통사성 거품

Syntactic foam
전자현미경을 스캔하여 보여지는 통사성 폼으로 에폭시 수지 행렬 안에 유리 마이크로스피어로 구성되어 있다.

통사성 기포는 금속, 폴리머 [1]또는 세라믹 매트릭스를 마이크로볼롱[2] 또는 세노스피어라고 하는 속이 빈 구 또는 비 적층구(예: 펄라이트)로 채움으로써 합성된 복합 물질이다.[3] 이런 맥락에서 "합성"은 "합성"을 의미한다.[4] 중공 입자가 존재하면 밀도가 낮아지고, 특정 강도(강도를 밀도로 나눈 값), 열팽창 계수가 낮아지며, 경우에 따라서는 레이더나 음파 탐지기의 투명성이 높아진다. 저밀도 통전성 기포 제조법은 부력의 원리에 근거한다.[5][6]

이 용어는 원래 1955년 바켈라이트 사에 의해 페놀, 에폭시 또는 폴리에스테르의 매트릭스에 접합된 중공 페놀 마이크로스피어로 만들어진 경량 합성물 때문에 만들어졌다.[7]

맞춤성은 이러한 재료의 가장 큰 장점 중 하나이다.[8] 매트릭스 재료는 거의 모든 금속, 폴리머 또는 세라믹에서 선택할 수 있다. 마이크로발롱은 유리 미세스페어, 세노스피어, 탄소, 폴리머 등 다양한 크기와 재료로 이용할 수 있다. 가장 널리 사용되고 연구되고 있는 거품은 유리 마이크로스피어(에폭시 또는 폴리머), 세노스피어 또는 세라믹스[9](알루미늄)이다. 마이크로발롱의 부피 분율을 변경하거나 유효 밀도가 다른 마이크로발롱을 사용할 수 있는데, 후자는 마이크로발롱의 내반경과 외반반경의 평균 비율에 따라 다르다.

대부분의 경우, 통사성 기포의 압축 특성은 마이크로발롱의 특성에 크게 의존한다. 일반적으로 소재의 압축강도는 밀도에 비례한다.

매트릭스 재료는 인장 특성에 더 많은 영향을 미친다. 인장 강도는 유리 입자와 에폭시 매트릭스 사이에 강한 결합을 형성할 수 있는 사일란화 등 입자의 화학적 표면 처리에 의해 고도로 개선될 수 있다. 섬유 소재를 추가하면 인장 강도도 높일 수 있다.[citation needed]

시멘트 통사성 기포도 잠재적 경량 구조 복합 재료로 조사되었다. 이러한 물질에는 금속이나 중합체 매트릭스 대신 닫힌 세포 폼 구조를 달성하기 위해 시멘트 페이스트 매트릭스에 분산된 유리 미세 스피어스가 포함된다. 그 결과 복합 재료는 밀도가 1.2 g/cm3 미만인 상태에서 30 MPa 이상의 압축 강도 값을 달성하는 것으로 보고되었다. 시멘트 통사성 폼은 대부분의 기존 시멘트 재료에 비해 우수한 특정 강도 값을 나타내지만, 이를 제조하는 것은 어렵다. 일반적으로 중공포착물은 낮은 전단강도와 고밀도 신선한 시멘트 페이스트에서 부력과 분리되는 경향이 있다. 따라서 재료 전체에 걸쳐 균일한 미세구조를 유지하는 것은 복합재료의 엄격한 제어를 통해 달성되어야 한다.[10] 또한 특정 유리 유형의 미세스페어는 알칼리 실리카 반응을 일으킬 수 있다. 따라서 이러한 합성물의 장기 내구성을 보장하기 위해 이러한 반응의 부작용을 고려하고 해결해야 한다.[11] 시멘트 통사성 폼은 충돌 쿠션, 송풍벽 등에서 에너지 소산 능력을 평가하기 위해 높은 변형률 하중 조건에서 기계적 성능도 시험했다. 이러한 하중 조건 하에서 시멘트 통사성 기포의 유리 마이크로스피어는 점진적인 압착을 나타내지 않았다. 궁극적으로 중합체 및 금속 통사성 기포와는 달리 에너지 소산 용도에 적합한 재료로 등장하지 않았다.[12]

적용들

해양학 계류장에서 지표면 아래 부유물로 사용되는 통사성 폼 구체.

이 물질들은 1960년대 초에 해양 응용을 위한 개선된 부력 물질로 개발되었다.[13] 다른 특징들은 이러한 물질들을 항공우주 및 육상 운송 차량 응용으로 이끌었다.[14] 현재 통사성 폼의 적용 분야는 해양 라이저 텐셔너용 부력 모듈, 원격 작동 수중 차량(ROV), 자율 수중 차량(AUV), 심해 탐사, 보트 선체, 헬리콥터와 비행기 부품 등이다. 통사성 기포의 구조적 적용에는 샌드위치 패널의 중간 계층(즉, 코어)으로 사용하는 것이 포함된다.

그 밖의 애플리케이션은 다음과 같다.

