Биланс помеѓу дополнителната количина и транспарентноста на APP во епоксидна смола

При воведувањеамониум полифосфат (APP)во епоксидна смола (EP) за да се постигне функција на отпорност на пламен во висококвалитетно електронско пакување, оптички уреди и транспарентни огноотпорни облоги, „губењето на транспарентноста“ станува клучно тесно грло што ја ограничува неговата примена. Коренот на оваа противречност лежи во вроденото оптичко несовпаѓање помеѓу неорганските полнила и органските матрици. Решението не е едноставно да се намали количината на адитиви, туку да се најде научна рамнотежа помеѓу застојот на пламен и оптичката транспарентност преку системско инженерство засновано на теоријата на расејување светлина, хемијата на интерфејсот и технологијата на нанодисперзија.

I. Основната причина за неуспехот на транспарентноста: три главни механизми за расејување на светлината

Самата епоксидна смола е проѕирен материјал, а нејзината проѕирност зависи од тоа дали светлината може да помине низ неа без значително расејување. Воведувањето на АПП ќе предизвика три главни типа на расејување на светлината, што ќе доведе до зголемување на маглата и намалување на пропустливоста:

1. Рајлиово расејување:

· Состојба на активирање: Се јавува кога големината на честичката на APP е многу помала од брановата должина на упадната светлина (d<<λ/20, обично<20 nm).

·Механизам: Светлината е еластично распрсната од екстремно мали честички, а нејзиниот интензитет е пропорционален на шестата моќност на дијаметарот на честичката и обратно пропорционален на четвртата моќност на брановата должина. Дури и ако количината на додавање е многу мала, присуството на голем број нанородни честички или мали агрегати сепак може да доведе до значително расејување на сината светлина (сина магла во производот).

2. Мие расејување:

· Услов на активирање: Кога големината на честичката е со ист ред на големина како и светлосната бранова должина (d ≈ 0,1 λ -10 λ, т.е. околу 50 nm -50 μm), ова е најчестиот и најсилниот извор на расејување.

·Механизам: Конвенционалните или слабо дисперзирани APP честички (големина на честички 1-10μm) во овој опсег силно ќе ја распрснуваат видливата светлина (λ=380-780 nm), што е главната причина за „белење“ на епоксидната смола и губење на транспарентноста.

3. Расејување на интерфејсот предизвикано од неусогласеност со индексот на рефракција:

· Механизам: Постои разлика во индексот на рефракција помеѓу епоксидна смола (n~1,55-1,60) и APP (n~1,48-1,52). Кога светлината минува низ интерфејсот помеѓу двете, таа претрпува рефлексија и прекршување на Френел поради ненадејна промена на индексот на рефракција, што резултира со расфрлана светлина. Колку е поголема разликата и колку повеќе интерфејси (т.е., полоша дисперзија и поголема агрегација), толку е посилно расејувањето.

Затоа, суштината на проблемот со рамнотежата се трансформира во: како да се минимизираат горенаведените три ефекти на расејување на светлината преку технолошки средства, а истовремено да се обезбеди доволно додаток на АПП за да се формира ефективна мрежа за отпорност на пламен на проширување?

II. Систематска стратегија за рамнотежа: четиридимензионален контролен систем

Димензија 1: Ограничете ја контролата на големината и морфологијата на честичките - избегнување на регионот на расејување Mie

·Цел: Да се ​​намали големината на примарната честичка наАППдалеку под 100 nm и идеално да влезе во доминантниот регион со расејување на Рејли.

· Техничка патека: користете апликации во нано размери или добијте апликации на ниво на подмикрон преку ултрафини техники за мелење и оценување. Намалувањето на големината на честичките може значително да го намали интензитетот на расејување на Mie и да ја зголеми стабилноста на суспензијата на честичките во смолата.

·Предизвик и цена: Нанотехнологијата значително ќе ја зголеми површинската енергија на APP, што ќе доведе до нагло зголемување на тенденцијата за агрегација, па дури и може да формира поголеми оптички дефекти. Затоа, мора да се изврши синхроно со димензија два (површинска модификација).

Димензија 2: Инженерство за модификација на површината - Постигнување на градиентска транзиција со индекс на рефракција и потиснување на агломерација

Ова е најкритичниот чекор за постигнување висока транспарентност.

· Принцип: Со изградба на преоден слој на површината на честичките APP со индекс на рефракција помеѓу APP и епоксидна смола, наглото менување на индексот на рефракција на интерфејсот може да се намали, а со тоа да се намали расејувањето на Френел.

· Техничка имплементација:

1. Модификација на средството за спојување на силилан: Изберете силин со прилагодлив индекс на рефракција (како што е фенилсилан со повисок индекс на рефракција). Агентот за спојување формира молекуларен слој на површината на APP, што може да ја подобри компатибилноста и оптичкото спојување.

