Полые стеклянные микросферы — это легкие сферические частицы микронного размера (обычно 10-150 мкм), состоящие из тонкостенной стеклянной оболочки, в которой заключен газ (например, азот или углекислый газ). Благодаря своей уникальной структуре они обладают низкой плотностью, высокой прочностью, теплоизоляцией, звукоизоляцией и другими характеристиками и широко используются в композитных материалах, покрытиях, аэрокосмической, нефтяной промышленности и других областях.
1. Структура и характеристики
(1) Физическая структура
Корпус: Изготовлен из натриево-кальциево-силиконового стекла или боросиликатного стекла, толщина стенок около 1-2 мкм.
Внутренний газ: Обычно инертный газ (N₂, CO₂), обеспечивающий низкую плотность и теплоизоляцию.
(2) Основные эксплуатационные
характеристики Типичные значения Преимущества применения
Плотность 0,1–0,6 г/см³ Легче воды, что снижает вес материала
Прочность на сжатие 5–100 МПа Выдерживает давление обработки
Теплопроводность 0,05–0,12 Вт/(м·К) Отличные теплоизоляционные характеристики
Размер частиц 10–150 мкм Легко диспергируется в различных основаниях
Химическая стабильность Устойчив к кислотам и щелочам (pH 2–12) Подходит для суровых условий
2. Процесс приготовления
Существует два основных метода изготовления полых стеклянных шариков:
(1) Метод пламенной продувки
Сырье: стеклянный порошок (SiO₂, Na₂O, CaO и т. д.), смешанный с вспенивающим агентом (например, сульфатом натрия).
Высокотемпературное плавление: при плавлении при температуре 1400-1600 ℃ пенообразователь разлагается с образованием газа.
Выдувное формование: капли расплавленного стекла выдуваются высокоскоростным потоком воздуха и после охлаждения образуют полые микросферы.
(2) Золь-гель метод
Применим к микрогранулам высокой чистоты и малого размера (<50 мкм), но его стоимость относительно высока.
3. Основные области применения
(1) Легкие композитные материалы
Автомобильная/авиакосмическая промышленность: добавление пластиковой, резиновой или металлической матрицы для снижения веса компонентов (например, салонов самолетов, бамперов автомобилей).
Материалы для обеспечения плавучести на больших глубинах: используются в подводных аппаратах и подводных кабелях для обеспечения стабильной плавучести.
(2) Покрытия и строительные материалы
Теплоизоляционные покрытия: снижают потребление энергии зданием (например, изоляция внешних стен зданий и трубопроводов).
Матирующее средство: регулирует блеск покрытий (например, матовой краски).
(3) Нефтяная промышленность
Цемент низкой плотности: используется для цементирования нефтяных и газовых скважин с целью предотвращения разрыва пласта.
Добавки к буровому раствору: снижают плотность и повышают эффективность бурения.
(4) Другие области
3D-печати: улучшение текучести материала и уменьшение его веса.
Косметика: используется в качестве смягчающего средства для улучшения ощущения кожи.
4. Преимущества и проблемы
(1) Преимущества
✔ Сверхлегкий: плотность составляет всего 1/10 от плотности цельных стеклянных шариков.
✔ Тепло- и звукоизоляция: полый воздушный слой эффективно блокирует теплопроводность и звуковые волны.
✔ Хорошая текучесть: сферическая структура улучшает производительность обработки материала.
