Палімерныя матэрыялы з'яўляюцца адной з трох асноўных матэрыяльных сістэм разам з металамі і керамікай у сучаснай прамысловасці. Яны шырока выкарыстоўваюцца ў прадметах штодзённага попыту, электроніцы, электрычных кампанентах, вытворчасці кабеляў, аўтамабільных дэталях, будаўнічых матэрыялах і многіх іншых галінах. Аднак, паколькі большасць палімераў маюць вугляродныя ланцугі, яны лёгка раскладаюцца пры награванні і ўтвараюць гаручыя газы. У выніку яны лёгка загараюцца ў прысутнасці адкрытага полымя, што стварае значную пагрозу для бяспекі людзей і маёмасці. Таму ўключэнне... гідраксід алюмінію, адзін з найбольш шырока выкарыстоўваных вогнеахоўных рэчываў без галагенаў, стаў важным падыходам да павышэння вогнеахоўных уласцівасцей палімераў і важнай тэмай даследаванняў у матэрыялазнаўстве.
Механізм гарэння палімераў і стратэгіі вогнеахоўных сродкаў
Па сутнасці, гарэнне палімераў — гэта працэс тэрмічнага раскладання. Пасля награвання да пэўнай тэмпературы палімерныя ланцугі разрываюцца, утвараючы лятучыя гаручыя рэчывы, якія ўдзельнічаюць у ланцуговых рэакцыях свабодных радыкалаў у зоне полымя, што яшчэ больш узмацняе гарэнне. Гэты працэс вызваляе вялікую колькасць цяпла, якое вяртаецца ў матэрыял, выклікаючы бесперапынную тэрмічную дэградацыю і ўтвараючы заганнае кола.
Зыходзячы з гэтага механізму, сучасныя стратэгіі па барацьбе з вогнеаховай у асноўным сканцэнтраваны на двух падыходах:
Газафазная вогнеўстойлівасць
Перапыненне ланцуговых рэакцый свабодных радыкалаў у зоне гарэння для зніжэння эфектыўнасці гарэння.
Вогнеўстойлівасць кандэнсаванай фазы
Блакіроўка цеплаперадачы або ўтварэнне ахоўнага пласта вугалю для прадухілення міграцыі цяпла і лёгкаўзгаральных прадуктаў раскладання ў зону полымя.
To achieve these effects, various flame retardants have been developed. They work by absorbing heat, releasing inert gases, capturing free radicals, or promoting carbonization. Depending on their chemical structure, flame retardants can be broadly divided into organic and inorganic types.
Чаму многія галіны прамысловасці пераходзяць на неарганічныя антыпірэны
Нягледзячы на тое, што некаторыя арганічныя антыпірэны, такія як галагенаваныя сістэмы, вельмі эфектыўныя, прадукты іх тэрмічнага раскладання могуць прадстаўляць таксічнасць або рызыкаваць для навакольнага асяроддзя. З усё больш жорсткімі экалагічнымі нормамі прамысловасць пераходзіць на больш бяспечныя і экалагічна чыстыя неарганічныя антыпірэны.
Перавагі неарганічных антыпірэнаў：
- Нетаксічны і з нізкім утварэннем дыму
- Высокая тэрмічная стабільнасць і нізкая хімічная рэакцыйная здольнасць
- Адносна нізкі кошт і высокія дапушчальныя ўзроўні нагрузкі
Сярод усіх неарганічных антыпірэнаў, гідраксід алюмінію (Al(OH)₃, ATH) з'яўляецца найбольш шырока выкарыстоўваным і лічыцца «вечным фаварытам» у вогнеахоўнай прамысловасці.
Чаму гідраксід алюмінію такі папулярны?
Як найбольш распаўсюджаны і шырока ўжывальны неарганічны вогнеахоўны кампанент, ATH можна знайсці практычна ва ўсіх палімерных вогнеахоўных сістэмах, у тым ліку ў правадных і кабельных злучэннях, гумовых вырабах, тэрмарэактывах, тэрмапластах і будаўнічых матэрыялах. Яго перавагі ўключаюць у сябе:
1. Моцнае эндатэрмічнае раскладанне (фізічнае паглынанне цяпла і астуджэнне)
АТГ падвяргаецца эндатэрмічнаму раскладанню пры тэмпературы каля 200–300°C:
Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O↑
Гэтая рэакцыя паглынае значную колькасць цяпла і вызваляе вадзяную пару, якая разводзіць гаручыя газы і запавольвае гарэнне.
