Syntaktinen vaahto - Syntactic foam

Syntaktinen vaahto, joka esitetään pyyhkäisyelektronimikroskopialla ja joka koostuu lasimikropalloista epoksihartsimatriisin sisällä .

Syntaktiset vaahdot ovat komposiittimateriaaleja, jotka syntetisoidaan täyttämällä metalli- , polymeeri- tai keraaminen matriisi onttoilla palloilla, joita kutsutaan mikropalloiksi tai cenosfääreiksi tai ei-onttoiksi palloiksi (esim. Perliitti ). Tässä yhteydessä "syntaktinen" tarkoittaa "koota". Onttojen hiukkasten läsnäolo johtaa pienempään tiheyteen , suurempaan ominaislujuuteen (lujuus jaettuna tiheydellä), pienempään lämpölaajenemiskerroimeen ja joissakin tapauksissa tutkan tai luotaimen läpinäkyvyyteen . Pienitiheyksisten syntaktisten vaahtojen valmistusmenetelmä perustuu kelluvuusperiaatteeseen.

Termin keksi alun perin Bakelite Company vuonna 1955 niiden kevyistä komposiiteista, jotka on valmistettu onttoista fenolimikropalloista, jotka on kiinnitetty fenoli-, epoksi- tai polyesterimatriisiin .

Käytettävyys on yksi näiden materiaalien suurimmista eduista. Matriisimateriaali voidaan valita melkein mistä tahansa metallista, polymeeristä tai keramiikasta. Mikropalloja on saatavana erikokoisina ja -materiaaleina, mukaan lukien lasimikropallot , cenosfäärit , hiili ja polymeerit. Laajimmin käytetyt ja tutkitut vaahdot ovat lasimikropalloja (epoksissa tai polymeereissä) ja cenosfäärejä tai keramiikkaa (alumiinia). Mikropallojen tilavuusosuutta voidaan muuttaa tai käyttää eri tehokkaan tiheyden omaavia mikropalloja, jälkimmäiset riippuen mikropallojen sisä- ja ulkosäteiden keskimääräisestä suhteesta.

Puristus- ominaisuudet syntaktisen vaahdot, useimmissa tapauksissa, riippuvat suuresti ominaisuuksista mikropallojen. Yleensä materiaalin puristuslujuus on verrannollinen sen tiheyteen.

Matriisimateriaalilla on enemmän vaikutusta vetolujuusominaisuuksiin . Vetolujuutta voidaan parantaa huomattavasti hiukkasten kemiallisella pintakäsittelyllä, kuten silanoinnilla , joka mahdollistaa vahvien sidosten muodostumisen lasihiukkasten ja epoksimatriisin välille. Kuitumateriaalien lisääminen voi myös lisätä vetolujuutta.

Sementtisiä syntaktisia vaahtoja on myös tutkittu mahdollisena kevyenä rakenteellisena komposiittimateriaalina. Näihin materiaaleihin kuuluu lasimikropalloja, jotka on dispergoitu sementtipasta -matriisiin suljetun soluvaahtorakenteen aikaansaamiseksi metallisen tai polymeerisen matriisin sijaan. Tuloksena olevien komposiittien raportoidaan saavuttavan puristuslujuusarvot, jotka ovat suurempia kuin 30 MPa, mutta pitävät tiheydet alle 1,2 g/cm³. Vaikka sementtiset syntaktiset vaahdot osoittavat ylivoimaisia ​​ominaislujuusarvoja verrattuna useimpiin tavanomaisiin sementtimateriaaleihin, niiden valmistaminen on haastavaa. Yleensä ontot sulkeumat pyrkivät poijumaan ja erottumaan alhaisesta leikkauslujuudesta ja tiheästä tuoreesta sementtipastaa. Näin ollen, ylläpitämällä tasainen mikrorakenne, materiaalin läpi on saavutettava tiukkaa valvontaa komposiitin reologian . Lisäksi tietyntyyppiset mikropallot voivat aiheuttaa alkalisen piidioksidireaktion . Siksi tämän reaktion haitalliset vaikutukset on otettava huomioon ja käsiteltävä näiden komposiittien pitkäaikaisen kestävyyden varmistamiseksi. Sementtipohjaisten syntaktisten vaahtojen mekaanista suorituskykyä on testattu myös suurilla rasituskuormitusolosuhteilla niiden energianhukkauskapasiteetin arvioimiseksi törmäystyynyissä, räjähdysseinissä jne. Näissä kuormitusolosuhteissa sementtisten syntaktisten vaahtojen lasimikropallot eivät osoittaneet progressiivista murskaamista . Lopulta, toisin kuin polymeeriset ja metalliset syntaktiset vaahdot, niistä ei tullut sopivia materiaaleja energian hajautussovelluksiin.

Sovellukset

Syntaktinen vaahtopallo, jota käytetään maanpinnan alla kelluvana valtameren kiinnityksessä .

Nämä materiaalit kehitettiin 1960 -luvun alussa parannettuina kelluvina materiaaleina merisovelluksiin. Muut ominaisuudet johtivat näihin materiaaleihin ilmailu- ja maakuljetusajoneuvoihin. Nykyisiä syntaktisen vaahdon sovelluksia ovat kelluvuusmoduulit meren nousuputkien kiristimille , kauko-ohjattavat vedenalaiset ajoneuvot (ROV), itsenäiset vedenalaiset ajoneuvot (AUV), syvänmeren etsintä, veneen rungot sekä helikopterin ja lentokoneen komponentit. Syntaktisten vaahtojen rakenteellisiin sovelluksiin kuuluu käyttö sandwich -paneelien välikerroksena (eli ytimenä) .

