ข่าว

ไมโครสเฟียร์แก้วกลวงและวัสดุผสมของพวกเขา

วัสดุลอยตัวแข็งที่มีความแข็งแรงสูงสำหรับการใช้งานในทะเลลึกโดยทั่วไปประกอบด้วยสารควบคุมการลอยตัว (ไมโครสเฟียร์กลวง) และวัสดุคอมโพสิตเรซินที่มีความแข็งแรงสูง ในระดับสากล วัสดุเหล่านี้มีความหนาแน่น 0.4–0.6 กรัม/ซม³ และความแข็งแรงในการรับแรงอัด 40–100 เมกะปาสคาล และมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ต่างๆ ในทะเลลึก ไมโครสเฟียร์กลวงเป็นวัสดุโครงสร้างพิเศษที่บรรจุด้วยก๊าซ โดยแบ่งตามองค์ประกอบของวัสดุเป็นหลักเป็นไมโครสเฟียร์คอมโพสิตอินทรีย์และไมโครสเฟียร์คอมโพสิตอนินทรีย์ การวิจัยเกี่ยวกับไมโครสเฟียร์คอมโพสิตอินทรีย์มีความคึกคักมากกว่า โดยมีรายงานต่างๆ เช่น ไมโครสเฟียร์กลวงโพลีสไตรีนและไมโครสเฟียร์กลวงโพลีเมทิลเมทาคริเลต วัสดุที่ใช้ในการเตรียมไมโครสเฟียร์อนินทรีย์ส่วนใหญ่ได้แก่ แก้ว เซรามิก โบเรต คาร์บอน และเซโนสเฟียร์เถ้าลอย

ไมโครสเฟียร์แก้วกลวง: คำจำกัดความและการจำแนกประเภท

ไมโครสเฟียร์แก้วกลวงเป็นวัสดุผงละเอียดทรงกลมอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะชนิดใหม่ที่มีคุณสมบัติโดดเด่น เช่น ขนาดอนุภาคเล็ก รูปทรงกลม น้ำหนักเบา ฉนวนกันเสียง ฉนวนกันความร้อน ทนต่อการสึกหรอ และทนต่ออุณหภูมิสูง ไมโครสเฟียร์แก้วกลวงถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในวัสดุสำหรับอวกาศ วัสดุสำหรับการจัดเก็บไฮโดรเจน วัสดุลอยตัว วัสดุฉนวนกันความร้อน วัสดุก่อสร้าง และสีและสารเคลือบ โดยทั่วไปแล้วจะแบ่งออกเป็นสองประเภท:

① เซโนสเฟียร์ ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วย SiO2 และออกไซด์ของโลหะ สามารถได้มาจากเถ้าลอยที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน แม้ว่าเซโนสเฟียร์จะมีราคาถูกกว่า แต่มีความบริสุทธิ์ต่ำ มีการกระจายขนาดอนุภาคที่กว้าง และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความหนาแน่นของอนุภาคโดยทั่วไปมากกว่า 0.6 กรัม/ซม³ ทำให้ไม่เหมาะสมสำหรับการเตรียมวัสดุลอยตัวสำหรับการใช้งานในทะเลลึก

② ไมโครสเฟียร์แก้วสังเคราะห์ ซึ่งสามารถควบคุมความแข็งแรง ความหนาแน่น และคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีอื่นๆ ได้โดยการปรับพารามิเตอร์กระบวนการและสูตรวัตถุดิบ แม้จะมีราคาแพงกว่า แต่ก็มีขอบเขตการใช้งานที่กว้างกว่า

ลักษณะเฉพาะของไมโครสเฟียร์แก้วกลวง

การนำไมโครสเฟียร์แก้วกลวงไปใช้งานอย่างแพร่หลายในวัสดุลอยตัวนั้น เป็นสิ่งที่ไม่อาจแยกออกจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของมันได้

①ไมโครสเฟียร์แก้วกลวงวัสดุเหล่านี้มีโครงสร้างภายในกลวง ทำให้มีน้ำหนักเบา ความหนาแน่นต่ำ และการนำความร้อนต่ำ ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยลดความหนาแน่นของวัสดุคอมโพสิตได้อย่างมาก แต่ยังทำให้มีคุณสมบัติในการเป็นฉนวนกันความร้อน ฉนวนกันเสียง ฉนวนไฟฟ้า และคุณสมบัติทางแสงที่ดีเยี่ยมอีกด้วย

