stringtranslate.com

Синтаксическая пена

Синтактическая пена, показанная с помощью сканирующей электронной микроскопии , состоит из стеклянных микросфер в матрице эпоксидной смолы.

Синтактические пены представляют собой композитные материалы , синтезированные путем заполнения металлической , полимерной , [1] цементной или керамической матрицы полыми сферами, называемыми микросферами [2] или ценосферами , или неполыми сферами (например, перлитом ) в качестве заполнителей . [3] [4] В этом контексте «синтактический» означает «составленный вместе». [5] Наличие полых частиц приводит к более низкой плотности , более высокой удельной прочности (прочность, деленная на плотность), более низкому коэффициенту теплового расширения и, в некоторых случаях, прозрачности для радаров или сонаров .

История

Первоначально этот термин был придуман компанией Bakelite Company в 1955 году для обозначения ее легких композитов, изготовленных из полых фенольных микросфер, связанных с матрицей из фенольной, эпоксидной или полиэфирной смолы . [6] [7]

Эти материалы были разработаны в начале 1960-х годов как улучшенные плавучие материалы для морского применения. [8] Другие характеристики привели к применению этих материалов в аэрокосмической отрасли и наземном транспорте. [9]

Исследования синтаксических пен недавно были продолжены Нихилом Гуптой .

Характеристики

Адаптируемость является одним из самых больших преимуществ этих материалов. [10] Материал матрицы может быть выбран из практически любого металла, полимера или керамики. Микросферы доступны в различных размерах и материалах, включая стеклянные микросферы , ценосферы , углерод и полимеры. Наиболее широко используемые и изученные пены - это стеклянные микросферы (в эпоксидной смоле или полимерах) и ценосферы или керамика [11] (в алюминии). Можно изменить объемную долю микросфер или использовать микросферы с различной эффективной плотностью, последнее зависит от среднего соотношения между внутренним и внешним радиусами микросфер.

Метод производства синтактических пен низкой плотности основан на принципе плавучести. [12] [13]

Сила

Компрессионные свойства синтактических пен в большинстве случаев сильно зависят от свойств материала частиц наполнителя. В целом, прочность на сжатие материала пропорциональна его плотности. Сообщается, что цементные синтактические пены достигают значений компрессионной прочности более 30 МПа (4,4 ksi), сохраняя при этом плотность ниже 1,2 г/см 3 (0,69 унций/куб. дюйм). [14]

Материал матрицы оказывает большее влияние на свойства растяжения . Прочность на растяжение может быть значительно улучшена путем химической обработки поверхности частиц, такой как силанизация , которая позволяет формировать прочные связи между частицами стекла и эпоксидной матрицей. Добавление волокнистых материалов также может увеличить прочность на растяжение. [ необходима цитата ]

Приложения

Сфера из синтактического пенопласта, используемая в качестве подводного поплавка при океанографической швартовке .

В настоящее время синтактическая пена применяется в таких областях, как плавучие модули для натяжителей морских стояков , дистанционно управляемые подводные аппараты (ROV), автономные подводные аппараты (AUV), глубоководные исследования, корпуса лодок , а также компоненты вертолетов и самолетов .

Цементные синтактические пены также были исследованы как потенциальный легкий конструкционный композитный материал. Эти материалы включают стеклянные микросферы, диспергированные в матрице цементной пасты для достижения структуры пены с закрытыми ячейками вместо металлической или полимерной матрицы. Цементные синтактические пены также были испытаны на их механические характеристики в условиях нагрузки с высокой скоростью деформации, чтобы оценить их способность рассеивать энергию в подушках безопасности, взрывозащитных стенах и т. д. В этих условиях нагрузки стеклянные микросферы цементных синтактических пен не показали прогрессирующего дробления. В конечном счете, в отличие от полимерных и металлических синтактических пен, они не оказались подходящими материалами для приложений рассеивания энергии. [15] Конструкционные применения синтаксических пен включают использование в качестве промежуточного слоя (то есть ядра) сэндвич-панелей .

Хотя цементные синтактические пены демонстрируют превосходные значения удельной прочности по сравнению с большинством обычных цементных материалов, их сложно производить. Как правило, полые включения имеют тенденцию всплывать и разделяться в низкопрочном и высокоплотном свежем цементном тесте. Поэтому поддержание однородной микроструктуры по всему материалу должно достигаться посредством строгого контроля реологии композита . [16] Кроме того, некоторые типы стеклянных микросфер могут приводить к реакции щелочного кремнезема . Поэтому необходимо учитывать и устранять неблагоприятные последствия этой реакции, чтобы обеспечить долгосрочную долговечность этих композитов. [17]

Другие приложения включают в себя:

