notizia

microsfere di vetro cavee i loro materiali compositi

I materiali solidi ad alta resistenza per applicazioni in acque profonde sono generalmente composti da mezzi di regolazione della galleggiabilità (microsfere cave) e compositi di resina ad alta resistenza. A livello internazionale, questi materiali raggiungono densità di 0,4–0,6 g/cm³ e resistenze alla compressione di 40–100 MPa e sono ampiamente utilizzati in diverse apparecchiature per acque profonde. Le microsfere cave sono materiali strutturali speciali riempiti di gas. In base alla loro composizione, si dividono principalmente in microsfere composite organiche e microsfere composite inorganiche. La ricerca sulle microsfere composite organiche è più attiva, con studi che includono microsfere cave di polistirene e microsfere cave di polimetilmetacrilato. I materiali utilizzati per la preparazione di microsfere inorganiche includono principalmente vetro, ceramica, borati, carbonio e cenosfere di ceneri volanti.

Microsfere di vetro cave: definizione e classificazione

Le microsfere di vetro cave sono un nuovo tipo di materiale inorganico non metallico in forma di micropolveri sferiche con eccellenti proprietà quali piccole dimensioni delle particelle, forma sferica, leggerezza, isolamento acustico, isolamento termico, resistenza all'usura e resistenza alle alte temperature. Le microsfere di vetro cave sono ampiamente utilizzate nei materiali aerospaziali, nei materiali per lo stoccaggio dell'idrogeno, nei materiali di galleggiamento solidi, nei materiali di isolamento termico, nei materiali da costruzione e nelle vernici e rivestimenti. Sono generalmente suddivise in due categorie:

① Le cenosfere, composte principalmente da SiO2 e ossidi metallici, possono essere ottenute dalle ceneri volanti prodotte durante la generazione di energia nelle centrali termoelettriche. Sebbene le cenosfere siano meno costose, presentano una scarsa purezza, un'ampia distribuzione granulometrica e, in particolare, una densità delle particelle generalmente superiore a 0,6 g/cm³, il che le rende inadatte alla preparazione di materiali galleggianti per applicazioni in acque profonde.

② Microsfere di vetro sintetizzate artificialmente, la cui resistenza, densità e altre proprietà fisico-chimiche possono essere controllate regolando i parametri di processo e le formulazioni delle materie prime. Sebbene più costose, hanno una gamma più ampia di applicazioni.

Caratteristiche delle microsfere di vetro cave

L'ampia applicazione delle microsfere di vetro cave nei materiali galleggianti solidi è inscindibile dalle loro eccellenti caratteristiche.

①microsfere di vetro caveHanno una struttura interna cava, che si traduce in leggerezza, bassa densità e bassa conduttività termica. Ciò non solo riduce significativamente la densità dei materiali compositi, ma conferisce loro anche eccellenti proprietà di isolamento termico, acustico, elettrico e ottico.

② Le microsfere di vetro cave hanno forma sferica e presentano i vantaggi di una bassa porosità (riempitivo ideale) e di un assorbimento minimo di polimero da parte delle sfere, avendo quindi un impatto ridotto sulla fluidità e sulla viscosità della matrice. Queste caratteristiche determinano una distribuzione ottimale delle sollecitazioni nel materiale composito, migliorandone la durezza, la rigidità e la stabilità dimensionale.

③ Le microsfere di vetro cave presentano un'elevata resistenza. Essenzialmente, le microsfere di vetro cave sono sfere a parete sottile e sigillate, con il vetro come componente principale del guscio, che mostrano un'elevata resistenza. Ciò aumenta la resistenza del materiale composito pur mantenendo una bassa densità.

Metodi di preparazione di microsfere di vetro cave
Esistono tre metodi di preparazione principali:
① Metodo in polvere. La matrice vetrosa viene prima polverizzata, viene aggiunto un agente schiumogeno e poi queste piccole particelle vengono fatte passare attraverso un forno ad alta temperatura. Quando le particelle si ammorbidiscono o fondono, si genera gas all'interno del vetro. Con l'espansione del gas, le particelle diventano sfere cave, che vengono poi raccolte utilizzando un separatore ciclonico o un filtro a sacco.

② Metodo a gocce. A una certa temperatura, una soluzione contenente una sostanza a basso punto di fusione viene essiccata a spruzzo o riscaldata in un forno verticale ad alta temperatura, come nella preparazione di microsfere altamente alcaline.

③ Metodo del gel secco. Questo metodo utilizza alcossidi organici come materie prime e prevede tre fasi: preparazione di un gel secco, polverizzazione e schiumatura ad alta temperatura. Tutti e tre i metodi presentano alcuni svantaggi: il metodo della polvere produce bassi tassi di formazione di microsfere, il metodo a gocce produce microsfere con scarsa resistenza e il metodo del gel secco ha costi elevati per le materie prime.

Substrato di materiale composito e metodo di composizione a base di microsfere di vetro cave.

Per formare un materiale di galleggiamento solido ad alta resistenza conmicrosfere cave di vetroIl materiale della matrice deve possedere eccellenti proprietà, come bassa densità, elevata resistenza, bassa viscosità e buona lubrificazione con le microsfere. I materiali di matrice attualmente utilizzati includono resina epossidica, resina poliestere, resina fenolica e resina siliconica. Tra questi, la resina epossidica è la più utilizzata nella produzione reale grazie alla sua elevata resistenza, bassa densità, basso assorbimento d'acqua e basso ritiro durante la polimerizzazione. Le microsfere di vetro possono essere composite con i materiali di matrice attraverso processi di stampaggio come la colata, l'impregnazione sottovuoto, lo stampaggio a trasferimento liquido, l'impilamento di particelle e lo stampaggio a compressione. È importante sottolineare che, al fine di migliorare le condizioni interfacciali tra le microsfere e la matrice, è necessario modificare anche la superficie delle microsfere, migliorando così le prestazioni complessive del materiale composito.