Holle glazen microbolletjes (HGM) worden als vulstof in composietmaterialen op grote schaal toegepast in sectoren zoals bekleding en schilderen, speciale materialen en exploratie van hulpbronnen vanwege hun lichtgewicht, holle structuur, thermische isolatie en chemisch stabiele eigenschappen. In de afgelopen jaren hebben onderzoekers binnen de coatingsindustrie uitdagingen zoals slechte grensvlakcompatibiliteit en zwakke grensvlakhechtsterkte tussen HGM en harsmatrices aanzienlijk aangepakt door middel van modificatietechnologieën. Deze ontwikkelingen hebben geleidelijk verschillende defecten in HGM-verbeterde coatings verzacht, wat heeft geleid tot steeds bredere toepassingsgebieden en meer uitstekende prestatiekenmerken. Dit artikel zal kort de diverse toepassingen van holle glazen microbolletjes in het coatingsveld analyseren en hun toekomstige vooruitzichten verkennen.
Thermische isolatiecoating
HGM heeft een lage dichtheid en een hoge vloeibaarheid. Het heeft ook een lage thermische geleidbaarheid. Vanwege deze eigenschappen dient het als een belangrijke vulstof in composietmaterialen voor thermische isolatie. De kleine, holle bolvorm verandert hoe licht reist wanneer het de schaal raakt. Dit verbetert de terugkaatsing en lichtreflectie van de coating. Als gevolg hiervan wordt de externe thermische stralingsenergie die erdoorheen gaat verminderd en wordt warmte buiten gehouden. Bovendien heeft de dunwandige holle structuur van HGM een thermische geleidbaarheid die dicht bij die van lucht ligt [0,026 W/(m·K)]. Deze eigenschap helpt om de warmtegeleiding aan beide zijden van de coating effectief te verminderen.
Onlangs hebben onderzoekers HGM gebruikt in verschillende thermische isolatiecoatings.
Het thermische isolatie-effect is afhankelijk van een aantal belangrijke factoren:
- Deeltjesgrootte
- Deeltjesdichtheid
- Coatingdikte
- Toegevoegd bedrag
Dikkere thermische isolatiecoatings verbeteren doorgaans het thermische isolatie-effect van HGM. Ze kunnen echter ook leiden tot ernstige krimp van de natte film als deze droogt, wat de hechting van de coating aanzienlijk vermindert. Het verminderen van de dikte van de coating en het verbeteren van de hechting is een belangrijke uitdaging. We hebben effectieve oppervlaktemodificatie en een uniforme verspreiding van HGM nodig. Ook moeten we ervoor zorgen dat de coating uitstekende thermische isolatieprestaties behoudt. Deze balans is cruciaal in huidig onderzoek.
Brandvertragende coating
HGM is een anorganisch materiaal. Het is onbrandbaar en vlamvertragend. Vanwege deze eigenschappen kan het worden gebruikt om brandvertragende coatings te maken. HGM werkt als een brandvertrager door warmteoverdracht te vertragen. De lage thermische geleidbaarheid vertraagt de externe warmte om de binnenkant te bereiken. Dit helpt de vlamverspreiding op het coatingoppervlak te vertragen. Als gevolg hiervan vermindert het de snelheid van thermische ontleding in het substraat. Ook verlaagt het lichte gewicht van HGM de dichtheid van dikke, niet-uitzettende brandvertragende coatings. Dit helpt de belasting op stalen structuursubstraten te verminderen.
Onderzoeken tonen aan dat brandvertragende coatings met HGM als vulstof beter werken dan die met geëxpandeerd perliet of sepioliet. Dit geldt zelfs bij dezelfde toegevoegde hoeveelheid. Andere onderzoekers combineerden HGM met vulstoffen. Deze omvatten nano-silica, holle silica microbeads en boorcarbide. Ze vonden de beste mix voor brandvertragende prestaties. HGM in opzwellende brandvertragende coatings voorkomt ook dat andere brandvertragers uitzetten. Dit kan ervoor zorgen dat de coating loslaat en de brandvertragende sterkte ervan afneemt. Daarom wordt HGM, wanneer het wordt gebruikt als brandvertragende vulstof, meer gebruikt in niet-expanderende brandvertragende coatings.
