správy

Duté sklenené mikroguľôčkya ich kompozitné materiály

Vysokopevnostné pevné vztlakové materiály pre hlbokomorské aplikácie sa vo všeobecnosti skladajú z médií regulujúcich vztlak (duté mikroguľôčky) a vysokopevnostných živicových kompozitov. Medzinárodne tieto materiály dosahujú hustoty 0,4 – 0,6 g/cm³ a ​​pevnosť v tlaku 40 – 100 MPa a široko sa používajú v rôznych hlbokomorských zariadeniach. Duté mikroguľôčky sú špeciálne konštrukčné materiály naplnené plynom. Na základe ich materiálového zloženia sa delia hlavne na organické kompozitné mikroguľôčky a anorganické kompozitné mikroguľôčky. Výskum organických kompozitných mikroguľôčok je aktívnejší, pričom správy zahŕňajú duté polystyrénové mikroguľôčky a duté polymetylmetakrylátové mikroguľôčky. Medzi materiály používané na prípravu anorganických mikroguľôčok patrí najmä sklo, keramika, boritany, uhlík a cenosféry z popolčeka.

Duté sklenené mikroguľôčky: Definícia a klasifikácia

Duté sklenené mikroguľôčky sú novým typom anorganického nekovového sférického mikropráškového materiálu s vynikajúcimi vlastnosťami, ako je malá veľkosť častíc, guľovitý tvar, nízka hmotnosť, zvuková izolácia, tepelná izolácia, odolnosť voči opotrebovaniu a vysoká teplotná odolnosť. Duté sklenené mikroguľôčky sa široko používajú v leteckých materiáloch, materiáloch na skladovanie vodíka, pevných vztlakových materiáloch, tepelnoizolačných materiáloch, stavebných materiáloch a farbách a náteroch. Všeobecne sa delia do dvoch kategórií:

① Cenosféry, zložené prevažne z SiO2 a oxidov kovov, sa dajú získať z popolčeka produkovaného počas výroby energie v tepelných elektrárňach. Hoci sú cenosféry lacnejšie, majú nízku čistotu, široké rozloženie veľkosti častíc a najmä hustotu častíc vo všeobecnosti väčšiu ako 0,6 g/cm3, čo ich robí nevhodnými na prípravu vztlakových materiálov pre hlbokomorské aplikácie.

② Umelo syntetizované sklenené mikroguľôčky, ktorých pevnosť, hustota a ďalšie fyzikálno-chemické vlastnosti sa dajú regulovať úpravou procesných parametrov a zloženia surovín. Hoci sú drahšie, majú širšie uplatnenie.

Charakteristiky dutých sklenených mikroguľôčok

Rozšírené použitie dutých sklenených mikroguľôčok v pevných vztlakových materiáloch je neoddeliteľne spojené s ich vynikajúcimi vlastnosťami.

①Duté sklenené mikroguľôčkymajú dutú vnútornú štruktúru, čo má za následok nízku hmotnosť, nízku hustotu a nízku tepelnú vodivosť. To nielen výrazne znižuje hustotu kompozitných materiálov, ale im tiež poskytuje vynikajúce tepelnoizolačné, zvukovoizolačné, elektrické a optické vlastnosti.

② Duté sklenené mikroguľôčky majú guľovitý tvar, pričom sa vyznačujú nízkou pórovitosťou (ideálne plnivo) a minimálnou absorpciou polymérov guľôčkami, čo má malý vplyv na tekutosť a viskozitu matrice. Tieto vlastnosti vedú k primeranému rozloženiu napätia v kompozitnom materiáli, čím sa zlepšuje jeho tvrdosť, tuhosť a rozmerová stabilita.

③ Duté sklenené mikroguľôčky majú vysokú pevnosť. Duté sklenené mikroguľôčky sú v podstate tenkostenné, utesnené guľôčky so sklom ako hlavnou zložkou plášťa, ktoré vykazujú vysokú pevnosť. To zvyšuje pevnosť kompozitného materiálu a zároveň zachováva nízku hustotu.

Metódy prípravy dutých sklenených mikroguľôčok
Existujú tri hlavné spôsoby prípravy:
1 Prášková metóda. Sklenená matrica sa najprv rozomelie, pridá sa penotvorné činidlo a potom sa tieto malé častice nechajú prejsť vysokoteplotnou pecou. Keď častice zmäknú alebo roztavia, v skle sa uvoľní plyn. Keď sa plyn rozpína, častice sa premenia na duté guľôčky, ktoré sa potom zachytávajú pomocou cyklónového separátora alebo vrecového filtra.

② Metóda kvapiek. Pri určitej teplote sa roztok obsahujúci látku s nízkou teplotou topenia suší rozprašovaním alebo zahrieva vo vertikálnej peci pri vysokej teplote, ako pri príprave vysoko alkalických mikroguľôčok.

③ Metóda suchého gélu. Táto metóda využíva organické alkoxidy ako suroviny a zahŕňa tri procesy: prípravu suchého gélu, rozomletie a napenenie pri vysokej teplote. Všetky tri metódy majú určité nevýhody: prášková metóda vytvára nízke rýchlosti tvorby guľôčok, kvapková metóda vytvára mikroguľôčky so slabou pevnosťou a metóda suchého gélu má vysoké náklady na suroviny.

Substrát a metóda kompozitného materiálu z dutých sklenených mikroguľôčok

Vytvoriť vysokopevnostný pevný vztlakový materiál sduté sklenené mikroguľôčkyMatricový materiál musí mať vynikajúce vlastnosti, ako je nízka hustota, vysoká pevnosť, nízka viskozita a dobrá klzkosť s mikroguľôčkami. Medzi v súčasnosti používané matricové materiály patria epoxidová živica, polyesterová živica, fenolová živica a silikónová živica. Spomedzi nich je epoxidová živica v skutočnej výrobe najpoužívanejšia vďaka svojej vysokej pevnosti, nízkej hustote, nízkej nasiakavosti a nízkemu zmrašťovaniu pri vytvrdzovaní. Sklenené mikroguľôčky je možné spájať s matricovými materiálmi pomocou lisovacích procesov, ako je odlievanie, vákuová impregnácia, lisovanie kvapalinou, stohovanie častíc a lisovanie kompresiou. Je dôležité zdôrazniť, že na zlepšenie medzifázových podmienok medzi mikroguľôčkami a matricou je potrebné upraviť aj povrch mikroguľôčok, čím sa zlepší celkový výkon kompozitného materiálu.