2. Полимерна обвивка со графт: Проѕирна полимерна обвивка со индекс на прекршување многу блиску до онаа на епоксидната смола (како што е полиметил метакрилат, PMMA, n ≈ 1,49) се калеме или се обложува на површината на APP. Ова е еквивалентно на ставање наметка за оптичка невидливост на секоја APP честичка.

3. Микроинкапсулација (MC-APP): Смола од меламин формалдехид со висока транспарентност (MF) и други ѕидни материјали се користат за микрокапсулација. Индексот на рефракција на MF смолата (~ 1,55-1,60) е многу близок до оној на епоксидната смола, што може да постигне одлично оптичко усогласување и да обезбеди отпорност на вода.

Димензија 3: Крајната потрага по децентрализирана технологија - елиминирање на макро и микро агрегати

Дури и ако самите честички се многу фини и се модифицирани, ако не се рамномерно дисперзирани во епоксидниот систем, сите напори ќе бидат залудни.

·Процесен клуч: Процесот комбинира дисперзија на стрижење со голема брзина со мелење со три ролни за да се осигури дека нано/подмикронските АПП агрегати се темелно отворени и рамномерно распоредени со природна големина на честички.

·Помош за дисперзирање: Користете полимерни дисперзанти компатибилни со епоксидни системи за да ја одржите стабилноста на дисперзијата преку ефектите на стерични пречки, спречувајќи повторно агрегација за време на складирањето и употребата.

Димензија 4: Точна оптимизација на количината на додавање - Наоѓање на „прагот на пробивање“ на мрежите за отпорни на пламен

Количината на додадена проѕирна епоксидна смола која го заштитува пламенот не е нужно поголема, но постои Парето граница помеѓу оптичката транспарентност и отпорноста на пламен.

·Концепт: Постои критична количина на APP додавање (праг на пробивање) над кој може да се формира ефективна топлинска спроводливост и мрежа за хемиска реакција помеѓу APP честичките, што резултира со значително зголемување на застојот на пламен (како што е стапката на проширување); Под овој праг, количината на додавање има мал ефект врз транспарентноста, но ефикасноста на отпорот на пламен е мала.

·Цел: Да се ​​намали прагот на пробивање преку трите технологии споменати погоре (наноматеријализација, модификација и оптимална дисперзија), за да се постигне ефективна отпорност на пламен со помалку апликации и да се зголеми транспарентноста.

· Типичен опсег: за обични апликации, надминувањето на 5-8 phr (на сто делови смола) во епоксидна боја обично резултира со значително губење на транспарентноста. Преку оптимизацијата на системот, особено микроинкапсулираната нано APP, количината на додавање за постигнување V-0 степен може да се зголеми на 15-25 phr, додека се одржува полупроѕирна до високо транспарентна состојба.

III. Рамка за проценка и дизајн за билансни поени

Во практичниот развој, следнава рамка може да се следи за донесување одлуки:

Забелешка: Пропустливоста е во силна корелација со дебелината, а податоците во табелата се референтни вредности за примероци со дебелина од 2 мм.

Заклучок: Поместување на парадигмата од „жртвување на транспарентноста“ на „интелигентна рамнотежа“

Рамнотежата помеѓу износот на додавање и транспарентноста наАППво епоксидна смола е типичен проблем за оптимизација со повеќе цели, а неговото решение не е фиксна пропорција, туку „изводлив домен“ проширен преку напредна наука за материјали и фина технологија за обработка.

· Традиционален пристап: врз основа на груби и немодифицирани апликации, транспарентноста и заостанувањето на пламенот се сериозно спротивставени и можат само да бидат загрозени.

·Модерен пат: Избегнување на расејување на Mie низ „нано/под микрон“, постигнување усогласување на индексот на рефракција и оптичко спојување на интерфејсот преку „модификација на површината/микроинкапсулација“ и елиминирање на макроскопските дефекти преку „крајна дисперзија“. Троица, синергетски ефект.

Успешната имплементација на оваа системска стратегија овозможува да се развијат епоксидни композитни материјали кои ги задоволуваат и UL94 V-0 (или дури 5VA) рејтингот на отпорност на пламен и >80% висока пропустливост. Ова не само што ја проширува границата на примена на епоксидна смола отпорна на пламен во високото оптоелектронско поле, туку исто така претставува напредок во концептот за дизајн на материјали: додавањето на функционални полнила повеќе не е нужно по цена на жртвување на основните физички својства на матрицата.

За инженерите за материјали посветени на апликации од високата класа, совладувањето на оваа уметност за балансирање значи можност да им обезбедите на клиентите решенија од следната генерација кои комбинираат „видлива безбедност“ и „сигурна заштита“, со што се воспоставуваат основни технолошки предности во жестоката конкуренција на пазарот. Можеме да обезбедиме целосна техничка поддршка од микрокапсулирани нано-апликации со прилагодлив индекс на прекршување, ексклузивни решенија за процесот на дисперзија и синергетска оптимизација на перформансите за забавување на пламенот на пренос, што ќе ви помогне прецизно да ја лоцирате оптималната рамнотежна точка и да постигнете скокачко подобрување во перформансите на производот.