Anti-corrosie coating
HGM heeft een sterke druksterkte en is goed bestand tegen corrosie. Het heeft ook een goede chemisch stabiliteit. Het kan dus worden gebruikt om anti-corrosie coatings te maken. Het verhoogt de slijtvastheid en slagvastheid in de coating. Het vermindert ook de porositeit. Dit vertraagt het binnendringen van zout en vocht. Als gevolg hiervan gaat de stalen constructie langer mee. In anti-corrosie coatings helpt HGM zinkpoeder gelijkmatig te verspreiden. De ronde vorm is als een kogellager. Dit zorgt ervoor dat de coating beter vloeit. Het voorkomt dat de vulstof bezinkt en verhoogt de efficiëntie van zinkpoeder.
Onderzoekers ontdekten dat het vervangen van zinkpoeder door HGM de kosten van de coating kan verlagen. Het voldoet nog steeds aan de anti-corrosienormen, maar de zoutnevelbestendigheid zal lager zijn. HGM en thixotrope middelen werken goed samen. Ze voorkomen dat zinkpoeder gaat klonteren of bezinken. Dit helpt om anti-corrosiecoatings stabiel te houden tijdens opslag. HGM heeft een positieve bolvormige structuur. Dit betekent dat het minder olie absorbeert dan andere vulmiddelen. Het helpt dus om de viscositeit van de coating te verlagen. Als gevolg hiervan verbetert het de bouwprestaties. HGM kan de vloeibaarheid van de coating verbeteren. Dit helpt om zinkpoeder gelijkmatig te verspreiden. Het voorkomt ook scheuren in de verflaag en bevordert het zelfherstel van die scheuren.
Radarabsorberende coatings
Absorberende coatings hebben belangrijke toepassingen in militaire wapens. Traditionele absorberende coatings gebruiken vaak vulmiddelen zoals ferrieten en metaalpoeders. Deze materialen zijn dicht, waardoor het moeilijk is om het gewicht van wapens en uitrusting te verminderen. HGM absorbeert niet op zichzelf. Als u het echter met metalen zoals Ag, Ni, Co of Cu bedekt, wordt het een goed absorberend materiaal. De holle structuur van HGM kan elektromagnetische golven meerdere keren reflecteren. Het metaal op het oppervlak creëert hystereseverlies en ferromagnetisch resonantieverlies. Deze combinatie biedt effectief elektromagnetische afscherming.
Huidige studies tonen aan dat chemische metaalplating op HGM voornamelijk gericht is op het creëren van absorbers. Het is ongebruikelijk om het te zien als een vulmiddel of lijm voor absorberende coatings. Het coaten van HGM met metaal of ferriet kan het gebruik ervan in absorberende coatings verbeteren. Deze aanpak is gericht op het creëren van materialen die dun, licht, breed en sterk zijn.
HGM heeft belangrijke doorbraken in onderzoek en ontwikkeling gerealiseerd. Ze zijn op verschillende gebieden vooruitgegaan, waaronder thermische isolatiecoatings, brandvertragende coatings, anticorrosiecoatings en radarabsorberende coatings. HGM heeft opwindende plannen voor het coatingsveld. Ze zullen zich richten op het verbeteren van de functionele kwaliteit. Ze streven er ook naar om de productiekosten te verlagen. Het optimaliseren van modificatiemethoden is een ander belangrijk doel. Bovendien willen ze de dispersie en mechanische eigenschappen verbeteren. Tot slot is HGM van plan om uit te breiden in de markt voor coatings met lage dichtheid.