ştiri

Microsfere din sticlă goaleși materialele lor compozite

Materialele solide de flotabilitate de înaltă rezistență pentru aplicații în adâncuri marine sunt în general compuse din medii de reglare a flotabilității (microsfere goale) și compozite de rășină de înaltă rezistență. La nivel internațional, aceste materiale ating densități de 0,4–0,6 g/cm³ și rezistențe la compresiune de 40–100 MPa și au fost utilizate pe scară largă în diverse echipamente pentru adâncuri marine. Microsferele goale sunt materiale structurale speciale umplute cu gaz. Pe baza compoziției materialului lor, acestea sunt împărțite în principal în microsfere compozite organice și microsfere compozite anorganice. Cercetările privind microsferele compozite organice sunt mai active, cu rapoarte care includ microsfere goale din polistiren și microsfere goale din polimetacrilat de metil. Materialele utilizate pentru prepararea microsferelor anorganice includ în principal cenosfere din sticlă, ceramică, borați, carbon și cenușă zburătoare.

Microsfere din sticlă goale: definiție și clasificare

Microsferele din sticlă goale sunt un nou tip de material micropulber sferic anorganic nemetalic, cu proprietăți excelente, cum ar fi dimensiunea mică a particulelor, forma sferică, greutatea redusă, izolarea fonică, izolarea termică, rezistența la uzură și rezistența la temperaturi ridicate. Microsferele din sticlă goale au fost utilizate pe scară largă în materiale aerospațiale, materiale de stocare a hidrogenului, materiale solide de flotabilitate, materiale de izolare termică, materiale de construcție și vopsele și acoperiri. Acestea sunt în general împărțite în două categorii:

① Cenosferele, compuse în principal din SiO2 și oxizi metalici, pot fi obținute din cenușa zburătoare produsă în timpul generării de energie electrică în centralele termice. Deși cenosferele sunt mai puțin costisitoare, acestea au o puritate slabă, o distribuție largă a dimensiunii particulelor și, în special, o densitate a particulelor în general mai mare de 0,6 g/cm3, ceea ce le face nepotrivite pentru prepararea materialelor de flotabilitate pentru aplicații în adâncuri.

② Microsfere de sticlă sintetizate artificial, a căror rezistență, densitate și alte proprietăți fizico-chimice pot fi controlate prin ajustarea parametrilor de proces și a formulărilor materiilor prime. Deși mai scumpe, acestea au o gamă mai largă de aplicații.

Caracteristicile microsferelor din sticlă goale

Aplicarea pe scară largă a microsferelor din sticlă goale în materialele solide de flotabilitate este inseparabilă de caracteristicile lor excelente.

1.Microsfere din sticlă goaleau o structură internă goală la interior, rezultând o greutate redusă, o densitate redusă și o conductivitate termică scăzută. Acest lucru nu numai că reduce semnificativ densitatea materialelor compozite, dar le conferă și o izolație termică, fonică, electrică și proprietăți optice excelente.

② Microsferele din sticlă goale au formă sferică, având avantajele porozității reduse (umplutură ideală) și absorbției minime a polimerilor de către sfere, având astfel un impact redus asupra fluidității și vâscozității matricei. Aceste caracteristici duc la o distribuție rezonabilă a tensiunii în materialul compozit, îmbunătățind astfel duritatea, rigiditatea și stabilitatea dimensională.

③ Microsferele din sticlă goale au o rezistență ridicată. În esență, microsferele din sticlă goale sunt sfere sigilate cu pereți subțiri, având sticla ca principală componentă a învelișului, prezentând o rezistență ridicată. Acest lucru crește rezistența materialului compozit, menținând în același timp o densitate scăzută.

Metode de preparare a microsferelor din sticlă goale
Există trei metode principale de preparare:
① Metoda cu pulbere. Matricea de sticlă este mai întâi pulverizată, se adaugă un agent de spumare, iar apoi aceste particule mici sunt trecute printr-un cuptor la temperatură înaltă. Când particulele se înmoaie sau se topesc, în interiorul sticlei se generează gaz. Pe măsură ce gazul se extinde, particulele devin sfere goale, care sunt apoi colectate folosind un separator ciclonic sau un filtru cu sac.

② Metoda cu picături. La o anumită temperatură, o soluție care conține o substanță cu punct de topire scăzut este uscată prin pulverizare sau încălzită într-un cuptor vertical la temperatură înaltă, ca în prepararea microsferelor puternic alcaline.

③ Metoda gelului uscat. Această metodă utilizează alcoxizi organici ca materii prime și implică trei procese: prepararea unui gel uscat, pulverizarea și spumarea la temperatură ridicată. Toate cele trei metode au anumite dezavantaje: metoda cu pulbere produce rate scăzute de formare a granulelor, metoda cu picături produce microsfere cu rezistență slabă, iar metoda cu gel uscat are costuri ridicate ale materiilor prime.

Substrat și metodă compozită cu microsfere de sticlă goale

Pentru a forma un material solid de flotabilitate de înaltă rezistență cumicrosfere goale din sticlă, materialul matricei trebuie să posede proprietăți excelente, cum ar fi densitate redusă, rezistență ridicată, vâscozitate scăzută și o bună lubrifiere cu microsferele. Materialele matrice utilizate în prezent includ rășina epoxidică, rășina poliesterică, rășina fenolică și rășina siliconică. Printre acestea, rășina epoxidică este cea mai utilizată în producția reală datorită rezistenței sale ridicate, densității reduse, absorbției reduse de apă și contracției reduse la întărire. Microsferele de sticlă pot fi compozite cu materiale matrice prin procese de turnare, cum ar fi turnarea, impregnarea în vid, turnarea prin transfer de lichide, stivuirea particulelor și turnarea prin compresie. Este important de subliniat faptul că, pentru a îmbunătăți starea interfacială dintre microsfere și matrice, suprafața microsferelor trebuie, de asemenea, modificată, îmbunătățind astfel performanța generală a materialului compozit.