تُعدّ مواد البوليمر أحد أنظمة المواد الرئيسية الثلاثة، إلى جانب المعادن والسيراميك، في الصناعة الحديثة. وتُستخدم على نطاق واسع في الضروريات اليومية، والإلكترونيات، والمكونات الكهربائية، وتصنيع الكابلات، وقطع غيار السيارات، ومواد البناء، وغيرها الكثير. ومع ذلك، ولأن معظم البوليمرات تحتوي على سلاسل كربونية أساسية، فإنها تتحلل بسهولة عند تسخينها وتُنتج غازات قابلة للاشتعال. ونتيجةً لذلك، تشتعل بسهولة في وجود لهب مكشوف، مما يُشكل تهديدًا كبيرًا لسلامة الإنسان والممتلكات. لذلك، فإن دمج... هيدروكسيد الألومنيوم،, يعد ثنائي ميثيل كلورايد أحد أكثر مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين استخدامًا على نطاق واسع، وقد أصبح نهجًا مهمًا لتعزيز أداء مثبطات اللهب للبوليمرات وموضوع بحث مهم في علم المواد.
آلية احتراق البوليمرات واستراتيجيات مقاومة اللهب
في جوهره، يُعد احتراق البوليمرات عملية تحلل حراري. بمجرد تسخينها إلى درجة حرارة معينة، تنكسر سلاسل البوليمر، مُولِّدةً أنواعًا متطايرة قابلة للاشتعال تُشارك في تفاعلات الجذور الحرة المتسلسلة في منطقة اللهب، مما يُكثِّف الاحتراق. تُطلق هذه العملية كمية كبيرة من الحرارة، والتي تتغذى على المادة، مُسببةً تحللًا حراريًا مستمرًا وتشكل حلقة مفرغة.
وبناءً على هذه الآلية، تركز استراتيجيات مقاومة اللهب الحالية بشكل أساسي على نهجين:
مثبطات اللهب في الطور الغازي
مقاطعة التفاعلات المتسلسلة للجذور الحرة في منطقة الاحتراق لتقليل كفاءة الاحتراق.
مثبطات اللهب في الطور المكثف
منع انتقال الحرارة أو تشكيل طبقة فحم واقية لمنع انتقال الحرارة ومنتجات التحلل القابلة للاشتعال إلى منطقة اللهب.
لتحقيق هذه التأثيرات، طُوِّرت أنواع مختلفة من مثبطات اللهب. تعمل هذه المثبطات عن طريق امتصاص الحرارة، وإطلاق الغازات الخاملة، واحتجاز الجذور الحرة، أو تعزيز الكربنة. وحسب خصائصها، المواد الكيميائية من حيث البنية، يمكن تقسيم مثبطات اللهب على نطاق واسع إلى أنواع عضوية وغير عضوية.
لماذا تتجه العديد من الصناعات نحو مثبطات اللهب غير العضوية
على الرغم من فعالية بعض مثبطات اللهب العضوية، مثل الأنظمة المهلجنة، إلا أن نواتج تحللها الحراري قد تُسبب سمية أو مخاطر بيئية. مع تزايد صرامة اللوائح البيئية، تتجه الصناعات نحو مثبطات اللهب غير العضوية الأكثر أمانًا وصديقة للبيئة.
مزايا مثبطات اللهب غير العضوية:
- غير سامة ومنخفضة توليد الدخان
- استقرار حراري عالي وتفاعل كيميائي منخفض
- تكلفة منخفضة نسبيًا ومستويات تحميل مسموح بها عالية
من بين جميع مثبطات اللهب غير العضوية،, هيدروكسيد الألومنيوم (Al(OH)₃, ATH) هو الأكثر استخدامًا ويعتبر "المفضل الدائم" في صناعة مثبطات اللهب.
لماذا يعتبر هيدروكسيد الألومنيوم شائعًا جدًا؟
باعتباره مثبطًا للهب غير عضوي من حيث الحجم والانتشار، يُستخدم ATH في جميع أنظمة مثبطات اللهب البوليمرية تقريبًا، بما في ذلك مركبات الأسلاك والكابلات، ومنتجات المطاط، والمواد الصلبة بالحرارة، واللدائن الحرارية، ومواد البناء. ومن أهم مزاياه:
1. التحلل الحراري القوي (الامتصاص الفيزيائي للحرارة والتبريد)
يخضع ATH للتحلل الحراري عند حوالي 200-300 درجة مئوية:
Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O↑
يمتص هذا التفاعل كمية كبيرة من الحرارة ويطلق بخار الماء، الذي يخفف الغازات القابلة للاشتعال ويبطئ الاحتراق.
