Полые стеклянные микросферы — это легкосыпучий порошок белого цвета, состоящий из сферических частиц диаметром не более 200 мкм. Состав и форма микросфер обеспечивают высокую прочность и низкую плотность.
Практика взаимодействия со строительными и промышленными компаниями показала существенно возрастающие требования к изделиям из композитных материалов. Один из серьезных вызовов к материалам — получение легких и в то же время прочных композитов. Благодаря комплексу физических и механических свойств полые стеклянные микросферы являются перспективным наполнителем для получения таких материалов.
Исследователи отмечают, что полые стеклянные микросферы уже активно применяются в строительной и нефтегазовой отраслях. Однако с уходом ряда зарубежных компаний встал вопрос об импортозамещении как самого материала, так и оборудования для его производства.
Томский политех в проекте представляют исследователи Научно-образовательного центра Н.М. Кижнера Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ. Они занимаются синтезом стеклогранулята для получения стеклянных сфер.На российском рынке работала американская компания «3М», которая в этом году свернула свою деятельность в нашей стране. Она поставляла порядка 80 процентов ПСМ в «Газпром», «Роснефть», другие компании. Сейчас рынок таких материалов остался, а поставщиков практически нет. Наша задача — разработать технологию производства отечественных ПСМ, по эксплуатационным качествам не уступающим зарубежным аналогам,
Специалисты ТГАСУ занимались плазменной обработкой порошка для получения полых микросфер. Однако в процессе исследования установлено, что в плазме материал сгорал. Поэтому, томские ученые предложили обработку порошка газопламенным методом.Составы стекол, которые используются для получения полых стеклянных микросфер, разнообразны и зависят от выбранного способа получения микросфер и области их применения. На первоначальном этапе исследования мы работали с боросиликатным стеклом: оно отличается относительной легкоплавкостью и высокими физико-механическими свойствами. Для получения прочных и относительно легких микросфер, с учетом диаметра и толщины стенки предпочтительны составы с высоким содержанием SiO2, с ростом количества которого прочность стекла увеличивается, а плотность уменьшается.
Процесс стекловарения осуществляли в лабораторной печи при температуре 1350 °С. Для получения стеклогранулята сваренная стекломасса сливается в холодную воду, затем сушится и измельчается в планетарной мельнице до среднего размера частиц 10 мкм. В результате получается стеклопорошок,
Исследования проводятся на базе молодежной научной лаборатории «Новые строительные материалы», созданной в ТГАСУ по программе «Приоритет 2030». Первые результаты исследования направлены в журнал «Стекло и керамика».Мы собрали газопламенную установку. Получили образцы полых стеклянных микросфера на этой установке. Сейчас масштабируем технологию обработки микросфер, доводим до нужных параметров отдельные узлы установки. Например, задача нашего магистранта Романа Бакшанского, участвующего в проекте, — установить оптимальные параметры процесса получения полых стеклянных сфер в пламени пропано-воздушной горелки с заданным диаметром и толщиной оболочки,