Ссылки

  1. ^ Шутов, ФА (1986). "Синтаксические полимерные пены". Advances in Polymer Science . 73–74: 63–123. doi :10.1007/3-540-15786-7_7. ISBN 978-3-540-15786-1.
  2. ^ Ким, Хо Сунг; Плубрай, Пакорн (сентябрь 2004 г.). «Механизмы производства и разрушения синтаксической пены при сжатии». Композиты Часть A: Прикладная наука и производство . 35 (9): 1009–1015. doi :10.1016/j.compositesa.2004.03.013.
  3. ^ Шастри, Дипендра; Ким, Хо Сунг (16 июня 2014 г.). «Новый процесс консолидации вспученных частиц перлита». Строительство и строительные материалы . 60 : 1–7. doi : 10.1016/j.conbuildmat.2014.02.041. hdl : 1959.13/1052767 .
  4. ^ "Что такое синтаксическая пена?". Cornerstone Research Group. Архивировано из оригинала 20 июля 2012 г. Получено 7 августа 2009 г.
  5. ^ "синтаксическая пена". Словарь Merriam-Webster.com . Merriam-Webster.
  6. ↑ Из цитаты из Оксфордского словаря английского языка Sci. News Let. 2 апреля 213/3
  7. ^ "Разработан пенопласт для лодок и самолетов". The Science News-Letter . 67 (14): 213. 2 апреля 1955 г. doi :10.2307/3935329. ISSN  0096-4018. JSTOR  3935329.
  8. ^ Кудо, Кимиаки (январь 2008 г.). «Зарубежные тенденции в разработке глубоководных подводных аппаратов, занимаемых человеком, и предложение Японии о том, как их использовать» (PDF) . Science and Technology Trends Quarterly Review . 26 : 104–123. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 г. . Получено 10 августа 2009 г. .
  9. ^ [ мертвая ссылка ] Карст, Г. (2002). "Новая обработка высокопроизводительных структурных синтаксических пен". Общество по развитию материаловедения и технологического проектирования. Архивировано из оригинала 23 июля 2011 г. Получено 7 августа 2009 г.
  10. ^ Барделла, Л.; Дженна Ф. (2001). «Об упругом поведении синтаксических пен». Международный журнал твердых тел и структур . 38 (2): 7235–7260. doi :10.1016/S0020-7683(00)00228-6.
  11. ^ Шубмугасами, В. (2014). «Характеристика сжатия отдельных пористых полых частиц SiC». JOM . 66 (6): 892–897. Bibcode :2014JOM....66f.892S. doi :10.1007/s11837-014-0954-7. S2CID  40553878.
  12. ^ Ислам, Мд Маинул; Ким, Хо Сунг (2007). «Производство синтактических пен: предварительная обработка» (PDF) . Материалы и производственные процессы . 22 : 28–36. doi :10.1080/10426910601015857. S2CID  136610096.
  13. ^ Ислам, Мд Маинул; Ким, Хо Сунг (октябрь 2008 г.). «Производство синтаксических пен с использованием крахмала в качестве связующего: обработка после формования» (PDF) . Материалы и производственные процессы . 23 (8): 884–892. doi :10.1080/10426910802413661. S2CID  138333688.
  14. ^ Гупта, Нихил; Вольдесенбет, Эяссу (сентябрь 2003 г.). «Гидротермальные исследования синтаксических пен и определение прочности на сжатие». Композитные конструкции . 61 (4): 311–320. doi :10.1016/S0263-8223(03)00060-6.
  15. ^ Бас, Халим Керим; Джин, Вэйхуа; Гупта, Нихил; Луонг, Дунг Д. (1 января 2019 г.). «Зависящие от скорости деформации компрессионные свойства и механизм разрушения цементных синтаксических пен». Цементные и бетонные композиты . 95 : 70–80. doi :10.1016/j.cemconcomp.2018.10.009. ISSN  0958-9465. S2CID  139598037.
  16. ^ Бас, Халим Керим; Джин, Вэйхуа; Гупта, Нихил; Бехера, Ракеш Кумар (1 июля 2018 г.). «Определение механических свойств и механизма разрушения цементных синтаксических пен методом микро-КТ на месте». Цементные и бетонные композиты . 90 : 50–60. doi :10.1016/j.cemconcomp.2018.03.007. ISSN  0958-9465. S2CID  140068274.
  17. ^ Бас, Халим Керим; Джин, Вэйхуа; Гупта, Нихил (1 апреля 2021 г.). «Химическая стабильность полых стеклянных микросфер в цементных синтаксических пенах». Цементные и бетонные композиты . 118 : 103928. doi : 10.1016/j.cemconcomp.2020.103928. ISSN  0958-9465. S2CID  234059434.
  18. ^ "Прорыв в области 3D-печати для легких синтаксических пен может помочь подводным лодкам погружаться глубже | Инженерная школа Тандон при Нью-Йоркском университете". engineering.nyu.edu . 6 февраля 2018 г. Получено 22 сентября 2018 г.
  19. ^ Ислам, Мд Маинул; Ким, Хо Сунг (2012). «Сэндвич-композиты из синтаксического пенопластового сердечника и бумажной оболочки: производство и механическое поведение». Журнал сэндвич-структур и материалов . 14 (1): 111–127. doi :10.1177/1099636211413564. S2CID  135970284.
  20. ^ Арифуззаман, Мд; Ким, Хо Сунг (1 сентября 2017 г.). «Новое поведение при изгибе сэндвич-структур, изготовленных из вспененного перлита/силиката натрия и бумажной оболочки». Строительство и строительные материалы . 148 : 321–333. doi :10.1016/j.conbuildmat.2017.05.073.
  21. ^ [ мертвая ссылка ] Тим, Йоханн (3 февраля 2005 г.). "Performing Plastics - Как пластмассы начали завоевывать мир спорта". Европейский совет химической промышленности . Получено 10 августа 2009 г.[ постоянная мертвая ссылка ]

Внешние ссылки