2.تكوين طبقة الألومينا الواقية (حماية الطور المكثف)
يشكل Al₂O₃ الناتج طبقة كثيفة ومستقرة تشبه السيراميك على سطح المادة، مما يحجب الأكسجين ويمنع المزيد من التحلل الحراري للبوليمر.
3. آمن وصديق للبيئة وفعال من حيث التكلفة
يتميز ATH بثباته الكيميائي وعدم إنتاجه غازات سامة، كما أنه متوافق مع اللوائح البيئية العالمية. كما أن وفرة موارده وانخفاض تكلفته تجعله مثاليًا كمثبط للهب وحشو وظيفي، مما يُحسّن الخواص الميكانيكية والعزلية مع تقليل الدخان.
4. نطاق تطبيق واسع للغاية
بسبب درجة حرارة تحللها المعتدلة، تعد ATH مناسبة بشكل خاص للبوليمرات ذات درجات الحرارة المنخفضة للمعالجة مثل البولي أوليفينات، وPVC، والمطاط.
تتضمن التطبيقات الشائعة ما يلي:
- الأسلاك والكابلات: مركبات كابلات خالية من الهالوجين ومنخفضة الدخان مع تحميل ATH 50%–65%
- مواد بناء: ألواح العزل الحراري، ألواح الألمنيوم المركبة المقاومة للهب، ألواح الأنفاق/المترو المركبة
- السيارات والنقل: مواد حزمة بطارية السيارة الكهربائية، الأجزاء الداخلية، مكونات النقل بالسكك الحديدية
- الأجهزة الإلكترونية والأجهزة: صفائح PCB، وأغطية الأجهزة، والمقابس والمقابس الكهربائية
- أحزمة النقل المطاطية: أحزمة مضادة للكهرباء الساكنة ومقاومة للهب للتعدين
لدى هيدروكسيد الألومنيوم أيضًا عيوب.
تشمل العيوب الرئيسية ما يلي:
- مستويات التحميل العالية (عادةً 40%–65% لـ UL94 V-0)، والتي قد تقلل من القوة الميكانيكية وتدفق المنصهر
- محبة للماء بدرجة عالية وتوافق ضعيف مع البوليمرات الكارهة للماء، وتتطلب معالجة سطحية (السيلان، والتيتانات، وحمض الستياريك، وما إلى ذلك).
ومع ذلك، مع التقدم في الطحن فائق الدقة (D50 < 2 ميكرومتر)، وتعديل السطح، وتقنية النانو ATH، والاستخدام التآزري مع هيدروكسيد المغنيسيوم، تم التخفيف من هذه المشكلات إلى حد كبير.
تكنولوجيا تحضير وطحن هيدروكسيد الألومنيوم:
يرتبط أداء ATH في الأنظمة المقاومة للهب ارتباطًا وثيقًا بـ حجم الجسيمات, توزيع حجم الجسيمات، ومساحة السطح النوعية، وخصائص السطح. لذلك، يجب أن يعتمد ATH عالي الجودة على عمليات طحن وتصنيف مستقرة ودقيقة.
1. مصدر المواد الخام والمعالجة المسبقة
عادةً ما يُنتَج ATH الصناعي باستخدام عملية باير. غالبًا ما تُظهر جزيئات ATH الخام تكتلًا وحجمًا كبيرًا نسبيًا. يتطلب الأمر مزيدًا من الطحن لتلبية متطلبات الأداء في أنظمة البوليمر.
