berita

Mikrosfer kaca beronggadan material kompositnya

Material apung padat berkekuatan tinggi untuk aplikasi laut dalam umumnya terdiri dari media pengatur daya apung (mikrosfer berongga) dan komposit resin berkekuatan tinggi. Secara internasional, material ini mencapai densitas 0,4–0,6 g/cm³ dan kekuatan tekan 40–100 MPa, dan telah banyak digunakan dalam berbagai peralatan laut dalam. Mikrosfer berongga adalah material struktural khusus yang diisi dengan gas. Berdasarkan komposisi materialnya, mikrosfer terutama dibagi menjadi mikrosfer komposit organik dan mikrosfer komposit anorganik. Penelitian tentang mikrosfer komposit organik lebih aktif, dengan laporan yang mencakup mikrosfer berongga polistirena dan mikrosfer berongga polimetil metakrilat. Material yang digunakan untuk menyiapkan mikrosfer anorganik terutama meliputi kaca, keramik, borat, karbon, dan cenosphere abu terbang.

Mikrosfer Kaca Berongga: Definisi dan Klasifikasi

Mikrosfer kaca berongga adalah jenis baru material serbuk mikro bulat non-logam anorganik dengan sifat-sifat unggul seperti ukuran partikel kecil, bentuk bulat, ringan, kedap suara, isolasi panas, tahan aus, dan tahan suhu tinggi. Mikrosfer kaca berongga telah banyak digunakan dalam material kedirgantaraan, material penyimpanan hidrogen, material apung padat, material isolasi termal, material bangunan, serta cat dan pelapis. Secara umum, mikrosfer kaca berongga terbagi menjadi dua kategori:

① Cenospheres, yang terutama terdiri dari SiO2 dan oksida logam, dapat diperoleh dari abu terbang yang dihasilkan selama pembangkitan listrik di pembangkit listrik tenaga termal. Meskipun cenospheres lebih murah, kemurniannya rendah, distribusi ukuran partikelnya lebar, dan khususnya, kepadatan partikelnya umumnya lebih besar dari 0,6 g/cm3, sehingga tidak cocok untuk pembuatan material pengapung untuk aplikasi di laut dalam.

② Mikrosfer kaca yang disintesis secara artifisial, yang kekuatan, kepadatan, dan sifat fisikokimia lainnya dapat dikendalikan dengan menyesuaikan parameter proses dan formulasi bahan baku. Meskipun lebih mahal, mikrosfer ini memiliki jangkauan aplikasi yang lebih luas.

Karakteristik Mikrosfer Kaca Berongga

Penerapan luas mikrosfer kaca berongga dalam material pengapung padat tidak terlepas dari karakteristiknya yang sangat baik.

①Mikrosfer kaca beronggaMemiliki struktur internal yang berongga, sehingga menghasilkan bobot ringan, kepadatan rendah, dan konduktivitas termal rendah. Hal ini tidak hanya secara signifikan mengurangi kepadatan material komposit tetapi juga memberikan sifat isolasi termal, isolasi suara, isolasi listrik, dan optik yang sangat baik.

② Mikrosfer kaca berongga berbentuk bulat, memiliki keunggulan porositas rendah (pengisi ideal) dan penyerapan polimer minimal oleh bola, sehingga berdampak kecil pada fluiditas dan viskositas matriks. Karakteristik ini menghasilkan distribusi tegangan yang wajar dalam material komposit, sehingga meningkatkan kekerasan, kekakuan, dan stabilitas dimensinya.

③ Mikrosfer kaca berongga memiliki kekuatan tinggi. Pada dasarnya, mikrosfer kaca berongga adalah bola berdinding tipis dan tertutup rapat dengan kaca sebagai komponen utama cangkangnya, yang menunjukkan kekuatan tinggi. Hal ini meningkatkan kekuatan material komposit sambil mempertahankan kepadatan yang rendah.

Metode Pembuatan Mikrosfer Kaca Berongga
Ada tiga metode persiapan utama:
① Metode bubuk. Matriks kaca pertama-tama dihaluskan, ditambahkan zat pembusa, dan kemudian partikel-partikel kecil ini dilewatkan melalui tungku suhu tinggi. Ketika partikel melunak atau meleleh, gas dihasilkan di dalam kaca. Saat gas mengembang, partikel menjadi bola berongga, yang kemudian dikumpulkan menggunakan pemisah siklon atau filter kantung.

② Metode tetesan. Pada suhu tertentu, larutan yang mengandung zat dengan titik leleh rendah dikeringkan dengan semprotan atau dipanaskan dalam tungku vertikal suhu tinggi, seperti pada pembuatan mikrosfer yang sangat basa.

③ Metode gel kering. Metode ini menggunakan alkoksida organik sebagai bahan baku dan melibatkan tiga proses: menyiapkan gel kering, menghancurkan, dan membuihkan pada suhu tinggi. Ketiga metode tersebut memiliki kekurangan tertentu: metode bubuk menghasilkan tingkat pembentukan butiran yang rendah, metode tetesan menghasilkan mikrosfer dengan kekuatan yang buruk, dan metode gel kering memiliki biaya bahan baku yang tinggi.

Substrat Material Komposit Mikrosfer Kaca Berongga dan Metode Komposit

Untuk membentuk material apung padat berkekuatan tinggi denganmikrosfer kaca beronggaMaterial matriks harus memiliki sifat-sifat yang sangat baik, seperti densitas rendah, kekuatan tinggi, viskositas rendah, dan pelumasan yang baik dengan mikrosfer. Material matriks yang saat ini digunakan meliputi resin epoksi, resin poliester, resin fenolik, dan resin silikon. Di antara material tersebut, resin epoksi paling banyak digunakan dalam produksi aktual karena kekuatan tinggi, densitas rendah, penyerapan air rendah, dan penyusutan pengerasan yang rendah. Mikrosfer kaca dapat dikompositkan dengan material matriks melalui proses pencetakan seperti pengecoran, impregnasi vakum, pencetakan transfer cair, penumpukan partikel, dan pencetakan kompresi. Penting untuk ditekankan bahwa untuk meningkatkan kondisi antarmuka antara mikrosfer dan matriks, permukaan mikrosfer juga perlu dimodifikasi, sehingga meningkatkan kinerja keseluruhan material komposit.