Bahan polimer adalah salah satu daripada tiga sistem bahan utama bersama logam dan seramik dalam industri moden. Ia digunakan secara meluas dalam keperluan harian, elektronik, komponen elektrik, pembuatan kabel, bahagian automotif, bahan binaan, dan banyak lagi bidang lain. Walau bagaimanapun, kerana kebanyakan polimer mempunyai tulang belakang rantai karbon, ia mudah terurai apabila dipanaskan dan menghasilkan gas mudah terbakar. Akibatnya, mereka mudah menyala dengan kehadiran nyalaan terbuka, menimbulkan ancaman besar kepada keselamatan manusia dan harta benda. Oleh itu, menggabungkan aluminium hidroksida, salah satu kalis api bebas halogen yang paling banyak digunakan, telah menjadi pendekatan penting untuk meningkatkan prestasi kalis api polimer dan topik penyelidikan penting dalam sains bahan.
Mekanisme Pembakaran Polimer dan Strategi Kalis Api
Pada asasnya, pembakaran polimer adalah proses penguraian haba. Setelah dipanaskan pada suhu tertentu, rantai polimer pecah, menghasilkan spesies mudah terbakar yang meruap yang mengambil bahagian dalam tindak balas rantai radikal bebas dalam zon nyalaan, mempergiatkan lagi pembakaran. Proses ini membebaskan sejumlah besar haba, yang memberi suapan semula ke dalam bahan, menyebabkan degradasi haba berterusan dan membentuk kitaran ganas.
Berdasarkan mekanisme ini, strategi kalis api semasa memberi tumpuan terutamanya kepada dua pendekatan:
Ketahanan Api Fasa Gas
Mengganggu tindak balas rantai radikal bebas dalam zon pembakaran untuk mengurangkan kecekapan pembakaran.
Ketahanan Api Fasa Pekat
Menyekat pemindahan haba atau membentuk lapisan arang pelindung untuk mengelakkan haba dan produk penguraian mudah terbakar daripada berhijrah ke zon nyalaan.
Untuk mencapai kesan ini, pelbagai kalis api telah dibangunkan. Mereka berfungsi dengan menyerap haba, membebaskan gas lengai, menangkap radikal bebas, atau menggalakkan pengkarbonan. Bergantung pada mereka kimia struktur, kalis api boleh dibahagikan secara meluas kepada jenis organik dan bukan organik.
Mengapa Banyak Industri Beralih Ke Arah Kalis Api Bukan Organik
Walaupun beberapa kalis api organik—seperti sistem halogen—sangat berkesan, produk penguraian haba mereka mungkin menimbulkan ketoksikan atau risiko alam sekitar. Dengan peraturan alam sekitar yang semakin ketat, industri beralih ke arah kalis api bukan organik yang lebih selamat dan mesra alam.
Kelebihan Kalis Api Bukan Organik：
- Tidak toksik dan penjanaan asap rendah
- Kestabilan haba yang tinggi dan kereaktifan kimia yang rendah
- Kos yang agak rendah dan tahap pemuatan yang dibenarkan tinggi
Di antara semua kalis api bukan organik, aluminium hidroksida (Al(OH)₃, ATH) adalah yang paling banyak digunakan dan dianggap sebagai "kegemaran saka" dalam industri kalis api.
Mengapa Aluminium Hidroksida Sangat Popular?
Sebagai kalis api bukan organik dengan volum terbesar dan paling banyak digunakan, ATH boleh didapati dalam hampir semua sistem kalis api polimer, termasuk sebatian wayar dan kabel, produk getah, termoset, termoplastik dan bahan binaan. Kelebihannya terutamanya termasuk:
1. Penguraian Endotermik Kuat (Penyerapan & Penyejukan Haba Fizikal)
ATH mengalami penguraian endotermik pada sekitar 200–300°C:
Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O↑
Tindak balas ini menyerap haba yang ketara dan membebaskan wap air, yang mencairkan gas mudah terbakar dan melambatkan pembakaran.
2.Pembentukan Lapisan Alumina Pelindung (Perlindungan Fasa Terkondensasi)
Al₂O₃ yang dihasilkan membentuk lapisan seperti seramik yang padat dan stabil pada permukaan bahan, menyekat oksigen dan menghalang penguraian haba polimer selanjutnya.
3. Selamat, Mesra Alam dan Kos-Efektif
ATH stabil secara kimia dan tidak menghasilkan gas toksik. Ia sejajar dengan peraturan alam sekitar global. Sumber yang banyak dan kos rendah juga menjadikannya ideal sebagai kalis api dan pengisi berfungsi, meningkatkan sifat mekanikal dan penebat sambil mengurangkan asap.
4. Julat Aplikasi Amat Luas
Disebabkan suhu penguraiannya yang sederhana, ATH amat sesuai untuk polimer suhu pemprosesan rendah seperti poliolefin, PVC dan getah.
Aplikasi biasa termasuk:
- Wayar & Kabel: sebatian kabel bebas halogen asap rendah dengan pemuatan ATH 50%–65%
- Bahan Binaan: papan penebat haba, panel komposit aluminium kalis api, komposit kereta api bawah tanah/terowong
- Automotif & Pengangkutan: Bahan pek bateri EV, bahagian dalaman, komponen transit rel
- Elektronik & Perkakas: Laminasi PCB, perumah perkakas, palam & soket
- Tali Pinggang Penghantar Getah: tali pinggang antistatik kalis api untuk perlombongan
Aluminium hidroksida juga mempunyai kelemahan.
