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干货分享 | 空心玻璃微珠:未来科技与产业的“轻”量级选手

2024-05-17


近年来,新材料的研发与应用成为了社会各界关注的热点。在追求绿色、环保、低碳的今天,新材料的轻量化和节能减排特性更是备受瞩目。空心玻璃微珠的出现无疑为各行业提供了一种理想的轻量化解决方案。

它可以替代传统的金属材料、陶瓷材料等,应用于航空航天、汽车制造、新能源等领域,有效降低产品的重量,提高能源利用效率。据统计,仅在我国汽车行业,采用空心玻璃微珠轻量化技术后,大大减小了树脂用量,有效的提高汽车的阻燃性,减少二氧化碳排放数千吨。


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Q1:什么是空心玻璃微珠





空心玻璃微珠是一种微米级的表面光滑的中空玻璃微球,主要化学成分为碱石灰硼硅酸盐玻璃,显微镜下观察为空心透明圆球体。空心玻璃微珠具有低密度、高强度、低导热、电绝缘、耐高温、耐酸碱等多种性能,具有良好的流动性和化学稳定性。

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航空航天、5G通讯、油田固井、橡胶弹性体、工业防腐、化妆品、胶粘剂等领域都有空心玻璃微珠的身影,跨领域的多功能前沿新材料。




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Q2:空心玻璃微珠的有哪些优势性能




01比重轻、体积大


真密度仅为0.2 g/cm3~0.7 g/cm3,与其他填料相比,它具有更低的密度,更明显的体积效应,是绝佳的体积填料。可以更多地减少树脂用量和VOC指标,起到减重和节约成本的效果,是一种环保型产品。




02流动性好、易分散


空心玻璃微珠为规则正球形,颗粒与颗粒间相互作用小,具有良好的流动性及分散性,能够快速均匀地分散于不同产品体系中降低树脂混合物的黏度和内应力。


因此,在加工过程中复合材料动态生热少,能防止润滑不足和局部热分解,注塑时更容易挤出,不仅减少制品的缺陷,而且使生产效率提高15%-20%。制品尺寸的稳定性增高,能够减少收缩和翘曲。





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03吸油率低稳定性好


空心玻璃微珠比表面积小,粒子表面光滑,其吸油率仅为0.2g/cc~0.7g/cc,且玻化的材质使其具有良好的耐酸碱性及稳定性,可赋予产品优异的耐化学品性、耐候性及耐老化性。





04隔热、隔音、绝缘


空心玻璃微珠为无机非金属材料,电绝缘性好,且其空腔内仅有稀薄的气体,导热系数低,隔音效果好,是各种隔热、隔音、绝缘产品的最佳填充剂。





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Q3:空心玻璃微珠应用领域有哪些




涂料试剂中的化学应用

Chemical applications in paint reagents

-胶黏剂-

空心玻璃微珠是轻质、中空、高强度的玻璃球体,具有高强度/密度比,适用于有机硅类、环氧树脂类、丙烯酸类、聚氨醋类、合成橡胶类等胶粘剂中,因其自身特质赋予胶粘剂一系列优异性能

✔️微球效应:最小的比表面积、低吸油值,降低树脂用量,使胶粘剂具有较低的粘度,使胶粘剂具有更好的流动性和加工性能;各向一致性,使胶粘剂加工之后不会由于应力不一致而产生翘曲和收缩。
✔️玻璃材质:具有较高的化学稳定性,作为填料不会与基材或其他物质发生反应,适合多种体系
✔️空心球体:低密度,降低胶粘剂密度,降低体积成本;低导热,使胶粘剂具有隔热、低导热的特性;
✔️微米粒径:改善胶粘剂的流变性能,同时提高触变性;小的微球填充到大的微球空隙,从而使其固含量增加,降低VOC;易分散,不团聚;
✔️其他特性:还可以产生磨砂效果提高树脂的耐磨性能,提高材料的介电性能;



-防腐涂料-

空心玻璃微珠广泛用于耐候性防腐涂料、汽车涂料、船舶防污涂料、管道防腐涂料等。

✔️降低VOC:在高添加量的情况下,涂料的黏度并没有大的增大,可减少涂料中各有机成份的使用量,降低涂料在使用过程中有害物质的排放量,有效减少VOC指标
✔️高流动性:球体结构类似滚珠轴承,在涂料中起到润滑的作用,从而降低涂料黏度,增加了流动性
✔️低氧/水渗透:空心玻璃微珠由不同粒径的空心球体组成,粒径分布较宽,提高堆积性能,减少空隙率减缓渗透速度,阻断电路通道,隔离H2O、O2,无法产生电解质。延迟锈蚀的进攻时间,获得良好的稳定的长期保护。空心玻璃微珠微米级粒径,防止涂层的塌陷,可以提高涂层干膜厚度,延迟H2O和O2到达钢板表面。
✔️降低收缩和开裂:正球体,各向一致性,使涂料在成膜之后降低由于应力不一致而产生的翘曲和收缩。
✔️屏障效应和抑制效应:空心玻璃微珠提高锌粉的分散和屏障效应。捕获氯离子,起到抑制效应,阻止腐蚀粒子向下渗透到基材表面。