2. معدات الطحن الاختيار: مفتاح التحكم في حجم الجسيمات
تتطلب التطبيقات المختلفة أحجامًا مختلفة من الجسيمات:
- مركبات الكابلات: D50 = 1–10 ميكرومتر
- الطلاءات / المواد اللاصقة: درجات أدق
- ماسترباتشات عالية الجودة: D97 < 10 ميكرومتر مع توزيع حجم ضيق
تتضمن حلول الطحن الشائعة ما يلي:
مطحنة الكرات + نظام تصنيف الهواء
- مثالي للإنتاج المستقر واسع النطاق لـ D50 1–8 ميكرومتر ATH
- التحكم الدقيق في حجم الجسيمات، وتحقيق D97 10–15 ميكرومتر
- يستخدم على نطاق واسع في PVC وPP ومركبات الكابلات
- تحسين شكل الجسيمات وقابليتها للتشتت
مطحنة جيت (مطحنة جيت هوائية)
- يستخدم تدفق الهواء عالي السرعة لطحن التأثير فائق الدقة
- ينتج مسحوق D97 3–5 ميكرومتر أو مسحوق فائق الميكرون
- مناسب للبلاستيك الهندسي والمواد الشفافة والصيغ البصرية
- لا تلوث الوسائط، مما يضمن نقاءً عاليًا
مطحنة الأسطوانة العمودية،, مطحنة الدبوس, ، مطحنة التأثير
- مناسب للدرجات متوسطة الدقة (D50 5–30 ميكرومتر)
- يستخدم في مواد البناء ومنتجات المطاط
- إنتاج أعلى وتكلفة تشغيل أقل
3. تكنولوجيا التصنيف: ضمان PSD ضيق واستقرار عالي
تقوم المصنفات عالية الدقة التي تستخدم التوربينات أو العجلات المتعددة بفصل الجسيمات الدقيقة والخشنة، مما يوفر لـ ATH ما يلي:
- توزيع ضيق لحجم الجسيمات
- انخفاض اللزوجة في النظام في مصهور البوليمر
- التشتت المنتظم
- أداء أكثر استقرارًا وكفاءة في مقاومة اللهب
وخاصة في مركبات الكابلات ذات التحميل العالي، فإن استقرار حجم الجسيمات يؤثر بشكل مباشر على الخصائص الميكانيكية وأداء البثق.
4. تعديل السطح:تحسين التوافق مع مصفوفات البوليمر
تظهر البوليمرات غير القطبية مثل PP وPE توافقًا ضعيفًا مع الحشوات غير العضوية، مما يجعل معالجة السطح ضرورية.
عوامل الاقتران الشائعة
- تيتانات
- السيلان
- الألومينات
عملية التعديل
معدِّل مستمر + خلط عالي القص
فوائد
- انخفاض لزوجة الذوبان
- تشتت أفضل
- تحميل حشو أعلى مسموح به
- تحسين الخصائص الميكانيكية
في مركبات الأسلاك والكابلات، يجب أن يخضع ATH عالي الجودة للمعالجة السطحية طلاء لتحقيق استقرار المعالجة الممتاز وأداء العزل الكهربائي.
خاتمة
يُعد تحسين أداء البوليمرات في مقاومة اللهب مهمةً بالغة الأهمية وطويلة الأمد. ومن بين العديد من مثبطات اللهب، يبرز هيدروكسيد الألومنيوم بفضل قدرته على امتصاص الحرارة، وتحرير الماء، وتكوين طبقة واقية، وسلامته، وملاءمته للبيئة. فهو يعزز مستويات مقاومة اللهب مع الالتزام بلوائح صارمة بشكل متزايد، مما يجعله يُستخدم على نطاق واسع في الكابلات، والبناء، والسيارات، والإلكترونيات.
مع تطور تكنولوجيا مثبطات اللهب، ستواصل ATH لعب دور رئيسي - خاصة في التركيبات عالية الكفاءة، والأنظمة التآزرية، والتطبيقات الدقيقة.
مسحوق إبيك توفر حلول معالجة كاملة لإنتاج ATH، بما في ذلك:
- مطحنة الكرة + متعدد المراحل مصنف الهواء الأنظمة
- خطوط إنتاج مسحوق فائق الدقة من مطحنة جيت
- أنظمة تعديل سطح المسحوق المستمر
من خلال التحكم الدقيق في حجم الجسيمات، والطحن منخفض التلوث، والتعديل الفعال، يتيح مسحوق EPIC الحصول على ATH مستقر وعالي الأداء لمركبات الكابلات والمطاط ومواد البناء والبلاستيك الهندسي.
شكرًا لقراءتكم. آمل أن يكون مقالي مفيدًا. يُرجى ترك تعليق أدناه. يمكنكم أيضًا التواصل مع ممثل خدمة عملاء زيلدا عبر الإنترنت لأي استفسارات أخرى.
— نشر بواسطة إميلي تشين