uudised

Õõnsad klaasist mikrosfääridja nende komposiitmaterjalid

Süvamere rakenduste jaoks mõeldud ülitugevad tahked ujuvusmaterjalid koosnevad üldiselt ujuvust reguleerivast keskkonnast (õõnsad mikrosfäärid) ja ülitugevatest vaigukomposiitidest. Rahvusvaheliselt saavutavad need materjalid tiheduse 0,4–0,6 g/cm³ ja survetugevuse 40–100 MPa ning neid on laialdaselt kasutatud erinevates süvamereseadmetes. Õõnsad mikrosfäärid on spetsiaalsed gaasiga täidetud konstruktsioonimaterjalid. Materjali koostise põhjal jagunevad need peamiselt orgaanilisteks komposiitmikrosfäärideks ja anorgaanilisteks komposiitmikrosfäärideks. Orgaaniliste komposiitmikrosfääride uuringud on aktiivsemad, aruanded hõlmavad polüstüreenist õõnsaid mikrosfääre ja polümetüülmetakrülaadist õõnsaid mikrosfääre. Anorgaaniliste mikrosfääride valmistamiseks kasutatavate materjalide hulka kuuluvad peamiselt klaas, keraamika, boraadid, süsinik ja lendtuha cenosfäärid.

Õõnesklaasist mikrosfäärid: määratlus ja klassifikatsioon

Õõnesklaasmikrosfäärid on uut tüüpi anorgaaniline mittemetallist sfääriline mikropulbermaterjal, millel on suurepärased omadused, nagu väike osakeste suurus, sfääriline kuju, kerge kaal, heliisolatsioon, soojusisolatsioon, kulumiskindlus ja kõrge temperatuuritaluvus. Õõnesklaasmikrosfääre on laialdaselt kasutatud lennundusmaterjalides, vesiniku säilitamise materjalides, tahketes ujuvusmaterjalides, soojusisolatsioonimaterjalides, ehitusmaterjalides ning värvides ja katetes. Need jagunevad üldiselt kahte kategooriasse:

① Tsenosfääre, mis koosnevad peamiselt SiO2-st ja metalloksiididest, saab soojuselektrijaamades elektri tootmisel tekkivast lendtuhast. Kuigi tsenosfäärid on odavamad, on neil halb puhtusaste, lai osakeste suurusjaotus ja eelkõige osakeste tihedus, mis on üldiselt suurem kui 0,6 g/cm3, mistõttu need ei sobi süvamere rakenduste jaoks mõeldud ujuvmaterjalide valmistamiseks.

② Kunstlikult sünteesitud klaasmikrosfäärid, mille tugevust, tihedust ja muid füüsikalis-keemilisi omadusi saab kontrollida protsessiparameetrite ja tooraine koostise muutmise abil. Kuigi need on kallimad, on neil laiem kasutusala.

Õõnesklaasist mikrosfääride omadused

Õõnesklaasmikrosfääride laialdane kasutamine tahketes ujuvusmaterjalides on lahutamatult seotud nende suurepäraste omadustega.

①Õõnsad klaasist mikrosfääridon õõnes sisemine struktuur, mis tagab kerge kaalu, madala tiheduse ja madala soojusjuhtivuse. See mitte ainult ei vähenda oluliselt komposiitmaterjalide tihedust, vaid annab neile ka suurepärase soojusisolatsiooni, heliisolatsiooni, elektriisolatsiooni ja optilised omadused.

② Õõnsad klaasmikrosfäärid on sfäärilise kujuga, millel on madala poorsuse (ideaalne täiteaine) ja sfääride minimaalse polümeeri neeldumise eelised, mistõttu neil on vähe mõju maatriksi voolavusele ja viskoossusele. Need omadused tagavad komposiitmaterjalis mõistliku pingejaotuse, parandades seeläbi selle kõvadust, jäikust ja mõõtmete stabiilsust.

③ Õõnesklaasmikrosfäärid on suure tugevusega. Põhimõtteliselt on õõnesklaasmikrosfäärid õhukeseinalised, suletud kerad, mille kesta põhikomponent on klaas, millel on suur tugevus. See suurendab komposiitmaterjali tugevust, säilitades samal ajal madala tiheduse.

Õõnesklaasist mikrosfääride valmistamismeetodid
On kolm peamist valmistamismeetodit:
① Pulbrimeetod. Klaasmaatriks peenestatakse esmalt, lisatakse vahustusaine ja seejärel juhitakse need väikesed osakesed läbi kõrgtemperatuurse ahju. Kui osakesed pehmenevad või sulavad, tekib klaasi sees gaas. Gaasi paisumisel muutuvad osakesed õõnsateks keradeks, mis seejärel kogutakse tsüklonseparaatori või kottfiltri abil.

② Tilkmeetod. Teatud temperatuuril pihustatakse madala sulamistemperatuuriga ainet sisaldavat lahust või kuumutatakse seda kõrgtemperatuurilises vertikaalses ahjus, nagu väga leeliseliste mikrosfääride valmistamisel.

③ Kuivgeeli meetod. See meetod kasutab toorainena orgaanilisi alkoksiide ja hõlmab kolme protsessi: kuivgeeli valmistamist, peenestamist ja vahustamist kõrgel temperatuuril. Kõigil kolmel meetodil on teatud puudused: pulbrimeetod annab madala graanulite moodustumise kiiruse, tilkmeetod annab madala tugevusega mikrosfäärid ja kuivgeeli meetodil on kõrged toorainekulud.

Õõnesklaasist mikrosfääri komposiitmaterjali aluspind ja komposiitmeetod

Kõrge tugevusega tahke ujuvusmaterjali moodustamiseksõõnsad klaasist mikrosfäärid, peab maatriksmaterjalil olema suurepärased omadused, näiteks madal tihedus, kõrge tugevus, madal viskoossus ja hea määrimisvõime mikrosfääridega. Praegu kasutatavate maatriksmaterjalide hulka kuuluvad epoksüvaik, polüestervaik, fenoolvaik ja silikoonvaik. Nende hulgas on epoksüvaik oma suure tugevuse, madala tiheduse, madala veeimavuse ja väikese kõvenemiskahanemise tõttu tegelikus tootmises kõige laialdasemalt kasutatav. Klaasmikrosfääre saab maatriksmaterjalidega komposiitida vormimisprotsesside abil, nagu valamine, vaakumimmutamine, vedelikuülekande vormimine, osakeste virnastamine ja survevormimine. Oluline on rõhutada, et mikrosfääride ja maatriksi vahelise faasidevahelise olukorra parandamiseks tuleb modifitseerida ka mikrosfääride pinda, parandades seeläbi komposiitmaterjali üldist jõudlust.