W dziedzinie polimerowych materiałów kompozytowych zastosowaniewodorotlenek glinu (ATH)jako skuteczny, bezhalogenowy wypełniacz uniepalniający, ma kluczowe znaczenie. Jednakże słaba kompatybilność i tendencja do agregacji pomiędzy ATH i matrycą żywiczną od dawna ograniczają ich pełną wydajność. Tradycyjne mieszanie na sucho często prowadzi do nierównomiernego rozproszenia i powstania słabych punktów naprężeń. Wprowadzenie technologii mielenia na mokro zapewnia naukowe i skuteczne rozwiązanie tego problemu.
Mielenie na mokro nie jest prostym procesem zmniejszania rozmiaru cząstek, ale inżynierią opartą na współpracy, która pozwala na jednoczesne rozdrobnienie cząstek, modyfikację powierzchni i aktywację granicy faz w ciekłym ośrodku.
Mielenie na mokro przykłada do zawiesiny siły udarowe, ścinające i tarcia o wysokiej częstotliwości poprzez kulki mielące (takie jak tlenek cyrkonu) w środowisku fazy ciekłej, w którym obecne są środki wspomagające mielenie (takie jak dyspergatory). Siła ta może skutecznie zdepolimeryzować twarde agregaty ATH i spowodować pęknięcie oryginalnych cząstek kryształu.
· Redukcja wielkości cząstek: Stabilizuj i kontroluj wielkość cząstek D50 do poziomu submikronowego lub nawet nanometrowego. Zgodnie z klasyczną teorią infiltracji de Gennesa, mniejsze rozmiary cząstek zmniejszają ciśnienie kapilarne (Δ P ∝ γ/r, gdzie γ to napięcie powierzchniowe, a r to promień porów) wymagane do pokonania mikroporów i defektów na powierzchni cząstek wypełnionych stopioną żywicą, sprzyjając w ten sposób mikroinfiltracji.
Środowisko fazy ciekłej podczas mielenia na mokro stanowi idealne miejsce reakcji do modyfikacji powierzchni „w trybie online”. Podczas lub po procesie mielenia można jednocześnie dodać modyfikatory powierzchni (takie jak silanowe środki sprzęgające, tytanianowe środki sprzęgające, kwasy tłuszczowe itp.).
· Reakcja szczepienia in situ: Biorąc za przykład silanowe środki sprzęgające (takie jak KH-550, KH-560), ich grupy alkoksylowe są hydrolizowane do silanolu w ramach katalizy wody, a następnie poddawane są reakcji kondensacji z grupami hydroksylowymi na powierzchni ATH, tworząc mocne wiązania kowalencyjne Si-O-Al. Jej organiczne długie łańcuchy (takie jak grupy aminowe i epoksydowe) rozciągają się w kierunku matrycy żywicy i mogą brać udział w reakcji utwardzania żywicy lub tworzyć fizyczne splątanie.
·Zasadnicza poprawa energii międzyfazowej: Zmodyfikowana powierzchnia ATH zmienia się z hydrofilowej na oleofilową (hydrofobową), a jej swobodna energia powierzchniowa (γ _ s) jest bliższa swobodnej energii powierzchniowej (γ _ l) żywicy. Zgodnie z równaniem zwilżania Younga (γ - sv=γ - sl+γ - lv cos θ) zmniejszenie kąta zwilżania θ i zwiększenie cos θ wskazują na zasadniczą poprawę zdolności żywicy do zwilżania (rozpływania się) w kierunku cząstek. Znaczący spadek napięcia międzyfazowego (γ _stl) jest bezpośrednią termodynamiczną siłą napędową poprawy zwilżalności.
Dyspergatory (takie jak polielektrolity i polimerowe środki powierzchniowo czynne) w zawiesinach po mieleniu na mokro utrzymują długoterminową stabilność dyspersjiATHcząstek w fazie ciekłej poprzez podwójny mechanizm odpychania elektrostatycznego i zawady przestrzennej. Ten stabilny stan stanowi podstawę do wstępnej dyspersji w późniejszym mieszaniu z żywicami.
·Stabilność elektrostatyczna (teoria DLVO): Dyspergatory jonowe adsorbują się na powierzchni cząstek, tworząc podwójną warstwę. Kiedy cząstki się zbliżają, rozpraszają się w wyniku odpychania elektrostatycznego.
·Stabilność przeszkody przestrzennej: Długie łańcuchy polimerowych dyspergatorów tworzą warstwę adsorpcyjną na powierzchni cząstek. Kiedy cząstki się zbliżają, nachodzące na siebie warstwy adsorpcyjne powodują zmniejszenie entropii konformacyjnej łańcuchów polimeru i wzrost ciśnienia osmotycznego, co skutkuje silną siłą odpychania.
Tę wstępnie zdyspergowaną stabilną strukturę można maksymalnie zachować podczas mieszania, suszenia lub utwardzania zawiesiny ATH i żywicy, uzyskując „idealne przeniesienie” do matrycy żywicy.
ATH przetwarzany w technologii mielenia na mokro osiąga głęboką integrację od makro do mikro oraz od fizyki do chemii w żywicy, co ostatecznie znajduje odzwierciedlenie w kompleksowej poprawie właściwości materiału kompozytowego:
· Doskonała jednorodność dyspersji: W skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) można zaobserwować równomiernie rozmieszczone cząstki ATH w ciągłej fazie żywicy w skali nanometrów/submikronów, bez widocznych agregatów.
·Większe wiązanie styku: Zmodyfikowany interfejs tworzy efektywną „elastyczną warstwę” czyli wiązanie chemiczne, umożliwiające efektywne przenoszenie naprężeń i znacznie poprawiające wytrzymałość mechaniczną (rozciąganie, udarność) i trwałość materiału.
· Stabilna skuteczność i właściwości fizyczne środka zmniejszającego palność: Jednolita dyspersja zapewnia synergistyczny, skuteczny i stabilny efekt barierowy składników zmniejszających palność podczas pożaru, unikając jednocześnie lokalnego pogorszenia wydajności spowodowanego aglomeracją wypełniacza.
· Lepsza reologia przetwarzania: Dobre zwilżanie cząstek, mniejsza aglomeracja, może znacznie zmniejszyć lepkość stopionego materiału kompozytowego, zwiększyć ilość wypełnienia i płynność przetwarzania.
Technologia mielenia na mokro systematycznie przezwycięża problem infiltracji i dyspersjiwodorotlenek glinuw matrycy żywicznej poprzez potrójny synergistyczny efekt fizycznego kruszenia, modyfikacji chemicznej i stabilizacji dyspersji. Zmniejsza termodynamicznie energię międzyfazową i zapewnia rozproszoną siłę napędową i mechanizm stabilności kinetycznej, osiągając w ten sposób dokładne wiązanie pomiędzy wypełniaczem a matrycą w nanoskali. To nie tylko innowacja technologiczna, ale także dogłębne zastosowanie teorii nauki o koloidach i powierzchniach międzyfazowych, zapewniając kluczową ścieżkę technologiczną dla rozwoju nowej generacji wysokowydajnych, wysoko wypełniających i funkcjonalizowanych polimerowych materiałów kompozytowych.