  • 심해 부력이 거품을 낸다. 2018년 3D 프린팅으로 잠수함 선체를 만드는 방법이 개발됐다.[15]
  • 열성형 플러그 어시스트
  • 레이더 투명 재료
  • 음향 감쇠 재료
  • 샌드위치 복합[16][17] 재료의 코어
  • 발파 완화 재료
  • 볼링공, 테니스 라켓, 축구공 같은 스포츠 용품.[18]

참고 항목

참조

  1. ^ Shutov, F.A. (1986). "Syntactic polymer foams". Advances in Polymer Science. 73–74: 63–123. doi:10.1007/3-540-15786-7_7. ISBN 978-3-540-15786-1.
  2. ^ H. S. Kim과 Pakorn Plubrai, "압축 중인 통사성 거품의 제조 및 고장 메커니즘", Composite Part A : 응용 과학 및 제조, Vol 35, 페이지 1009-1015, 2004.
  3. ^ Dipendra Shastri와 H. S. Kim, "확장된 영구 입자를 위한 새로운 통합 프로세스", 시공 및 건축 자재, 2014년 6월, 6월, 페이지 1-7.
  4. ^ "What is Syntactic Foam?". Cornerstone Research Group. Archived from the original on 20 July 2012. Retrieved 7 August 2009.
  5. ^ Md Mainul 이슬람교와 H. S. Kim, "통사적 거품 제조: 사전 몰드 가공", 재료 및 제조 공정, 2007년 22권, 페이지 28-36.
  6. ^ Md Mainul 이슬람교와 H. S. Kim, "전분을 바인더로 사용한 통사성 거품 제조: 몰드 후 처리", 재료 및 제조 공정, 2008년 제23권 페이지 884-892.
  7. ^ 옥스포드 영어사전 sci 인용문으로부터. 4월 2일 뉴스레터 213/3
  8. ^ Bardella, L.; Genna F. (2001). "On the elastic behavior of syntactic foams". International Journal of Solids and Structures. 38 (2): 7235–7260. doi:10.1016/S0020-7683(00)00228-6.
  9. ^ Shubmugasamy, V. (2014). "Compressive Characterization of Single Porous SiC Hollow Particles". JOM. 66 (6): 892–897. Bibcode:2014JOM....66f.892S. doi:10.1007/s11837-014-0954-7. S2CID 40553878.
  10. ^ Bas, Halim Kerim; Jin, Weihua; Gupta, Nikhil; Behera, Rakesh Kumar (1 July 2018). "In-situ micro-CT characterization of mechanical properties and failure mechanism of cementitious syntactic foams". Cement and Concrete Composites. 90: 50–60. doi:10.1016/j.cemconcomp.2018.03.007. ISSN 0958-9465. S2CID 140068274.
  11. ^ Bas, Halim Kerim; Jin, Weihua; Gupta, Nikhil (1 April 2021). "Chemical stability of hollow glass microspheres in cementitious syntactic foams". Cement and Concrete Composites. 118: 103928. doi:10.1016/j.cemconcomp.2020.103928. ISSN 0958-9465. S2CID 234059434.
  12. ^ Bas, Halim Kerim; Jin, Weihua; Gupta, Nikhil; Luong, Dung D. (1 January 2019). "Strain rate-dependent compressive behavior and failure mechanism of cementitious syntactic foams". Cement and Concrete Composites. 95: 70–80. doi:10.1016/j.cemconcomp.2018.10.009. ISSN 0958-9465. S2CID 139598037.
  13. ^ Kudo, Kimiaki (January 2008). "Overseas Trends in the Development of Human Occupied Deep Submersibles and a Proposal for Japan's Way to Take" (PDF). Science and Technology Trends Quarterly Review. 26: 104–123. Archived from the original (PDF) on 21 July 2011. Retrieved 10 August 2009.
  14. ^ [데드링크]Karst, G (2002). "Novel Processing of High-Performance Structural Syntactic Foams". Society for the Advancement of Material and Process Engineering. Archived from the original on 23 July 2011. Retrieved 7 August 2009.
  15. ^ "3-D Printing Breakthrough for Lightweight Syntactic Foams Could Help Submarines Dive Deeper NYU Tandon School of Engineering". engineering.nyu.edu. Retrieved 22 September 2018.
  16. ^ Md Mainul 이슬람교와 H. S. Kim, "통사성 폼 코어와 종이 껍질로 만든 샌드위치 합성물: 제조와 기계 동작", Journal of Sandwich Structures and Materials, 2012, Vol 14(1), 페이지 111-127.
  17. ^ Md Arifuzaman과 H. S. Kim, Perlite 폼/소듐 규산염 코어와 종이 껍질로 만들어진 샌드위치 구조의 새로운 휨 거동, 시공 및 건축 자재, Vol 148 2017, 페이지 321–333.
  18. ^ [데드링크]Thim, Johann (3 February 2005). "Performing Plastics - How plastics set out to conquer the world of sports". European Chemical Industry Council. Retrieved 10 August 2009.[영구적 데드링크]