Aluminium hidroksida (ATH)adalah pengisi tahan api ramah lingkungan yang paling banyak digunakan dalam bahan polimer, dan kinerja pemrosesannya secara langsung mempengaruhi efisiensi persiapan dan kinerja akhir material komposit. Artikel ini secara sistematis menganalisis perbedaan antara ATH biasa dan ATH viskositas rendah dalam sifat permukaan, perilaku reologi, mekanisme dispersi, dan kemampuan beradaptasi pemrosesan dari perspektif ilmu material, memberikan dasar teoritis untuk seleksi dalam aplikasi industri.
ATH biasa biasanya diproduksi menggunakan proses Bayer, dengan distribusi ukuran partikel yang luas (1-25μm), energi permukaan yang tinggi (sekitar 70-100mJ/m²), dan karakteristik polaritas yang jelas. Struktur kristalnya sebagian besar terdiri dari α-Al(OH)₃, dan kerapatan hidroksil permukaannya dapat mencapai 4-8 OH/nm². Situs aktif ini rentan membentuk jaringan ikatan hidrogen, yang menyebabkan peningkatan interaksi antarmolekul.
ATH dengan viskositas rendah dibuat melalui modifikasi permukaan atau proses kristalisasi khusus, dan energi permukaan dapat dikurangi hingga 30-50 mJ/m². Teknologi utama meliputi:
·Lapisan permukaan silan/asam lemak organik (tingkat cakupan bisa mencapai lebih dari 85%)
·Kontrol pertumbuhan kristal untuk membentuk bentuk yang lebih teratur
·Esterifikasi parsial gugus hidroksil permukaan (laju modifikasi biasanya>60%)
Pada laju geser tinggi (1000 s ⁻¹), viskositas leleh dari sistem pengisian ATH dengan viskositas rendah (jumlah pengisian 60%) dapat dikurangi sebesar 40-60% dibandingkan dengan ATH biasa. Perbedaan ini berasal dari:
·Koefisien gesekan antar partikel menurun (dari 0,35 menjadi 0,15-0,20)
·Menggabungkan perbedaan kadar air (ATH viskositas rendah biasanya<0,2%)
Sistem suspensi ATH biasa menunjukkan tegangan luluh yang signifikan (biasanya>50 Pa), sedangkan ATH dengan viskositas rendah yang dimodifikasi dapat mengurangi tegangan luluh hingga di bawah 10 Pa, yang secara signifikan meningkatkan kinerja inisiasi aliran pada tahap pemrosesan awal.
Penyebarannya biasa sajaATHdalam lelehan polimer mengikuti model disosiasi fragmentasi aglomerasi, yang memerlukan tegangan geser tinggi (>10⁵Pa) untuk mencapai dispersi yang efektif. Eksperimen menunjukkan bahwa energi yang dibutuhkan untuk dispersi sempurna adalah 2-3 kali lebih tinggi dibandingkan dengan ATH dengan viskositas rendah.
ATH dengan viskositas rendah mengurangi energi permukaan, mempersingkat waktu infiltrasi sebesar 60-70%, dan proses dispersi lebih sesuai dengan mekanisme slip antarmuka. Pada kondisi geser yang sama, waktu yang dibutuhkan untuk mencapai tingkat dispersi yang sama berkurang lebih dari 40%.
Selama proses ekstrusi sekrup kembar, sistem pengisian ATH dengan viskositas rendah menunjukkan:
·Tekanan kepala berkurang 25-35%
·Mengurangi torsi sebesar 20-30%
·Jumlah pengisian maksimum dapat ditingkatkan 15-20 poin persentase
ATH dengan viskositas rendah memiliki keunggulan signifikan dalam tahap pengisian cepat:
·Meningkatkan panjang aliran sebesar 30-50%
·Meningkatkan kekuatan garis las sebesar 20-25%
·Mengurangi anisotropi produk (perbedaan tingkat penyusutan menurun dari 1,2% menjadi 0,4%)
Dalam sistem berbasis pelarut, ATH dengan viskositas rendah dapat menyiapkan bubur dengan kandungan padat lebih tinggi (hingga 75-80%) dengan tetap mempertahankan viskositas konstruksi yang sesuai.
Perlu dicatat bahwa mengoptimalkan kinerja pemrosesan dapat menyebabkan perubahan kinerja lainnya:
Kinerja tahan api: ATH dengan viskositas rendah dapat menunda suhu awal dekomposisi ATH karena adanya lapisan permukaan (biasanya meningkat 10-20 ℃), namun dampaknya dapat diminimalkan dengan mengoptimalkan laju pelapisan (disarankan untuk dikontrol pada 5-8%).
Sifat mekanik: Penurunan moderat pada kekuatan ikatan antar muka dapat dikompensasi dengan kombinasi bahan penggandeng. Penelitian telah menunjukkan bahwa penggunaan bahan penggandeng campuran (silana+titanat) dapat mengembalikan kekuatan tarik hingga lebih dari 95% dari sistem ATH biasa.
Viskositas rendahATHtelah mencapai peningkatan yang signifikan dalam kinerja pemrosesan melalui rekayasa permukaan, terutama dalam mengurangi viskositas dan meningkatkan efisiensi dispersi pada laju geser yang tinggi. Pemilihan ATH harus dievaluasi secara sistematis berdasarkan kondisi pemrosesan tertentu, persyaratan pengisian, dan persyaratan kinerja akhir. Untuk skenario aplikasi yang menginginkan pemrosesan yang efisien dan pengisian yang tinggi, keuntungan teknis dari ATH dengan viskositas rendah sudah jelas; Dalam aplikasi konvensional, ATH biasa masih memiliki keunggulan hemat biaya. Penelitian di masa depan harus fokus pada desain permukaan multifungsi untuk mencapai keseimbangan yang lebih baik antara kinerja pemrosesan dan kinerja akhir.
