อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (ATH)เป็นสารตัวเติมสารหน่วงไฟที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในวัสดุโพลีเมอร์ และประสิทธิภาพการประมวลผลส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการเตรียมการและประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายของวัสดุคอมโพสิต บทความนี้จะวิเคราะห์ความแตกต่างระหว่าง ATH ธรรมดาและ ATH ที่มีความหนืดต่ำอย่างเป็นระบบในด้านคุณสมบัติพื้นผิว พฤติกรรมรีโอโลยี กลไกการกระจาย และความสามารถในการปรับตัวในการประมวลผลจากมุมมองของวัสดุศาสตร์ โดยให้พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการคัดเลือกในการใช้งานทางอุตสาหกรรม
เอทีเอช ธรรมดามักผลิตโดยใช้กระบวนการของไบเออร์ โดยมีการกระจายขนาดอนุภาคกว้าง (1-25μm) พลังงานพื้นผิวสูง (ประมาณ 70-100mJ/m²) และลักษณะขั้วที่ชัดเจน โครงสร้างผลึกส่วนใหญ่ประกอบด้วย α-Al(OH)₃ และความหนาแน่นของไฮดรอกซิลที่พื้นผิวสามารถสูงถึง 4-8 OH/nm² ไซต์ที่ทำงานอยู่เหล่านี้มีแนวโน้มที่จะสร้างเครือข่ายพันธะไฮโดรเจน ซึ่งนำไปสู่ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่เพิ่มขึ้น
เอทีเอช ความหนืดต่ำเตรียมผ่านการปรับเปลี่ยนพื้นผิวหรือกระบวนการตกผลึกแบบพิเศษ และสามารถลดพลังงานพื้นผิวลงเหลือ 30-50 mJ/m² เทคโนโลยีที่สำคัญได้แก่:
·การเคลือบพื้นผิวไซเลนอินทรีย์/กรดไขมัน (อัตราการครอบคลุมสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 85%)
·การควบคุมการเจริญเติบโตของคริสตัลเพื่อสร้างรูปร่างที่สม่ำเสมอมากขึ้น
·เอสเทอริฟิเคชันบางส่วนของหมู่ไฮดรอกซิลที่พื้นผิว (โดยปกติอัตราการดัดแปลง>60%)
ที่อัตราเฉือนสูง (1,000 วินาที ⁻¹) ความหนืดหลอมของระบบเติม ATH ความหนืดต่ำ (ปริมาณการบรรจุ 60%) จะลดลง 40-60% เมื่อเทียบกับ ATH ทั่วไป ความแตกต่างนี้เกิดจาก:
·ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีระหว่างอนุภาคลดลง (จาก 0.35 เป็น 0.15-0.20)
·การรวมความแตกต่างในปริมาณน้ำ (โดยทั่วไป ATH ความหนืดต่ำ <0.2%)
ระบบกันสะเทือน ATH แบบธรรมดาแสดงความเครียดของผลผลิตอย่างมีนัยสำคัญ (ปกติ>50 Pa) ในขณะที่ ATH ที่มีความหนืดต่ำที่ได้รับการดัดแปลงสามารถลดความเครียดของผลผลิตให้ต่ำกว่า 10 Pa ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการเริ่มต้นการไหลในขั้นตอนการประมวลผลขั้นต้นได้อย่างมาก
การกระจายตัวของสามัญเอทีเอชในการหลอมโพลีเมอร์จะเป็นไปตามแบบจำลองการแยกตัวของการแยกส่วนของการรวมตัวกัน ซึ่งต้องใช้แรงเฉือนสูง (>10⁵Pa) เพื่อให้เกิดการกระจายตัวที่มีประสิทธิภาพ การทดลองแสดงให้เห็นว่าพลังงานที่จำเป็นสำหรับการกระจายตัวโดยสมบูรณ์นั้นสูงกว่าพลังงาน ATH ที่มีความหนืดต่ำ 2-3 เท่า
เอทีเอช ความหนืดต่ำช่วยลดพลังงานพื้นผิว ลดระยะเวลาการแทรกซึมลง 60-70% และกระบวนการกระจายตัวจะสอดคล้องกับกลไกการลื่นไถลของพื้นผิวมากขึ้น ภายใต้สภาวะแรงเฉือนเดียวกัน เวลาที่ใช้เพื่อให้ได้ระดับการกระจายตัวเท่ากันจะลดลงมากกว่า 40%
ในระหว่างกระบวนการอัดรีดแบบสกรูคู่ ระบบเติม ATH ที่มีความหนืดต่ำจะแสดง:
·ความดันศีรษะลดลง 25-35%
·ลดแรงบิดลง 20-30%
·สามารถเพิ่มจำนวนการบรรจุสูงสุดได้ 15-20 เปอร์เซ็นต์
เอทีเอช ความหนืดต่ำมีข้อได้เปรียบที่สำคัญในขั้นตอนการเติมที่รวดเร็ว:
·เพิ่มความยาวการไหล 30-50%
·เพิ่มความแข็งแรงของแนวเชื่อม 20-25%
·ลดแอนไอโซโทรปีของผลิตภัณฑ์ (ความแตกต่างของอัตราการหดตัวลดลงจาก 1.2% เป็น 0.4%)
ในระบบที่ใช้ตัวทำละลาย ATH ความหนืดต่ำสามารถเตรียมสารละลายที่มีปริมาณของแข็งสูงกว่า (สูงถึง 75-80%) ในขณะที่ยังคงความหนืดของโครงสร้างที่เหมาะสมไว้
ควรสังเกตว่าการเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผลอาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพอื่น ๆ :
ประสิทธิภาพการหน่วงไฟ: ATH ความหนืดต่ำอาจทำให้อุณหภูมิเริ่มต้นของการสลายตัวของ ATH ล่าช้าเนื่องจากมีการเคลือบพื้นผิว (โดยปกติจะเพิ่มขึ้น 10-20 ℃) แต่สามารถลดผลกระทบให้เหลือน้อยที่สุดได้โดยการปรับอัตราการเคลือบให้เหมาะสม (แนะนำให้ควบคุมที่ 5-8%)
คุณสมบัติทางกล: ความแข็งแรงในการยึดเกาะของพื้นผิวที่ลดลงปานกลางสามารถชดเชยได้ด้วยการรวมกันของสารเชื่อมต่อ การศึกษาพบว่าการใช้สารเชื่อมต่อแบบผสม (ไซเลน+ไททาเนต) สามารถคืนความต้านทานแรงดึงได้มากกว่า 95% ของระบบ ATH ทั่วไป
ความหนืดต่ำเอทีเอชได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญในประสิทธิภาพการประมวลผลผ่านทางวิศวกรรมพื้นผิว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการลดความหนืดและปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายตัวที่อัตราเฉือนสูง การเลือก ATH ควรได้รับการประเมินอย่างเป็นระบบตามเงื่อนไขการประมวลผลเฉพาะ ข้อกำหนดการบรรจุ และข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพขั้นสุดท้าย สำหรับสถานการณ์การใช้งานที่ดำเนินการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพและการบรรจุสูง ข้อได้เปรียบทางเทคนิคของ ATH ที่มีความหนืดต่ำนั้นชัดเจน ในการใช้งานทั่วไป ATH ธรรมดายังคงมีข้อได้เปรียบด้านความคุ้มค่า การวิจัยในอนาคตควรมุ่งเน้นไปที่การออกแบบพื้นผิวแบบมัลติฟังก์ชั่นเพื่อให้เกิดความสมดุลที่ดีขึ้นระหว่างประสิทธิภาพการประมวลผลและประสิทธิภาพขั้นสุดท้าย