Muita sovelluksia ovat;

  • Syvänmeren kelluvuusvaahdot. Vuonna 2018 kehitettiin menetelmä sukellusveneiden rungon luomiseksi 3D -tulostuksella .
  • Lämpömuovauspistokkeen apu
  • Tutkan läpinäkyvät materiaalit
  • Akustisesti vaimentavat materiaalit
  • Sandwich -komposiittien ytimet
  • Räjähdystä lieventävät materiaalit
  • Urheiluvälineet, kuten keilapallot, tennismailat ja jalkapallot .

Katso myös

Viitteet

  1. ^ Shutov, FA (1986). "Syntaktiset polymeerivaahdot". Polymeeritieteen edistysaskeleet . 73–74: 63–123. doi : 10.1007/3-540-15786-7_7 . ISBN 978-3-540-15786-1.
  2. ^ HS Kim ja Pakorn Plubrai, "Syntaktisen vaahdon valmistus ja epäonnistumismekanismit puristettaessa", Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vuosikerta 35, s. 1009-1015, 2004.
  3. ^ Dipendra Shastri ja HS Kim, ”Uusi konsolidointiprosessi laajennetuille perliittihiukkasille”, Construction and Building Materials, Vuosikerta 60, kesäkuu 2014, s.1-7.
  4. ^ "Mikä on syntaktinen vaahto?" . Kulmakiven tutkimusryhmä. Arkistoitu alkuperäisestä 20. heinäkuuta 2012 . Haettu 7. elokuuta 2009 .
  5. ^ Md Mainul Islam ja HS Kim, "Syntaktisten vaahtojen valmistus: muotin esikäsittely", Materiaalit ja valmistusprosessit, Vuosikerta 22, s. 28-36, 2007.
  6. ^ Md Mainul Islam ja HS Kim, "Syntaktisten vaahtojen valmistus käyttämällä tärkkelystä sideaineena: muotinjälkeinen käsittely", Materiaalit ja valmistusprosessit, Vuosikerta 23, s. 884-892, 2008.
  7. ^ Oxfordin englanninkielisestä sanakirjasta Sci. Uutiset Let. 2. huhtikuuta 213/3
  8. ^ Bardella, L .; Genna F. (2001). "Syntaktisten vaahtojen elastisesta käyttäytymisestä". International Journal of Solids and Structures . 38 (2): 7235–7260. doi : 10.1016/S0020-7683 (00) 00228-6 .
  9. ^ Shubmugasamy, V. (2014). "Yksittäisten huokoisten SiC -onttojen hiukkasten puristusominaisuus". JOM . 66 (6): 892–897. Bibcode : 2014JOM .... 66f.892S . doi : 10.1007/s11837-014-0954-7 . S2CID  40553878 .
  10. ^ "Sementtisten syntaktisten vaahtojen mekaanisten ominaisuuksien ja vikaantumismekanismin in situ mikro-CT-karakterisointi" . Sementti- ja betonikomposiitit . 90 : 50–60. 1. heinäkuuta 2018. doi : 10.1016/j.cemconcomp.2018.03.007 . ISSN  0958-9465 .
  11. ^ "Onttojen lasimikropallojen kemiallinen stabiilisuus sementtisissä syntaktisissa vaahdoissa" . Sementti- ja betonikomposiitit . 118 : 103928. 1. huhtikuuta 2021. doi : 10.1016/j.cemconcomp.2020.103928 . ISSN  0958-9465 .
  12. ^ "Sementtipohjaisten syntaktisten vaahtojen venymisnopeudesta riippuva puristuskäyttäytyminen ja vikamekanismi" . Sementti- ja betonikomposiitit . 95 : 70–80. 1. tammikuuta 2019. doi : 10.1016/j.cemconcomp.2018.10.009 . ISSN  0958-9465 .
  13. ^ Kudo, Kimiaki (tammikuu 2008). "Overseas Trends in Development of Human Occupied Deep Submersibles ja ehdotus Japanin tielle" (PDF) . Tieteen ja teknologian kehityksen neljännesvuosikatsaus . 26 : 104–123. Arkistoitu alkuperäisestä (PDF) 21. heinäkuuta 2011 . Haettu 10. elokuuta 2009 .
  14. ^ Karst, G (2002). "Suorituskykyisten rakenteellisten syntaktisten vaahtojen uusi käsittely" . Materiaali- ja prosessitekniikan kehittämisen yhteiskunta. Arkistoitu alkuperäisestä 23. heinäkuuta 2011 . Haettu 7. elokuuta 2009 .
  15. ^ "Kolmiulotteisen tulostuksen läpimurto kevyille syntaktisille vaahdoille voisi auttaa sukellusveneitä sukeltamaan syvemmälle | NYU Tandon School of Engineering" . engineering.nyu.edu . Haettu 22. syyskuuta 2018 .
  16. ^ Md Mainul Islam ja HS Kim, "Sandwich-komposiitit, jotka on valmistettu syntaktisesta vaahtosydämestä ja paperikuorista: valmistus ja mekaaninen käyttäytyminen", Journal of Sandwich Structures and Materials, 2012, Vol. 14 (1), s.111-127.
  17. ^ Md Arifuzzaman ja HS Kim, Perliittivaahdosta/natriumsilikaattiytimestä ja paperikuorista valmistettujen sandwich -rakenteiden uusi taivutuskäyttäytyminen, Rakentaminen ja rakennusmateriaalit, Rakentaminen ja rakennusmateriaalit, Vuosikerta 148 2017, s. 321–333.
  18. ^ Thim, Johann (3. helmikuuta 2005). "Performing Plastics - Miten muovit lähtivät valloittamaan urheilumaailmaa" . Euroopan kemianteollisuusneuvosto . Haettu 10. elokuuta 2009 .