Kelemahan utama termasuk:
- Tahap pemuatan tinggi (biasanya 40%–65% untuk UL94 V-0), yang mungkin mengurangkan kekuatan mekanikal dan aliran cair
- Hidrofilisiti tinggi dan keserasian yang lemah dengan polimer hidrofobik, memerlukan rawatan permukaan (silane, titanat, asid stearik, dll.)
Walau bagaimanapun, dengan kemajuan dalam pengisaran ultrahalus (D50 < 2 μm), pengubahsuaian permukaan, nano-ATH, dan penggunaan sinergistik dengan magnesium hidroksida, isu-isu ini telah banyak dikurangkan.
Teknologi Penyediaan dan Pengisaran Aluminium Hidroksida:
Prestasi ATH dalam sistem kalis api berkait rapat dengannya saiz Zarah, taburan saiz zarah, luas permukaan tertentu dan sifat permukaan. Oleh itu, ATH berkualiti tinggi mesti bergantung pada proses pengisaran dan pengelasan yang stabil dan tepat.
1. Sumber Bahan Mentah dan Pra-Rawatan
ATH gred industri biasanya dihasilkan melalui proses Bayer. Zarah ATH mentah sering mempamerkan aglomerasi dan saiz zarah yang agak besar. Pengisaran selanjutnya diperlukan untuk memenuhi keperluan prestasi dalam sistem polimer.
2. Peralatan Pengisaran Pemilihan: Kunci Kawalan Saiz Zarah
Aplikasi yang berbeza memerlukan saiz zarah yang berbeza:
- Sebatian kabel: D50 = 1–10 μm
- Salutan / Pelekat: gred yang lebih halus
- Masterbatch mewah: D97 < 10 μm dengan taburan saiz sempit
Penyelesaian pengisaran biasa termasuk:
Ball Mill + Sistem Pengelas Udara
- Ideal untuk pengeluaran berskala besar dan stabil bagi D50 1–8 μm ATH
- Kawalan saiz zarah yang tepat, mencapai D97 10–15 μm
- Digunakan secara meluas dalam PVC, PP, sebatian kabel
- Penambahbaikan bentuk zarah dan keterserakan
Kilang Jet (Kilang Jet Udara)
- Menggunakan aliran udara berkelajuan tinggi untuk pengisaran kesan ultrahalus
- Menghasilkan serbuk supermikron D97 3–5 μm atau lebih halus
- Sesuai untuk plastik kejuruteraan, bahan lutsinar, formulasi gred optik
- Tiada pencemaran media, memastikan ketulenan yang tinggi
Kilang Penggelek Menegak, Kilang Pin, Kilang Kesan
- Sesuai untuk gred kehalusan sederhana (D50 5–30 μm)
- Digunakan dalam bahan binaan dan produk getah
- Keluaran yang lebih tinggi, kos operasi yang lebih rendah
3. Teknologi Pengelasan: Memastikan JPA Sempit dan Kestabilan Tinggi
Pengelas turbin berketepatan tinggi atau berbilang roda mengasingkan zarah halus dan kasar, memberikan ATH dengan:
- Taburan saiz zarah yang sempit
- Kelikatan sistem yang lebih rendah dalam polimer cair
- Penyerakan seragam
- Prestasi kalis api yang lebih stabil dan cekap
Terutamanya dalam sebatian kabel pemuatan tinggi, kestabilan saiz zarah secara langsung mempengaruhi sifat mekanikal dan prestasi penyemperitan.
4. Pengubahsuaian Permukaan: Meningkatkan Keserasian dengan Matriks Polimer
Polimer bukan kutub seperti PP dan PE mempamerkan keserasian yang lemah dengan pengisi bukan organik, menjadikan rawatan permukaan penting.
Ejen Gandingan Biasa
- Titanates
- Silanes
- Aluminat
Proses Pengubahsuaian
Pengubah suai berterusan + pencampuran ricih tinggi
Faedah
- Kelikatan cair lebih rendah
- Penyerakan yang lebih baik
- Pemuatan pengisi yang dibenarkan lebih tinggi
- Sifat mekanikal yang lebih baik
Dalam sebatian wayar dan kabel, ATH berkualiti tinggi mesti melalui permukaan salutan untuk mencapai kestabilan pemprosesan yang sangat baik dan prestasi penebat elektrik.
Kesimpulan
Meningkatkan prestasi kalis api polimer adalah tugas jangka panjang dan kritikal. Di antara pelbagai kalis api, aluminium hidroksida menonjol kerana penyerapan haba, pembebasan air, pembentukan lapisan pelindung, keselamatan dan keramahan alam sekitar. Ia meningkatkan tahap kalis api sambil memenuhi peraturan yang semakin ketat, menjadikannya digunakan secara meluas dalam kabel, pembinaan, automotif dan elektronik.
Apabila teknologi kalis api berkembang, ATH akan terus memainkan peranan penting—terutamanya dalam formulasi kecekapan tinggi, sistem sinergistik dan aplikasi ketepatan.
Serbuk EPIC menyediakan penyelesaian pemprosesan lengkap untuk pengeluaran ATH, termasuk:
- Kilang bola + pelbagai peringkat pengelas udara sistem
- Barisan pengeluaran serbuk ultrahalus kilang jet
- Sistem pengubahsuaian permukaan serbuk berterusan
Melalui kawalan saiz zarah yang tepat, pengisaran rendah pencemaran dan pengubahsuaian yang cekap, Serbuk EPIC membolehkan ATH yang stabil dan berprestasi tinggi untuk sebatian kabel, getah, bahan binaan dan plastik kejuruteraan.
"Terima kasih kerana membaca. Saya harap artikel saya membantu. Sila tinggalkan komen di bawah. Anda juga boleh menghubungi wakil pelanggan dalam talian Zelda untuk sebarang pertanyaan lanjut."
- Dihantar oleh Emily Chen