Syntaktisk skum
Syntaktiska skum är kompositmaterial som syntetiseras genom att fylla en metall- , polymer- eller keramisk matris med ihåliga sfärer som kallas mikroballonger eller cenosfärer eller icke-ihåliga sfärer (t.ex. perlit ). I detta sammanhang betyder "syntaktisk" "sammansatt". Närvaron av ihåliga partiklar resulterar i lägre densitet , högre specifik hållfasthet (styrka dividerad med täthet), lägre termisk expansionskoefficient och, i vissa fall, radar- eller sonartransparens . En tillverkningsmetod för syntaktiska skum med låg densitet är baserad på principen om flytkraft.
Termen myntades ursprungligen av Bakelite Company , 1955, för deras lätta kompositer gjorda av ihåliga fenoliska mikrosfärer bundna till en matris av fenol, epoxi eller polyester .
Skräddarsyddhet är en av de största fördelarna med dessa material. Matrismaterialet kan väljas från nästan vilken metall, polymer eller keramik som helst. Mikroballonger finns i en mängd olika storlekar och material, inklusive glasmikrosfärer , cenosfärer , kol och polymerer. De mest använda och studerade skumplasterna är glasmikrosfärer (i epoxi eller polymerer), och cenosfärer eller keramik (i aluminium). Man kan ändra volymfraktionen på mikroballonger eller använda mikroballonger med olika effektiv densitet, den senare beroende på medelförhållandet mellan mikroballongernas inre och yttre radier.
De komprimerande egenskaperna hos syntaktiska skum beror i de flesta fall starkt på egenskaperna hos mikroballonger. I allmänhet är materialets tryckhållfasthet proportionell mot dess densitet.
Matrismaterialet har mer inflytande på dragegenskaperna . Draghållfastheten kan avsevärt förbättras genom en kemisk ytbehandling av partiklarna, såsom silanisering , vilket möjliggör bildning av starka bindningar mellan glaspartiklar och epoximatris. Tillsats av fibrösa material kan också öka draghållfastheten. [ citat behövs ]
Cementbaserade syntaktiska skum har också undersökts som ett potentiellt lätt strukturellt kompositmaterial. Dessa material inkluderar glasmikrosfärer dispergerade i en cementpastamatris för att uppnå en skumstruktur med slutna celler, istället för en metallisk eller polymermatris. De resulterande kompositerna har rapporterats uppnå tryckhållfasthetsvärden större än 30 MPa samtidigt som densiteterna bibehålls lägre än 1,2 g/ cm3 . Även om de cementbaserade syntaktiska skumna uppvisar överlägsna specifika hållfasthetsvärden i jämförelse med de flesta konventionella cementbaserade material, är det utmanande att tillverka dem. I allmänhet tenderar de ihåliga inneslutningarna att bocka och segregera i den låga skjuvhållfastheten och den färska cementpastan med hög densitet. Därför måste bibehållande av en enhetlig mikrostruktur över materialet uppnås genom en strikt kontroll av kompositreologin . Dessutom kan vissa glastyper av mikrosfärer leda till en alkalisilikareaktion . Därför måste de negativa effekterna av denna reaktion övervägas och åtgärdas för att säkerställa långtidshållbarheten hos dessa kompositer. Cementartade syntaktiska skum har också testats för sin mekaniska prestanda under belastningsförhållanden med hög töjningshastighet för att utvärdera deras energiavledningskapacitet i krockkuddar, sprängväggar, etc. Under dessa belastningsförhållanden visade inte glasmikrosfärerna i de cementartade syntaktiska skumplasterna progressiv krossning . I slutändan, till skillnad från de polymera och metalliska syntaktiska skum, kom de inte fram som lämpliga material för energiavledningstillämpningar.
Ansökningar
Dessa material utvecklades i början av 1960-talet som förbättrade flytkraftsmaterial för marina applikationer. Andra egenskaper ledde dessa material till flyg- och marktransportfordon. Aktuella applikationer för syntaktisk skum inkluderar flytmoduler för marina stigarsträckare , fjärrstyrda undervattensfarkoster (ROV), autonoma undervattensfarkoster (AUV), djuphavsutforskning, båtskrov och helikopter- och flygplanskomponenter . Strukturella tillämpningar av syntaktiska skum inkluderar användning som mellanskikt (det vill säga kärnan) av sandwichpaneler .
Andra applikationer inkluderar;
- Djuphavsflytande skum. En metod för att skapa ubåtsskrov genom 3D-utskrift utvecklades 2018.
- Termoformande plugghjälp
- Radar genomskinliga material
- Akustiskt dämpande material
- Kärnor för sandwichkompositer
- Sprängdämpande material
- Sportartiklar som bowlingklot, tennisracketar och fotbollar .
externa länkar
-
Media relaterade till Syntactic foam på Wikimedia Commons