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-建筑节能 反射隔热涂料-

空心玻璃微珠赋予反射隔热涂料特殊功能。使反射隔热涂料成为一种新型降温涂料,具有反射、辐射与隔热于一体的功能。空心微珠对近红外光的反射比远高于普通填料。能有效的降低辐射传热及传导传热,以达到隔热的目的。

涂料能对400nm-2500nm范围的太阳光进行高效反射,不让太阳的热量在物体表面进行累积升温,又能进行热量辐射散热降温,把物体表面的热量辐射到空气中去降低物体的温度。目前这种反射隔热涂料不仅应用于军事和航天设备,更广泛应用于管道、储油罐、工业厂房、大型储粮仓等。

✔️中空的封闭球体,紧密排列的空心玻璃微珠内部含有稀薄的气体,其优异的导热系数(0.038~0.085W/m.K),使涂层具有非常好的隔热保温效果;
✔️球体结构类似滚珠轴承,在涂料中起到润滑的作用,从而降低了涂料黏度,增加了流动性;
✔️可以吸附纳米级填料,帮助纳米级填料分散,防止其团聚、沉积,使之更均匀地分散在树脂乳液中;


化工科技领域应用

Application in the field of chemical 

-油田固井-

添加空心玻璃微珠配制的低密度高强度的泥浆体系是解决低压、易漏井固井水泥浆漏失低返的主要途径。

配制的固井水泥浆优点:
⭕流动性极好,便于混合和泵送;
⭕无机的成分、耐高温、耐高压使泥浆性能稳定;
⭕可以根据施工需要调整稠化时间,方便操作;
⭕有效控制失水率,防止污染;
⭕浆体密度低,抗压强度高,24h抗压强度可达15MPa以上;
⭕提高固井质量,延长油井寿命;

配制的低密度钻井液优点:
⭕空心玻璃微珠是无机非金属材料,呈弱碱性,性质非常稳定,可以添加到现存的各种泥浆体系中,而不会与泥浆中的各种化学物质发生反应,可以保证钻井液化学稳定性;
⭕密度低,抗压强度高,便于调配低密度钻井液,可以广泛应用于深井,保证钻井液密度恒稳;
⭕呈圆球形,流动性极好,具有优异的润滑作用,在钻井过程中可以减小摩擦力,能延长钻杆和钻头等设备的使用寿命,更能大幅提高钻井速度,提高作业效率;
⭕粒径状态易于跟现有钻井设备配伍使用,不需要增加特殊设备,同时钻井液中的空心玻璃微珠可以回收再利用,降低生产成本。


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-5G通讯 航空航天-

因其中空结构具有较低介电常数与介电损耗,可作为低介电填料加入基材来提高产品介电性能,应用到5G基站与天线罩、5G手机中框与背板、物联网设备等材料中。


因为空心玻璃微珠低密度,隔热保温,而且制品不易变形,尺寸稳定性好,可以制备烧蚀材料的原材料。


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空心玻璃微珠主要介电性能



-橡胶弹性体-

空心玻璃微珠是微米级中空的封闭球体,具有低密度、高强度、低导热的特性,应用于橡胶等弹性体,有隔热、减重和增加回弹性等功能。


⭕轻质鞋材:空心玻璃微珠加入橡胶,可大幅度降低鞋材比重,鞋子更舒适

⭕工业橡胶:电缆、通讯光缆橡胶层的填料、各类橡胶密封圈填料,减重、阻燃、抗撕裂。家居用品弹性体材料乳胶枕、乳胶床垫、沙发等家居用品的填充,增加材料的质感,提高回弹性。



复合材料领域

Composite materials field

-交通工具轻量化-

能够改善其加工性能,为制造家具部件、汽车模型、鞋模、轮胎模、建筑模型、装饰品与雕塑提供出色的质量保证。

空心玻璃微珠的空心结构、玻璃材质、微米级的粒径等特点,使其成为一种拥有功能性的轻质填料,应用于改性塑料和SMC/BMC等复合材料中,赋予材料一系列优异性能。


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Q4:怎样选择空心玻璃微珠


在选择空心玻璃微珠时,应根据应用需求、产品性能等因素进行综合考虑;在实际操作中,可以参考相关行业标准、咨询专业人士和进行样品测试等方法,以提高选择合适的空心玻璃微珠的准确性。


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▲空心玻璃微珠HL系列规格表 HL

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▲空心玻璃微珠HL系列规格表 HS


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△产品特性


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