2.Утварэнне ахоўнага пласта аксіду алюмінію (абарона кандэнсаванай фазы)
Утвораны Al₂O₃ утварае шчыльны, стабільны керамічны пласт на паверхні матэрыялу, блакуючы кісларод і прадухіляючы далейшае тэрмічнае раскладанне палімера.
3. Бяспечны, экалагічна чысты і эканамічна эфектыўны
ATH хімічна стабільны і не вылучае таксічных газаў. Ён адпавядае глабальным экалагічным нормам. Яго багатыя рэсурсы і нізкі кошт таксама робяць яго ідэальным як вогнеахоўным, так і функцыянальным напаўняльнікам, паляпшаючы механічныя і ізаляцыйныя ўласцівасці, адначасова памяншаючы дым.
4. Надзвычай шырокі дыяпазон прымянення
Дзякуючы ўмеранай тэмпературы раскладання, ATH асабліва падыходзіць для палімераў, якія патрабуюць нізкай тэмпературы апрацоўкі, такіх як поліалефіны, ПВХ і каўчук.
Распаўсюджаныя прымянення ўключаюць:
- Правады і кабелі: нізкадымныя безгалагенавыя кабельныя кампазіты з нагрузкай 50%–65% ATH
- Будаўнічыя матэрыялы: цеплаізаляцыйныя пліты, вогнеахоўныя алюмініевыя кампазітныя панэлі, кампазіты для метро/тунэляў
- Аўтамабілі і транспарт: Матэрыялы для акумулятарных блокаў электрамабіляў, дэталі салона, кампаненты чыгуначнага транспарту
- Электроніка і бытавая тэхніка: Ламінат друкаваных поплаткаў, корпусы бытавой тэхнікі, відэльцы і разеткі
- Гумовыя канвеерныя стужкі: вогнеахоўныя антыстатычныя стужкі для горназдабыўной прамысловасці
Гідраксід алюмінію таксама мае недахопы.
Да асноўных недахопаў адносяцца:
- Высокія ўзроўні нагрузкі (звычайна 40%–65% для UL94 V-0), якія могуць знізіць механічную трываласць і цякучасць расплаву.
- Высокая гідрафільнасць і дрэнная сумяшчальнасць з гідрафобнымі палімерамі, што патрабуе апрацоўкі паверхні (сілан, тытанат, стэарынавая кіслата і г.д.)
Аднак, дзякуючы дасягненням у галіне ультратонкага драбнення (D50 < 2 мкм), мадыфікацыі паверхні, нана-ATH і сінергічнаму выкарыстанню з гідраксідам магнію, гэтыя праблемы былі значна вырашаны.
Тэхналогія падрыхтоўкі і драбнення гідраксіду алюмінію:
The performance of ATH in flame-retardant systems is closely related to its particle size, particle-size distribution, specific surface area, and surface properties. Therefore, high-quality ATH must rely on stable and precise grinding and classification processes.
1. Крыніца сыравіны і папярэдняя апрацоўка
Прамысловы ATH звычайна вырабляецца з дапамогай працэсу Баера. Неапрацаваныя часціцы ATH часта маюць агламерацыю і адносна вялікі памер часціц. Для задавальнення патрабаванняў да прадукцыйнасці ў палімерных сістэмах патрабуецца далейшае драбненне.
