berita

Mikrosfera kaca beronggadan bahan komposit mereka

Bahan apungan pepejal berkekuatan tinggi untuk aplikasi laut dalam secara amnya terdiri daripada media pengatur apungan (mikrosfera berongga) dan komposit resin berkekuatan tinggi. Di peringkat antarabangsa, bahan-bahan ini mencapai ketumpatan 0.4–0.6 g/cm³ dan kekuatan mampatan 40–100 MPa, dan telah digunakan secara meluas dalam pelbagai peralatan laut dalam. Mikrosfera berongga ialah bahan struktur khas yang diisi dengan gas. Berdasarkan komposisi bahannya, ia dibahagikan terutamanya kepada mikrosfera komposit organik dan mikrosfera komposit bukan organik. Penyelidikan mengenai mikrosfera komposit organik lebih aktif, dengan laporan termasuk mikrosfera berongga polistirena dan mikrosfera berongga polimetil metakrilat. Bahan yang digunakan untuk menyediakan mikrosfera bukan organik terutamanya termasuk kaca, seramik, borat, karbon dan senosfera abu terbang.

Mikrosfera Kaca Berongga: Definisi dan Pengelasan

Mikrosfera kaca berongga merupakan sejenis bahan mikroserbuk sfera bukan logam bukan organik baharu dengan ciri-ciri cemerlang seperti saiz zarah kecil, bentuk sfera, ringan, penebat bunyi, penebat haba, rintangan haus dan rintangan suhu tinggi. Mikrosfera kaca berongga telah digunakan secara meluas dalam bahan aeroangkasa, bahan penyimpanan hidrogen, bahan apungan pepejal, bahan penebat haba, bahan binaan dan cat serta salutan. Ia secara amnya dibahagikan kepada dua kategori:

① Senosfera, terutamanya terdiri daripada SiO2 dan oksida logam, boleh diperolehi daripada abu terbang yang dihasilkan semasa penjanaan kuasa di loji janakuasa terma. Walaupun senosfera lebih murah, ia mempunyai ketulenan yang rendah, taburan saiz zarah yang luas, dan khususnya, ketumpatan zarah secara amnya lebih besar daripada 0.6 g/cm3, menjadikannya tidak sesuai untuk menyediakan bahan apungan untuk aplikasi laut dalam.

② Mikrosfera kaca yang disintesis secara buatan, yang kekuatan, ketumpatan dan sifat fizikokimia lain boleh dikawal dengan melaraskan parameter proses dan formulasi bahan mentah. Walaupun lebih mahal, ia mempunyai pelbagai aplikasi yang lebih luas.

Ciri-ciri Mikrosfera Kaca Berongga

Penggunaan mikrosfera kaca berongga secara meluas dalam bahan apungan pepejal tidak dapat dipisahkan daripada ciri-ciri cemerlangnya.

①Mikrosfera kaca beronggamempunyai struktur dalaman berongga, menghasilkan berat yang ringan, ketumpatan yang rendah dan kekonduksian terma yang rendah. Ini bukan sahaja mengurangkan ketumpatan bahan komposit dengan ketara tetapi juga memberikannya penebat haba, penebat bunyi, penebat elektrik dan sifat optik yang sangat baik.

② Mikrosfera kaca berongga berbentuk sfera, mempunyai kelebihan keliangan rendah (pengisi ideal) dan penyerapan polimer minimum oleh sfera, justeru mempunyai sedikit kesan terhadap kebolehaliran dan kelikatan matriks. Ciri-ciri ini menghasilkan taburan tegasan yang munasabah dalam bahan komposit, sekali gus meningkatkan kekerasan, kekakuan dan kestabilan dimensinya.

③ Mikrosfera kaca berongga mempunyai kekuatan yang tinggi. Pada asasnya, mikrosfera kaca berongga ialah sfera berdinding nipis dan tertutup rapat dengan kaca sebagai komponen utama cangkerang, yang mempamerkan kekuatan yang tinggi. Ini meningkatkan kekuatan bahan komposit sambil mengekalkan ketumpatan yang rendah.

Kaedah Penyediaan Mikrosfera Kaca Berongga
Terdapat tiga kaedah penyediaan utama:
① Kaedah serbuk. Matriks kaca dihancurkan terlebih dahulu, agen pembuih ditambah, dan kemudian zarah-zarah kecil ini dilalukan melalui relau suhu tinggi. Apabila zarah-zarah tersebut melembut atau cair, gas dihasilkan di dalam kaca. Apabila gas mengembang, zarah-zarah tersebut menjadi sfera berongga, yang kemudiannya dikumpulkan menggunakan pemisah siklon atau penapis beg.

② Kaedah titisan. Pada suhu tertentu, larutan yang mengandungi bahan takat lebur rendah dikeringkan dengan semburan atau dipanaskan dalam relau menegak suhu tinggi, seperti dalam penyediaan mikrosfera yang sangat beralkali.

③ Kaedah gel kering. Kaedah ini menggunakan alkoksida organik sebagai bahan mentah dan melibatkan tiga proses: penyediaan gel kering, penghancuran, dan pembuih pada suhu tinggi. Ketiga-tiga kaedah ini mempunyai kelemahan tertentu: kaedah serbuk menghasilkan kadar pembentukan manik yang rendah, kaedah titisan menghasilkan mikrosfera dengan kekuatan yang lemah, dan kaedah gel kering mempunyai kos bahan mentah yang tinggi.

Substrat Bahan Komposit Mikrosfera Kaca Berongga dan Kaedah Komposit

Untuk membentuk bahan apungan pepejal berkekuatan tinggi denganmikrosfera kaca berongga, bahan matriks mesti mempunyai sifat yang sangat baik, seperti ketumpatan rendah, kekuatan tinggi, kelikatan rendah dan pelinciran yang baik dengan mikrosfera. Bahan matriks yang digunakan pada masa ini termasuk resin epoksi, resin poliester, resin fenolik dan resin silikon. Antaranya, resin epoksi adalah yang paling banyak digunakan dalam pengeluaran sebenar kerana kekuatannya yang tinggi, ketumpatan rendah, penyerapan air yang rendah dan pengecutan pengawetan yang rendah. Mikrosfera kaca boleh dikompositkan dengan bahan matriks melalui proses pengacuan seperti tuangan, pengimpregnasi vakum, pengacuan pemindahan cecair, penyusunan zarah dan pengacuan mampatan. Adalah penting untuk ditekankan bahawa untuk meningkatkan keadaan antara muka antara mikrosfera dan matriks, permukaan mikrosfera juga perlu diubah suai, sekali gus meningkatkan prestasi keseluruhan bahan komposit.