новости

Полые стеклянные микросферыи их композитные материалы

Высокопрочные твердые плавучие материалы для глубоководных применений обычно состоят из плавучих регулирующих сред (полых микросфер) и высокопрочных смоляных композитов. В международном масштабе эти материалы достигают плотности 0,4–0,6 г/см³ и прочности на сжатие 40–100 МПа и широко используются в различном глубоководном оборудовании. Полые микросферы — это особые конструкционные материалы, заполненные газом. В зависимости от состава они в основном делятся на органические композитные микросферы и неорганические композитные микросферы. Исследования органических композитных микросфер наиболее активны, среди работ можно отметить полые микросферы из полистирола и полые микросферы из полиметилметакрилата. Материалы, используемые для получения неорганических микросфер, в основном включают стекло, керамику, бораты, углерод и ценосферы из золы.

Полые стеклянные микросферы: определение и классификация

Полые стеклянные микросферы — это новый тип неорганических неметаллических сферических микропорошковых материалов, обладающих превосходными свойствами, такими как малый размер частиц, сферическая форма, малый вес, звукоизоляция, теплоизоляция, износостойкость и термостойкость. Полые стеклянные микросферы широко используются в аэрокосмической отрасли, материалах для хранения водорода, материалах, обеспечивающих плавучесть твердых тел, теплоизоляционных материалах, строительных материалах, а также в красках и покрытиях. В целом, их можно разделить на две категории:

① Ценосферы, состоящие в основном из SiO2 и оксидов металлов, могут быть получены из летучей золы, образующейся при выработке электроэнергии на тепловых электростанциях. Хотя ценосферы дешевле, они обладают низкой чистотой, широким распределением частиц по размерам и, в частности, плотностью частиц, как правило, более 0,6 г/см3, что делает их непригодными для получения плавучих материалов для применения в глубоководных условиях.

② Искусственно синтезированные стеклянные микросферы, прочность, плотность и другие физико-химические свойства которых можно контролировать путем регулирования параметров процесса и состава исходного сырья. Хотя они и дороже, у них более широкий спектр применения.

Характеристики полых стеклянных микросфер

Широкое применение полых стеклянных микросфер в твердых плавучих материалах неразрывно связано с их превосходными характеристиками.

①Полые стеклянные микросферыБлагодаря полой внутренней структуре композитные материалы обладают малым весом, низкой плотностью и низкой теплопроводностью. Это не только значительно снижает плотность композитных материалов, но и наделяет их превосходными теплоизоляционными, звукоизоляционными, электроизоляционными и оптическими свойствами.

② Полые стеклянные микросферы имеют сферическую форму, обладая преимуществами низкой пористости (идеальный наполнитель) и минимального поглощения полимера сферами, что оказывает незначительное влияние на текучесть и вязкость матрицы. Эти характеристики приводят к рациональному распределению напряжений в композитном материале, тем самым улучшая его твердость, жесткость и размерную стабильность.

③ Полые стеклянные микросферы обладают высокой прочностью. По сути, полые стеклянные микросферы представляют собой тонкостенные герметичные сферы, основным компонентом оболочки которых является стекло, что обеспечивает высокую прочность. Это повышает прочность композитного материала при сохранении низкой плотности.

Методы получения полых стеклянных микросфер
Существует три основных способа приготовления:
① Порошковый метод. Сначала измельчают стеклянную матрицу, добавляют пенообразователь, а затем эти мелкие частицы пропускают через высокотемпературную печь. Когда частицы размягчаются или плавятся, внутри стекла образуется газ. По мере расширения газа частицы превращаются в полые сферы, которые затем собирают с помощью циклонного сепаратора или рукавного фильтра.

② Капельный метод. При определенной температуре раствор, содержащий вещество с низкой температурой плавления, распыляется или нагревается в высокотемпературной вертикальной печи, как при получении высокощелочных микросфер.

③ Метод сухого геля. Этот метод использует органические алкоксиды в качестве сырья и включает три процесса: приготовление сухого геля, измельчение и вспенивание при высокой температуре. Все три метода имеют определенные недостатки: метод порошка дает низкую скорость образования гранул, метод капель дает микросферы с низкой прочностью, а метод сухого геля имеет высокую стоимость сырья.

Композитный материал на основе полых стеклянных микросфер и метод создания композита.

Для формирования высокопрочного твердого плавучего материала сполые стеклянные микросферыМатричный материал должен обладать превосходными свойствами, такими как низкая плотность, высокая прочность, низкая вязкость и хорошая смазывающая способность по отношению к микросферам. В настоящее время в качестве матричных материалов используются эпоксидная смола, полиэфирная смола, фенольная смола и силиконовая смола. Среди них эпоксидная смола наиболее широко используется в реальном производстве благодаря своей высокой прочности, низкой плотности, низкому водопоглощению и низкой усадке при отверждении. Стеклянные микросферы могут быть композитированы с матричными материалами посредством таких процессов формования, как литье, вакуумная пропитка, жидкостное литье, послойное наслаивание частиц и компрессионное формование. Важно подчеркнуть, что для улучшения условий на границе раздела между микросферами и матрицей необходимо также модифицировать поверхность микросфер, тем самым улучшая общие характеристики композитного материала.