toàn cao gấp 2-3 lần so với ATH có độ nhớt thấp.
ATH có độ nhớt thấp làm giảm năng lượng bề mặt, rút ngắn thời gian thấm từ 60-70% và quá trình phân tán phù hợp hơn với cơ chế trượt bề mặt. Trong cùng điều kiện cắt, thời gian cần thiết để đạt được cùng mức phân tán giảm hơn 40%.
Trong quá trình ép đùn trục vít đôi, hệ thống làm đầy ATH có độ nhớt thấp thể hiện:
·Áp suất đầu giảm 25-35%
·Giảm mô-men xoắn 20-30%
·Số lượng lấp đầy tối đa có thể tăng thêm 15-20 điểm phần trăm
ATH có độ nhớt thấp có lợi thế đáng kể trong giai đoạn làm đầy nhanh:
·Tăng chiều dài dòng chảy lên 30-50%
·Tăng độ bền đường hàn thêm 20-25%
·Giảm tính dị hướng của sản phẩm (chênh lệch tỷ lệ co ngót giảm từ 1,2% xuống 0,4%)
Trong các hệ thống dựa trên dung môi, ATH có độ nhớt thấp có thể chuẩn bị bùn có hàm lượng chất rắn cao hơn (lên tới 75-80%) trong khi vẫn duy trì độ nhớt xây dựng thích hợp.
Cần lưu ý rằng việc tối ưu hóa hiệu suất xử lý có thể dẫn đến những thay đổi hiệu suất khác:
Hiệu suất chống cháy: ATH có độ nhớt thấp có thể trì hoãn nhiệt độ bắt đầu phân hủy ATH do sự hiện diện của lớp phủ bề mặt (thường tăng 10-20oC), nhưng tác động có thể được giảm thiểu bằng cách tối ưu hóa tốc độ phủ (nên kiểm soát ở mức 5-8%).
Tính chất cơ học: Sự giảm vừa phải về độ bền liên kết bề mặt có thể được bù đắp bằng sự kết hợp của các tác nhân ghép. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các chất liên kết hỗn hợp (silane+titanate) có thể khôi phục độ bền kéo lên hơn 95% so với hệ thống ATH thông thường.
độ nhớt thấpATHđã đạt được sự cải thiện đáng kể về hiệu suất xử lý thông qua kỹ thuật bề mặt, đặc biệt là giảm độ nhớt và cải thiện hiệu quả phân tán ở tốc độ cắt cao. Việc lựa chọn ATH phải được đánh giá một cách có hệ thống dựa trên các điều kiện xử lý cụ thể, yêu cầu làm đầy và yêu cầu hiệu suất cuối cùng. Đối với các kịch bản ứng dụng theo đuổi quy trình xử lý hiệu quả và khả năng lấp đầy cao, lợi thế kỹ thuật của ATH có độ nhớt thấp là rõ ràng; Trong các ứng dụng thông thường, ATH thông thường vẫn có lợi thế về hiệu quả chi phí. Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào thiết kế bề mặt đa chức năng để đạt được sự cân bằng tốt hơn giữa hiệu suất xử lý và hiệu suất cuối cùng.
