ziņas

Dobas stikla mikrosfērasun to kompozītmateriāli

Dziļūdens pielietojumiem paredzētie augstas stiprības cietie peldspējas materiāli parasti sastāv no peldspēju regulējošiem materiāliem (dobām mikrosfērām) un augstas stiprības sveķu kompozītmateriāliem. Starptautiskā mērogā šie materiāli sasniedz blīvumu 0,4–0,6 g/cm³ un spiedes stiprību 40–100 MPa, un tie ir plaši izmantoti dažādās dziļūdens iekārtās. Dobas mikrosfēras ir īpaši strukturāli materiāli, kas pildīti ar gāzi. Pamatojoties uz to materiāla sastāvu, tās galvenokārt iedala organisko kompozītmateriālu mikrosfērās un neorganisko kompozītmateriālu mikrosfērās. Pētījumi par organisko kompozītmateriālu mikrosfērām ir aktīvāki, un ziņojumos iekļautas arī polistirola dobās mikrosfēras un polimetilmetakrilāta dobās mikrosfēras. Materiāli, ko izmanto neorganisko mikrosfēru pagatavošanai, galvenokārt ietver stiklu, keramiku, borātus, oglekli un pelnu cenosfēras.

Dobas stikla mikrosfēras: definīcija un klasifikācija

Dobas stikla mikrosfēras ir jauna veida neorganisks nemetālisks sfērisks mikropulvera materiāls ar izcilām īpašībām, piemēram, mazu daļiņu izmēru, sfērisku formu, vieglu svaru, skaņas izolāciju, siltumizolāciju, nodilumizturību un augstu temperatūras izturību. Dobas stikla mikrosfēras ir plaši izmantotas kosmosa materiālos, ūdeņraža uzglabāšanas materiālos, cietos peldspējas materiālos, siltumizolācijas materiālos, būvmateriālos, kā arī krāsās un pārklājumos. Tās parasti iedala divās kategorijās:

① Cenosfēras, kas galvenokārt sastāv no SiO2 un metālu oksīdiem, var iegūt no pelniem, kas rodas enerģijas ražošanas laikā termoelektrostacijās. Lai gan cenosfēras ir lētākas, tām ir slikta tīrības pakāpe, plašs daļiņu izmēru sadalījums un jo īpaši daļiņu blīvums, kas parasti ir lielāks par 0,6 g/cm3, padarot tās nepiemērotas peldspējas materiālu sagatavošanai dziļjūras pielietojumiem.

② Mākslīgi sintezētas stikla mikrosfēras, kuru stiprību, blīvumu un citas fizikāli ķīmiskās īpašības var kontrolēt, pielāgojot procesa parametrus un izejvielu formulas. Lai gan tās ir dārgākas, tām ir plašāks pielietojumu klāsts.

Dobu stikla mikrosfēru raksturojums

Dobu stikla mikrosfēru plašais pielietojums cietos peldspējas materiālos ir neatdalāms no to lieliskajām īpašībām.

①Dobas stikla mikrosfērasir doba iekšējā struktūra, kā rezultātā tiem ir mazs svars, zems blīvums un zema siltumvadītspēja. Tas ne tikai ievērojami samazina kompozītmateriālu blīvumu, bet arī piešķir tiem lielisku siltumizolāciju, skaņas izolāciju, elektroizolāciju un optiskās īpašības.

② Dobām stikla mikrosfērām ir sfēriska forma, un tām piemīt zema porainība (ideāla pildviela) un minimāla polimēru absorbcija sfērās, tādējādi maz ietekmējot matricas plūstamību un viskozitāti. Šīs īpašības nodrošina saprātīgu sprieguma sadalījumu kompozītmateriālā, tādējādi uzlabojot tā cietību, stingrību un izmēru stabilitāti.

③ Dobām stikla mikrosfērām ir augsta izturība. Būtībā dobas stikla mikrosfēras ir plānsienu, noslēgtas sfēras, kuru apvalka galvenā sastāvdaļa ir stikls, un tām piemīt augsta izturība. Tas palielina kompozītmateriāla izturību, vienlaikus saglabājot zemu blīvumu.

Dobu stikla mikrosfēru sagatavošanas metodes
Ir trīs galvenās sagatavošanas metodes:
① Pulvera metode. Stikla matricu vispirms saberž pulverī, pievieno putojošu vielu un pēc tam šīs mazās daļiņas izlaiž caur augstas temperatūras krāsni. Kad daļiņas mīkstina vai kūst, stiklā rodas gāze. Gāzei izplešoties, daļiņas kļūst par dobām sfērām, kuras pēc tam savāc, izmantojot ciklona separatoru vai maisa filtru.

② Pilienu metode. Noteiktā temperatūrā šķīdumu, kas satur vielu ar zemu kušanas temperatūru, žāvē ar izsmidzināšanu vai karsē augstas temperatūras vertikālā krāsnī, tāpat kā ļoti sārmainu mikrosfēru pagatavošanā.

③ Sausā želejas metode. Šī metode kā izejvielas izmanto organiskos alkoksīdus un ietver trīs procesus: sausā želejas sagatavošanu, pulverizēšanu un putošanu augstā temperatūrā. Visām trim metodēm ir daži trūkumi: pulvera metode rada zemu lodīšu veidošanās ātrumu, pilienu metode rada mikrosfēras ar sliktu izturību, un sausā želejas metodei ir augstas izejvielu izmaksas.

Dobas stikla mikrosfēras kompozītmateriāla substrāts un kompozītmateriāla metode

Lai izveidotu augstas stiprības cietu peldspējas materiālu ardobas stikla mikrosfēras, matricas materiālam jāpiemīt izcilām īpašībām, piemēram, zemam blīvumam, augstai izturībai, zemai viskozitātei un labai eļļošanas spējai ar mikrosfērām. Pašlaik izmantotie matricas materiāli ir epoksīdsveķi, poliestera sveķi, fenola sveķi un silikona sveķi. Starp tiem epoksīdsveķi ir visplašāk izmantotie faktiskajā ražošanā, pateicoties to augstajai izturībai, zemajam blīvumam, zemajai ūdens absorbcijai un zemajai saraušanās sacietēšanas laikā. Stikla mikrosfēras var kompozīt ar matricas materiāliem, izmantojot formēšanas procesus, piemēram, liešanu, vakuuma piesūcināšanu, šķidruma pārneses formēšanu, daļiņu kraušanu un kompresijas formēšanu. Ir svarīgi uzsvērt, ka, lai uzlabotu mikrosfēru un matricas saskarnes stāvokli, ir jāmodificē arī mikrosfēru virsma, tādējādi uzlabojot kompozītmateriāla kopējo veiktspēju.