новини

Порожнисті скляні мікросферита їх композитні матеріали

Високоміцні тверді матеріали для забезпечення плавучості для глибоководних застосувань зазвичай складаються з середовищ, що регулюють плавучість (порожнистих мікросфер), та високоміцних смоляних композитів. У міжнародному масштабі ці матеріали досягають щільності 0,4–0,6 г/см³ та міцності на стиск 40–100 МПа та широко використовуються в різному глибоководному обладнанні. Порожнисті мікросфери – це спеціальні конструкційні матеріали, заповнені газом. Залежно від їхнього матеріального складу, їх в основному поділяють на органічні композитні мікросфери та неорганічні композитні мікросфери. Дослідження органічних композитних мікросфер є більш активними, зокрема, є дослідження порожнистих мікросфер з полістиролу та порожнистих мікросфер з поліметилметакрилату. Матеріали, що використовуються для виготовлення неорганічних мікросфер, включають переважно скло, кераміку, борати, вуглець та ценосфери з летючої золи.

Порожнисті скляні мікросфери: визначення та класифікація

Порожнисті скляні мікросфери – це новий тип неорганічного неметалевого сферичного мікропорошкового матеріалу з чудовими властивостями, такими як малий розмір частинок, сферична форма, легка вага, звукоізоляція, теплоізоляція, зносостійкість та стійкість до високих температур. Порожнисті скляні мікросфери широко використовуються в аерокосмічних матеріалах, матеріалах для зберігання водню, твердих плавучих матеріалах, теплоізоляційних матеріалах, будівельних матеріалах, а також фарбах та покриттях. Їх зазвичай поділяють на дві категорії:

① Ценосфери, що складаються переважно з SiO2 та оксидів металів, можна отримати з летючої золи, що утворюється під час виробництва електроенергії на теплових електростанціях. Хоча ценосфери дешевші, вони мають низьку чистоту, широкий розподіл частинок за розмірами та, зокрема, щільність частинок зазвичай перевищує 0,6 г/см3, що робить їх непридатними для приготування плавучих матеріалів для глибоководного застосування.

② Штучно синтезовані скляні мікросфери, міцність, щільність та інші фізико-хімічні властивості яких можна контролювати, змінюючи параметри процесу та рецептуру сировини. Хоча вони дорожчі, вони мають ширший спектр застосування.

Характеристики порожнистих скляних мікросфер

Широке застосування порожнистих скляних мікросфер у твердих плавучих матеріалах невіддільне від їхніх чудових характеристик.

①Порожнисті скляні мікросферимають порожнисту внутрішню структуру, що призводить до легкої ваги, низької щільності та низької теплопровідності. Це не тільки значно зменшує щільність композитних матеріалів, але й надає їм чудових теплоізоляційних, звукоізоляційних, електроізоляційних та оптичних властивостей.

② Порожнисті скляні мікросфери мають сферичну форму, що забезпечує низьку пористість (ідеальний наповнювач) та мінімальне поглинання полімерів сферами, що мало впливає на текучість та в'язкість матриці. Ці характеристики призводять до розумного розподілу напружень у композитному матеріалі, тим самим покращуючи його твердість, жорсткість та стабільність розмірів.

③ Порожнисті скляні мікросфери мають високу міцність. По суті, порожнисті скляні мікросфери – це тонкостінні, герметичні сфери, основним компонентом яких є скло, що демонструє високу міцність. Це підвищує міцність композитного матеріалу, зберігаючи при цьому низьку щільність.

Методи приготування порожнистих скляних мікросфер
Існує три основні способи приготування:
① Порошковий метод. Скляну матрицю спочатку подрібнюють, додають піноутворювач, а потім ці дрібні частинки пропускають через високотемпературну піч. Коли частинки розм’якшуються або плавляться, всередині скла утворюється газ. У міру розширення газу частинки перетворюються на порожнисті сфери, які потім збираються за допомогою циклонного сепаратора або рукавного фільтра.

② Метод крапель. За певної температури розчин, що містить речовину з низькою температурою плавлення, сушать розпиленням або нагрівають у високотемпературній вертикальній печі, як при приготуванні високолужних мікросфер.

③ Метод сухого гелю. Цей метод використовує органічні алкоксиди як сировину та включає три процеси: приготування сухого гелю, подрібнення та спінювання за високої температури. Усі три методи мають певні недоліки: порошковий метод забезпечує низьку швидкість утворення кульок, метод крапель дає мікросфери з низькою міцністю, а метод сухого гелю має високі витрати на сировину.

Підкладка з композитного матеріалу з порожнистих скляних мікросфер та композитний метод

Для формування високоміцного твердого плавучого матеріалу зпорожнисті скляні мікросфери, матричний матеріал повинен мати чудові властивості, такі як низька щільність, висока міцність, низька в'язкість та добра змащувальна здатність з мікросферами. Наразі використовуються матричні матеріали, включаючи епоксидну смолу, поліефірну смолу, фенольну смолу та силіконову смолу. Серед них епоксидна смола є найбільш широко використовуваною у фактичному виробництві завдяки своїй високій міцності, низькій щільності, низькому водопоглинанню та низькій усадці при затвердінні. Скляні мікросфери можуть бути композитовані з матричними матеріалами за допомогою процесів формування, таких як лиття, вакуумне просочення, лиття під тиском, укладання частинок та компресійне формування. Важливо підкреслити, що для покращення стану міжфазної взаємодії між мікросферами та матрицею також необхідно модифікувати поверхню мікросфер, тим самим покращуючи загальні характеристики композитного матеріалу.