Polymeermaterialen vormen een van de drie belangrijkste materiaalsystemen naast metalen en keramiek in de moderne industrie. Ze worden veel gebruikt in dagelijkse benodigdheden, elektronica, elektrische componenten, kabelproductie, auto-onderdelen, bouwmaterialen en vele andere sectoren. Omdat de meeste polymeren echter een koolstofketen als ruggengraat hebben, ontbinden ze gemakkelijk bij verhitting en genereren ze brandbare gassen. Daardoor ontbranden ze gemakkelijk in de buurt van een open vlam, wat een aanzienlijke bedreiging vormt voor de veiligheid van mensen en eigendommen. Daarom is het belangrijk om: aluminiumhydroxide, een van de meest gebruikte halogeenvrije vlamvertragers, is een belangrijke manier geworden om de vlamvertragende prestaties van polymeren te verbeteren en een belangrijk onderzoeksthema in de materiaalkunde.
Verbrandingsmechanisme van polymeren en vlamvertragende strategieën
In wezen is de verbranding van polymeren een thermisch ontledingsproces. Zodra ze tot een bepaalde temperatuur zijn verhit, breken polymeerketens, waardoor vluchtige brandbare stoffen ontstaan die deelnemen aan kettingreacties van vrije radicalen in de vlamzone, waardoor de verbranding verder wordt geïntensiveerd. Bij dit proces komt een grote hoeveelheid warmte vrij, die terugvloeit naar het materiaal, wat leidt tot continue thermische degradatie en een vicieuze cirkel.
Op basis van dit mechanisme richten de huidige strategieën voor brandvertraging zich hoofdzakelijk op twee benaderingen:
Vlamvertraging in de gasfase
Het onderbreken van kettingreacties van vrije radicalen in de verbrandingszone om de verbrandingsefficiëntie te verminderen.
Vlamvertraging in gecondenseerde fase
Blokkeren van warmteoverdracht of vormen van een beschermende verkoolde laag om te voorkomen dat warmte en ontvlambare ontledingsproducten naar de vlamzone migreren.
Om deze effecten te bereiken, zijn verschillende vlamvertragers ontwikkeld. Ze werken door warmte te absorberen, inerte gassen vrij te geven, vrije radicalen te vangen of carbonisatie te bevorderen. Afhankelijk van hun chemisch Qua structuur kunnen vlamvertragers grofweg worden onderverdeeld in organische en anorganische typen.
Waarom veel industrieën overstappen op anorganische vlamvertragers
Hoewel sommige organische vlamvertragers, zoals gehalogeneerde systemen, zeer effectief zijn, kunnen hun thermische ontledingsproducten toxiciteit of milieurisico's met zich meebrengen. Door de steeds strengere milieuvoorschriften kiezen industrieën steeds vaker voor veiligere, milieuvriendelijkere anorganische vlamvertragers.
Voordelen van anorganische vlamvertragers：
- Niet giftig en weinig rookontwikkeling
- Hoge thermische stabiliteit en lage chemische reactiviteit
- Relatief lage kosten en hoge toegestane beladingsgraden
Van alle anorganische vlamvertragers zijn: aluminiumhydroxide (Al(OH)₃, ATH) is het meest gebruikte materiaal en wordt beschouwd als een "blijvende favoriet" in de vlamvertragende industrie.
Waarom is aluminiumhydroxide zo populair?
Als de meest gebruikte anorganische vlamvertrager in het grootste volume en de meest gebruikte anorganische vlamvertrager, is ATH te vinden in bijna alle vlamvertragende polymere systemen, waaronder draad- en kabelverbindingen, rubberproducten, thermoharders, thermoplasten en bouwmaterialen. De voordelen zijn voornamelijk:
1. Sterke endotherme ontleding (fysieke warmteabsorptie en afkoeling)
ATH ondergaat een endotherme ontleding bij ongeveer 200–300°C:
Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O↑
Bij deze reactie wordt veel warmte geabsorbeerd en komt waterdamp vrij. Deze waterdamp verdunt brandbare gassen en vertraagt de verbranding.
2.Vorming van een beschermende aluminiumlaag (bescherming tegen gecondenseerde fase)
De gegenereerde Al₂O₃ vormt een dichte, stabiele, keramiekachtige laag op het oppervlak van het materiaal, waardoor zuurstof wordt geblokkeerd en verdere thermische ontleding van het polymeer wordt voorkomen.
3. Veilig, milieuvriendelijk en kosteneffectief
ATH is chemisch stabiel en produceert geen giftige gassen. Het voldoet aan de wereldwijde milieuvoorschriften. De overvloedige grondstoffen en lage kosten maken het ook ideaal als vlamvertrager en functionele vulstof, die de mechanische en isolerende eigenschappen verbetert en tegelijkertijd rook vermindert.
4. Extreem breed toepassingsbereik
Vanwege de gematigde ontledingstemperatuur is ATH bijzonder geschikt voor polymeren met een lage verwerkingstemperatuur, zoals polyolefinen, PVC en rubber.
Veelvoorkomende toepassingen zijn:
- Draden en kabels: halogeenvrije kabelverbindingen met lage rookontwikkeling en 50%–65% ATH-belasting
- Bouwmaterialen: thermische isolatieplaten, vlamvertragende aluminium composietpanelen, metro-/tunnelcomposieten
- Automobiel & Transport: Materialen voor accu's van elektrische voertuigen, interieuronderdelen, componenten voor spoorwegvervoer
- Elektronica en apparaten: PCB-laminaten, apparaatbehuizingen, stekkers en stopcontacten
- Rubberen transportbanden: vlamvertragende antistatische banden voor de mijnbouw
Aluminiumhydroxide heeft ook nadelen.
