новини

Кухи стъклени микросферии техните композитни материали

Високоякостните твърди материали за плаваемост за дълбоководни приложения обикновено са съставени от регулиращи плаваемостта среди (кухи микросфери) и високоякостни смолни композити. В международен план тези материали достигат плътност от 0,4–0,6 g/cm³ и якост на натиск от 40–100 MPa и са широко използвани в различно дълбоководно оборудване. Кухите микросфери са специални структурни материали, пълни с газ. Въз основа на техния материален състав те се разделят главно на органични композитни микросфери и неорганични композитни микросфери. Изследванията върху органични композитни микросфери са по-активни, като докладите включват кухи микросфери от полистирол и кухи микросфери от полиметилметакрилат. Материалите, използвани за приготвяне на неорганични микросфери, включват главно стъкло, керамика, борати, въглерод и ценосфери от летяща пепел.

Кухи стъклени микросфери: Определение и класификация

Кухите стъклени микросфери са нов вид неорганичен неметален сферичен микропрахов материал с отлични свойства като малък размер на частиците, сферична форма, леко тегло, звукоизолация, топлоизолация, износоустойчивост и устойчивост на висока температура. Кухите стъклени микросфери са широко използвани в аерокосмическите материали, материалите за съхранение на водород, твърдите плавателни материали, топлоизолационните материали, строителните материали, боите и покритията. Те обикновено се разделят на две категории:

① Ценосферите, съставени главно от SiO2 и метални оксиди, могат да бъдат получени от летяща пепел, произведена по време на производството на електроенергия в топлоелектрически централи. Въпреки че ценосферите са по-евтини, те имат ниска чистота, широко разпределение на размера на частиците и по-специално плътност на частиците, обикновено по-голяма от 0,6 g/cm3, което ги прави неподходящи за приготвяне на плавателни материали за дълбоководни приложения.

② Изкуствено синтезирани стъклени микросфери, чиято якост, плътност и други физикохимични свойства могат да се контролират чрез регулиране на параметрите на процеса и състава на суровините. Въпреки че са по-скъпи, те имат по-широк спектър от приложения.

Характеристики на кухи стъклени микросфери

Широко разпространеното приложение на кухи стъклени микросфери в твърди плавателни материали е неразделна част от техните отлични характеристики.

①Кухи стъклени микросфериимат куха вътрешна структура, което води до леко тегло, ниска плътност и ниска топлопроводимост. Това не само значително намалява плътността на композитните материали, но и им придава отлична топлоизолация, звукоизолация, електрическа изолация и оптични свойства.

② Кухите стъклени микросфери са със сферична форма, притежаващи предимствата на ниска порьозност (идеален пълнител) и минимална абсорбция на полимери от сферите, като по този начин оказват малко влияние върху течливостта и вискозитета на матрицата. Тези характеристики водят до разумно разпределение на напрежението в композитния материал, като по този начин подобряват неговата твърдост, коравина и размерна стабилност.

③ Кухите стъклени микросфери имат висока якост. По същество кухите стъклени микросфери са тънкостенни, запечатани сфери, чиято обвивка е стъкло като основен компонент, показващи висока якост. Това увеличава якостта на композитния материал, като същевременно запазва ниска плътност.

Методи за приготвяне на кухи стъклени микросфери
Има три основни метода за приготвяне:
① Прахов метод. Стъклената матрица първо се пулверизира, добавя се пенообразуващ агент и след това тези малки частици се прекарват през високотемпературна пещ. Когато частиците омекнат или се стопят, в стъклото се отделя газ. С разширяването на газа частиците се превръщат в кухи сфери, които след това се събират с помощта на циклонен сепаратор или ръкавен филтър.

② Метод с капки. При определена температура разтвор, съдържащ вещество с ниска точка на топене, се суши чрез пулверизиране или нагрява във вертикална пещ с висока температура, както при приготвянето на силно алкални микросфери.

③ Метод със сух гел. Този метод използва органични алкоксиди като суровини и включва три процеса: приготвяне на сух гел, пулверизиране и разпенване при висока температура. И трите метода имат определени недостатъци: методът с прах води до ниски скорости на образуване на перли, методът с капки произвежда микросфери с ниска якост, а методът със сух гел има високи разходи за суровини.

Субстрат и композитен метод от кухи стъклени микросфери

За да се образува високоякостен твърд плаваем материал скухи стъклени микросфериМатричният материал трябва да притежава отлични свойства, като ниска плътност, висока якост, нисък вискозитет и добра смазваща способност с микросферите. Използваните в момента матрични материали включват епоксидна смола, полиестерна смола, фенолна смола и силиконова смола. Сред тях епоксидната смола е най-широко използваната в реалното производство поради високата си якост, ниска плътност, ниска абсорбция на вода и ниско свиване при втвърдяване. Стъклените микросфери могат да бъдат комбинирани с матрични материали чрез процеси на формоване, като леене, вакуумно импрегниране, течно трансферно формоване, подреждане на частици и компресионно формоване. Важно е да се подчертае, че за да се подобри състоянието на интерфейса между микросферите и матрицата, повърхността на микросферите също трябва да бъде модифицирана, като по този начин се подобряват общите характеристики на композитния материал.