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潜在应用无限的空心玻璃微球

空心玻璃微球为加工商和制造商创造了大量的新机会,使他们可以创造出让顾客满意的产品。资料显示,空心玻璃微球目前有数百种现存应用,而潜在的应用是无限的

想象一下:在不降低强度和安全性的情况下却能使汽车更轻盈的轻量化材料、柔性机器人、环保过滤材料、四季恒温防火降噪不变形的轻质建筑材料、尺寸稳定更轻更耐用的模具材料、替代塑料微球用于化妆品的环保材料、轻量化的鞋子和靴子、行李箱、工具、办公、家居用品…………

典型应用:

1.液态金属

2020年4月,清华大学联手中科院突破密度“结界”,在全球首创轻质液态金属,其性能在许多方面已经优于了现在的“材料之王”石墨烯!

液态金属,又称“非晶合金”或者“金属玻璃”,是一种具有类似液体状态下原子结构的固体,具有特殊的结构和性能,是一种革命性的新材料。和传统晶态材料相比,液态金属无空位、位错、晶界等缺陷,具有高强度、高硬度、高光洁度、高弹性、耐腐蚀和耐磨损等优异性能。

在电子领域,液态金属可以作为墨水用于3D打印直接生成电子电路;在医学领域,因其与人类有良好的相容性,可以将神经电信号连通,用以修复断裂神经,用于人体受损骨骼包括牙齿等的快速修复;可变形柔性机器人、用于单兵保护的可在固态和液态之间切换的刚柔相济型轻质外骨骼、空中航行执行任务的可变形飞行器……这些原来只能出现在科幻电影中的场景正在逐渐变成现实。

实现这一切的关键在于:中国科研团队开创性地提出了加入高性能空心玻璃微球制作复合液态金属材料的思路,功能化液态金属材料的大门从此开始被打开。

2.碳纤维复合材料

碳纤维复合材料作为新材料产业皇冠中的宝石,是国家重点支持的领域。碳纤维增强作用众所周知,但空心玻璃微球呢?除减重和减少翘曲变形外,空心玻璃微球还提供了完美无暇的表面。

 PARROT ANAFI是一台小型无人飞行器,机身重量仅为320克ANAFI的机身结构主要由碳纤维及空心玻璃微球混合而成——碳纤维材质轻而坚固,有韧性;空心玻璃微球密度小,具有强度高、熔点高、阻电、热导系数和热收缩系数小等特点。新材料的应用不仅让ANAFI更轻,同时强度和韧性也得以加强。更轻的质量跌落损伤更小,加上具有弹性的机臂,可以更好地化解跌落时的冲击力,让ANAFI更抗摔,续航能力增加26%。

澳盛科技的超薄轻量低翘曲碳纤维复合片材通过中国复合材料学会科技评价工作委员会评估,被认定为3A级成果。该产品在轻质高强空心玻璃微球表面功能化处理工作取得实质性进展该成果目前已经工业化应用,并打破了国外公司的垄断,取得了良好的效益。

3.环保材料

1)污水处理

作为污水处理剂的轻质填料,可调节密度,使其在使用时能漂浮于水面,达到表面污染物的净化处理。作为光催化污水处理剂的载体,制得的光催化处理剂密度小于水,具有高效的光降解有机污染物的性能,有利于光催化材料的回收再利用和水资源的循环利用。作为移动床生物膜反应器工艺MBBR填料的密度调节剂,既可以降低密度,又可以解决亲水性问题,适用于各类不同碳/氮、氨/氮比的污水处理。

2)尾气排放处理

作为汽车尾气处理装置三元催化器的添加剂,空心玻璃微球能有效增加催化器的比表面积,提高催化性能,进一步提高尾气处理效果是近年来在全球汽车环保材料得到应用的“黑科技”。代表性的是以技术尖端为名的日本IBIDEN公司推出的DPF·AFP汽车排气处理装置,该装置已开始在全球车企大量使用。

除汽车领域外,空心玻璃微球作为特殊的造孔填料与陶瓷材料结合,可以应用于包括飞机、工业尾气处理的多种场景。

4.医疗、体育用品

由于空心玻璃微球的主要成分是无机硅酸盐,无毒无污染,对人体没有排他性。再加上质量轻、安全性高,这为空心玻璃微球在医疗设备上的广泛应用打下了坚实的基础。将空心玻璃微球应用于医疗设备,在成本增加不多的情况下,可以大大提高其品牌价值及产品附加值。如轻质CT医疗床板(主体材料为碳纤维+环氧+空心玻璃微球)、高规格假肢类产品(主体材料为碳纤维+环氧+空心玻璃微球)。

利用空心玻璃微球质量轻,亲油值低的优点,在制备复合材料体育用品时,加入空心玻璃微球不仅可以减少有机物的用量(进而减少VOC排放),同时制得的体育用品尺寸标准稳定、耐磨、重量轻、耐候性好,更有利于运动员取得好成绩。如轻质篮球板(低密度SMC制品)、轻质滑水板(主体材料为面板+复合泡沫夹芯结构)、滑雪板(HGM改性工程塑料)等。

5.3D打印材料

华曙高科开发成功可3D打印的玻璃微球复合尼龙粉末材料FS3400GF,该产品最大优势是采用了玻璃微球填充尼龙,不但成型加工性能优异,而且能帮助客户降低成本。同时,耐磨性能好,模量高,相对纯尼龙材料刚性更高,适用于制备功能测试工件。另外,热变形温度较高,制造的产品工件翘曲变形小,具有优异的尺寸稳定性,工件质量稳定。

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6.乳化炸药

乳化炸药是一类用乳化技术制备的油包水(W/O)乳胶型含水工业炸药,其中密度调节是乳化炸药的关键环节之一,影响着乳化炸药爆轰性能和贮存稳定性

空心玻璃微球表面经过亲油特殊处理后,能够与乳化炸药外相的油膜紧密结合起来,托浮着它们起到稳定剂的作用。当在外界起爆的作用下,每个微球受绝热压缩后局部温度急速升高,当温度足够高时,则会引起油相燃烧和氧化剂的分解等剧烈放热化学反应,起到敏化作用,大大提高了炸药的爆轰性能并显著提高了储存稳定性。

其它应用

功能化玻璃微球制品(热、光、电、吸波、屏蔽等物理化学特性)、复合材料杆塔、硅橡胶制品、风电叶片(叶片主体材料、叶片涂料、叶片内部填充材料、叶片模具等)、医学免疫检测、生物功能材料、光催化剂载体材料等领域有着广泛的应用前景。


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