De belangrijkste nadelen zijn:
- Hoge belastingsniveaus (meestal 40%–65% voor UL94 V-0), waardoor de mechanische sterkte en smeltstroom kunnen afnemen
- Hoge hydrofiliteit en slechte compatibiliteit met hydrofobe polymeren, waardoor oppervlaktebehandeling nodig is (silaan, titanaat, stearinezuur, enz.)
Dankzij ontwikkelingen op het gebied van ultrafijn malen (D50 < 2 μm), oppervlaktemodificatie, nano-ATH en synergetisch gebruik met magnesiumhydroxide zijn deze problemen echter aanzienlijk verminderd.
Bereidings- en maaltechnologie van aluminiumhydroxide:
De prestaties van ATH in vlamvertragende systemen hangen nauw samen met de deeltjesgrootte, deeltjesgrootteverdeling, specifiek oppervlak en oppervlakte-eigenschappen. Hoogwaardig ATH moet daarom vertrouwen op stabiele en nauwkeurige slijp- en classificatieprocessen.
1. Bron van de grondstof en voorbehandeling
Industriële ATH wordt doorgaans geproduceerd via het Bayer-proces. De ruwe ATH-deeltjes vertonen vaak agglomeratie en een relatief grote deeltjesgrootte. Verdere vermaling is vereist om te voldoen aan de prestatie-eisen in polymeersystemen.
2. Maalapparatuur Selectie: de sleutel tot deeltjesgroottecontrole
Verschillende toepassingen vereisen verschillende deeltjesgroottes:
- Kabelverbindingen: D50 = 1–10 μm
- Coatings / Lijmen: fijnere kwaliteiten
- Hoogwaardige masterbatches: D97 < 10 μm met smalle grootteverdeling
Veelvoorkomende slijpoplossingen zijn onder meer:
Kogelmolen + luchtclassificatiesysteem
- Ideaal voor grootschalige, stabiele productie van D50 1–8 μm ATH
- Nauwkeurige controle van de deeltjesgrootte, met een bereik van D97 10–15 μm
- Veel gebruikt in PVC, PP, kabelverbindingen
- Verbeterde deeltjesvorm en dispergeerbaarheid
Straalmolen (luchtstraalmolen)
- Maakt gebruik van een hoge luchtstroom voor ultrafijn impactslijpen
- Produceert D97 3–5 μm of fijner supermicronpoeder
- Geschikt voor technische kunststoffen, transparante materialen en optische formuleringen
- Geen mediaverontreiniging, waardoor een hoge zuiverheid wordt gegarandeerd
Verticale walsmolen, Pin molen, Impactmolen
- Geschikt voor middelfijne korrelgroottes (D50 5–30 μm)
- Gebruikt in bouwmaterialen en rubberproducten
- Hogere output, lagere bedrijfskosten
3. Classificatietechnologie: Zorgen voor een smalle PSD en hoge stabiliteit
Zeer nauwkeurige turbine- of multi-wiel-classificatoren scheiden fijne en grove deeltjes en bieden ATH:
- Smalle deeltjesgrootteverdeling
- Lagere systeemviscositeit in polymeersmelten
- Uniforme dispersie
- Stabielere en efficiëntere vlamvertragende prestaties
Vooral bij kabelmengsels met een hoge belasting heeft de stabiliteit van de deeltjesgrootte een directe invloed op de mechanische eigenschappen en de extrusieprestaties.
4. Oppervlaktemodificatie: Verbetering van de compatibiliteit met polymeermatrices
Apolaire polymeren zoals PP en PE vertonen een slechte compatibiliteit met anorganische vulstoffen, waardoor oppervlaktebehandeling noodzakelijk is.
Veel voorkomende koppelingsmiddelen
- Titanaten
- Silanen
- Aluminaten
Wijzigingsproces
Continue modifier + high-shear-menging
Voordelen
- Lagere smeltviscositeit
- Betere verspreiding
- Hogere toegestane vulstofbelading
- Verbeterde mechanische eigenschappen
In draad- en kabelverbindingen moet hoogwaardig ATH een oppervlaktebehandeling ondergaan bekleding om uitstekende verwerkingsstabiliteit en elektrische isolatieprestaties te bereiken.
Conclusie
Het verbeteren van de vlamvertragende eigenschappen van polymeren is een cruciale taak voor de lange termijn. Van de vele vlamvertragers onderscheidt aluminiumhydroxide zich door zijn warmteabsorptie, waterafgifte, beschermende laagvorming, veiligheid en milieuvriendelijkheid. Het verbetert de vlamvertragende eigenschappen en voldoet tegelijkertijd aan steeds strengere regelgeving, waardoor het veel wordt gebruikt in kabels, de bouw, de auto-industrie en elektronica.
Naarmate de technologie voor vlamvertragers zich verder ontwikkelt, zal ATH een belangrijke rol blijven spelen, vooral in zeer efficiënte formules, synergetische systemen en precisietoepassingen.
EPIC Poeder levert complete verwerkingsoplossingen voor ATH-productie, waaronder:
- Kogel molen + meertraps lucht classificator systemen
- Productielijnen voor ultrafijn poeder met straalmolen
- Continue poederoppervlakmodificatiesystemen
Dankzij nauwkeurige controle van de deeltjesgrootte, vermaling met minimale verontreiniging en efficiënte modificatie zorgt EPIC Powder voor stabiele, hoogwaardige ATH voor kabelverbindingen, rubber, bouwmaterialen en technische kunststoffen.
Bedankt voor het lezen. Ik hoop dat mijn artikel je helpt. Laat hieronder een reactie achter. Je kunt ook contact opnemen met de klantenservice van Zelda Online voor verdere vragen.
— Geplaatst door Emily Chen