2. Шліфавальнае абсталяванне Выбар: ключ да кантролю памеру часціц
Розныя сферы прымянення патрабуюць розных памераў часціц:
- Кабельныя злучэнні: D50 = 1–10 мкм
- Пакрыцці / Клеі: больш дробныя гатункі
- Высокакласныя мастербатчы: D97 < 10 мкм з вузкім размеркаваннем памераў
Звычайныя рашэнні для шліфавання ўключаюць:
Шаровы млын + сістэма паветранага класіфікатара
- Ідэальна падыходзіць для маштабнай, стабільнай вытворчасці D50 1–8 мкм ATH
- Дакладны кантроль памеру часціц, дасягненне D97 10–15 мкм
- Шырока выкарыстоўваецца ў ПВХ, ПП, кабельных злучэннях
- Палепшаная форма і дысперснасць часціц
Струменевы млын (паветраструменевы млын)
- Выкарыстоўвае высакахуткасны паток паветра для ультратонкага ўдарнага шліфавання
- Вырабляе парашок D97 памерам 3–5 мкм або больш дробны супермікронны парашок
- Падыходзіць для інжынерных пластмас, празрыстых матэрыялаў, аптычных рэцэптур
- Адсутнасць забруджвання асяроддзя, што забяспечвае высокую чысціню
Вертыкальны ролікавы млын, Шпількавы млын, Ударны млын
- Падыходзіць для сярэдняй тонкасці памолу (D50 5–30 мкм)
- Выкарыстоўваецца ў будаўнічых матэрыялах і гумовых вырабах
- Больш высокая прадукцыйнасць, меншыя эксплуатацыйныя выдаткі
3. Тэхналогія класіфікацыіЗабеспячэнне вузкай PSD і высокай стабільнасці
Высокадакладныя турбінныя або шматколавыя класіфікатары аддзяляюць дробныя і буйныя часціцы, забяспечваючы ATH:
- Вузкае размеркаванне памераў часціц
- Ніжэйшая глейкасць сістэмы ў расплавах палімераў
- Раўнамернае рассейванне
- Больш стабільная і эфектыўная вогнеахоўная прадукцыйнасць
Асабліва ў кабельных кампаундах з высокай нагрузкай стабільнасць памеру часціц непасрэдна ўплывае на механічныя ўласцівасці і характарыстыкі экструзіі.
4. Мадыфікацыя паверхніПаляпшэнне сумяшчальнасці з палімернымі матрыцамі
Непалярныя палімеры, такія як ПП і ПЭ, дрэнна сумяшчальныя з неарганічнымі напаўняльнікамі, што робіць апрацоўку паверхні неабходнай.
Распаўсюджаныя злучальныя агенты
- Тытанаты
- Сіланы
- Алюмінаты
Працэс мадыфікацыі
Бесперапынны мадыфікатар + змешванне з высокім зрухам
Перавагі
- Ніжняя глейкасць расплаву
- Лепшае рассейванне
- Больш высокая дапушчальная загрузка напаўняльніка
- Палепшаныя механічныя ўласцівасці
In wire and cable compounds, high-quality ATH must undergo surface coating to achieve excellent processing stability and electrical insulation performance.
Заключэнне
Паляпшэнне вогнеахоўных уласцівасцей палімераў — гэта доўгатэрміновая і крытычна важная задача. Сярод шматлікіх вогнеахоўных рэчываў гідраксід алюмінію вылучаецца дзякуючы паглынанню цяпла, вызваленню вады, утварэнню ахоўнага пласта, бяспецы і экалагічнасці. Ён павышае ўзровень вогнеахоўнасці, адначасова адпавядаючы ўсё больш строгім нормам, што робіць яго шырока выкарыстоўваным у кабелях, будаўніцтве, аўтамабілебудаванні і электроніцы.
Па меры развіцця тэхналогій вогнеахоўных рэчываў, ATH будзе працягваць адыгрываць ключавую ролю, асабліва ў высокаэфектыўных рэцэптурах, сінергічных сістэмах і дакладных ужываннях.
EPIC парашок прапануе комплексныя рашэнні для апрацоўкі вытворчасці ATH, у тым ліку:
- Ball mill + multi-stage air classifier systems
- Лініі для вытворчасці ультратонкага парашка для струменевага млына
- Сістэмы бесперапыннай мадыфікацыі паверхні парашка
Дзякуючы дакладнаму кантролю памеру часціц, драбненню з нізкім узроўнем забруджвання і эфектыўнай мадыфікацыі, парашок EPIC забяспечвае стабільную, высокапрадукцыйную атмасферную гідраўліку (ATH) для кабельных кампазітаў, гумы, будаўнічых матэрыялаў і інжынерных пластмас.
«Дзякуй за чытанне. Спадзяюся, мой артыкул будзе карысным. Калі ласка, пакіньце каментар ніжэй. Вы таксама можаце звязацца з прадстаўніком службы падтрымкі кліентаў Zelda онлайн, калі ў вас ёсць дадатковыя пытанні».
— Апублікавана Эмілі Чэн