10.2 Полые сферические наполнители
Полые сферы имеют размеры от 25 мкм до 50 мм и плотность от 100 до 700 кг/м3. Наиболее широко используются полые стеклянные сферы со средним диаметром около 75 мкм и плотностью 300 кг/м3. Большая часть полых микросфер используется в полиэфирных и эпоксидных заливочных компаундах 'и пластизолях, где такие свойства полых микросфер, как относительно низкое маслопоглощение, легкость диспергирования и инертность, являются уникальными. Низкое сопротивление раздавливанию полых сфер является кажущимся, так как сферическая конфигурация позволяет им выдерживать гидростатическое давление более 10,7 МПа.
Полые сферы могут изготовляться не только из стекла, но и из других материалов, например из керамики, углерода и полимеров. Все они производятся главным образом путем введения порообразователя в основной материал, последующего его измельчения и нагревания для вспенивания порообразователя.
10.2.1 Неорганические полые микросферы
Свойства сфер определяются химическим составом, размерами частиц и толщиной стенки.
Химический состав неорганических полых микросфер.
Химические свойства полых сфер определяются химическим составом поверхности. Поскольку состав поверхности соответствует составу стекла, полимера или углерода, микросферы обычно химически инертны и не оказывают заметного воздействия на полимерную матрицу.
Типичный химический состав (в % масс.) полых стеклянных микросфер и ценосфер приведен ниже:
|
Стеклосферы |
Ценосферы | ||
|
Si02 |
60-80 |
Si02 |
55-61 |
|
Na20 |
5-16 |
А1203 |
26-30 |
|
СаО |
5-25 |
Fe203 |
4-10 |
|
K2O+Li2O |
5-16 |
СаО |
2-6 |
|
MgO |
0-15 |
MgO |
1-2 |
|
MnO2 |
0-10 |
Na2O, K20 |
0,5-4,0 |
|
B2O3 |
0-20 |
Углерод (потери |
0,01-2,0 |
|
Р2О5 |
0-5 |
при озолении) |
|
Размеры и форма частиц, физические свойства. На рисунке 10.4 показаны микрофотографии промышленных полых стеклянных микросфер, однородных, с тонкими стенками и стеклянных полых микросфер из твердых частиц дымовых выбросов с более широким распределением по размерам и более толстыми стенками.
а б
Рисунок 10.4 – Микрофотографии полых стеклянных микросфер типа ВВ (фирма "3М") (а) и из дымовых выбросов (ценосферы) (б). Увеличение 63.
Диаметр полых сфер может варьироваться от 20 до 50 мкм (на практике до 130 мкм). Толщина стенок от 0,5 до 10 мкм и определяет их плотность и сопротивление разрушению.
Плотность частиц стеклянных микросфер составляет 80-640 кг/м3, микросфер из дымовых отходов – 350-700 кг/м3; насыпная плотность 80-400 и200-400 кг/м3 соответственно; они не теплопроводны; термический коэффициент расширения стеклосфер в интервале температур 60-4400С не высок 8,810-6 К-1; сопротивление разрушению составляет для стеклосфер 1-10 МПа и для ценосфер3,5-7,0 МПа.
Полые углерод-графитовые сферы выпускают с размерами от 5 до 420 мкм (средний диаметр от 40 до 330 мкм), толщина стенки колеблется в интервале 1-12 мкм, плотность частиц составляет 150-400 кг/м3, насыпная плотность 50-250 кг/м3.