vijesti

Šuplje staklene mikrosferei njihovi kompozitni materijali

Visokočvrsti čvrsti materijali za uzgon za primjenu u dubokomorskim područjima općenito se sastoje od medija koji reguliraju uzgon (šuplje mikrosfere) i visokočvrstih kompozitnih smola. Međunarodno, ovi materijali postižu gustoću 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 posebni strukturni materijali ispunjeni plinom. Na temelju njihovog sastava materijala, uglavnom se dijele na organske kompozitne mikrosfere i anorganske kompozitne mikrosfere. Istraživanje organskih kompozitnih mikrosfera je aktivnije, s izvješćima koja uključuju polistirenske šuplje mikrosfere i šuplje mikrosfere polimetil metakrilata. Materijali koji se koriste za pripremu anorganskih mikrosfera uglavnom uključuju staklo, keramiku, borate, ugljik i cenosfere letećeg pepela.

Šuplje staklene mikrosfere: definicija i klasifikacija

Šuplje staklene mikrosfere su nova vrsta anorganskog nemetalnog sferičnog 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, toplinskim izolacijskim materijalima, 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 nastalog tijekom proizvodnje energije u termoelektranama. Iako su cenosfere jeftinije, imaju lošu čistoću, široku raspodjelu veličine čestica, a posebno gustoću čestica općenito veću od 0,6 g/cm3, što ih čini neprikladnima za pripremu materijala za uzgon za primjenu u dubokomorskim područjima.

② Umjetno sintetizirane staklene mikrosfere čija se čvrstoća, gustoća i druga fizikalno-kemijska svojstva mogu kontrolirati podešavanjem procesnih parametara i formulacija sirovina. Iako su skuplje, imaju širi raspon primjene.

Karakteristike šupljih staklenih mikrosfera

Široka primjena šupljih staklenih mikrosfera u čvrstim materijalima za uzgon neodvojiva je od njihovih izvrsnih karakteristika.

1Šuplje staklene mikrosfereimaju šuplju unutarnju strukturu, što rezultira malom težinom, niskom gustoćom i niskom toplinskom vodljivošću. To ne samo da značajno smanjuje gustoću kompozitnih materijala, već im daje i izvrsna toplinska izolacija, zvučna izolacija, električna izolacija i optička svojstva.

② Šuplje staklene mikrosfere su sfernog oblika, s prednostima niske poroznosti (idealno punilo) i minimalne apsorpcije polimera od strane sfera, što ima mali utjecaj na protočnost i viskoznost matrice. Ove karakteristike rezultiraju razumnom raspodjelom naprezanja u kompozitnom materijalu, čime se poboljšava njegova tvrdoća, krutost i dimenzijska stabilnost.

③ Šuplje staklene mikrosfere imaju visoku čvrstoću. U osnovi, šuplje staklene mikrosfere su tankostijene, zatvorene kugle sa staklom kao glavnom komponentom ljuske, koje pokazuju visoku čvrstoću. To povećava čvrstoću kompozitnog materijala uz održavanje niske gustoće.

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

2 Metoda kapljica. Na određenoj temperaturi, otopina koja sadrži tvar s niskom točkom taljenja suši se 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 stvaranja kuglica, metoda kapljica proizvodi mikrosfere slabe čvrstoće, a metoda suhog gela ima visoke troškove sirovina.

Podloga kompozitnog materijala od šupljih staklenih mikrosfera i kompozitna metoda

Za formiranje visokočvrstog čvrstog materijala za uzgon sšuplje staklene mikrosfere, matrični materijal mora posjedovati izvrsna svojstva, kao što su niska gustoća, visoka čvrstoća, niska viskoznost i dobra podmazivanje s mikrosferama. Trenutno korišteni matrični materijali 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 matričnim materijalima postupcima oblikovanja kao što su lijevanje, vakuumska impregnacija, prijenos tekućine u brizganje, slaganje čestica i kompresijsko oblikovanje. Važno je naglasiti da bi se za poboljšanje međupovršinskih uvjeta između mikrosfera i matrice potrebno modificirati i površinu mikrosfera, čime se poboljšavaju ukupne performanse kompozitnog materijala.