Полые стеклянные микросферы (ПГМ), используемые в качестве наполнителя в композитных материалах, широко применяются в таких областях, как покрытия и покраска, специальные материалы и разведка ресурсов, благодаря своей легкости, полой структуре, теплоизоляции и химически стабильным свойствам. В последние годы в лакокрасочной промышленности исследователи значительно продвинулись в решении таких проблем, как плохая межфазная совместимость и слабая прочность межфазного сцепления между ПГМ и смоляными матрицами, с помощью технологий модификации. Эти достижения постепенно смягчили различные недостатки покрытий, улучшенных с помощью ПГМ, что привело к расширению областей применения и улучшению эксплуатационных характеристик. В данной статье будет кратко проанализировано разнообразное применение полых стеклянных микросфер в области покрытий и рассмотрены их будущие перспективы.
Теплоизоляционное покрытие
HGM обладает низкой плотностью и высокой текучестью. Также он имеет низкую теплопроводность. Благодаря этим свойствам он служит важным наполнителем в теплоизоляционных композитных материалах. Его небольшая полая сферическая форма изменяет распространение света при попадании на оболочку. Это улучшает обратное рассеяние и светоотражение покрытия. В результате уменьшается проникновение энергии внешнего теплового излучения и предотвращает проникновение тепла. Кроме того, тонкостенная полая структура HGM имеет теплопроводность, близкую к теплопроводности воздуха [0,026 Вт/(м·К)]. Эта особенность помогает эффективно снизить теплопроводность с обеих сторон покрытия.
В последнее время исследователи используют HGM в различных теплоизоляционных покрытиях.
Эффект теплоизоляции зависит от нескольких ключевых факторов:
- Размер частиц
- Плотность частиц
- Толщина покрытия
- Добавленная сумма
Более толстые теплоизоляционные покрытия обычно улучшают теплоизоляционный эффект HGM. Однако они также могут приводить к сильной усадке влажной пленки при высыхании, что значительно снижает адгезию покрытия. Уменьшение толщины покрытия при одновременном улучшении адгезии является ключевой задачей. Нам необходима эффективная модификация поверхности и равномерное распределение HGM. Кроме того, необходимо обеспечить сохранение превосходных теплоизоляционных характеристик покрытия. Этот баланс имеет решающее значение в современных исследованиях.
Огнезащитное покрытие
HGM — это неорганический материал. Он негорючий и огнестойкий. Благодаря этим свойствам его можно использовать для создания огнезащитных покрытий. HGM действует как огнезащитное средство, замедляя теплопередачу. Его низкая теплопроводность задерживает проникновение внешнего тепла внутрь. Это помогает замедлить распространение пламени по поверхности покрытия. В результате снижается скорость термического разложения в подложке. Кроме того, малый вес HGM снижает плотность толстых, нерасширяющихся огнезащитных покрытий. Это помогает уменьшить нагрузку на стальные конструкции.
Исследования показывают, что огнезащитные покрытия с HGM в качестве наполнителя работают лучше, чем покрытия с вспученным перлитом или сепиолитом. Это справедливо даже при одинаковом количестве добавленного материала. Другие исследователи комбинировали HGM с наполнителями, включая нанокремнезем, полые микрогранулы из кремнезема и карбид бора. Они обнаружили наилучшую комбинацию для огнезащитных свойств. HGM в вспучивающихся огнезащитных покрытиях также предотвращает расширение других огнезащитных веществ. Это может привести к отслаиванию покрытия и снижению его огнезащитных свойств. Поэтому при использовании в качестве огнезащитного наполнителя HGM чаще применяется в нерасширяющихся огнезащитных покрытиях.
Антикоррозионное покрытие
HGM обладает высокой прочностью на сжатие и хорошей коррозионной стойкостью. Он также обладает хорошей химической стабильностью, поэтому его можно использовать для создания антикоррозионных покрытий. Он повышает износостойкость и ударопрочность покрытия, а также уменьшает пористость, что замедляет проникновение соли и влаги. В результате стальная конструкция служит дольше. В антикоррозионных покрытиях HGM способствует равномерному распределению цинкового порошка. Его круглая форма напоминает шарикоподшипник, что улучшает текучесть покрытия, предотвращает оседание наполнителя и повышает эффективность цинкового порошка.
Исследователи обнаружили, что замена части цинкового порошка на HGM может снизить стоимость покрытия. Оно по-прежнему соответствует стандартам защиты от коррозии, но устойчивость к солевому туману будет ниже. HGM и тиксотропные агенты хорошо работают вместе. Они предотвращают слипание или оседание цинкового порошка. Это помогает сохранить стабильность антикоррозионных покрытий во время хранения. HGM имеет положительную сферическую структуру. Это означает, что он поглощает меньше масла, чем другие наполнители. Таким образом, он помогает снизить вязкость покрытия. В результате это улучшает эксплуатационные характеристики. HGM может улучшить текучесть покрытия. Это помогает равномерно распределять цинковый порошок. Он также предотвращает растрескивание лакокрасочного покрытия и способствует самовосстановлению этих трещин.
Радаропоглощающие покрытия
Поглощающие покрытия находят важное применение в военном вооружении. В традиционных поглощающих покрытиях часто используются наполнители, такие как ферриты и металлические порошки. Эти материалы плотные, что затрудняет снижение веса оружия и техники. Полая структура (HGM) сама по себе не поглощает электромагнитные волны. Однако, если её покрыть металлами, такими как Ag, Ni, Co или Cu, она становится хорошим поглощающим материалом. Полая структура HGM может многократно отражать электромагнитные волны. Металл на её поверхности создает потери на гистерезис и потери на ферромагнитный резонанс. Это сочетание эффективно обеспечивает электромагнитное экранирование.
Современные исследования показывают, что химическое металлическое покрытие на HGM в основном направлено на создание абсорбирующих слоев. Его редко используют в качестве наполнителя или клея для абсорбирующих покрытий. Покрытие HGM металлом или ферритом может улучшить его применение в абсорбирующих покрытиях. Такой подход направлен на создание тонких, легких, широких и прочных материалов.
Компания HGM добилась значительных успехов в исследованиях и разработках. Она продвинулась в нескольких областях, включая теплоизоляционные покрытия, огнезащитные покрытия, антикоррозионные покрытия и покрытия, поглощающие радиолокационные лучи. У HGM есть амбициозные планы в области покрытий. Они сосредоточатся на улучшении функционального качества. Также они стремятся снизить производственные затраты. Оптимизация методов модификации — еще одна ключевая цель. Кроме того, они хотят улучшить дисперсию и механические свойства. Наконец, HGM планирует расширить свое присутствие на рынке покрытий низкой плотности.