vijesti

Šuplje staklene mikrosferei njihovi kompozitni materijali

Visokočvrsti čvrsti materijali za uzgon za primjenu u dubokomorskim područjima uglavnom se sastoje od medija koji regulišu uzgon (šuplje mikrosfere) i visokočvrstih kompozitnih smola. Na međunarodnom nivou, ovi materijali postižu gustinu od 0,4–0,6 g/cm³ i tlačnu čvrstoću od 40–100 MPa, te se široko koriste u različitoj opremi za dubokomorsku primjenu. Šuplje mikrosfere su specijalni strukturni materijali ispunjeni plinom. Na osnovu njihovog sastava materijala, uglavnom se dijele na organske kompozitne mikrosfere i neorganske kompozitne mikrosfere. Istraživanje organskih kompozitnih mikrosfera je aktivnije, a izvještaji uključuju polistirenske šuplje mikrosfere i polimetil metakrilatne šuplje mikrosfere. Materijali koji se koriste za pripremu neorganskih mikrosfera uglavnom uključuju staklo, keramiku, borate, ugljik i cenosfere od letećeg pepela.

Šuplje staklene mikrosfere: Definicija i klasifikacija

Šuplje staklene mikrosfere su nova vrsta neorganskog nemetalnog sfernog mikropraškastog materijala s izvrsnim svojstvima kao što su mala veličina čestica, sferni oblik, mala težina, zvučna izolacija, toplinska izolacija, otpornost na habanje i otpornost na visoke temperature. Šuplje staklene mikrosfere se široko koriste u zrakoplovnim materijalima, materijalima za skladištenje vodika, čvrstim materijalima za uzgon, materijalima za toplinsku izolaciju, građevinskim materijalima te bojama i premazima. Općenito se dijele u dvije kategorije:

① Cenosfere, uglavnom sastavljene od SiO2 i metalnih oksida, mogu se dobiti iz letećeg pepela koji nastaje tokom proizvodnje energije u termoelektranama. Iako su cenosfere jeftinije, imaju lošu čistoću, široku raspodjelu veličine čestica, a posebno gustoću čestica uglavnom veću od 0,6 g/cm3, što ih čini nepogodnim za pripremu materijala za uzgon za primjenu u dubokomorskim područjima.

② Vještački sintetizirane staklene mikrosfere, čija se čvrstoća, gustoća i druga fizičko-hemijska svojstva mogu kontrolirati podešavanjem parametara procesa i formulacija sirovina. Iako su skuplje, imaju širi spektar primjene.

Karakteristike šupljih staklenih mikrosfera

Široko rasprostranjena primjena šupljih staklenih mikrosfera u čvrstim materijalima za uzgon neodvojiva je od njihovih odličnih karakteristika.

1Šuplje staklene mikrosfereimaju šuplju unutrašnju strukturu, što rezultira malom težinom, niskom gustoćom i niskom toplinskom provodljivošću. To ne samo da značajno smanjuje gustoću kompozitnih materijala, već im daje i odličnu toplinsku izolaciju, zvučnu izolaciju, električnu izolaciju i optička svojstva.

② Šuplje staklene mikrosfere su sfernog oblika, posjedujući prednosti niske poroznosti (idealno punilo) i minimalne apsorpcije polimera od strane sfera, te stoga imaju mali utjecaj na protočnost i viskoznost matrice. Ove karakteristike rezultiraju razumnom raspodjelom napona u kompozitnom materijalu, čime se poboljšava njegova tvrdoća, krutost i dimenzionalna stabilnost.

③ Šuplje staklene mikrosfere imaju visoku čvrstoću. U suštini, šuplje staklene mikrosfere su tankozidne, zatvorene sfere sa staklom kao glavnom komponentom ljuske, koje pokazuju visoku čvrstoću. To povećava čvrstoću kompozitnog materijala uz održavanje niske gustine.

Metode pripreme šupljih staklenih mikrosfera
Postoje tri glavne metode pripreme:
① Metoda praha. Staklena matrica se prvo usitnjava, dodaje se sredstvo za pjenjenje, a zatim se te male čestice propuštaju kroz visokotemperaturnu peć. Kada čestice omekšaju ili otope, unutar stakla se stvara plin. Kako se plin širi, čestice postaju šuplje sfere, koje se zatim sakupljaju pomoću ciklonskog separatora ili vrećastog filtera.

2 Metoda kapljica. Na određenoj temperaturi, rastvor koji sadrži supstancu niske tačke topljenja se suši raspršivanjem ili zagrijava u vertikalnoj peći na visokoj temperaturi, kao kod pripreme visoko alkalnih mikrosfera.

③ Metoda suhog gela. Ova metoda koristi organske alkokside kao sirovine i uključuje tri procesa: pripremu suhog gela, usitnjavanje i pjenjenje na visokoj temperaturi. Sve tri metode imaju određene nedostatke: metoda praha proizvodi niske stope formiranja kuglica, metoda kapljica proizvodi mikrosfere slabe čvrstoće, a metoda suhog gela ima visoke troškove sirovina.

Podloga od kompozitnog materijala od šupljih staklenih mikrosfera i kompozitna metoda

Za formiranje čvrstog materijala za uzgon visoke čvrstoće sašuplje staklene mikrosfere, materijal matrice mora posjedovati odlična svojstva, kao što su niska gustoća, visoka čvrstoća, niska viskoznost i dobra podmazivanje s mikrosferama. Trenutno korišteni materijali matrice uključuju epoksidnu smolu, poliestersku smolu, fenolnu smolu i silikonsku smolu. Među njima, epoksidna smola se najčešće koristi u stvarnoj proizvodnji zbog svoje visoke čvrstoće, niske gustoće, niske apsorpcije vode i niskog skupljanja pri stvrdnjavanju. Staklene mikrosfere mogu se kompozitirati s materijalima matrice putem procesa oblikovanja kao što su lijevanje, vakuumska impregnacija, tekuće brizganje, slaganje čestica i kompresijsko oblikovanje. Važno je naglasiti da bi se, kako bi se poboljšalo stanje međupovršine između mikrosfera i matrice, površina mikrosfera također trebala biti modificirana, čime se poboljšavaju ukupne performanse kompozitnog materijala.