② ไมโครสเฟียร์แก้วกลวงมีรูปร่างทรงกลม มีข้อดีคือมีรูพรุนต่ำ (เหมาะสำหรับเป็นสารเติมแต่ง) และมีการดูดซับโพลิเมอร์น้อยที่สุด จึงส่งผลกระทบต่อการไหลและความหนืดของเมทริกซ์น้อย คุณลักษณะเหล่านี้ส่งผลให้มีการกระจายความเค้นที่เหมาะสมในวัสดุคอมโพสิต ซึ่งช่วยปรับปรุงความแข็ง ความแข็งแกร่ง และความเสถียรของมิติของวัสดุ

③ ไมโครสเฟียร์แก้วกลวงมีความแข็งแรงสูง โดยพื้นฐานแล้ว ไมโครสเฟียร์แก้วกลวงเป็นทรงกลมผนังบางที่ปิดสนิท โดยมีแก้วเป็นส่วนประกอบหลักของเปลือก ทำให้มีความแข็งแรงสูง ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุผสมในขณะที่ยังคงความหนาแน่นต่ำ

วิธีการเตรียมไมโครสเฟียร์แก้วกลวง
มีวิธีการเตรียมหลักๆ สามวิธี ได้แก่:
① วิธีการผลิตแบบผง โดยเริ่มจากการบดเมทริกซ์แก้วให้เป็นผงละเอียด เติมสารทำให้เกิดฟอง แล้วนำอนุภาคขนาดเล็กเหล่านี้ไปผ่านเตาเผาที่อุณหภูมิสูง เมื่ออนุภาคอ่อนตัวหรือหลอมละลาย จะเกิดก๊าซขึ้นภายในแก้ว เมื่อก๊าซขยายตัว อนุภาคจะกลายเป็นทรงกลมกลวง ซึ่งจะถูกเก็บรวบรวมโดยใช้เครื่องแยกแบบไซโคลนหรือตัวกรองแบบถุง

② วิธีหยดสาร ที่อุณหภูมิที่กำหนด สารละลายที่มีสารที่มีจุดหลอมเหลวต่ำจะถูกทำให้แห้งด้วยการพ่นหรือให้ความร้อนในเตาเผาแนวตั้งที่มีอุณหภูมิสูง เช่นเดียวกับการเตรียมไมโครสเฟียร์ที่มีความเป็นด่างสูง

③ วิธีเจลแห้ง วิธีนี้ใช้แอลคอกไซด์อินทรีย์เป็นวัตถุดิบ และประกอบด้วยสามขั้นตอน ได้แก่ การเตรียมเจลแห้ง การบด และการทำให้เกิดฟองที่อุณหภูมิสูง ทั้งสามวิธีมีข้อเสียบางประการ ได้แก่ วิธีการแบบผงให้ผลลัพธ์อัตราการเกิดเม็ดบีดต่ำ วิธีการแบบหยดให้ผลลัพธ์เป็นไมโครสเฟียร์ที่มีความแข็งแรงต่ำ และวิธีการแบบเจลแห้งมีต้นทุนวัตถุดิบสูง

วัสดุรองรับคอมโพสิตไมโครสเฟียร์แก้วกลวง และวิธีการประกอบคอมโพสิต

เพื่อสร้างวัสดุลอยตัวแข็งที่มีความแข็งแรงสูงด้วยไมโครสเฟียร์แก้วกลวงวัสดุเมทริกซ์ต้องมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น ความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงสูง ความหนืดต่ำ และการหล่อลื่นที่ดีกับไมโครสเฟียร์ ปัจจุบันวัสดุเมทริกซ์ที่ใช้ ได้แก่ เรซินอีพ็อกซี เรซินโพลีเอสเตอร์ เรซินฟีนอล และเรซินซิลิโคน ในบรรดาวัสดุเหล่านี้ เรซินอีพ็อกซีเป็นที่นิยมใช้มากที่สุดในการผลิตจริง เนื่องจากมีความแข็งแรงสูง ความหนาแน่นต่ำ การดูดซับน้ำต่ำ และการหดตัวจากการบ่มต่ำ ไมโครสเฟียร์แก้วสามารถผสมกับวัสดุเมทริกซ์ได้โดยผ่านกระบวนการขึ้นรูป เช่น การหล่อ การอัดสุญญากาศ การขึ้นรูปด้วยการถ่ายโอนของเหลว การเรียงตัวของอนุภาค และการขึ้นรูปด้วยการอัด สิ่งสำคัญคือต้องเน้นว่า เพื่อปรับปรุงสภาพของส่วนต่อประสานระหว่างไมโครสเฟียร์และเมทริกซ์ พื้นผิวของไมโครสเฟียร์ก็จำเป็นต้องได้รับการปรับเปลี่ยนด้วยเช่นกัน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของวัสดุผสม